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Didattica della Chimica
 
   
 

Gli alcani

Materiali occorrenti:

Metano - Esano - Benzina - Paraffina - Permanganato di potassio sol. 0.001 M - Idrossido di sodio in perle e sol. 4 M - Acetato di sodio - Acido solforico sol. 1:5 - Acqua di bromo satura - Benzene - Cloroformio - Tetracloruro di carbonio - Iodio - Saccarosio - Cloruro di sodio - Idrossido di bario sol. 1 % - Etanolo - Vetreria.

 

Richiami teorici:

Gli alcani sono composti nei quali il carbonio è ibridato sp3, per cui formano legami s forti. Le molecole di un alcano hanno disposizione tetraedrica con angoli di 109.5°.

La formula generale è CnH2n+2 .

Gli alcani sono gassosi da C1 a C4, liquidi da C5 a C16 e solidi quelli da C17 in poi.

 

Esecuzione dell'esperienza:

Parte prima: preparazione del metano da acetato di sodio e idrossido di sodio:

In un piccolo mortaio si mescolano 1 g di acetato di sodio e 1 g di idrossido di sodio polverizzandoli accuratamente. Si raccoglie il miscuglio in una provetta e si riscalda al bunsen. A compimento della reazione si verifica la fuoriuscita del metano dalla provetta. Il gas può essere riconosciuto per combustione. La reazione è la seguente:

CH3COONa + NaOH ----> Na2CO3 + CH4

 

Parte seconda: reazioni di combustione:

2.1 - Combustione del metano:

Si accende un bunsen, alimentato a metano, a fiamma non sibilante e si pone sopra quest'ultima un becker da 250 ml. rovesciato, perfettamente pulito ed asciutto. In breve si osservano la condensazione sulle pareti di vetro del vapor acqueo ed il depositarsi di particelle di carbonio ( nerofumo ). In difetto di ossigeno possono, infatti, avvenire due reazioni. Nella prima:

2CH4 + 3O2 ---->2CO ↑ + 4H2O ↑ DH = -608.7 KJ / mole

temperatura < 800 °C

si ha solo l'ossidazione del carbonio dell'idrocarburo a monossido di carbonio.

Nella seconda,

CH4 + 2O2----> C + 2H2O ↑

temperatura < 800 °C

lo stesso è ossidato solo a carbonio elementare.

Aprendo i fori d'ingresso dell'aria del bunsen si ottiene una fiamma sibilante. Ponendo un altro becker asciutto sopra la fiamma si osserva solo la condensazione del vapor d'acqua. In questo caso è avvenuta la completa ossidazione del carbonio a biossido di carbonio, con la reazione:

CH4 + 2O2 ----> CO2 ↑ + 2H2O ↑ DH = -890 KJ / mole

temperatura > 900 °C

 

La formazione di biossido di carbonio è, con molta difficoltà, evidenziabile ponendo sopra la fiamma del bunsen una bacchetta di vetro bagnata di una soluzione di idrossido di bario. Questo si intorbidirà lievemente per formazione del carbonato di bario insolubile. La formazione del nerofumo può essere maggiormente evidenziata utilizzando, al posto del becker, una capsula di porcellana bianca

 

Parte terza: verifica della scarsa reattività:

3.1) - Reattività del metano:

In un becker si versano 10 mL circa di acqua di bromo e si diluisce con 50 mL di acqua distillata. Per mezzo di una cannula in vetro si fa gorgogliare lentamente del metano nella soluzione. Poiché non si osserva alcun cambiamento del colore della soluzione, si deduce che il bromo non ha subito alcuna riduzione e il metano, di conseguenza, non si è ossidato.

3.2)- Reattività dell'esano:

In tre provette si pongono 1 o 2 mL di permanganato di potassio sol. 0.001 M. In una provetta si aggiungono alcune gocce di idrossido di sodio sol. 4 M; in un'altra alcune gocce di acido solforico sol. 1:5.

A tutte e tre le provette si aggiunge 1 mL circa di esano, si agita e si osserva che in nessun caso si verifica la decolorazione del permanganato di potassio; ciò indica che non è avvenuta, né in condizioni di neutralità né di basicità né di acidità, riduzione del Mn7+ con conseguente ossidazione dell'alcano.

 

Parte quarta: prove comparative di miscibilità e solubilità:

Disponendo di più alcani o di loro derivati ( es. tetracloruro di carbonio, cloroformio ) è possibile effettuare prove per verificare la miscibilità di tali composti. Tali prove si possono eseguire anche con altri solventi apolari ( es. benzene ) o polari ( es. acqua, etanolo).

Prove di solubilità si possono effettuare sciogliendo un alcano solido (paraffina) in uno liquido e provando a sciogliere nello stesso sostanze di tipo molecolare (es. iodio, saccarosio) o ionico (es. cloruro di sodio).

I risultati delle prove di cui sopra possono essere raccolti in una tavola sinottica appositamente preparata.

 

Nota: In mancanza di esano le esperienze di cui sopra possono essere effettuate con della benzina che, come è noto, è una miscela di idrocarburi a 6-7-8 atomi di carbonio.

La quantità di calore o tonalità termica ( Q ) prodotta dalle reazioni di combustione può essere calcolata con la semplice formula Q = - DH . Le variazioni di entalpia delle reazioni ( DH ) sono state calcolate in modo teorico, secondo la legge di Hess ; l'entalpia di reazione è data dalla differenza della somma algebrica delle entalpie di formazione ( DHf0 ) dei prodotti di reazione con la somma algebrica delle entalpie di formazione dei reagenti , a condizioni standard, secondo la formula DH = DHf0 prodotti - DHf0 reagenti .

In dettaglio, per la reazione di combustione completa del metano si ha:

CH4 ----> C + H2 + 74.9 KJ
C + O2 ----> CO2 - 394 KJ DH = DHf0 prodotti - DHf0 reagenti = -966 - 74.9 = -891.1 KJ / mole
2H + O2 ----> 2H2O - 572 KJ


Per la combustione incompleta del metano si ha invece:

CH4 ----> C + H2 + 74.9 KJ
C + ½O2 ----> CO - 111.6 KJ DH = DHf0 prodotti - DHf0 reagenti = -683.6 - 74.9 = -608.7 KJ / mole
2H + O2 ----> 2H2O - 572 KJ



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Aggiornamento: 17-Lug-2015 14:00
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