PREPARAZIONE D'UN SALE - REAZIONI DI PRECIPITAZIONE

La mole (mol): Una mole è una quantità di sostanza contenente un N° D'Avogadro (6,023 * 10²³) di particelle. Partendo dai grammi di una data sostanza, per calcolarne la mol occorre dividere i grammi per la massa molare della sostanza stessa. Le moli sono fondamentali nell'equazioni chimiche, in quanto regolano i rapporti quantitativi tra le varie sostanze che reagiscono o si formano.

Le leggi ponderali: Le leggi ponderali applicate in questa relazione sono la legge di conservazione della massa (o legge di Lavoisier), e la legge delle proporzioni definite (o legge di Proust). La prima afferma che nelle reazioni chimiche non avviene né acquisto né perdita di massa, ovvero, la massa si conserva (Massa reagenti = Massa prodotti). La seconda afferma che gli elementi sono sempre combinati nello stesso rapporto di massa, ovvero, il rapporto fra le masse/moli dei reagenti e quello fra le masse/moli dei prodotti deve essere espresso da numeri piccoli e interi.

Le equazioni chimiche: L'equazione chimica è un'equazione che esprime sulla carta quello che avviene in una reazione chimica. Le sostanze coinvolte nella reazione chimica vengono indicate nell'equazione con le formule chimiche. A sinistra della freccia troviamo le sostanze che reagiscono, a destra quelle che si formano. I coefficienti davanti alle formule chimiche indicano il numero di moli di quella sostanza che reagiscono nella reazione. Un'equazione chimica avente lo stesso numero di atomi di un tipo da ambo le parti della freccia è bilanciata.

Le reazioni di precipitazione: Parliamo di reazione di precipitazione quando si svolge in soluzione acquosa e uno dei prodotti formatisi risulta scarsamente solubile nel solvente. Quando il prodotto insolubile si forma, la soluzione tende ad essere sovra satura, e il prodotto insolubile si "separa" dalla soluzione formando un solido che prende il nome di precipitato, che si deposita sul fondo della soluzione.

Nomenclatura dei Reagenti e dei Prodotti: Il nitrato di piombo è un sale ternario, formato da piombo, azoto e ossigeno. E' un sale neutro (non ha più atomi di idrogeno). Deriva all'acido nitrico, che a sua volta deriva dall'anidride nitrica. I numeri di ossidazione sono: O -2; N +4; Pb +4. Lo ioduro di potassio è un sale binario, formato da potassio (metallo) e iodio (non metallo). I numeri d'ossidazione sono: K +1; I -1. (IUPAC: Idruro di potassio). Il nitrato di potassio è un sale ternario, formato da potassio, azoto e ossigeno. E' un sale neutro, e deriva dall'acido nitrico, derivante dall'anidride nitrica. I numeri d'ossidazione sono: O -2; N: +5; K +1. Lo ioduro di piombo è un composto formato da due non metalli (Piombo e iodio). I numeri d'ossidazione sono: Pb +2; I -1

4) Strumenti & Reagenti

Reagenti Nitrato di piombo (Pb(NO₃)₂ ; Ioduro di potassio (KI)

Strumenti: Bilancia (Portata 300g, sensibilità 0.01g); becker X2 (Portata 25ml); agitatore; cilindri graduati X2 (Portata 10ml, sensibilità 0.1 ml & portata 50ml, sensibilità 1ml); piastra riscaldante; spruzzetta;  carta da filtro X2; imbuto; base con asta e sostegno ad anello; vetrino da orologio

5)Metodologia Operativa & Formule Usate

Metodologia Operativa:

A). Pesare 2.65g di nitrato di piombo e scioglierli in 16ml d'acqua distillata, successivamente pesare 2.66g di ioduro di potassio e scioglierli in 32ml d'acqua distillata.

B). Mescolare lentamente le due soluzioni, poi versare quella contenente il nitrato di piombo in quella contenente lo ioduro di potassio. Mescolare energicamente il miscuglio ottenuto, finché non si forma un precipitato giallo/arancione di ioduro di piombo. Attendere qualche minuto per facilitare la precipitazione completa.

C). Dopo aver pesato due dischi di carta da filtro, filtrare la soluzione, usando meno di 10 ml d'acqua per lavare il precipitato, favorendo la filtrazione. Porre il filtro contenente ioduro di piombo in stufa (su un vetrino), e portare a secchezza.

D) Una volta fatto, lasciar raffreddare il composto e successivamente pesarlo. Per ottenere la massa dello ioduro di piombo, togliere al valore pesato la massa della carta da filtro.

E). Il nitrato di potassio deve essere fatto evaporare lentamente, in modo da ottenere dei cristalli filiformi di KNO₃. Determinare la massa dei cristalli di potassio contenuti nel becker.

F). Verificare le due leggi ponderali e scrivere le proprie considerazioni.

Formule Usate:

Reazione: 1 Pb(NO₃)₂ + 2 KI 2 KNO₃ + 2 PbI₂

Moli: grammi (g) / massa molare (g/mol)

Conservazione della massa: ∑ _{masse reagenti} = ∑ _{masse prodotti}

6). Raccolta Dati ed Elaborazione Dati

Dati Preliminari:

Massa Becker 1: 58,32 g

Massa Becker 2: 55,463 g

Massa Nitrato di piombo: 2,65 g

Massa Ioduro di potassio: 2,66 g

Massa Vetrino: 30,58 g

Massa Carta da filtro 1: 1,04 g

Massa Carta da Filtro 2: 1,06 g

Calcolo delle Masse dei prodotti

Massa complessiva Nitrato di potassio: 59,92 g (Becker + KNO₃)

Massa complessiva Ioduro di piombo: 44,45 g (Vetrino + PbI₂ + Carta da filtro)

Massa effettiva Nitrato di potassio : 59,92 g - 58,32 g = 1,60 g

Massa effettiva Ioduro di piombo: 44,45 g - 38,58 g - 1,04 g - 1,06 g = 3,77 g

Verifica delle leggi

Legge della conservazione della massa

2,65 g + 2,66 g (Reagenti) = 3,77 g + 1,60 g (Prodotti) 5,31 g = 5,37 g

Legge delle proporzioni definite

a). 2,65 g : 2,66 g = 3,77 g : 1,60 g (Totale 2,36)

Masse dei reagenti: 0.99 ; Masse dei prodotti: 2.36

b). N°moli Pb(NO₃)₂ = 2,65 g / (207,2 + 14,01 * 2 + 16 * 6) g/mol = 0,008 mol

N°moli KI = 2,66 g / (39,1 + 126,9) g/mol = 0,016 mol (0,032)

N°moli KNO₃ = 3,77 g / (39.1 + 14.01 + 16 * 3) g/mol = 0,037 mol (0.074)

N°moli PbI₂: = 1,60 g / (207,2 + 126,9 * 2) = 0,003 mol

Moli dei reagenti che reagiscono: 2+1

Moli dei prodotti che reagiscono: 2+1

0,008 mol / 0,032 mol = 0,074 mol / 0,003 mol (Totale 83,(3))

7) Verifica Scopo

1). La reazione che abbiamo studiato presenta quattro sostanze: Nitrato di piombo Pb(NO₃)₂, Ioduro di potassio KI, Nitrato di potassio KNO₃ e Ioduro di piombo PbI₂. Analizzando quantitativamente, notiamo: nei reagenti, il 49,9% è composto da nitrato di piombo, il 51,1% da ioduro di potassio. Le due sostanze, dunque, si combinano in quantità più o meno uguale, come dimostra anche la quantità in grammi delle due sostanze (2,65 e 2,66). Nei prodotti, il 70,2% è composto da nitrato di potassio, e solo il 28,8% restante è composto dal precipitato, lo ioduro di piombo.

2) Calcolando le masse dei reagenti e dei prodotti, otteniamo l'equazione falsa 5,31 = 5,37. Colpisce il fatto che, secondo questa uguaglianza, nei prodotti c'è una massa maggiore. Ora, poiché la massa non si crea dal nulla, dobbiamo considerare il probabile errore commesso durante l'operazione di pesatura, probabilmente del becker o del vetrino, non certo dei due reagenti, avendo di questi un valore ben preciso. Ciò spiega l'eccesso di massa riscontrato nei due prodotti.

Il rapporto proporzionale tra le masse è di 2,36. Questo è un numero piccolo, ma non è intero. Ciò è da attribuirsi ancora all'errore occorso nell'operazione di pesatura, e alla propagazione degli errori durante il calcolo di tale valore. Il rapporto molare è espresso invece da un numero infinito né piccolo, in quanto è oltre il valore 80. Ciò è dovuto probabilmente ancora alla propagazione degli errori, anche se un errore così alto è difficile da accettare.

In sostanza, però, possiamo dire che l'esperienza è avvenuta con successo, in quanto abbiamo effettivamente prodotto il nitrato di potassio e lo ioduro di piombo.

8) Osservazioni:

Nell'effettuare questa esperienza, è bene sottolineare che abbiamo usato composti in forma ionica, precisamente Pb²⁺ e NO₃^- per il nitrato di piombo, e K⁺ e I^-  per lo ioduro di potassio. La reazione, in particolare, avviene tra i cationi Pb e gli anioni I, con formazione del precipitato giallo denso PbI₂, nel quale gli ioni coinvolti si agglomerano. E' una reazione molto rapida. Se Pb(NO₃)₂ e KI sono mescolati in rapporto molare 1:2, come nel caso di questa esperienza, la soluzione finale conterrà solo ioni K⁺ e NO₃^-. I cristalli di ioduro di piombo si formano a causa della sovra saturità della soluzione finale. Dunque, la nostra equazione è in realtà un'equazione ionica, che dovrebbe essere scritta:

Pb²⁺ + NO₃^- + 2K⁺ + 2I^-  PbI₂ + 2K⁺+ NO₃ ^-.( PbI₂ non è stato scritto in forma ionica, poiché questi ioni non sono più in grado di muoversi liberamente).

Questa reazione rientra nelle categorie delle reazioni di metatesi o di doppio scambio.