UNA REAZIONE ENDOTERMICA
Prerequisiti.
Riconoscimento di fenomeni fisici e chimici. La chimica studia i fenomeni che avvengono nelle sostanze, la loro formazione (sintesi) e le possibili trasformazioni (decomposizioni, sostituzioni) che possono verificarsi in esse mediante processi che vengono chiamati reazioni chimiche.
I fenomeni fisici, non determinano alterazioni permanenti nei corpi, non formano un nuovo tipo di sostanza e sono generalmente reversibili attraverso l’uso di mezzi fisici.
I fenomeni chimici, determinano alterazioni permanenti nei corpi, producono nuovi tipi di sostanze e sono molto spesso irreversibili agendo con soli mezzi fisici, reversibili se si opera con opportuni mezzi chimici. Non sempre è agevole il riconoscimento di trasformazioni fisiche e chimiche. Per esempio la dissoluzione di un sale è un fenomeno fisico o chimico? Al momento preferiamo definirlo come un fenomeno fisico.
Useremo nel seguito alcune abbreviazioni ed esattamente:
(s) significa solido;
(l) significa liquido;
(g) significa gassoso;
(aq) significa sostanza sciolta in acqua.
Attrezzatura, strumenti e materiali.
In laboratorio saranno presenti:
  • becher;
  • dosatore
  • acido cloridrico in soluzione acquosa 10% di formula HCl(aq);
  • bicarbonato di sodio puro di formula NaHCO3 (s);
  • spatole e bacchete di vetro;
  • fglietti di carta oleata per misure di solidi sulla bilancia;
  • bilancia centesimale ±0,02 g.
  • termometro con sensibilita ±1°C
Sicurezza.
Sempre identificare in laboratorio i reagenti da usare ed i rischi a loro associati. Spesso durante le reazioni si osservano cambiamenti di stato che possono anche implicare pericoli relativi alla reazione e non ai singoli reagenti presi separatamente.
Procedimento.
1) Per prima cosa pesare il becher scrivendolo sul proprio quaderno.
2) Prelevare con il dosatore o la pipetta a stantuffo 25 mL di acido cloridrico che poi si versano nel becher.
3) Pesare nuovamente il becher con il liquido.
4) Inserire nel becher con il liquido il termometro, registrare la temperatura iniziale del sistema che dovrebbe corrispondere alla temepratura ambientale del laboratorio.
Il termometro quindi si lascia nel becher posizionandolo con un appoggio stabile così da evitare che il suo peso possa ribaltare il becher stesso.
5) Posizionare sulla bilancia la carta oleata (registrare la tara), quindi pesare circa 5,0 g di bicarbonato di sodio, scrivendo i valori sul proprio quaderno. 6) Per conoscere il peso netto del sistema iniziale, sommare i valori del peso netto del liquido con il peso netto del bicarbonato.
7) Versare il bicarbonato di sodio nel becher con la soluzione di acido cloridrico lentamente, per evitare che l'anidride carbonica che si sprigiona dalla reazione:

HCl (aq) + NaHCO3 (s) —» NaCl (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)

esca troppo velocemente; si noterà inoltre anche al tatto, un progressivo abbassmento della temperatura, il che indica una reazione endotermica.
Più grammi di bicarbonato si usano, maggiore sarà l'abbassamento di temperatura, fino ad un limite definito dalla quantità di acido cloridrico. (Interessante provare con quantità variabili di 2,0 g; 4,0 g; 6,0 g; eccetera per vedere fino a che punto si può avere un abbassmento di temperatura)
8) Registrare l'abbassamento di temperatura osservato. 9) Pesare il sistema finale e operare le opportune operazioni per calcolare la quantità di CO2 (g) che è uscita dal sistema. Si fa riferimento alla legge di Lavoisier.
Esempio di calcolo.
becher iniziale 51,40 ± 0,02 g
becher con 25 mL di acido cloridrico acquoso 76,42 ± 0,02 g
quindi il liquido pesa 76,42 - 51,40 = 25,02 ± 0,04 g
la carta oleata pesa 0,40 ± 0,02 g
bicarbonato su carta oleata 4,76 ± 0,02 g
quindi il solo solido pesa 4,36 ± 0,04 g
temperatura iniziale del sistema registrata dal termometro 23 ± 1°C
si aggiunge gradualmente il solido nel liquido osservando un vivace gorgogliamento (tempo circa ½ minuto).
temperatura finale del sistema registrata dal termometro (stimata) 14,5 ± 1,0°C
massa finale becher + liquido registrata al termine della reazione 78,29 ± 0,02 g
Risultati.
Per la reazione in oggetto: HCl (aq) + NaHCO3 (s) —» NaCl (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)

Si è osservato, sulle quantità utilizzate di reagente, un abbassamento di temperatura del sistema di:
23,0 - 14,5 = 8,5 ± 2°C
corrispondente alla fuoriuscita di:
massa iniziale 76,42 + 4,36 = 80,78 ± 0,04 g
massa finale                            78,29 ± 0,02 g
variazione di peso osservata 2,49 ± 0,06 g.

Possiamo quindi stimare il bicarbonato di sodio essere composto per il 2,49 / 4,36 = 57 ± 2 % di CO2.
In realtà la percentuale effettiva è inferiore, sul 52%, per cui è possibile che durante l'esperimento alcuni schizzi abbiano fatto fuoriuscire un po' di sostanza (liquida o solida), diverse dalla anidride carbonica, innalzando così la percentuale calcolata.

Quindi una variazione di 8,5 / 2,49 = 3,4 ± 0,9 °C/g
ossia 3,4 °C per ogni grammo di CO2 (g) che esce dal sistema.

In generale possiamo osservare che la fuoriuscita / espansione di gas è associata a processi chimici o fisici di tipo endotermico.

Si ringrazia l'alunna Parisi Andrea Angelica per i dati quantitativi forniti nell'esperienza.