EQUILIBRI CHIMICI

e influenza della concentrazione
Materiale e strumenti.
In laboratorio saranno presenti:
  • becher da 100 mL e da 250 mL
  • provette e portaprovette
  • tappi di gomma per provette
Per quanto riguarda le sostanze:
  • nitrato ferrico             soluzione acquosa 0,005 M
  • tiocianato di potassio soluzione acquosa 0,005 M
  • nitrato ferrico            solido
  • tiocianato di potassio solido
  • bifosfato di sodio       solido
  • idrossido di sodio       solido
  • fluoruro di sodio         solido

Scopo dell'esperienza è l'osservazione di come l'aggiunta o sottrazione di un reagente possono spostare l'equilibrio per processi veloci chimici dove quindi la cinetica occupa un ruolo secondario.
Analisi.
Nel caso specifico le speci chimiche che entrano in gioco nell'equilibrio sono le forme ioniche che si liberano dalle seguenti dissociazioni:

Fe(NO3)3(aq) ⇔ Fe+++(aq) + 3 NO3-(aq)
KSCN(aq) ⇔ K+(aq) + SCN-(aq)

L'equilibrio che si considera risulta quindi il seguente:
Fe+++(aq) + SCN-(aq) ⇔ Fe(SCN)++(aq)

Poiché l'unica sostanza colorata è il catione tiocianato di ferro potremmo supporre che l'equilibrio sarà tanto più spostato verso destra quanto più intensa sarà la colorazione del nostro sistema.
Aggiungendo dei reagenti dovremmo osservare una colorazione più intensa mentre eliminando dei reagenti dovremmo osservare una colorazione meno intensa.

Procedimento:
Si inizia lavorando in coppia e poi si procede singolarmente:
si prelevano 30 mL di tiocianato di potassio e si travasano in un becher da 100 mL; si prelevano 30 ml di nitrato ferrico e si travasano in un becher da 250 mL. Si uniscono i contenuti dei due becher nel contenitore più grande e si osserva la reazione.
Ogni studente riempie sei provette per circa la metà (circa 4 mL) con la soluzione ottenuta, le sei provette saranno da qui in avanti indicate con le lettere alfabetiche a,b,c,d,e,f dove la provetta f sarà utilizzata come riferimento.
provetta a) Aggiungere alcuni cristalli di nitrato ferrico (che libera in soluzione ioni del reagente) e osservare come cambia il colore della soluzione rispetto al campione f.
provetta b) Aggiungere alcuni cristalli di tiocianato di potassio (che libera in soluzione ioni del reagente) e osservare come cambia il colore della soluzione rispetto al campione f.
provetta c) Aggiungere alcuni cristalli di tiocianato di potassio (che sequestra dalla soluzione ioni del reagente) e osservare come cambia il colore della soluzione rispetto al campione f.
Questa sostanza reagisce con lo ione ferrico dando un precipitato di ortofosfato ferrico:
Fe+++(aq) + 2 HPO4-- (aq) —» FePO4 (s) + H2PO4- (aq)

Possiamo a questo punto fare una foto della situazione che abbiamo ottenuto osservando i tre casi a, b e c
(nella foto indicati con le lettere maiuscole per maggiore chiarezza, nell'ordine A, C, B confrontati con la provetta di riferimento F).

Qui nella foto l'ordine è rispettivamente a, c, b ed f.
Cliccare qui per vedere una foto ingrandita dei tre esperimenti.

provetta d) Aggiungere alcune gocce di idrossido di sodio (che sequestra dalla soluzione ioni del reagente) e osservare come cambia il colore della soluzione rispetto al campione f.
Questa sostanza reagisce con lo ione ferrico dando un precipitato di idrossido ferrico:
Fe+++ (aq) + 3 OH- (aq) —» Fe(OH)3 (s)
provetta e) Aggiungere una punta di spatola di fluoruro di sodio (che sequestra dalla soluzione ioni del reagente) e osservare come cambia il colore della soluzione rispetto al campione f.
Questa sostanza reagisce con lo ione ferrico dando un precipitato di fluoruro ferrico:
Fe+++ (aq) + 3 F- (aq) —» FeF3 (s)


Questa seconda foto illustra l'intera sequenza delle provette nell'ordine previsto: a, b, c, d, e, ed f.
Cliccare qui per vedere una foto ingrandita delle cinque prove.

Proseguire scrivendo le osservazioni e le conclusioni.

Conclusione.
Attraverso semplici reagenti portati abbiamo potuto osservare diverse reazioni, tutte estremamente rapide, alcune irreversibili (si è fatto uso della freccia —» ) e altre reversibili (uso della doppia freccia ⇔ o del segno uguale = )

Si ringrazia la prof.ssa Franca Brusa e tutti gli altri docenti di chimica e tecnici di laboratorio dell'ITIS "Nullo Baldini" per la presente prova di laboratorio; e lo studente Alessandro Bolotti della classe 2^D per aver acconsentito all'utilizzo delle foto da lui eseguite in laboratorio.

Bibliografia
Adolfo Ferrari "Trattato di chimica generale ed inorganica" ed. Riccardo Pàtron, Bologna 1965
Mark S. Cracolice, Edward I. Peters "Chimica tutto si trasforma" ed. Zanichelli, Bologna 2007