UNA REAZIONE ETERODOSSA CHE SEGUE IL PRINCIPIO DI BERTHOLLETPrerequisitiIl chimico francese Claude Louis Berthollet (1748-1822) sosteneva che gli elementi (per estensione reagenti in una reazione) si possono combinare tra loro in rapporti variabili in dipendenza della loro affinità e delle quantità che si facevano intervenire nelle reazioni (alias sistema di reazione), consapevole che però esistevano un limite minimo ed un limite massimo di combinazione tra gli elementi (ossia reagenti).Nel caso pratico che affrontiamo in laboratorio consideriamo la diversa affinità che dimostra il nitrato piomboso verso l'idrossido di sodio, che si esplica nei due possibili prodotti, introdotti dal docente nella presentazione teorica in classe, idrossido piomboso Pb(OH)2 e piombito di sodio Na2PbO2 (meglio indicato nella nomenclatura tradizionale come metapiombito di sodio). Attrezzatura, strumentiIn laboratorio saranno presenti:
SostanzeIn laboratorio saranno presenti:
Rischi e pericoli
SicurezzaUso del camice, guanti di lattice (meglio se accompagnati da quanti di cotone), occhiali per evitare schizzi in fronte o negli occhi.ProcedimentoSi pesa al netto il sistema becher piccolo con provetta;si inseriche dapprima uno dei reagenti in quantità di circa 20 gocce e si pesa alla bilancia (circa 1,6 ÷ 2,0 g); si opera con aggiunte di cinque gocce per volta dell'altro reagente osservando di volta in volta l'aspetto che assume il sistema di reazione.
Deduzioni, Reazioni, OsservazioniSi considera la seguente sequenza di reazioni che rispetta il principio di Berthollet (ovvero diversi prodotti in funzione del rapporto delle particelle dei reagenti), se si prende come riferimento il nitrato piomboso possiamo scrivere:Pb(NO3)2 + 2 NaOH —» Pb(OH)2 + 2 NaNO3 dove Pb(OH)2 si presenta come un precipitato bianco "pesante" (per essere più precisi denso) che si deposita facilmente sul fondo della provetta; Pb(NO3)2 + 3 NaOH —» Na+ + Pb(OH)3- + 3 NaNO3 dove Na+•Pb(OH)3- si presenta come un sistema opaco bianco lattiginoso, in termini tecnici si parla di uno stato colloidale di non immediata precipitazione; Pb(NO3)2 + 4 NaOH —» Na2PbO2 + 2 NaNO3 + 2 H2O ovvero Pb(OH)2 + 2 NaOH —» Na2PbO2 + 2 H2O solo leggermente opaco dove però non si distingue alcun precipitato.
Processo di base commutativo che, per coloro che prendono come base di partenza l'idrossido
di sodio, e procedono con aggiunte di nitrato piomboso si può descrivere in maniera meno
intuitiva come:
Prova semi quantitativa del docenteIl docente ha proceduto in sede separata con una titolazione per osservare in quale momento intervengono le diverse variazioni distinguendo qualitativamente le seguenti fasi partendo da:1,5 mL di Pb(NO3)2 circa 0,10 M titolati con NaOH circa 0,14 M
RisultatiIn base al rapporto tra i reagenti Pb(NO3)2 e NaOH possiamo ipotizzare che la forma pienamente solubile non sia il (meta)piombito di sodio ma una forma più complessa del tipo (orto)piombito di sodio Na6PbO4 corrispondente quindi alla seguente reazione:Pb(NO3)2 + 8 NaOH —» Na6PbO4 + 2 NaNO3 + 4 H2O che come ricordato sopra si evidenza in un sistema di prodotti praticamente limpido o leggermente opaco dove però non si distingue alcun precipitato. ConclusioniUtilizzando le due soluzione di reagenti, ma in differenti rapporti quantitativi, si sono potute osservare diverse variazioni nel sistema di reazione, fenomeno difficilmente spiegabile con l'applicazione ortodossa della legge di Proust ma più facilmente interpretabile in base al "flessibile" principio di Berthollet.Si è altresì appreso che il piombo forma diversi composti caratterizzati da legami ionici o covalenti, in particolare: Pb(NO3)2 solubile con legami ionici Pb-O (il piombo si comporta come metallo) Pb(OH)2 insolubile con legami ionici Pb-O (il piombo si comporta come metallo) Na2PbO2 solubile con legami covalenti Pb-O (il piombo si comporta come non-metallo) o Na6PbO4 solubile con legami covalenti Pb-O (il piombo si comporta come non-metallo) Formando composti tipici dei metalli che dei non-metalli il piombo si dice esere un elemento anfotero, come molti altri elementi di transuizione ed elementi vicini alla riga a zig zag nel blocco p della tavola periodica. Il raggio ionico del piombo Pb++ risulta 1,19 Å pressapoco simile a quello dello ione idrossido OH- pari a 1,10 Å è quindi possibile prevedere una prima sfera di interazione catione con anioni idrossido pari a otto con formazione di un Pb(OH)86- che non è altro che l'analogo idradato dell'ortopiombito: PbO46- • 4 H2O = Pb(OH)86- questo però non spiega pienamente il valore ottenuto nella titolazione pari a 24, possiamo supporre una seconda sfera di interazione sempre con anioni idrossido dove ogni idrogeno riesce a coordinare due gruppi idrossido a formare una particella [ [Pb(OH)86-](OH)1616-] Na2222+ (ogni idrogeno della prima sfera di coordinazione si coordina con altri due gruppi idrossido della seconda sfera di coordinazione o in maniera molto più fantasiosa [ [Pb(OH)86-](OH)2424-] Na3030+ dove ogni idrogeno della prima sfera di coordinazione si coordina con altri tre gruppi idrossido della seconda sfera di idratazione) che malgrado l'aspetto inverosimile risulta in accordo con il valore trovato nella titolazione.
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