Continuiamo il nostro viaggio nel sale con un esperimento. Le scuole sono iniziate da poco e la mia anima “educational” in questo periodo riemerge
Quanto sale si scioglie in acqua?
Prendete un recipiente contenente un po' di acqua del rubinetto e cominciate ad aggiungere del sale (grosso o fino non importa) mescolando. Inizialmente questo si scioglierà rapidamente, poi pian piano rallenterà la velocità di dissoluzione sino a quando non sarà più possibile aggiungere ulteriore sale in soluzione: si dice che la soluzione è satura. Questo succede perché l’acqua riesce a mantenere in soluzione solo una certa quantità di sale. L’eccesso rimane sul fondo indisciolto. La solubilità di una sostanza sono i grammi che riescono a sciogliersi in 100 g di acqua pura. La solubilità però dipende dalla temperatura: se aumentiamo la temperatura dell’acqua aumentano sia la velocità di dissoluzione sia la quantità di cloruro di sodio che si può sciogliere. La solubilità di quasi tutte le sostanze aumenta all’aumentare della temperatura. Quella del cloruro di sodio però non varia troppo (quella dello zucchero varia molto di più ad esempio). A 20 °C cento grammi di acqua sciolgono poco più di 35 grammi di cloruro di sodio, mentre a 80 °C se ne sciolgono circa 38.
In figura vedete la curva di solubilità in funzione della temperatura
La determinazione precisa della curva di solubilità è difficile dal punto di vista sperimentale, e infatti in letteratura si trovano valori anche un po' diversi. Io faccio riferimento all’articolo “On the solubilità of sodium chloride in water” H. Langer and H. Offermann, Journal of Crystal Growth 60, 389 (1982) che riporta la seguente formula per la solubilità del cloruro di sodio in funzione della temperatura espressa in gradi Celsius:
g NaCl in 100g H2O = (35.335 - 0.22947 T) / (1-0.0069059 T)
Prepariamo dei cristalli
Uno dei metodi più semplici utilizzati per produrre velocemente dei cristalli di una sostanza solubile in acqua è quello di sfruttare la differente solubilità a temperature diverse. Si scalda l’acqua e si aggiunge la massima quantità di sostanza solubile a quella temperatura. A questo punto si lascia raffreddare la soluzione. Diminuendo la temperatura diminuisce la quantità di sostanza che può rimanere in soluzione, e quindi l’eccesso va a formare dei cristalli. Questo è il metodo preferito per ottenere dei bellissimi cristalli di solfato di rame (lo trovate al consorzio agrario se volete). Questo metodo però non è l’ideale per il sale perché la differenza di solubilità non è molto elevata tra acqua calda e acqua a temperatura ambiente.
Per maggior comodità per tutti i miei esperimenti, invece che sciogliere tutte le volte del sale in acqua, preferisco tenere a portata di mano una bottiglia di soluzione satura ottenuta aggiungendo ad un litro d’acqua 400 grammi di sale. Preparo la soluzione un paio di giorni prima aiutandomi con un imbuto scuotendo ogni tanto vigorosamente il contenuto. La potete vedere in fotografia: il sale indisciolto rimane sul fondo. Al di sopra la soluzione è satura.
In questa bottiglia finiranno i resti dei vari esperimenti, in modo da avere sempre una soluzione satura a disposizione.
La procedura che uso per produrre dei piccoli cristalli è molto semplice: porto a 70 °C mezzo litro circa di soluzione satura,
la verso poi in un recipiente di plastica di quelli per conservare il cibo e lascio raffreddare. L’acqua calda evapora un po' e raffreddando si formano dei piccoli cristalli sulla superficie che in seguito affondano e cominciano a crescere. Nel giro di mezza giornata ecco formati dei bei cristallini sul fondo del recipiente.
Belli vero?
La qualità e la quantità dei cristalli formati purtroppo dipende da moltissimi fattori: la velocità di evaporazione (che dipende anche dalle dimensioni e dal tipo di recipiente), la temperatura dell’acqua (ho fatto prove da 60 °C a 90 °C) la temperatura della stanza, la quantità di soluzione impiegata e così via quindi se volete ripetere l’esperimento dovrete un po’ adattare i vari fattori al vostro caso.
Usando un contenitore più stretto, usando la stessa quantità di soluzione, ho ottenuto un maggior numeri di cristalli più piccoli.
È possibile rallentare il raffreddamento, e quindi ottenere dei cristalli più grossi, mettendo il recipiente a raffreddare in un forno, spento, che abbiamo preventivamente scaldato (io lo scaldo a 100 °C).
Dopo una giornata di accrescimento ecco i miei piccoli cristalli: non sono bellissimi?
Questi invece sono quelli ottenuti con il recipiente più stretto (oppure scaldando l’acqua a 80 °C invece che a 70 °C).
In molti libri di chimica si insegna che i cristalli di cloruro di sodio sono cubici e trasparenti. In realtà il cloruro di sodio può cristallizzare in molte forme diverse (ne vedremo altre) e nelle condizioni che abbiamo usato si formano prevalentemente cristalli bianchi e a forma di parallelepipedo basso. Per ottenere dei cristalli cubici trasparenti dovremo utilizzare un’altra procedura. Per ora divertitevi con questi, e se provate a farli ditemi le condizioni (quantità, temperatura, etc.) che avete utilizzato.
Alla prossima
Dario Bressanini
Scritto in Chimica, Esperimento, Sale | 234 Commenti »