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video-esperienze di chimica

video filmati e cortometraggi, raccolti da youtube ma non solo, che mostrano esperienze, esperiementi ed eventi, spesso spettacolari, che vengono poi dettagliatamente spiegati e commentati in termini chimici

che cos’è la cromatografia?

spazioLa cromatografia è fondamentalmente una tecnica che consente di separare sostanze chimiche fra loro diverse inizialmente in miscela, o meglio in soluzione, restituendole singolarmente nel tempo e, come implicito nel concetto stesso di “separazione” isolandole anche nello spazio.

separazione cromatografica su strato sottile (TLC) di una miscela di sostanze colorateInutile dire che dietro a questa semplice definizione, che più generica davvero non si può, si nascondono decine di tecniche fra loro estremamente diverse in relazione ai principi chimici e chimico-fisici sfruttati, alle caratteristiche delle sostanze da separare e dei coadiuvanti chimici coinvolti, delle finalità della separazione e così via.   Un piccolo mondo interno alla chimica che attraversa il primo luogo il campo dell’analisi per sfociare in applicazioni preparative sia su scala da laboratorio che industriale e che coinvolge una percentuale insospettabilmente alta degli addetti chimici di un po’ tutti i settori produttivi e di controllo: dal campo medico a quello agronomico, da quello ambientale a quello petrolchimico, da quello farmaceutico a quello ambientale e così via.

Tornando alla definizione inizialmente fornita, la cromatografia non è in effetti l’unico approccio possibile per realizzare una separazione come quella descritta.   L’elettroforesi per esempio potrebbe rispondere anch’essa molto bene a questa definizione, e persino la distillazione e la cristallizzazione frazionata se opportunamente gestite possono essere utilizzate per la separazione di sostanze chimiche diverse in miscela, o meglio in soluzione, restituendole nel tempo in forma virtualmente pura, ovvero separandole l’una dall’altra. Continua...

che cos’è un legame chimico?

Due atomi che stabiliscono una connessione reciproca tale per cui il binomio che ne deriva risulta maggiormente favorito rispetto alla permanenza degli stessi atomi in forma isolata, si dice che stabiliscono un legame, ed in particolare un legame chimico.
legame chimico e minimizzazione energia potenziale fra due atomi di idrogenoAltresì possiamo dire che si ha un legame chimico quando una forza tiene uniti più atomi fra loro, pervenendo così ad uno stato di aggregazione ed organizzazione della materia di ordine superiore rispetto a quello atomico, come ad esempio una molecola, un cristallo o una sostanza allo stato condensato (liquido o solido).
La chimica prende la mosse proprio da qui: non dagli atomi in sé stessi, che come abbiamo già avuto modo di discutere in precedenti interventi rappresentano forse un oggetto di maggiore interesse dei fisici che non dei chimici, quanto dalla possibilità di questi atomi di stabilire dei legami l’un l’altro.    La formazione stessa dei legami, la loro natura, la loro forza, la possibilità di spezzarli ed eventualmente di permutarne la connettività (in pratica quale atomo sia legato con quale altro) sono fra i concetti più basilari che stanno a monte dell’intera scienza chimica.

A rigore non sarebbe neppure così corretto, anche se lo fanno in molti, affermare che dal legame fra due o più atomi si formano necessariamente molecole: come avremo modo di argomentare più avanti, infatti, a seconda del tipo di legame potrà trattarsi sì di molecole, ma eventualmente anche di altri generi di assemblati che possono prendere nomi diversi (es. Continua...

le reazioni chimiche: che cosa sono e come si scrivono

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CHE COS’E’ UNA REAZIONE CHIMICA?

Una reazione chimica può essere definita come il processo che, tramite la variazione della modalità con la quale gli atomi risultano fra loro legati per formare specie chimiche più complesse (molecole o ioni), porta ad una ricombinazione degli stessi atomi con la formazione di specie chimiche diverse da quelle di partenza.

A partire dall’evidenza che tutto ciò che ci circonda, solido liquido o gassoso che sia, è costituito da atomi organizzati fra loro in modo preciso tramite legami chimici per formare molecole e, in minima parte, da atomi isolati sottoforma di molecole monoatomiche, lo studio delle reazioni chimiche è potenzialmente in grado di descrivere e spesso anche di prevedere la stragrande maggioranza dei mutamenti più intimi della materia, ed in particolare quelle che comportano la trasformazione di una sostanza chimica in un’altra.

– nota –
Un’utile lettura a questo proposito, specie per districarsi nella sottile differenza fra alcuni termini solo apparentemente sinonimi fra loro (come ad esempio sostanza, molecola e specie chimica) può essere rappresentata dall’articolo “sostanza, molecola, composto o specie chimica:? …le definizioni a confronto
[relativamente all’articolo corrente, i puristi mi perdonino l’utilizzo improprio del termine “molecola” per indicare anche i composti ionici, ma si concorderà che l’impiego di troppi “estendo” e “distinguo” avrebbe reso l’attuale trattazione troppo farraginosa per il contesto attuale]


Una nota di particolare rilievo, che deriva direttamente dalle definizione data di reazione chimica e che tornerà utile anche per definire in seguito quelle che “non sono” reazioni chimiche, prende le mosse dall’essenza stessa del legame chimico.     Continua...

VIDEO: bruciare lo zucchero? un piccolo stratagemma spiegato

L’espressione “bruciare gli zuccheri” è entrata da tempo nel nostro frasario di tutti i giorni: brucia gli zuccheri assunti con una bella alimentazione energetica lo sportivo nello sforzo della prestazione atletica, così come li brucia (o li vorrebbe bruciare) la persona con qualche problema di linea che, seguendo un regime dietetico ipocalorico, cerca in tutti i modi di evitare la loro conversione in lipidi che andrebbero ad incrementare la massa grassa accumulata in cuscinetti antiestetici su pancia e fianchi.
L’espressione è entrata a tal punto a far parte del linguaggio quotidiano che il video che segue, relativo proprio al tentativo di “bruciare” lo zucchero nel senso letterale del termine, potrebbe sollevare un filo di sconcerto, a questo punto quanto mai ragionevole:

Lo zucchero sembrerebbe non bruciare affatto.
L’operatore ha afferrato uno zolletta di saccarosio (il comune zucchero alimentare usato in cucina), scegliendo di operare su una zolletta per una semplice problema di comodità, ed ha provato “ad accenderla” su una fiamma, garantita in questo caso da una candela accesa.    Il risultato? Nessuno: la fiamma “non prende”, la zolletta non si accende, ovvero lo zucchero non brucia.   Alla peggio, dopo un po’ di tempo di esposizione alla fiamma (quello che in altri contesti si definirebbe “innesco”) si assiste alla degradazione del saccarosio con la formazione di una massa fluida e scura di caramello e lo sviluppo del caratteristico aroma dolciastro. Continua...

vetri e cristalli: agli antipodi del solido

il vetro chiamato "cristallo di Boemia"Credo che molti di noi rimarrebbero delusi se scoprissero che i preziosi calici in cristallo di Boemia che tengono gelosamente custoditi nella cristalliera in salotto non sono in realtà cristalli ma vetri, e lo stesso dicasi per i cultori dell’automobile, che parlano ormai comunemente di “cristalli” per alludere al parabrezza del proprio mezzo.
Per trovare dei veri cristalli in casa nostra dovremo forse cercare nella dispensa, nei barattoli di zucchero e di sale, dopo di che avremmo tutto il diritto di fermarci per domandarci una buona volta: che cosa intendono i chimici (o meglio, gli scienziati in generale) con la parola cristalli?
In effetti le parole vetro e cristallo, spesso confuse fra loro nel linguaggio quotidiano, si riferiscono non soltanto a realtà fisiche, diciamo ad “oggetti”, in qualche modo diverse fra loro, ma a situazioni praticamente antitetiche con le quali si può presentare la materia allo stato solido: per fare una metafora, sarebbe quasi come confondere il bianco con il nero o il dritto con il rovescio!

ALL’INIZIO ERANO ENTRAMBE UN LIQUIDO

Per comprendere meglio la differenza fra un vetro ed un cristallo dobbiamo fare un passo indietro nella storia della nostra sostanza.   Un passo che può risalire ad un’ora come a molti milioni di anni prima.  Continua...

VIDEO – il dentifricio dell’elefante: interpretazione di una dismutazione spettacolare

Una delle esperienze di chimica “spettacolare” più comunemente proposta negli show che vogliono mostrare al grande pubblico l’aspetto giocoso ed accattivante della chimica è quella nota come il “dentifricio dell’elefante”.

Video di questa spettacolare chemical experience sono diffusissimi su internet (ed infatti di seguito ne riporterò alcuni da YouTube), mentre meno frequenti risultano i commenti ad essi, ed in particolare quelli che si spingono oltre al fornire la ricetta degli ingredienti da miscelare per produrre da sé la reazione, non senza un filo di pericolo in certi casi colpevolmente sottovalutato da chi si espone in video senza gli idonei dispositivi di protezione individuali come guanti e mascherina adatti.

Di fatto cosa vediamo almeno negli esperimenti più dettagliati (come ad esempio nel secondo video riportato in questo articolo) è un operatore che mescola diversi componenti liquidi dentro ad un cilindro trasparente o ad una bottiglia; dopo l’aggiunta molto rapida dell’ultimo ingrediente l’operatore si ritira velocemente di scena mentre in pochi istanti dal contenitore inizia a generarsi un cilindro di schiuma, bianca o più spesso colorata, che velocemente cresce, straborda dal collo della bottiglia o del cilindro, esattamente come un dentifricio che esca da un enorme tubetto (da qui il nome di “dentifricio dell’elefante” dato all’esperienza), finchè il fenomeno dopo un periodo che varia da una manciata di secondi ad un minuto buono si esaurisce, non prima di avere sporcato tutto il tavolo di quella schiuma che, una volta a riposo, tende a trasformarsi inevitabilmente in una piccola quantità di liquido sparsa sul piano di lavoro. Continua...

VIDEO: preparazione di pigmenti colorati

Nell’antichità i pigmenti colorati utilizzati dai pittori insieme ad oli, leganti ed altri coadiuvanti, per preparare i loro colori, erano sostanze trovate tal quali in natura, ad esempio l’ocra, il carbone ed il lapislazzuli; quando agli albori della chimica iniziarono a comparire nel mondo dell’arte i primi pigmenti di sintesi, questi erano di natura comunque inorganica ma ottenuti in modo semplice e diretto, solitamente tramite un’unica reazione, a partire da materiali facilmente reperibili in natura, soprattutto nel mondo minerale.

A differenza della semplice macinazione di un minerale già di per sé colorato, come ad esempio la malachite, del cinabro o del lapislazzuli, il processo di preparazione diciamo così “artificiale” aveva indubbi vantaggi:
in primo luogo la possibilità di produrre colorazioni del tutto nuove ed introvabili i natura, in secondo luogo l’uniformità e la riproducibilità del prodotto ottenuto, in terzo luogo la disponibilità di un prodotto insolubile in acqua (nessuno di solito desidera che la propria pittura si sciolga alla prima traccia di umidità!) e già suddivisa in modo finissimo senza bisogno di ulteriori macinazioni.

Guardate per esempio la reazione nel seguente video, che è quella utilizzata da secoli per la preparazione del blu di prussia:

Le due materie prime utilizzate sono il ferrocianuro di potassio (non pensate nemmeno per un momento alla tossicità del rinomato cianuro!) ed un sale di ferro(II) come ad esempio il solfato ferroso. Continua...

metalli? sì, ma per il chimico

Metalli che si tagliano con un cucchiaino, che reagiscono con l’acqua generando bollicine e prendendo persino fuoco, che per di più non si possono neanche toccare, pena il procurarsi gravissime ustioni alle mani?

Be sì, sono proprio metalli, ed il loro comportamente è proprio quello descritto. Certo che la nostra idea di “metallo”, quella che affonda ben solide le sue radici nella nostra esperienza quotidiana, ci fa immaginare qualcosa di ben diverso…  Sostanze ben solide, più o meno lucide, sicuramente molto stabili, che non si sognerebbero mai di reagire con l’acqua, e se proprio dovessero farlo sarebbe tutt’al’più per fare un pò di ruggine col tempo, e per quanto riguarda il pericolo per l’uomo, il peggiore è forse quello di tagliarsi con una lama… di metallo appunto.

Guardiamo allora questo video, dove l’operatore con l’aiuto di una pinzetta introduce un pezzetto di sodio (uno dei metalli più diffusi in natura!) in una piastra in vetro piena d’acqua:

Dapprima vediamo una grande quantità di bolle formarsi: si tratta di idrogeno gassoso, che il sodio riesce a strappare dall’acqua stessa.     Il pezzo di metallo si muove velocemente sulla superficie dell’acqua, spinto dalle bollicine nascenti come un piccolo overcraft.    La reazione è esotermica, sviluppa una quantità notevolissima di calore, ed è questo casole alla fine che, non riuscendo più a dissiparsi, provoca l’accensione dello stesso idrogeno che si sta sviluppando, generando quello che in pratica è un piccolo incendio. Continua...

VIDEO: ESPERIMENTO DI SOLIDIFICAZIONE ULTRA-VELOCE

Ho ricevuto questo divertente video da parte di un amico che me ne chiedeva anche un’interpretazione.

La mia ipotesi è quella che si tratti di una cristallizzazione di una soluzione sovrassatura, creata a caldo ed incapace di cristallizzare spontaneamente a freddo per un fenomeno comune nelle realtà complesse e macroscopiche detto isteresi.

Riprendendo la cosa dall’inizio, è noto a tutti che molti solidi (in questo caso il sale organico detto acetato di sodio) aumentano la loro solubilità in un solvente (in questo caso l’acqua) all’aumentare della temperatura. Tenendo calda l’acqua l’operatore infatti riesce a sciogliere al suo interno una quantità di acetato di sodio di gran lunga maggiore di quanto riuscirebbe a scioglierne a temperatura ambiente. Quando facciamo la stessa cosa con altri prodotti solubili, per esempio zucchero o sale, dal momento che raffreddiamo di nuovo la soluzione il prodotto che prima se ne stava sciolto a caldo in soluzione torna a separarsi, molto lentamente, formando cristalli o incrostazioni di vario tipo sulle pareti, sul fondo o talvolta anche sulla superficie del liquido, ma si tratta comunque di un processo che può richiedere minuti, a volte ore, ed avviene in concomitanza del raffreddamento della soluzione.

Si dice satura una soluzione che ha disciolto al suo interno la massima quantità di soluto (in questo caso l’acetato di sodio) possibile ad na certa temperatura. Continua...

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