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.

La prima cosa che a molti di noi verrebbe da dire è probabilmente: “…io per metallo intendo una cosa ben diversa”; la seconda perplessità invece potrebbe riguardare il fatto che il sodio, ma anche il potassio ed il calcio che figurano nei video successivi, sono elementi ben presenti nella nostra vita quotidiana, citati come sono da medici, massmedia, nutrizionisti e produttori dialimenti e bevande in genere…
tavolaperiodicaelementi Alla prima obiezione rispondo semplicemente con il titolo del post: “metallo? sì, ma per il chimico!”    Il sodio, il potassio ed il calcio sono di fatto metalli, almeno e forse più degli altri secondo le definizioni di metalli valide in chimica.    Le caratteristiche macroscopiche, appariscenti, tecnologiche che siamo soliti immaginare come fondamentali per i metalli, sono di importanza secondaria per il chimico: l’importante è che si tratti di elementi chimici “elettropositivi”, con una più o meno grande tendenza a cedere gli elettroni cosiddetti “di valenza”, ovvero quelli appartenenti al livello energetico più superficiale.
Di conseguenza, sempre dal punto di vista chimico, si potrebbe dire che le caratteristiche metalliche sono proporzionali a questa tendenza a cedere questo tipo di elettroni (e quindi ad ossidarsi, con l’assunzione di una o più cariche positive, in cationi): dato che gli elementi che stanno sull’estrema sinistra del sistema periodico, e precisamente sulla prima e seconda colonna, sono quelli che mostrano in modo più marcato questa caratteristica, siamo giustificati ad affermare che il sodio, il potassio ed il calcio sono metalli “almeno” quanto il ferro, l’alluminio ed il rame.

Circa la seconda obiezione, ovvero il disorientamento che molti di noi potrebbero provare dopo avere sentito a lungo parlare di sodio, nel vederlo qui reagire in modo quasi terrificante con semplice acqua, basti dire che nella vita di tutti i giorni abbiamo a che fare non con il sodio in sè, isolato ed integro in tutti i suoi elettroni compresi quelli di valenza così facili da perdere, bensì con il sodio che ha già perso questi elettroni, si è già ossidato, quindi è diventato un cosiddetto “catione”, con una carica positiva, e pertanto viaggia insieme ad altre sostanze con carica negativa, gli anioni.    Ad esempio nel sale da cucina, il cloruro di sodio.   Ma anche il sodio presente in realtà in quantità piccolissime nelle acque, ed anche quello presente negli alimenti, e in pratica ovunque.

In questo secondo video assistiamo invece alla reazione con l’acqua del potassio, un altro metallo alcalino più estremo ancora del sodio nella sua reattività:

Se vi state domandando la ragione per la quale l’acqua ad un certo punto inziia a tingersi di fuscia, vi posso dire che si tratta di un artificio adottato dallo sperimentatore per dimostrare appunto la caratteristica di questo tipo di metalli, quello per l’appunto di essere “alcalini”.    Prima dell’esperimento l’operatore ha sciolto nell’acqua una piccola quantità di fenolftaleina, un indicatore di acidità/basicità che da incolore diventa appunto fucsia solo quando l’ambiente diventa fortemente alcalino (sinomino di basico, in contrario di acido).    Man mano che il potassio, ma anche gli altri metalli reattivi, reagisce con l’acqua, mentre libera da questa l’idrogeno sotto forma di gas, si ossida in catione (con carica positiva) e si lega all’ossigeno avanzato dall’acqua formando un ossido, che in ambiente acquoso si trasforma immediatamente in idrossido, per noi invisibile perchè resta sciolto nell’acqua ma che conferisce alla stessa caratteristiche fortemente alcaline… diciamo un pH superiore almeno al 12.

In quest’ultimo video vediamo il comportamento in acqua del calcio:

A differenza del sodio e del potassio il calcio appartiene al 2° gruppo, quindi è un metallo “alcaino-terroso”, con caratteristiche metalliche meno estreme del sodio e del potassio. A parità di condizioni, pezzatura, ecc quindi reagisce in modo meno vigorso dei primi con l’acqua; a differenza di sodio e potassio inoltre l’idrossido che si forma con la dissoluzione del metallo in forma di catione non è molto solubile nell’acqua. Si vede infatti l’acqua imbiancarsi man mano per l’accumulo di idrossido di calcio in eccesso… quella che in altri contesti chiameremo calce spenta!

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