Reazioni reversibili: cromato e bicromato

Molti equilibri chimici, che coinvolgono ioni H+ o OH-, sono influenzati anche dall'acidità o dalla basicità della soluzione: in questo esperimento vedremo come, aggiungendo un acido o una base, è possibile spostare l'equilibrio tra lo ione cromato e lo ione bicromato.

Durata: 30'

Scopo:

Dimostrare il principio di Le Chatelier, cioè che un sistema chimico all'equilibrio reagisce alle variazioni effettuate sui suoi componenti in modo da ridurne gli effetti.

Teoria:

L'equilibrio studiato è quello tra ione cromato e ione bicromato:

2CrO₄^2- + 2H⁺ ⇋ Cr₂O₇^2- + H₂O

Lo ione cromato in soluzione è giallo, mentre lo ione bicromato in soluzione è arancione.

Secondo il principio di Le Chatelier, se il sistema è all'equilibrio, vale la relazione

dove k è la costante di equilibrio e a l'attività delle specie in soluzione.

L'attività si può approssimare con la concentrazione, l'equazione diventa quindi

Se varia la concentrazione di ioni idrogeno, perché il sistema rimanga all'equilibrio devono quindi variare di conseguenza le concentrazioni delle altre specie. In particolare, ad un aumento della concentrazione di ioni idrogeno corrisponde un aumento della concentrazione di ioni bicromato e una diminuzione di ioni cromato (la reazione si sposta verso destra), viceversa ad una diminuzione di ioni idrogeno corrisponde un aumento di ioni cromato e una diminuzione di ioni bicromato (la reazione si sposta verso sinistra).

Sappiamo inoltre che la concentrazione di ioni idrogeno nell'acqua è controllata dall'equilibrio di autoionizzazione dell'acqua:

H₂O ⇋ H⁺ + OH^-

per cui all'equilibrio vale la relazione:

quindi, anche l'aggiunta di ioni idrossido influenza la concentrazione di ioni idrogeno, abbassandola.

Materiale:

• K₂CrO₄ 0,1 M (cancerogeno per inalazione, lavorare con guanti e sotto cappa aspirante)
• K₂Cr₂O₇ 0,1 M (tossico e cancerogeno per inalazione, lavorare con guanti e sotto cappa aspirante)
• HCl 1 M (corrosivo, lavorare con guanti)
• NaOH 1 M (corrosivo, lavorare con guanti)

Strumenti:

• Pipette tarate da 2 mL (o pipette graduate in grado di misurare 2 mL) con propipette
• Pipette Pasteur
• Provette e portaprovette

Procedimento:

1. Numerare quattro provette
2. Riempire le provette 1 e 2 con 2 mL di soluzione di cromato di potassio ciascuna.
3. Riempire le provette 3 e 4 con 2 mL di soluzione di bicromato di potassio ciascuna.
4. Aggiungere la soluzione di acido cloridrico alla provetta 1, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.
5. Aggiungere la soluzione di acido cloridrico alla provetta 2, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.
6. Aggiungere la soluzione di idrossido di sodio alla provetta 2, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.
7. Aggiungere la soluzione di idrossido di sodio alla provetta 3, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.
8. Aggiungere la soluzione di idrossido di sodio alla provetta 4, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.
9. Aggiungere la soluzione di acido cloridrico alla provetta 4, goccia a goccia, fino a che non si nota un cambiamento di colore.

Risultato:

• Aggiungendo un acido ad una soluzione di cromato di potassio, il colore vira verso l'arancio per lo spostamento dell'equilibrio a destra, verso il bicromato.
• Aggiungendo una base ad una soluzione di bicromato di potassio, il colore vira verso il giallo per lo spostamento dell'equilibrio a sinistra, verso il cromato.
• Entrambi questi fenomeni sono reversibili, aggiungendo rispettivamente una base e un acido.

Riferimenti:

• Nuffield foundation. An equilibrium involving chromate(VI) and dichromate(VI) ions.
• Posca Vito. Dimensione chimica. Reazioni chimiche. 2011, p. 94-95.