Reazioni e calore

Lo stato della fiamma

Buon giorno! Conoscete qualche reazione chimica per produrre calore, anche in piccole quantità, che si possa far avvenire con composti facili da reperire (che si trovano in casa)?

stefano aaaaaaa
20 novembre 2007

Pur non volendo leggere alcuna “malizia” nella domanda di Stefano, devo necessariamente fare una premessa e, dopo aver fornito una risposta, fare un commento finale.
La premessa riguarda la termochimica, cioè la scienza che studia la variazione di energia termica  associata a una reazione chimica. In pratica, oggi si hanno tabelle da cui si possono calcolare le variazione di energia (tonalità termica) di una qualsiasi reazione conosciuta. Occorre anche sottolineare che la termodinamica chimica ci fornisce tutte le equazioni per correlare la variazione di energia termica (tonalità) misurabile con un calorimetro di reazione con la variazione di energia libera di Gibbs, cioè la spontaneità di una reazione. Per sommi capi possiamo cioè correlare la spontaneità di una reazione esotermica (e in molti casi “la violenza”) con il carattere di esotermicità della reazione stessa. Cioè, quanto più una reazione è esotermica, tanto più essa avviene spontaneamente ed è eventualmente caratterizzata da una potenziale violenza quando la generazione di prodotti gassosi dà anche un carattere esplosivo.
La più semplice reazione esotermica è per definizione una reazione di combustione, cioè la reazione di ossidazione di un composto con l’ossigeno dell’aria.
Una zolletta di zucchero comune (saccarosio C12H22O11) può essere ossidata dall’ossigeno e generare CO2 e H2O secondo la reazione:
    C12H22O11 + 12 O2  -->   12 CO2 + 11 H2O + Q
Nella nomenclatura chimica, la reazione con i suoi coefficienti indica che 3,42 grammi (0,01 moli) di saccarosio reagiscono con 3,84 grammi di ossigeno gassoso (0,12 moli, pari a circa 2,66 litri alla temperatura ambiente) per generare 5,28 grammi (2,66 litri) di anidride carbonica oltre a 1,98 grammi di acqua (che nelle condizioni ordinarie condenserà in goccioline e parzialmente evaporerà) e una quantità di calore Q pari a circa 13,5 kcal (1348,2 kcal/mole). Se si trasferisce tutto il calore della combustione a 1 kg di acqua (cioè 1 litro), la temperatura dell’acqua si innalzerà quindi di 13,5 gradi. (Ho usato l’unità caloria, anche se oggi è consigliato dalla IUPAC di utilizzare il “joule”, essendo 1 caloria = 4,184 joule)
Questa reazione, per avvenire, deve essere innescata e mantenuta a regime: è un vecchio trucco mettere sulla zolletta un granellino di cenere o di carbone che funziona da stoppino come nelle candele (altro esempio di combustione; ma in questo caso la reazione coinvolge una sostanza di tipo paraffinico).
Quindi, nel fornire a Stefano questo unico esempio di reazione esotermica che può effettuarsi con poche cautele nella pratica casalinga, sottolineo che tutte queste reazioni sono sempre potenzialmente pericolose quando coinvolgono grandi masse di sostanza.
Mi permetto anche di aggiungere che a livello mondiale, l’analisi degli incidenti in impianti industriali (si pensi a Seveso o a Bhopal) ha sempre riscontrato come causa una reazione esotermica sfuggita al controllo dell’operatore in cui il carattere fortemente esotermico ha accelerato la cinetica stessa della reazione (si chiamano reazioni fuggitive quelle reazioni che per i loro aspetti termochimici non risultano più controllabili quando, per un qualche errore, superano un livello termico di guardia). La direttiva “Seveso” della Unione Europea indica quali sono i test di laboratorio necessari per valutare i margini di sicurezza in qualsiasi impianto chimico dell’industria moderna. In Italia l’attività di controllo e prevenzione è demandata alla Stazione Sperimentale Combustibili di San Donato Milanese.

Attilio Cesaro Università di Trieste
Keywords: chimica, chimica fisica

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