La reazione dell’orologio rappresenta un fenomeno chimico in cui si verifica un cambiamento di colore che si manifesta in modo ciclico. Questo fenomeno è attribuibile a reazioni di ossidoriduzione o a variazioni nella concentrazione di determinati reagenti. Anche se simile alle tradizionali reazioni oscillanti, la reazione dell’orologio presenta caratteristiche uniche relative ai substrati e alle condizioni in cui avviene.
Modificazione della Velocità della Reazione
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La velocità alla quale si verifica la reazione dell’orologio può essere influenzata dall’aggiunta di un catalizzatore. In alcuni casi, il catalizzatore stesso può agire come un autocatalizzatore. Durante gli studi cinetici, si analizza il tempo necessario affinché una reazione produca una quantità specifica di prodotto variando le concentrazioni dei reagenti. Si assume che le variazioni nella concentrazione siano trascurabili e che non si verifichino cambiamenti significativi di temperatura durante il processo.
La cessazione della reazione viene determinata osservando il punto finale, il quale indica il momento in cui è stata prodotta la quantità desiderata di prodotto. La concentrazione del prodotto subirà un repentino aumento quando il reagente limitante viene esaurito.
Applicazioni della Reazione dell’Orologio
Questa particolare reazione si rivela utile non solo per dimostrazioni didattiche nel campo della chimica, ma anche per comprendere e determinare l’equazione di velocità di una reazione chimica. Attraverso l’analisi delle variazioni in diverse condizioni, è possibile dedurre l’ordine di reazione e l’energia di attivazione.
Le reazioni dell’orologio che seguono cinetiche non lineari consentono l’analisi dell’effetto di inibitori e l’efficacia di catalizzatori specifici. Inoltre, l’uso di nanocatalizzatori ha ampliato notevolmente le potenzialità e le applicazioni di tali reazioni.
L’Esperimento della Bottiglia Blu
Una delle reazioni classiche della serie “orologio” è l’esperimento della bottiglia blu, spesso presentato nelle lezioni di chimica. Questo esperimento coinvolge una soluzione acquosa di destrosio, idrossido di potassio e blu di metilene, preparata in una bottiglia chiusa con un po’ d’aria. Vi è la possibilità di utilizzare anche glucosio e idrossido di sodio al posto degli ingredienti principali.
Per realizzare l’esperimento, si deve aggiungere idrossido di potassio all’acqua in una beuta e mescolare finché il solido non si dissolve del tutto. Successivamente, si incorpora il destrosio e il blu di metilene prima di completare la preparazione con acqua fino a raggiungere il volume desiderato. Dopo un periodo di riposo, la soluzione diventerà incolore. Agitando nuovamente, il blu riemerge, ripetendo il ciclo per 10-15 minuti. Questa dinamica permette di studiare in dettaglio le velocità di reazione.
Il blu di metilene esiste in due stati: la forma ridotta è incolore, mentre quella ossidata è blu. La trasformazione tra i due stati avviene attraverso una semplice esposizione all’ossigeno, attraverso la reazione:
MBred + O2 ⇌ MBox
La velocità della trasformazione della forma ossidata in forma ridotta, in presenza di destrosio e idrossido di potassio, può essere monitorata osservando quanto tempo impiega il blu a scomparire:
MBox + destrosio + KOH ⇌ MBred
Reazione di Old Nassau
Un altro noto esempio della reazione dell’orologio è la reazione di Old Nassau, conosciuta anche come reazione di Halloween. In questo caso, il colore della soluzione cambia da arancione a nero. Questa reazione prende il nome dall’Università di Princeton, dove fu realizzata per la prima volta da alcuni studenti.
Per eseguire questa reazione, sono necessari tre becher di diverse dimensioni. Nel primo, si mescola una soluzione di solfito acido di sodio e una di salda d’amido. Il secondo becher contiene una soluzione di HgCl2, e nel terzo si uniscono iodato di potassio e acqua deionizzata. Procedendo, si combina il contenuto dei primi due becher nel terzo, dando inizio alla reazione di ossidoriduzione in cui gli ioni iodato sono ridotti a ioduro.
Questo passaggio iniziale è seguito da una reazione con il mercurio, producendo un precipitato di ioduro di mercurio (II) di colore arancione. Quando nient’altro rimane da reagire, lo ioduro genera iodio attraverso una reazione di comproporzione. Infine, lo iodio interagisce con l’amido, il che causa una caratteristica colorazione blu scura tipica.
Reazione di Landolt
La reazione di Landolt, attribuita al chimico svizzero Hans Heinrich Landolt, è una delle reazioni di orologio più iconiche. In essa, il perossido di idrogeno reagisce con ioduro di potassio in un ambiente acido, generando iodio e acqua. Quando il reazione avviene in presenza di salda d’amido, si forma un complesso blu scuro.
Per realizzarla, sono necessarie due soluzioni, una A e una B, preparate seguendo specifiche proporzioni di ioduro di potassio, tiosolfato di sodio e acido solforico, tra gli altri componenti principali. La fase iniziale della reazione è lenta, poiché si ossida lo ione ioduro, che viene poi immobilizzato e neutralizzato rapidamente dal tiosolfato di sodio.
Finché è presente il tiosolfato, esso consumerà il iodio, prevenendo change di colore. Solo al termine del tiosolfato, il iodio reagirà finalmente con l’amido, manifestandosi nella tipica colorazione blu intensa, segno che è stato prodotto un quantitativo sufficiente di iodio.
