Il dentifricio dell’elefante è una delle tante reazioni chimiche che creano meraviglia e sconcerto lasciando tutti sbigottiti. Il nome fantasioso di questa reazione è dovuto al fatto che si ottiene, come prodotto, una grande quantità di sostanza che sembra essere uscita dal tubetto del dentifricio.
Ma ovviamente non è dentifricio. Per l’elevata quantità di questa schiuma, assimilandola a un dentifricio, si è pensato possa essere sufficiente a lavare le zanne di un elefante. Non è però necessario avere in casa un elefante per poter ammirare la reazione…
Esiste in diverse varianti e il perossido di idrogeno, noto come acqua ossigenata, presente in ogni caso può avere concentrazioni diverse. Per le leggi sulla cinetica chimica all’aumentare della concentrazione dei reagenti aumenta la velocità con cui avviene la reazione. Basta quindi scegliere sulla base della disponibilità dei reagenti.
La concentrazione di una soluzione di acqua ossigenata si esprime in volumi ovvero i litri di ossigeno che si sviluppano da 1.0 L di soluzione di H2O2. Quella che si acquista in farmacia utilizzata per disinfettare le ferite è a 10 volumi corrispondenti al 3%.
L’acqua ossigenata utilizzata dai parrucchieri quale decolorante va da un minimo di 20 volumi ma può arrivare anche a 36 volumi. Quest’ultima decolora in tempi più brevi ma danneggia maggiormente i capelli. Esistono formulazioni a 130 volumi utilizzate per decolorare il legno.
Le reazioni dell’esperimento: il dentifricio dell’elefante
La reazione su cui si basa l’esperimento è la decomposizione dell’acqua ossigenata in cui è presente un legame ossigeno-ossigeno detto legame perossidico. Questo è un legame instabile e debole e ha un’energia di legame di solo 142 kI/mol.
L’acqua ossigenata tende quindi a decomporsi spontaneamente secondo una reazione di disproporzione producendo acqua e ossigeno secondo la reazione:
2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g)
Sebbene sia una reazione lenta è necessario aggiungere uno stabilizzante come, ad esempio, l’acetanilide, per evitare che il preparato perda la sua azione ossidante.
Quando si desidera che la reazione di decomposizione avvenga rapidamente si utilizza un catalizzatore come, ad esempio, biossido di manganese o biossido di piombo. Nell’esperimento si usa quale catalizzatore lo ioduro di potassio che libera ioni ioduro. Questi reagiscono con l’acqua ossigenata secondo una reazione di ossidoriduzione per dare acqua e ipoiodito:
H2O2(aq) + I–(aq)→ IO–(aq) + H2O(l)
Lo ione ipoiodito reagisce nuovamente con l’acqua ossigenata per dare ossigeno, acqua e ioduro:
H2O2(aq) + IO–(aq)→ I–(aq) + H2O(l) + O2(g)
Questa reazione è esotermica ovvero sviluppa calore e la variazione di entalpia ΔH è pari a – 196 kJ/mol pertanto si stima che la temperatura della schiuma liberata sia di circa 75°C. Se l’esperimento è fatto in una bottiglia di plastica ci si può aspettare che si deformi.
La formazione dello ioduro che rimane invariato alla fine della reazione è la conferma della sua attività catalitica.
Metodica per la formazione del dentifricio dell’elefante
È necessario preparare la soluzione di ioduro di potassio sciogliendo 5 g di KI in 50 mL di acqua.
Alla soluzione si aggiungono circa 10 mL di detersivo per piatti e si mescola. Questa soluzione per osservare la colonna di schiuma fumante dovrebbe essere messa in un cilindro ma in mancanza si può usare una bottiglia di vetro.
Indossando guanti protettivi alla soluzione si aggiungono con attenzione ma rapidamente 50 mL di soluzione di perossido di idrogeno al 30%. Se si vuole condurre l’esperimento in maggiore sicurezza si può usare una concentrazione minore ma l’effetto è meno scenografico.
Durante questa dimostrazione si devono indossare occhiali antispruzzo ed evitare di toccare la schiuma formata che potrebbe contenere acqua ossigenata non reagita.
Il perossido di idrogeno, infatti, è estremamente corrosivo e potrebbe causare gravi ustioni se maneggiato in modo improprio.
Varianti
Si può aggiungere alla soluzione di ioduro di potassio e acqua un colorante e in questo modo la schiuma apparirà colorata. In caso non si disponga di ioduro di potassio si può utilizzare lievito di birra in polvere. Esso infatti contiene un enzima, la catalasi, che agisce da catalizzatore biologico e accelera la decomposizione dell’acqua ossigenata. Se si conduce la reazione del dentifricio dell’elefante a scopo divulgativo è preferibile utilizzare l’acqua ossigenata che si acquista in farmacia al 3%.
Chimica o magia?
Il dentifricio dell’elefante è una delle 1000 reazioni incredibili e inaspettate che destano stupore anche agli addetti ai lavori. Tra esse, oltre al il dentifricio dell’elefante, vi sono, ad esempio, il serpente del Faraone, il giardino chimico, l’albero di Diana, la reazione di Landolt, le caramelle che esplodono, l’eruzione vulcanica in laboratorio e le reazioni oscillanti.
Ovviamente non è magia ma chimica. La schiuma che si forma è dovuta al fatto che il detersivo per piatti cattura l’ossigeno che rimane intrappolato nel sapone producendo la schiuma.
Ora goditi la reazione ma se la schiuma è in grado di pulire o meno le zanne di un elefante dovrai verificarlo tu