CHIMICA sperimentale

Chimicamente, di cosa è fatto l'olio di oliva?
Ecco che torna utile ciò che è stato detto in precedenza riguardo gli acidi, gli alcoli, gli esteri.
L'olio è praticamente una miscela di esteri (combinazione fra un acido e un alcol) dove in questo caso l'alcol è uno solo, la glicerina, e l'acido è una miscela di vari acidi a 18 e 16 atomi di carbonio.
Riassumendo in formule:

-glicerina: HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH è un alcol trivalente, tre sono gli ossidrili -OH a disposizione per essere esterificati dagli acidi; ricordiamo che ad ogni ossidrile "si attacca" una molecola di acido eliminando una molecola di acqua.

-acido oleico: CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-(CH₂)₇-COOH
dove si nota un doppio legame tra gli atomi di carbonio centrali

-acido palmitico: CH₃-(CH₂)₁₄-COOH
dove si nota la lunga catena idrocarburica a 15 atomi di carbonio ed il -COOH finale

-acido linoleico:
CH₃-(CH₂)₄-CH=CH-CH₂-CH=CH-(CH₂)₇-COOH
dove si notano due doppi legami nella molecola

-acido stearico: CH₃-(CH₂)₁₆-COOH
idem come l'acido palmitico, con la catena ancora più lunga

Li ho elencati in ordine di abbondanza, tralasciando gli altri acidi presenti in quantità molto bassa (palmitoleico, linolenico, arachico, eicosenoico, beenico) e considerando sottinteso olio extravergine di oliva.

L'acido oleico è presente in percentuale minima del 65%, ma supera di solito il 75%
L'acido palmitico è presente in percentuale massima del 17%
L'acido linoleico è presente in percentuale massima del 13%
L'acido stearico è presente in percentuale massima del 4%

Attenzione che tutti questi acidi NON sono allo sato libero, ma come ho detto sono sotto forma esterificata con la glicerina (i famosi trigliceridi), quindi in realtà il maggior costituente dell'olio di oliva sarà il trioleato di glicerile, del quale metto qui sotto la corposa formula:

Quei serpentelli rappresentano la catena di atomi di carbonio (dove c'è un angolo lì c'è un -CH2-) ed il nucleo centrale è la glicerina salificata con tre atomi di acido oleico.
Poi in quantità minore seguiranno rispettivamente il palmitato, il linoleato e lo stearato di glicerile (ma guarda un po' cosa mangiamo... la prossima volta che mettiamo un bel filo d'olio sull'insalatina, ricordiamo che ci facciamo cader sopra queste belle formulette in forma liquida! Non è un'altra buona ragione per apprezzare la chimica?).

Per rendere buono e caratteristico un olio non bastano ovviamente questi componenti principali, ma concorrono al sapore, odore e colore anche molte altre sostanze presenti in piccola quantità (che non cito, si possono vedere altrove), che conferiscono le caratteristiche organolettiche alle infinite qualità di olii di cui il nostro Paese è così ricco.

Osservare anche che due acidi (oleico e linoleico) hanno nella molecola uno e due doppi legami, il chè fa prendere il nome di "insaturi" a questi acidi e danno pregio al nostro ottimo grasso vegetale per le sue capacità antiossidanti (assieme ai polifenoli), oggi giustamente tanto valorizzate; per confronto, l'acido principale presente nel burro è il palmitico, che è invece un acido saturo (senza doppi legami, ved. sopra).
Ecco perchè la pubblicità dell'olio extravergine ne esalta le proprietà salutari dicendo: ...ricco di acidi insaturi...

Ma allora, tutto ciò premesso, l'olio è acido o non è acido, visto che (scusate il bisticcio di parole) gli acidi sono tutti esterificati e quindi non presenti fisicamente nel giallo e profumato liquido?

La risposta nella prossima puntata, nella quale ridaremo la parola alle provette!

Nel post n.56 avevo dedicato una puntata di queste mie riflessioni a quegli occasionali passanti ai quali  non sarebbe dispiaciuto sentirsi dire senza tante complicazioni cosa sono gli acidi carbossilici.
Siccome nella bella saga della chimica organica ci sono tantisisssimi protagonisti, forse val la pena di dedicare due parole ad altri fondamentali attori della odierna commediola: gli alcoli.
(A proposito: alcoli, alcooli, alcol, alcool, alcole, alcoole...? Ognuno scelga secondo il proprio gusto).

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In principio era l'Idrocarburo... si potrebbe dire, e devo per forza partire da qui, facendomi scudo con mille sottintesi omissis...

Diciamo comunque per lo meno che gli idrocarburi sono composti solo da carbonio e idrogeno e si dividono in alcani, alcheni, alchini.

La differenza strutturale è che i primi hanno nella molecola un semplice legame tra gli atomi di carbonio ( -C-C- ), i secondi un doppio legame ( -C=C- ) e gli ultimi un triplo legame ( -C≡C- )
Un esempio vale più di mille parole:

l'etano H₃C-CH₃ è un alcano; l'etilene H₂C=CH₂ è un alchene; l'acetilene H-C≡C-H è un alchino.
Naturalmente esistono idrocarburi complessi con tutte le combinazioni intermedie, ma non complichiamo le cose.

Ora se da un idrocarburo eliminiamo un atomo di idrogeno e lo sostituiamo con un gruppo ossidrile -OH, otteniamo un'altra classe di composti, completamente diversa in tutto e per tutto dai genitori di origine: gli alcoli, che acquistano nel nome il suffisso "olo".
Prendendo in considerazione solo un paio di alcani:

CH₃-H cioè il metano, dà origine a CH₃-OH, l'alcool metilico o detto più propriamente metanolo.
CH₃-CH₂-H cioè l'etano, dà origine a CH₃-CH₂-OH, l'etanolo, da tutti conosciuto col nome di alcool etilico.
E così via...
In generale chiamando R- tutta la parte di molecola idrocarburica escluso un idrogeno, possiamo finalmente dire che la formula generale degli alcoli è --> R-OH

Semplice no? Detto così sembra semplice, ma poi ci sono gli alcoli primari, secondari e terziari, a seconda di "dove" è legato l'ossidrile... poi gli alcoli insaturi... e via discorrendo, come tutte le cose che basta approfondirle un pochino e subito si complicano!

Ecco un po' di alcoli in successione da C1 a C5, chiamandoli col loro classico vecchio nome:

CH₃-OH alcool metilico
CH₃-CH₂-OH alcool etilico
CH₃-CH₂-CH₂-OH alcool propilico
CH₃-CH(OH)-CH₃ alcool isopropilico (se l'ossidrile è legato ad un carbonio centrale l'alcool prende il prefisso "iso")
CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-OH  alcool butilico
CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-OH alcool amilico

E se in un idrocarburo sostituiamo due idrogeni con due ossidrili? E' possibile questo? Certo! Ne derivano gli alcoli diossidrilici, triossidrolici... poliossidrilici, ognuno col suo bel nome e le sue interessanti proprietà.

Tre esempi? Il glicol, la glicerina e la mannite:
HO-CH₂-CH₂-OH glicol etilenico (il liquido antigelo per i radiatori)
HO-CH₂-CH(OH)-CH₂-OH glicerina (che deriva dalla fabbricazione dei saponi)
HO-CH₂-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH(OH)-CH₂-OH (questo ha addirittura sei ossidrili per sei atomi di carbonio: la biblica manna!)

Ci sarebbero da aggiungere un'infinità di cose sugli alcoli, ma termino qui per non approffittare della pazienza dei volonterosi.
A cosa è servito tutto questo discorso mezzo idrocarburico e mezzo alcolico? Ad arrivare pian piano all'analisi dell'olio di oliva... ma guarda un po' da dove ci tocca partire!

Nel ragionamento sulle coppie del post 77 si parlava di solubilità (o meglio, insolubilità) dei sali, che è stato poi messo in pratica con la preparazione del bromato di bario nel post 78.
A questo punto per completezza potrebbe sorgere spontanea la domanda: un sale insolubile è proprio "insolubile"?

Si potrebbe pensare che, per quanto restio a sciogliersi, un sale sarà sempre un pochino solubile... non è concepibile che non se ne sciolga nemmeno una molecola in un oceano d'acqua!
Vediamo se la risposta quantitativa a questa domanda ci riserverà delle sorprese oppure no.

Questo concetto è definito dal cosiddetto Prodotto di solubilità, che viene applicato allo studio di sali veramente "insolubili" (non come il nostro bromato che è semplicemente "poco" solubile). Quando un sale si pone in acqua avviene una dissociazione della molecola, che si scinde in ioni, positivi da parte del metallo e negativi da parte del "radicale acido", come si è visto l'altra volta.

Ma cosa succede se metto in acqua un sale "del tutto" insolubile?
Per esempio solfuro di rame CuS? (In natura questo solfuro è il raro minerale covellite).
Naturalmente dovrò mescolare, lasciar agire l'acqua e tenere un po' di sostanza sul fondo per essere assolutamente certo che la soluzione sia satura e che ci sia equilibrio tra sciolto ed indisciolto.

CuS <--> Cu⁺⁺ + S^-- e si stabilisce un equilibrio tra sostanza solida indisciolta (CuS) e ioni rame e solfuro in soluzione.

Il prodotto tra le concentrazioni ioniche [Cu⁺⁺] e [S^--] (le concentrazioni si indicano tra parentesi quadre) si chiama Prodotto di solubilità, si indica con Kps ed è una costante che dipende dalla sostanza in esame.
Per esempio per il solfuro di rame questa costante vale 6x10^-37 (sì, avete letto bene, 10 elevato alla meno 37!).

Che senso ha un numero così piccolo? Per noi che siamo sperimentatori e vogliamo toccar con mano le cose, se buttiamo una spatolata di CuS in un litro d'acqua quanto se ne scioglierà, in pratica?
Facciamo quattro calcoli...

Kps = [Cu2+][S2-]    Kps = 6x10^-37

Poichè una molecola di CuS dà origine ad uno ione Cu²⁺ ed uno solfuro S^2- (in quantità identiche), ed il loro prodotto è 6x10^-37, per sapere la concentrazione del CuS basterà estrarre (in questo caso) la radice quadrata del Kps, che vale 7,7x10^-19
Si ottiene così la concentrazione molare, ovvero quante moli di CuS sono presenti all'equilibrio in un litro d'acqua; per trasformare in grammi basta moltiplicare per il peso molecolare del CuS, cioè per 95:

7,7x10^-19 x 95 = 7,3x10^-17 grammi sciolti in un litro

Traducendo terra-terra con un po' di conversioni: per sciogliere completamente un milligrammo di solfuro di rame ci vuole qualcosa come tredici miliardi di metri cubi d'acqua...!!! C'era la sorpresa vero?

Naturalmente ho scelto una sostanza particolarmente insolubile per dare un'idea di come certe grandezze in gioco assumano valori intuitivamente del tutto inconcepibili.

Ma il CuS non è il più insolubile dei sali! Il solfuro di mercurio HgS (il cinabro) ha un pazzesco Kps di 2x10^-53...!!!
Quest'ultimo è un valore estremo (una soluzione satura di HgS conterrebbe solo tre molecole per metro cubo...), comunque Kps con potenze del dieci che spaziano dal ^-10 al ^-35 sono comuni.
 
Cosa discende da tutto ciò?
Discorsi accademici campati in aria? Nossignori, nelle scienze niente è campato in aria... una conseguenza tangibile è proprio l'esistenza stessa dei minerali: è dalla storia del mondo che "ci piove su" ed ancora non si sono sciolti...

Per capire bene la preparazione di questo sale da parte dei non chimici, bisognerebbe leggere la storiella dell'altra volta, riguardo lo scambio di coppie.

Per prepararlo ho usato prorio una reazione di metatesi, facendo scambiare tra di loro due metalli (bario e potassio) con altrettanti "radicali acidi" (cloruro e bromato).

La reazione è la seguente:

BaCl₂ + 2 KBrO₃ --> 2 KCl + Ba(BrO₃)₂

All'inizio abbiamo cloruro di bario e bromato di potassio; alla fine avremo cloruro di potassio e bromato di bario... un bello scambio di coppia!

Ma perchè avviene questa reazione?
Non lo dico! Rileggere la storiella precedente, please!

Procedura:

- in un becker da 50 ml sciogliere 10 g KBrO₃ in 21 ml di acqua bollente ed in un altro becker sciogliere 6,2 g BaCl₂ in 8 ml di acqua bollente. Attenzione che l'acqua è in quantità proprio al limite della solubilità dei sali a 100°, pertanto i sali stessi non si scioglieranno completamente fino al raggiungimento del punto di ebollizione. Se del caso aggiungere qualche goccia d'acqua fino a soluzione limpida.
Quando entrambe le soluzioni sono bollenti e limpide, aggiungerle rapidamente una all'altra; si formerà immediatamente un precipitato bianco, che andrà pian piano aumentando man mano che la miscela raffredda.
Lasciar raffreddare a minor temperatura possibile e filtrare su buchner, aspirando bene e lavando a più riprese con pochissima acqua gelida.
Seccando all'aria si ottengono dei bei cristallini bianchi di bromato di bario monoidrato Ba(BrO₃)₂.H₂O pochissimo solubile in acqua fredda, che conserveremo per tutti gli usi eventuali, oppure solo per curiosità.
In teoria si dovrebbero ottenere dalla reazione 11,2 g di bromato, in pratica se ne ottengono meno perchè se ne perde un po' per solubilità e durante i lavaggi.

Il bromato di bario è un sale dalle interessanti proprietà ossidanti; si decompone per esempio volentieri sviluppando una bella fiamma verde, come quella che vediamo durante gli spettacoli pirotecnici, dei quali abbiamo già parlato.
In quella festosa occasione però il sale di bario non è bromato, ma un altro suo parente stretto più economico ma altrettanto efficace nella generazione del caratteristico colore verde dello ione bario ad alta temperatura.

Non fraintendiamo, si parla di coppie... chimiche!
Ma facciamo finta che ci siano due maschi e due femmine, Aldo, Bruna, Carlo e Daria, che fra poco entreranno in gioco per far capire meglio il post della prossima puntata.

Faccio qualche premessa di chimica a livello terza media o poco più.

Un acido inorganico è un composto formato da due individualità diverse per carica elettrica: idrogeno, di carica positiva, e un'altra parte che chiamerò "radicale acido", di carica negativa.

Per esempio l'acido solforico H₂SO₄ è formato da idrogeno H (+) e dal radicale solfato -SO4 (--); siccome la carica totale deve essere compensata, per le due cariche negative del solfato ci devono essere due idrogeni, ognuno avente una sola carica positiva. Risultato: H2SO4, molecola elettricamente neutra.
Ancora: l'acido cloridrico HCl è formato da idrogeno H (+) e dal radicale cloruro -Cl (-). Basta il rapporto 1:1 per compensare le cariche, quindi la formula HCl è corretta. E così via per tutti gli altri acidi.
Sulla quantificazione delle cariche e altri particolari non è il caso di approfondire, ho detto che siamo in terza media...
Ora, se in un acido al posto dell'idrogeno si pone un metallo, il composto che si forma è detto "sale".

Due esempi: se sostituisco il rame (++) al posto dell'idrogeno dell'acido solforico ottengo CuSO4, un sale azzurro detto solfato di rame.
Se metto il sodio (+) al posto dell'idrogeno dell'acido cloridrico ottengo NaCl, il "sale" per antonomasia, cloruro di sodio per i chimici. E anche qui devo dire: e così via per tutti gli altri sali.

Ma cosa ottengo se faccio reagire due sali tra di loro, sciogliendoli in acqua e mescolando le soluzioni?
Può succedere tanto o niente... dipende dalla fuga di una coppia...(???)

Allora torniamo alle nostre coppie umane, Aldo con Bruna, Carlo con Daria.
Facciamo altresì finta che i maschi siano i metalli dei due sali (A e C) e le femmine siano i rispettivi due "radicali acidi" (B e D).
Abbiamo inizialmente la coppia Aldo e Bruna (il sale A⁺B^-) e la coppia Carlo e Daria (il sale C⁺D^-).
Può succedere che le coppie siano fedeli oppure meno, se capita l'occasione giusta!
Se le mettiamo assieme a ballare al buio (i due sali in soluzione) le due coppie piano piano si scindono e capita casualmente che A balli con B oppure con D e così via per tutte le combinazioni.
Si crea un equilibrio (soluzione ionica) e tutti vanno d'accordo con tutti, senza gelosie.

Riassumendo: A⁺B^- + C⁺D^- (in acqua) --> A⁺ + B^- + C⁺ + D^-

Ma cosa succede se un maschio ed una femmina (mettiamo che siano Carlo e Bruna) che prima non stavano insieme ed ora si trovano liberi di ballare al buio, hanno un terribile colpo di fulmine l'un l'altra?
Non possono proprio farne a meno: per stare d'ora in poi insieme fuggono dall'ambiente e per forza di cose si ritroveranno soli Aldo e Daria, che prima nemmeno si conoscevano.

Riassumendo AB + CD --> AD + CB (e CB se ne vanno per conto loro)

Si sono formate due nuove coppie per "doppio scambio", solo perchè i due nuovi partner CB sono fuggiti assieme!

Cosa vuol dire fuggire per i sali? Mica possono saltar fuori dal recipiente!
Vuol dire separarsi per "precipitazione", cioè per insolubilità nell'acqua e cadere al fondo, come coppia indissolubilmente legata, che non partecipa più al ballo comune.
Se quindi mescolando due sali si dovesse formare per doppio scambio (metàtesi) un sale insolubile, allora la reazione avviene; se invece tutto rimane solubile si crea quell'equilibrio detto prima e in pratica niente accade.

Esempio: avverrà la reazione tra cloruro di ferro e solfato di zinco per formare cloruro di zinco e solfato di ferro?   

FeCl₂ + ZnSO₄ --> FeSO₄ + ZnCl₂ ?

Dobbiamo chiederci: si formarà un sale insolubile? Risposta: no, sia il cloruro di zinco che il solfato di ferro sono solubilissimi in acqua e rimangono disciolti sotto forma di ioni in equilibrio tra di loro. La reazione non avviene.

Sostituiamo solo il ferro col calcio: cloruro di calcio e solfato di zinco formeranno cloruro di zinco e solfato di calcio?

CaCl₂ + ZnSO₄ --> CaSO₄ + ZnCl₂ ?

Siccome il solfato di calcio CaSO4 è insolubile, precipita (si dice così!) sul fondo del recipiente e si separa: la reazione di doppio scambio avviene, perchè la nuova coppia calcio/solfato è fuggita, lasciando da soli gli altri due!
E come si fa a sapere se si formerà un sale insolubile? Ci sono delle regolette anche qui e l'esperienza aiuta in maniera determinante, ma questo è un problema secondario.

Sembra incredibile, ma questo semplice concetto di swapping tra le coppie rimane fonte di dubbio fino alla maturità ed oltre...

La prossima volta faremo ballare assieme al buio gli ioni bario, potassio, cloruro e bromato. Vedremo se ci saranno colpi di fulmine oppure no!