La candela
di Faraday
Giuseppe Valitutti
Università di Urbino
email: [email protected]
Ponendo un cartoncino sulla fiamma si ottiene un
cerchio scuro che dimostra la formazione del
carbone. Al centro c’è solo il combustibile e manca
l’ossigeno, perciò non si notano bruciature.
Le esperienze si conducono con un tubo di vetro
pyrex ripiegato alla fiamma. Ponendo
l’imboccatura nella zonza1 (scura) fuoriesce
vapore di cera, che si può incendiare. Ponendo,
invece, l’imboccatura nella zona luminosa 2 più in
alto, fuoriesce carbone.
Il carbone prodotto dalla fiamma è responsabile della sua
luminosità. Le particelle di carbone sono riscaldate al calor
bianco. I prodotti di reazione sono l’anidride carbonica e
l’acqua. Le figure dimostrano che un fuscello acceso si
spegne.
L’acqua si mette in evidenza con una provetta
rovesciata sul gambo dell’imbuto. La condensa nella
provetta scioglie una parte di anidride carbonica, che
si mette in evidenza con idrossido di calcio (acqua di
calcio) o BTB. Nella carta stagnola si pone del ghiaccio
tritato. Sulla parte esterna del foglio di alluminio si
forma la condensa, inizialmente, quindi si deposita il
carbone.
Nel cono 1 c’è la cera vaporizzata, parzialmente
decomposta.
Il cono 2 è la parte più luminosa della candela, dovuta
all’incandescenza del carbone riscaldato dalla fiamma.
Nella regione 3 blu c’è la parziale combustione degli
idrocarburi a CO e idrogeno.
Nella zona 4 più esterna avviene la combustione del CO e
dell’idrogeno.
Che cosa c’è di comune in
tutti gli esempi?
c’è sempre
- una “fonte di energia”, che contiene immagazzinata
una certa “forma” di energia
- un “dispositivo” che trasforma l’energia in una forma
più adatta all’uso che se ne vuole fare oppure al suo
trasporto
- un “utilizzatore”, che riceve l’energia e la trasforma
per renderla adatta al suo utilizzo finale
Iniziamo dagli atomi
Gli atomi e la tabella di Mendeleev
1
1,008
H
idrogeno
3
6,941
Li
litio
numero atomico Z
numero di massa in u.m.a.
simbolo
nome dell’elemento
4
5
9,012 10,811
Be
B
berillio boro
2
4,003
He
elio
7
6
8
9
10
12,011 14,007 15,994 18,998 20,180
N
C
O
F
Ne
carbonio azoto ossigeno fluoro
neon
Le reazioni chimiche
Combustione del metano. Il metano è formato da un atomo di
carbonio e 4 atomi di idrogeno (formula chimica CH4): in presenza di
ossigeno (O2), si forma anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O)
CH4
H

2O2
O
H
H
+
2H2O
H

O
CO2
O
+
C
H
+
O
C
O
+
O
H
O
nessun atomo viene creato dal nulla ma neppure scompare
L’energia della reazione
prima della reazione:
dopo la reazione:
i 4 atomi di H sono “poco
legati” all’atomo di carbonio:
il metano infatti è un buon
combustibile perché H
H
C
cede facilmente i
H
H
suoi atomi di H
i 2 atomi di O nella molecola
CO2 sono “molto legati”:
l’anidride carbonica infatti è
un gas inattivo
perché è difficile O
C O
separare i suoi atomi
i 2 atomi di O nella
molecola O2 sono “poco
legati”: l’ossigeno infatti
è un gas molto attivo
perché i suoi atomi
O O
si separano facilmente
i 2 atomi di H nella molecola
di acqua sono “molto legati”
all’atomo di ossigeno: l’acqua
infatti è molto +stabile
H
perché è difficile
O
H
separare i suoi atomi
La trasformazione di energia
nella reazione
prima della reazione:
CH4 e O2 avevano poca
energia cinetica (bassa
temperatura)
dopo la reazione:
CO2 e H2O hanno molta
energia cinetica (alta
temperatura)
H
O
H
H
O
H
+
nella reazione:
energia di legame chimico
energia termica
Le forme di energia nella reazione
prima della reazione:
E
B
0
dopo la reazione:
energia alla quale gli atomi non sono legati nella molecola
CH4
+
O2
+
O2
CO2
+
H2O
+
H2O
energia
termica
energia
chimica
+
nella reazione:
energia di legame chimico
energia termica