Natron: scoperta dell’equilibrio chimico

La campagna d’Egitto che ebbe luogo tra il 1798 e il 1801 guidata da Napoleone Bonaparte, ad di là degli avvenimenti bellici, fu caratterizzata dalla presenza di oltre 150  studiosi al seguito i cui lavori, in campo scientifico spaziarono dalle esplorazioni archeologiche agli studi sulla storia naturale dell’Egitto e su fenomeni chimici e fisici. Il  chimico   Claude Berthollet che si aggregò alla missione si imbatté nel Natron , carbonato idrato di sodio, che si forma nel letto di laghi le cui acque sono ricche di sodio: per la presenza di cloruro di sodio si era infatti formato il carbonato di sodio a partire da carbonato di calcio e cloruro di sodio.

Per comprendere come Berthollet sia giunto alla sua scoperta si deve comprendere come i chimici del XVIII secolo interpretavano la reattività chimica in termini di “affinità chimica”. Ad esempio se la sostanza A reagisce con la sostanza BC per dare AB secondo la reazione:
A + BC → AB + C

si riteneva che A avesse affinità chimica nei confronti di B e viceversa e ciò costituiva la forza trainante della reazione. Una reazione quindi doveva necessariamente procedere in un’unica direzione fino a giungere a completezza ovvero, una volta formato il composto AB la reazione non poteva procedere in senso inverso:

AB + C ↛ A + BC

Dalla sua esperienza in laboratorio Berthollet sapeva che aggiungendo carbonato di sodio a una soluzione di cloruro di calcio avveniva una reazione di precipitazione con formazione di carbonato di calcio:

Na2CO3(s) + CaCl2(aq) → CaCO3(s) + 2 NaCl(aq)

Alla luce delle sue conoscenze quindi Berthollet rimase sorpreso nel rinvenire Na2CO3 allo stato solido sui bordi del lago soprattutto perché i depositi si formano solo quando l’acqua salata del lago era in contatto con il calcare mentre dove il lago era in contatto con i terreni argillosi non si trovava il carbonato di sodio. Con intuito formidabile Berthollet comprese che la reazione che porta alla formazione del carbonato di sodio non era altro che la reazione scritta da destra a sinistra rispetto a quella che veniva fatta in laboratorio:

CaCO3(s) + 2 NaCl(aq) → Na2CO3(s) + CaCl2(aq)

Giunse così alla conclusione che  la reazione è reversibile e che le quantità  relative di CaCO3, NaCl, Na2CO3 e CaCl2 determinano la direzione in cui avviene la reazione e la composizione finale della miscela di reazione ovvero la massa delle varie specie svolgeva un ruolo nel determinare le condizioni in cui avvenivano le reazioni determinandone gli esiti.

Noi indichiamo con una doppia freccia una reazione che può muoversi in entrambe le direzioni ovvero una reazione reversibile:

Na2CO3(s) + CaCl2(aq) ⇄ CaCO3(s) + 2 NaCl(aq)

Berthollet comprese che la possibilità che le reazioni fossero reversibili era un passaggio importante per comprendere la reattività chimica.  Nella reazione tra carbonato di calcio e cloruro di sodio all’inizio la quantità di ione Ca2+ presente in soluzione diminuisce mentre aumenta la quantità di carbonato di calcio fino a un punto in cui non vi è variazione della quantità delle specie e tale stato è detto stato di equilibrio.

Era stato messo così il primo tassello per lo studio dell’equilibrio chimico che riveste particolare importanza in tutti i campi di applicazione della chimica.

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Author: Chimicamo

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