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Utente:Riccardo Rovinetti/Sandbox 27: differenze tra le versioni

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{{Nota
[[File:Cuiller à trous 01.jpg|right|250px]][[File:Kitchen Knife 03 Stainless steel Cutting edge.JPG|right|250px]]
|titolo = Rame
[[w:Acciaio inossidabile|Acciaio inossidabile]] (inox) è un termine che indica una famiglia di leghe a base di [[w:Ferro|ferro]], [[w:Cromo|cromo]], [[w:Carbonio|carbonio]] ed altri elementi in tracce, utilizzate per produrre utensili resistenti alla corrosione. <br />
|larghezza = 260px
La lega inossidabile più comune in ambiente domestico è l'[[w:AISI 420|AISI 420]], utilizzata per creare posate, utensili da taglio, componenti idrauliche (valvole, rubinetti, carburatori ecc.) e parti di elettrodomestici. La sua composizione (P/P) è la seguente: [[w:Ferro|ferro]] 85.617%, [[w:Cromo|cromo]] 13.0%, [[w:Carbonio|carbonio]] 0.45%, [[w:Manganese|manganese]] 0.50%, [[w:Silicio|silicio]] 0.40%, [[w:Fosforo|fosforo]] 0.03% e [[w:Zolfo|zolfo]] 0.003%. L'[[w:AISI 430|AISI 430]] ha impieghi e composizione simile all' AISI 420, ma ha un maggior tenore di cromo (16.70%) ed è usata anch'essa per produrre utensili e componenti idrauliche.<br />
|contenuto =
Le altre leghe reperibili in casa possono avere un tenore di cromo leggermente più alto o più basso (dall'11% al 18%) con tracce di altri materiali quali [[w:Nichel|nichel]] e [[w:Molibdeno|molibdeno]]. Queste leghe sono tutte [[w:Ferromagnetismo|ferromagnetiche]].<ref>Schede tecniche: [http://www.cogne.com/schedeprodotti/bars/grade/410_2.pdf AISI 410], [http://www.cogne.com/schedeprodotti/bars/grade/420c1.pdf AISI 420], [http://www.cogne.com/schedeprodotti/bars/grade/430_1.pdf AISI 430], [http://www.cogne.com/schedeprodotti/bars/grade/440C.pdf AISI 440].</ref><br />
[[File:Copper.jpg|250px]] <div style="text-align:center;"><small>''Pepita di rame nativo.''</small></div>
Da queste leghe è possibile estrarre composti del cromo puri in quantità convenienti.<br />
{{Cassetto
|colore=lightblue
|titolo=Dati
|testo=
'''Elettronegatività:''' 1,90<br />
'''Valenze:''' +1, +2 (+3, +4)<br />
'''Peso atomico:''' 63,456(3) u<br />
'''Classe:''' Non metalli<br />
'''Temperatura di fusione:''' 1084 °C <br />
'''Temperatura di ebollizione:''' 2562 °C <br />
'''Solubilità:''' altri metalli fusi <br />
'''Densità:''' 8,96 g/cm<sup>3</sup> (0 °C)<br />
<div style="text-align:center;">'''Struttura cristallina'''</div>
<div style="text-align:center;">[[File:Cubic-face-centered.svg|50px]]</div>
<div style="text-align:center;">'''Pericoli'''</div>
<div style="text-align:center;">''Non pericoloso''</div>
|}}
}}
Il rame è il primo elemento del gruppo XI della tavola periodica, situato fra nichel e zinco, di numero atomico 29. E' un metallo di transizione nobile, il più elettronegativo fra quelli del IV periodo ed ha un caratteristico color salmone che lo contraddistingue dagli altri elementi. Non viene ossidato dall'acqua e reagisce molto lentamente con l'ossigeno e con gli acidi diluiti. Il suo stato di ossidazione più comune è +2 (il cui colore tipico in soluzione acquosa è azzurro scuro) mentre l'altro suo stato di ossidazione, +1, è più difficile da ottenere e tende ad ossidarsi in presenza di ossigeno.<br />
Le fonti di rame più economiche e reperibili per il laboratorio sono i cavi elettrici degli elettrodomestici rotti ed il solfato di rame, usato come fungicida in giardinaggio.
 
''Attenzione:il metallo cromato non è l'acciaio inox, e non vanno utilizzati pezzi di metallo [[w:Cromatura|cromati]], bensì utensili composti da [[w:Martensite|lega martensitica]].''
 
==Estrazione di composti del cromo==
Gli oggetti di casa da cui estrarre il cromo possono essere posate o componenti di elettrodomestici rotti.<br />
<ol>
<li value=1>La prima cosa da fare è sciogliere gli utensili inox in [[w:Acido solforico|acido solforico]]. Va bene sia acido concentrato che acido per batterie, e le quantità sono 1,78 mol di H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> ogni 100 g di lega, cioè 95 ml di acido 100% o 466 ml di acido al 30% per batterie (ma si consiglia di procedere in ''difetto'' di acido soprattutto per controllare l'esotermicità della reazione).<ref>I calcoli stechiometrici effettuati sono i seguenti: per 100 g di lega le moli dei diversi metalli sono le seguenti: <br /><math> \frac{85,617\;g}{55,85\;\frac{g}{mol}} = 1,53\;mol\ \xrightarrow[FeSO_4]{\times\;1\ H_2SO_4}\ 1,53\;mol </math> <br /><br /><math> \frac{13,0\;g}{52,0\;\frac{g}{mol}} = 0,25\;mol \xrightarrow[Cr_2(SO_4)_3]{\times\;\frac{2}{3}\ H_2SO_4}\ 0,16\;mol </math> <br /><br /><math> \frac{0,5\;g}{54,94\;\frac{g}{mol}} = 9,1\!\cdot\!10^{-3}\;mol \xrightarrow[MnSO_4]{\times\;1\ H_2SO_4}\ 0,09\;mol </math> <br /><br /><math> H_2SO_4\;tot = 1,78\;mol\ \xrightarrow{\times 98,09\;\frac{g}{mol}}\ 174,6\;g\ \xrightarrow[H_2SO_4 100\%]{:\;1,84\;\frac{g}{ml}} 94,89\;ml </math> <br />In questo modo sonostati calcolati i millilitri di soluzione di acido solforico concentrato. Per quelli in concentrazione del 30% P/P: <br /><math>\frac{174,6\;g\;\times\;100}{30} = 582\;g\ \xrightarrow{:\;1,25\;\frac{g}{ml}} = 465,6\;ml </math> <br />In questo modo dai grammi di acido e la concentrazione P/P sono stati ricavati i corrispettivi Kg di soluzione acquosa, in fine avendo la densità (tabulata [[Laboratorio di chimica in casa/Acido solforico|qui]]) dai chili sono stati ricavati i litri di soluzione.</ref> La temperatura può essere quella ambiente, ma la reazione viene accelerata se condotta in acqua bollente.<ref>Quest'ultima modalità è sconsigliata poiché la reazione procede abbastanza velocemente già a temperatura ambiente con acido diluito, e scaldando la soluzione si producono vapori acidi e schizzi d'acqua (prodotti dalle bollicine di idrogeno) dannosi per la persona e per gli oggetti circostanti.</ref><br />
Le reazioni che avvengono sono le seguenti:<ref>I numeri riportati non sono i coefficienti stechiometrici dei composti ma le loro percentuali in P/P sul totale dei reagenti/prodotti di reazione.</ref><br />
<br />
Fe<sub>85.617</sub>Cr<sub>13.0</sub>Mn<sub>0.5</sub>C<sub>0.45</sub>Si<sub>0.4</sub>P<sub>0.03</sub>S<sub>0.003</sub> (s) + H<sub>2</sub>SO<sub>4 (aq)</sub> → 85.617% FeSO<sub>4 (aq)</sub> + 13% Cr<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3 (aq)</sub> + 0.5% MnSO<sub>4 (aq)</sub> + 1.18% {Si + C + S + P}↓ + H<sub>2</sub>↑ <br />
<br />
Il risultato è una densa soluzione nera con riflessi azzurri se messa controluce, più un precipitato nero di carbonio, silicio, zolfo e fosforo. La percentuale di acciaio che si scioglie è circa il 98.8%, mentre precipita solo lo 1.2% del materiale utilizzato. Tuttavia andrà scartato circa l'87% del soluto.<ref>Da adesso le percentuali in P/V sono quelle dei composti del ''soluto'', cioè del pezzo di acciaio meno l'1,18% di precipitato. Esse sono state calcolate in questo modo: <math>\frac{X%_1}{98.617}\!\times 100 = X%_2 </math></ref><br />
 
<li value=2>Alla soluzione si aggiunge ammoniaca, la quale avvia la seguente reazione: <br />
<br />
86.82% FeSO<sub>4 (aq)</sub> + 13.18% Cr<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3 (aq)</sub> + 5.07% MnSO<sub>4 (aq)</sub> + NH<sub>3 (aq)</sub> → 86.82% Fe(OH)<sub>2</sub>↓ + 13.18% Cr(OH)<sub>3</sub>↓ + 5.07% Mn(OH)<sub>2</sub>↓ + (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4 (aq)</sub> <br />
<br />
In questo modo si ottiene un precipitato di composto dagli idrossidi del soluto e dalle tracce di elementi precedentemente precipitati che non è stato necessario rimuovere. Questo precipitato è di colore verde dovuto agli idrossidi di Fe(II) e Cr(III), anche se può presentare tracce bianche di Fe(OH)<sub>2</sub>.<ref>L'idrossido ferroso solitamente è verde a pH 7, è bianco in ambiente fortemente alcalino o in acqua deossigenata e si scurisce trasformandosi in Fe(OH)<sub>3</sub> ed altri ossidi man mano che si ossida all'aria. Per questo il precipitato può risultare verde, marrone o bianco.</ref><br />
La stessa reazione si poteva ottenere aggiungendo NaHCO<sub>3</sub> o NaOH, ma quest'ultima non dev'essere aggiunta in eccesso per non solubilizzare Cr(OH)<sub>3</sub> che si scioglie in soluzione alcalina.<ref>[http://www.youtube.com/watch?v=IQNcLH6OZK0 Breve video dimostrativo].</ref><br />
<li value=3>La soluzione va poi filtrata e va conservato il precipitato (anche il soluto se si vuole) che va sciacquato e messo in un recipiente pulito per l'ultimo trattamento.
 
<li value=4>A questo punto si può scegliere varie vie per estrarre diversi composti del cromo.
</ol>
 
===Idrossido di cromo===
Si può immergere il precipitato in una soluzione di NaOH concentrata. La concentrazione di quest'ultima dev'essere almeno 3 M (120 g/L) e ne vanno aggiunti minimo 75 ml ogni 100 grammi di acciaio utilizzato.<ref>L'idrossido di cromo, Cr(OH)<sub>3</sub>, entra in soluzione alcalina sotto forma di anione [Cr(OH)<sub>6</sub>]<sup>3-</sup>, quindi servono 3 mol di NaOH ogni mol di Cr(OH)<sub>3</sub> per sciogliere completamente il soluto (che non si scioglie a pH più bassi di 14). Per calcolare i millilitri di soluzione 3 M da aggiungere ogni 100 g di acciaio è stata seguita la seguente proporzione: ogni 100 g di lega AISI 410 contengono 13.0 g di Cr, cioè <math>\frac{13\,g}{52 \frac{g}{mol}} = 0.25\,mol </math>, che corrispondono a 0.25 mol di Cr(OH)<sub>3</sub>; quindi per solubilizzare queste 0.25 mol servono 75 ml per etto di acciaio.</ref> Così si ottiene una soluzione 1 M di Cr(OH):<sub>3</sub>.<br />
:A questo punto la soluzione, di colore verde e contenente solo Cr(OH)<sub>3</sub> ed NaOH, va filtrata e conservata mentre il precipitato va gettato via. Per estrarre da questa Cr(OH)<sub>3</sub> va aggiunto [[w:Cloruro di ammonio|cloruro di ammonio]] per eliminare l'NaOH e precipitare l'idrossido di cromo:
 
:Na<sub>3</sub>Cr(OH)<sub>6 (aq)</sub> + 3 NH<sub>4</sub>Cl → NaCl<sub>(aq)</sub> + 3 H<sub>2</sub>O + Cr(OH)<sub>3</sub>↓ + 3 NH<sub>3</sub>↑
 
:Il precipitato va quindi filtrato e lavato per rimuovere l'ammoniaca ed il cloruro di ammonio in eccesso.
 
==Reperibilità==
===Cromato di sodio===
[[File:Flyback 2589.JPG|right|150px]]
Addizionando al precipitato dell'ipoclorito di sodio (circa 930 ml ogni 100 g di AISI 420)<ref>Sapendo che il precipitato contiene 0.25 mol di Cr(OH)<sub>3</sub> e che queste, in base ai coefficienti stechiometrici della reazione riportata sotto, reagiscono con 0.625 mol di NaClO, e conoscendo la concentrazione di quest'ultima (~5% P/V) posso ricavare i millilitri di soluzione da utilizzare:<br /> <math> 5,0% = 50\;\frac{g}{L}\ \xrightarrow[NaClO]{:\;74,442\;\frac{g}{mol}} = 0,67\;M </math> <br /><math> 0,625 mol\;:\;0,67\;\frac{mol}{L} = 932,8 ml </math> <br />L'AISI 430 contiene il 3,7% di cromo in più, quindi produrrà il 3,7% in più di Cr(OH)<sub>3</sub> e di conseguenza anche di NaClO: <br /><math>933 ml\;+\;\frac{933 ml\;\times\;3,7}{100} = 967 ml</math> <br />Comunque è sempre consigliato usare candeggina in eccesso, visto che questa col tempo diminuisce di concentrazione, e per essere sicuri di non sprecare neanche un grammo di Cr(OH)<sub>3</sub>.</ref> si ossida il Cr(III) a Cr(VI), secondo la seguente reazione: <br />
Il rame è un metallo prezioso molto comune. Sono composti di rame puro i cavi elettrici presenti nei comuni elettrodomestici, la patina che ricopre le monete da 1, 2 e 5 centesimi di euro e le grondaie. Tutti questi oggetti, soprattutto i cavi elettrici, sono la fonte primaria del rame utilizzabile in un laboratorio domestico. Il resto è presente in leghe quali bronzo, ottone, duralluminio ed oro rosso.
 
I minerali di rame più importanti sono l'azzurrite (2 CuCO<sub>3</sub>·Cu(OH)<sub>2</sub>) e la malachite (CuCO<sub>3</sub>·Cu(OH)<sub>2</sub>) usate entrambe come pietre ornamentali. I principali minerali da cui si estrae industrialmente il rame sono i suoi solfuri, quali la calcocite (Cu<sub>2</sub>S), la calcopirite (CuS·FeS) e la covellite (CuS), ed i suoi ossidi, come la cuprite (Cu<sub>2</sub>O).
:2 Cr(OH)<sub>3</sub> + 5 NaClO → 2 Na<sub>2</sub>CrO<sub>4</sub> + 3 H<sub>2</sub>O + NaCl + 2 Cl<sub>2</sub>↑
 
:La reazione sviluppa [[w:Cloro|cloro]], per tanto va eseguita all'aperto. Dopo aver addizionato l'ipoclorito di sodio vanno obbligatoriamente indossati i guanti, a causa della [[w:en:Chromium toxicity|tossicità del cormo(IV)]]. <br />
:Il [[w:Cromato di sodio|cromato di sodio]] prodotto entra in soluzione tingendola di un giallo paglierino mentre gli idrossidi di ferro e manganese rimangono sul fondo. A questo punto il liquido va filtrato (se necessario due o tre volte) e fatto evaporare. Si otterrà una miscela di Cromato di sodio idrato ed NaCl in rapporto molare 1:1 in quanto 1 mol di NaCl viene prodotta dalla reazione, assieme a 2 mol di Na<sub>2</sub>CrO<sub>4</sub>, mentre l'altra è già presente in soluzione con l'NaClO in rapporto molare di 1:1.<br />
Se si aggiunge idrossido di sodio alla soluzione, la reazione avviene senza sviluppo di cloro:
 
2 Cr(OH)<sub>3</sub> + 3 NaClO + 4 NaOH → 2 Na<sub>2</sub>CrO<sub>4</sub> + 3 NaCl + 5 H<sub>2</sub>O
 
==Caratteristiche chimico-fisiche della miscela==
{{...}}
Anche mischiando la miscela di solfati direttamente con NaClO prima di precipitarla con NH<sub>3 (aq)</sub> genera cromato di sodio, ma libera molto più cloro e richiede un consumo di candeggina 5% superiore ai 6 litri per 100 g di lega.
 
<gallery>
File:Azurite-117493.jpg|Azzurrite
File:9135 - Milano - Museo storia naturale - Malachite - Foto Giovanni Dall'Orto 22-Apr-2007.jpg|Malachite
File:Chalcocite-139819.jpg|Calcocite
File:Chalcopyrite-Quartz-237645.jpg|Calcopirite
File:Covellite-Chalcopyrite-217395.jpg|Covellite
File:Cerussite-Cuprite-hbru-04c.jpg|Cuprite
</gallery>
==Sintesi==
Il rame elementare può essere sintetizzato, sottoforma di polvere, per riduzione dei suoi sali quali CuSO<sub>4</sub>.
==Proprietà chimiche==
==Video==
;{{en}} [http://www.youtube.com/watch?v=hRGJn7x3Qyw Make potassium dichromate from Stainless Steel]
 
Video in cui viene spiegato come produrre [[w:Dicromato di potassio|dicromato di potassio]] partendo da acciaio inox. Nel video la lega viene sciolta in una soluzione calda di [[w:Bisolfato di sodio|bisolfato di sodio]] ed una candeggina a base di KClO al posto di NaClO. Dopo aver aggiunto la candeggina la soluzione contiene impurità di [[w:Ferrato di potassio|ferrato di potassio]] che vengono fatte precipitare sottoforma di Fe(OH)<sub>3</sub> aggiungendo ammoniaca, che viene trasformata in acqua e azoto gassoso dallo ione ferrato.
 
==Capitoli correlati==
* [[Laboratorio di chimica in casa/Cromo|Cromo]]
* [[Laboratorio di chimica in casa/Elettrodi|Elettrodi]]
 
==Note==
<references/>
Estratto da "https://it.wikibooks.org/wiki/Utente:Riccardo_Rovinetti/Sandbox_27"