Esercizi: La chimica nella società, nella tecnologia e nell'ambiente

Bruciando benzina, gas naturale o carbone si emette nell'atmosfera un gas che rafforza l'effetto serra. Quale gas è? Spiega con una frase semplice in che cosa consiste l'effetto serra.

La ringhiera di un balcone con gli anni si ricopre di uno strato marrone rossiccio. Come si chiama questo processo e questa sostanza marrone? Di quali due cose ha bisogno il ferro per ossidarsi?

Indica due sostanze acide che hai nella cucina di casa tua e spiega come sai che sono acide (dal sapore, dall'odore o dall'uso).

La candeggina e l'ammoniaca che si usano per pulire sono sostanze basiche, il contrario degli acidi. Perché bisogna maneggiarle con cautela? Indica un altro prodotto di uso quotidiano che sia basico.

Che tipo di energia immagazzina una pila e in che tipo di energia la trasforma quando accende una torcia? Spiega perché diciamo che la reazione chimica che avviene dentro la pila è una reazione «utile».

Dopo un pasto abbondante, Thiago prende un antiacido per il bruciore di stomaco. Sapendo che il succo gastrico dello stomaco è acido:

1. a) Come agisce l'antiacido?
2. b) Come si chiama la reazione tra un acido e una base?

Indica due modi comuni per proteggere un cancello di ferro dall'ossidazione e spiega come agisce ciascuno di essi.

Che cos'è la pioggia acida? Indica i gas provenienti dalle combustioni di fabbriche e automobili che la causano e cita un effetto che provoca sull'ambiente.

La caldaia di un'abitazione brucia metano secondo l'equazione $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Quale prodotto di questa combustione contribuisce all'effetto serra?
2. b) Se la caldaia è regolata male e brucia il gas in modo incompleto, perché è peggio per l'ambiente e anche per la bolletta? Motiva entrambe le risposte.

L'effetto serra non è di per sé un male: senza di esso, la temperatura media della Terra sarebbe molto al di sotto di zero. Spiega la differenza tra l'effetto serra naturale e l'«aumento dell'effetto serra» di cui parlano i telegiornali, indicando quale attività umana lo sta provocando.

In un esperimento si mettono tre chiodi di ferro in tre provette: la provetta 1, con acqua del rubinetto e aperta all'aria; la provetta 2, con aria secca all'interno e ben chiusa; la provetta 3, con acqua bollita e uno strato di olio sopra per isolarla dall'aria. Dopo una settimana si è ossidato solo il chiodo della provetta 1. La figura mostra il montaggio delle tre provette:

Spiega che cosa dimostra ciascuna provetta sulle condizioni necessarie alla corrosione del ferro.

Mescolando aceto e bicarbonato in un bicchiere si produce una forte effervescenza.

1. a) Quale gas si libera in questa reazione?
2. b) Indica un'applicazione domestica o un'attività da fiera della scienza che sfrutta questa reazione.
3. c) Indica che tipo di sostanza è l'aceto e che tipo è il bicarbonato.

La pioggia «normale» è già leggermente acida, con un pH di circa $5,6$, perché l'anidride carbonica dell'aria si scioglie nelle gocce. La pioggia acida, invece, può scendere a un pH di $4$ o meno. Osserva la scala del pH nella figura:

1. a) Quali inquinanti rendono la pioggia molto più acida del normale?
2. b) Da quali attività provengono questi inquinanti?

Le pile ricaricabili del controller della console si possono usare centinaia di volte prima di rovinarsi.

1. a) Che cosa significa che la reazione chimica di una pila ricaricabile è «reversibile»? Che cosa fa il caricabatterie?
2. b) Perché le pile esaurite, ricaricabili o no, non devono essere gettate nella spazzatura normale?

Il telaio di molte biciclette è verniciato, cioè ricoperto da un sottile strato di vernice. La figura mostra una sezione del telaio:

1. a) In che modo questo strato protegge il ferro dal contatto con l'aria e l'umidità?
2. b) Se la bicicletta si graffia e il ferro resta scoperto, perché la ruggine attacca proprio la zona graffiata? Collegalo alle condizioni necessarie per la corrosione.

Gli antiacidi effervescenti contengono bicarbonato e un acido solido tra gli ingredienti; quando si getta la compressa in acqua, i due reagiscono.

1. a) Perché si formano bolle quando si scioglie la compressa?
2. b) Collega il sollievo dal bruciore di stomaco alla reazione che avviene dopo, tra l'antiacido disciolto e l'eccesso di acido dello stomaco.

Progetta un esperimento per dimostrare che il ferro ha bisogno contemporaneamente di acqua e ossigeno per ossidarsi.

1. a) Materiali che useresti.
2. b) Allestimento delle provette: che cosa contiene ciascuna e quali variabili controlli.
3. c) Che cosa ti aspetti di osservare dopo alcuni giorni in ciascuna provetta.
4. d) Conclusione dell'esperimento e due modi per proteggere una bicicletta che se ne deducono.

Un'auto a benzina emette circa $120\ \text{g}$ di anidride carbonica per ogni chilometro percorso e percorre $15\,000\ \text{km}$ all'anno.

1. a) Calcola quanti chilogrammi di anidride carbonica emette in un anno.
2. b) Un treno elettrico emette circa $40\ \text{g}$ per passeggero e per chilometro: calcola le emissioni dello stesso percorso annuale fatto in treno e confrontale.
3. c) Spiega come l'anidride carbonica contribuisce al cambiamento climatico e perché ridurre le emissioni dei trasporti è una priorità.

Le statue di marmo e le facciate di pietra calcarea ($\text{CaCO}_3$) si consumano più in fretta nelle città molto inquinate che in campagna.

1. a) Spiega che cosa fa la pioggia acida al carbonato di calcio della pietra.
2. b) Ragiona sul perché nelle zone rurali lontane dalle fabbriche il deterioramento è molto minore.
3. c) Proponi due misure per frenare questo danno al patrimonio e giustificale: una a breve termine sugli edifici e una a lungo termine sull'origine del problema.

Nell'ora di tecnologia si costruisce una pila casalinga infilando un elettrodo di rame e uno di zinco in un limone: collegando un piccolo LED, questo si accende debolmente. Il montaggio è quello della figura:

1. a) Da dove proviene l'energia che accende il LED? Quale tipo di reazione la fornisce?
2. b) Che ruolo ha il succo acido del limone nel montaggio?
3. c) Prevedi che cosa accadrà se si collegano tre limoni in serie e spiega in che cosa le pile commerciali somigliano a questi «limoni perfezionati».

Le navi con scafo d'acciaio hanno avvitati dei blocchi di zinco che si consumano con il tempo e vengono sostituiti a intervalli regolari, come mostra la figura:

1. a) Spiega che cosa accade allo zinco mentre lo scafo di ferro rimane intatto.
2. b) Perché ha senso «sacrificare» un metallo per salvare l'altro?
3. c) Confronta questo metodo con la verniciatura dello scafo: che cosa hanno in comune e in che cosa si differenziano?

Per recuperare i laghi acidificati dalla pioggia acida si spargono dall'aria polveri di calcare.

1. a) Spiega, con quello che sai su acidi e basi, perché il calcare aiuta a recuperare il lago.
2. b) Come si chiama il tipo di reazione che avviene?
3. c) Ragiona sul perché questa soluzione d'emergenza non sostituisce la riduzione alla fonte delle emissioni di anidride solforosa e ossidi di azoto.

Una centrale termica brucia carbone per produrre elettricità.

1. a) Indica due problemi ambientali associati a questa combustione e spiega la reazione o il processo chimico che causa ciascuno.
2. b) Proponi due modi alternativi di ottenere elettricità che evitino questi problemi e giustifica perché.

Le batterie delle auto elettriche immagazzinano energia grazie a reazioni chimiche reversibili, come una pila ricaricabile gigante.

1. a) Spiega il vantaggio ambientale di usare una batteria di questo tipo rispetto a bruciare benzina in un motore.
2. b) Perché è importante che l'elettricità con cui si carica la batteria provenga da fonti rinnovabili? Che cosa accadrebbe se la si caricasse bruciando carbone?
3. c) Le batterie contengono metalli come il litio o il cobalto: ragiona sul perché il riciclo delle batterie è una parte essenziale della soluzione e non un dettaglio secondario.

Sfida del tema. In che modo le condizioni di una reazione influiscono sull'emissione di gas e come si collega al nostro ambiente? Diventa un ricercatore chimico direttamente dalla tua cucina.

Fase 1: L'equazione. Scrivi e bilancia la reazione tra il bicarbonato di sodio e l'aceto (acido acetico): $\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

Fase 2: Cinetica casalinga. Misura con il cronometro del cellulare ($t \pm 0,5\text{ s}$) il tempo che impiega a completarsi l'effervescenza di mezzo cucchiaio di bicarbonato in $50\text{ mL}$ di aceto a tre temperature: fredda ($10\,^{\circ}\text{C}$), ambiente ($20\,^{\circ}\text{C}$) e calda ($40\,^{\circ}\text{C}$). Raccogli i dati in una tabella indicando le incertezze e realizza un grafico del tempo in funzione della temperatura, giustificando il risultato in base alla teoria degli urti.

Fase 3: Impatto ambientale. Entra nel sito di Terna o dell'ISPRA e consulta il contributo delle fonti emissive di $\text{CO}_2$. Redigi una breve relazione che integri i tuoi risultati sperimentali con una proposta argomentata sull'importanza di controllare le reazioni di combustione a livello industriale per ridurre l'impronta di carbonio.

Verranno valutati:

• Corretto bilanciamento della reazione chimica, identificando reagenti e prodotti.

• Rigore nel trattamento sperimentale: tabella con incertezze e grafico chiaro.

• Giustificazione scientifica del fattore cinetico analizzato.

• Qualità della proposta ambientale collegata ai dati consultati.