Newsgroup: it.scienza.chimica
Titolo: Un esperimento "facile"

Su it.fisica è stato proposto questo esperimento.
Si prende una ciotola d'acqua, ci si mette in mezzo una candela accesa
e si copre con un bicchiere.
A un certo punto la candela si spegne e dopo un pò l'acqua
sotto il bicchiere comincia a salire.
E' chiaro che l'ossigeno è stato consumato e che nel bicchiere
si è creato un vuoto, ma perchè?
Sono state proposte diverse spiegazioni.
Quella che mi è sembrata la più attendibile dice che la CO2
formatasi, essendo solubile in acqua, si mescola all'acqua appunto,
lasciando uno spazio vuoto.
Però, anche l'ossigeno è solubile in acqua, no?
E poi, una volta consumatosi l'O nel bicchiere, quello disciolto nell'acqua
non dovrebbe fuoriuscire ed essere consumato a sua volta?
Qualcuno sa darmi una risposta oppure ha un'altra spiegazione
per quest'esperimento?
Grazie e ciao.
Giorgio

 Però, anche l'ossigeno è solubile in acqua, no?
Si', ma estremamente meno solubile del biossido di carbonio:
CO2 0.97 g/L ; O2 0.035 g/L in H2O a 50°C
quindi la fiamma converte l'ossigeno dell'aria in CO2 (e H20), questa si
scioglie nell'acqua e la pressione nel bicchiere si abbassa.


 Perň, anche l'ossigeno č solubile in acqua, no?


 dopo un po' che la candela si è spenta.

 giuseppesavo
Ma l'aria nel bicchiere quando lo capovolgo sulla candela
è ancora fredda ; )
Credo abbia ragioneTrinity.
Ma per l'ossigeno contenuto nell'acqua?
Nessuno mi ha ancora risposto : )
Ciao
Giorgio


 Nessuno mi ha ancora risposto : )
La risposta credo sia questa:
la candela brucia l'ossigeno presente sotto il bicchiere, la fraz.molare di
O2 all'interno cala, per diffusione parte dell'ossigeno dall'acqua torna
nella fase gas in modo da equilibrare i potenziali chimici delle due fasi.
Il problema pero' non e' termodinamico, bensi' cinetico: la velocita' di
diffusione dell'ossigeno contro la velocita' di consumo dello stesso da
parte della fiamma. E' ovvio che la seconda prevale a tal punto che la
fiamma si spegne quando la percentuale di ossigeno e' trascurabile.
scusate le imprecisioni sono un povero (nel senso letterale almeno!)
studente di Chimica a Ferrara ed e' la prima volto che posto spero di non
aver scritto delle boiate...


 wrote in message
8o%c6.47042$ew1.3...@news.infostrada.it...


 aver scritto delle boiate...
Io di chimica non ne so molto, ma la risposta mi sembra sensata ; )
Grazie per le delucidazioni : )
Ciao
Giorgio
P.S.    Io sono di Ferrara, della provincia cioè non della città.
Sei anche tu della zona o sei lì solo per studio?
Ciao





La candela è un combustibile, e bruciando 
consuma ossigeno, producendo CO2 e H2O


facendo il conto delle moli di CO2 + H20 prodotte 
si vede che sono maggiori delle moli di ossigeno reagito: si dovrebbe avere un 
aumento di  pressione; se l' acqua diventa liquida ed un po' di CO2 si 
assorbe avviene il contrario,  quindi la depressione aspira acqua 
all'interno del bicchiere


 


canaja



Non credo che un gas possa disciogliersi in queste condizioni in così poco
tempo.
Se vuoi vedere come e quanto velocemente si scioglie un gas come la CO2 in
acqua, prendi un pHmetro, mettici dentro acqua distillata (pH=7) e guarda
dopo quanto tempo (qualche giorno in condizioni di vita standard di
laboratorio) si arriva a saturazione da CO2 (pH=5,8 circa se non ricordo
male).
In qualche secondo queste reazioni non avvengono.
L'aria calda nel bicchiere è pari a n=pV/RT se p=1 , V e R sono costanti nel
corso dell'esperimento e T dell' aria è doppia (50°C ? ammettiamo 50°C),
allora nel bicchiere si trova una quantità di gas pari a 1/2 quella che si
trova nello stesso volume di aria ma fredda.
A questo punto, raffreddandosi l'aria nel bicchiere, il livello dell' acqua
sale nel bicchiere finché la pressione del gas nel bicchiere sommata a
quella idrostatica dalla colonna di acqua non equiparano la pressione
atmosferica sull'acqua della bacinella.
Dopo di che si ha un sistema in non equilibrio e tutti i gas disciolti, per
effetto della (de)pressione operata all'interno del bicchiere ritornano gas,
si sviluppa una grande quantità di vapore acqueo (che a questo punto credo
essere l'attore principale del fenomeno) e l'acqua nel bicchiere scende a
causa della maggiore pressione esercitata sulla superficie dall'atmosfera
nel bicchiere.
La reazione di evaporazione non è velocissima, ma decisamente più veloce
della diffusione in un liquido di molecole di gas.
Giuseppe Savo

 tempo.
[cut]
Concordo, e a naso penso che le quantità in gioco in eventuali dissoluzioni
siano, quelle sì, troppo piccole per provocare l'innalzamento dell'aria;
l'espansione/contrazione mi sembra appunto possa mettere in gioco variazioni
di volume più grosse.
Piero Paravidino

 per quest'esperimento?
E' giusto come hai detto, l'ossigeno (20% in volume) si consuma e viene
rimpiazzato da CO2, ma la CO2 e' solubile in acqua e si scioglie in
essa, quindi resta un vuoto e l'acqua sospinta dalla PA esterna risale.
L'aspetto pittoresco dell'esperimento e' che la risalita avviene in
concomitanza con lo spegnimento della candela, evid. fin li' la
pressione della PA era contrastata dalla dilatazione termica dell'azoto
residuo. Spenta la fiamma, l'azoto si raffredda e si contrae e l'acqua
sale gorgogliando.

essa, quindi resta un vuoto e l'acqua sospinta dalla PA esterna risale.
Dubito che il motivo sia questo. Secondo me il fenomeno è essenzialmente
dovuto alla dilatazione dell'aria calda.
Come già detto da altri la cinetica della dissoluzione di un gas in un
liquido è troppo lenta per giustificare una così rapida perdita di
pressione. 
Per verificare la vailidità di quest'ipotesi ho fatto l'esperimento in
questione prima con acqua del rubinetto e poi con acqua gasata.
Quest'ultima è già sovrassatura di CO2 e sicuramente non è più in grado
di scioglierne ancora. Anzi anche nei pochi secondi in cui la fiamma è
accesa continua a gorgogliare rilasciando CO2 gassosa nel bicchiere (la
pressione interna dovrebbe quindi addirittura aumentare!).
Ebbene, anche in questo caso nonappena la fiamma si è spenta l'acqua
interna è risalita. E in misura non minore di quanto ho osservato con
acqua del rubinetto. Provare per credere.
Conclusione: a mio parere la dissoluzione della CO2 (per quanto
l'ipotesi sia "esteticamente" carina) non influisce se non in misura
trascurabile.
Ciao
Flop

Dunque a vostro parere lo scioglimento di CO2 c'entra poco o nulla?
Allora prendiamo la dilatazione dell'aria.
Nel momento in cui capovolgiamo il bicchiere sulla candela,
l'aria contenuta in esso è pari a quella esterna.
Il calore fa espandere l'aria e aumentare la pressione,
e allora, che accade?
Forse l'aria spinta dalla pressione esce da sotto il bicchiere
attraverso l'acqua?
Ma è possibile questo? E come?
Perchè alla fine dell'esperimento nel bicchiere troviamo meno
aria di prima, questo è sicuro.
Qualcuno sa darmi una spiegazione?
In quanto a Giuseppe S. lo ringrazio per l'intervento,
 ma della sua spiegazione ho capito ben poco...a causa della mia
ignoranza naturalmente : |  ma mi è proprio sfuggito
come mai nel bicchiere si trovi all'improvviso solo la metà
dell'aria che avrebbe dovuto esserci in partenza.
Ciao
Giorgio



l'aria contenuta in esso è pari a quella esterna.
Qui sta l'errore! Quando la candela è accesa, nel raggio di qualche cm
dalla fiamma l'aria è ben più calda (e quindi più rarefatta) della
temperatura ambiente. 
Se pensi che la fiamma di una candela ha una temperatura di qualche
centinaio di gradi, ti pare possibile che a due o tre centimetri da essa
si sia già a 25°? 
Basterebbe anche una temperatura media del volume interno del bicchiere
pari a 40-50 gradi per giustificare una sensibile risalita dell'acqua.
Ciao
Flop

Secondo me è così----
La composizione del gas all'inizio e alla fine è sostanzialmente diversa e
diverso sarà il coefficiente di espansione.
Quindi la CO2 con un abbassamento di temperatura si contrae di più di quanto
non si era espanso l'ossigeno.
Ma mio fratello non è d'accordo perchè dice che l'acqua sale prima ancora che
la candela si spenga e sostiene che il tutto dipenda dalla stechiometria della
reazione.....
Mah..
Saluti
M.


 Giorgio
L'aria calda a p=1 atm in un volume dato è meno densa dell'aria fredda. Se
tu prendi un volume di aria meno densa perché calda e poi la raffreddi,
ottieni una pressione minore di 1 atm (legge di stato dei gas). A quel punto
questa risucchia una parte di liquido nel bicchiere ed il gioco è fatto.
Spero di essere stato sufficientemente semplice,
giuseppesavo

 reazione.....
Sale prima? A me con un bicchiere grande continua ad espandersi...
giuseppesavo

 wrote in message
M_Ie6.90572$ew1.5...@news.infostrada.it...


 Sale prima? A me con un bicchiere grande continua ad espandersi...
Sale prima, ho le foto.
Visto che e' "facile" ho fatto l'esperimento, di cui avevo ricordi
liceali.
Ho usato un becker da 3 litri con dentro 1 L di acqua da rubinetto, come
smorzacandela un cilindro in vetro da 1000 mL e una candela stearica
infilata in un appoggio.
Innanzitutto se capovolgi il cilindro nel becker, senza nessuna candela,
l'aria nel cilindro fa da cuscinetto  completo, il cilindro resta
interamente vuoto d'acqua. Se infili il cilindro sopra la candela
spenta, la candela sottrae spazio all'aria del cilindro, e qualche bolla
d'aria scappa da sotto al cilindro.
Infilando il cilindro sulla candela accesa, a livello macroscopico si
verifica lo stesso fenomeno senza apprezzabili differenze. Se fosse vera
la tesi dell'aria riscaldata e dilatata, mentre la candela brucia
dovrebbe espellere piu' aria.
Mentre la candela sta ancora bruciando, inizia gia' la risalita
dell'acqua, che si arresta contestualmente allo spegnimento della
candela (io ricordavo che la risalita iniziava a candela finita di
bruciare, ma non e' cosi'). Ricordo che a differenza del bicchiere, il
cilindro ha un beccuccio svasato che lascia sempre aperto il passaggio
all'acqua anche quando e' appoggiato.
La fiamma resiste una decina di secondi e al tocco il cilindro non e'
nemmeno tiepido. A mio avviso i fenomeni fisici di dilatazione ecc. non
c'entrano molto, saranno piu' veri in un bicchiere piccolo ma non
spiegano i fenomeni nel dispositivo sperimentale grande. 
D'altra parte ho provato a verificare la tesi della CO2 che si scioglie
in acqua, aggiungendo all'acqua un indicatore liquido di pH, il pH
inziale era neutro e l'indicatore era verde. Mi aspettavo che
sciogliendosi la CO2 si trasformasse in acido carbonico e il pH
scendesse virando al rosso, negativo, il viraggio non c'e' stato. Potrei
misurare direttamente la pCO2 prima e dopo, ma per adesso non mi sembra
il caso.
Quale dato numerico: 
volume di candela e supporto 57 cc
Volume lordo cilindro 1282 cc
volume netto iniziale 1282-57 = 1195 cc
volume netto finale 980 cc
volume consumato 215 cc pari al 17.9% del volume netto iniziale
A me sembra che ci siano i numeri per sostenere l'idea che l'acqua
prenda il posto dell'ossigeno consumato, che fine facciano i prodotti di
combustione e perche' occupino meno spazio non lo so. Le candele sono
idrocarburi quindi producono CO2 e H2O, infatti il cilindro si appanna.
Si puo' provare aumentando ancora le dimensioni della camera d'aria
rispetto alla candela, poiche' la dilatazione dell'aria e' proporzionale
alla temperatura, diluendo il calore emesso dalla candela in un volume
grosso la T salira' meno e il collasso da raffreddamento si ridurra'.
A mio avviso sia per la velocita' di manifestazione del fenomeno, sia
perche' l'acqua sale a candela ancora accesa, sia perche' inizialmente
non c'e' espulsione di aria dilatata, la spiegazione fisica in termini
di aria che prima si dilata e poi si contrae non regge proprio.
Foto a disposizione un 100 kb ca. per chi me le chiede 
Ciao

 e il bicchiere si è sollevato con gran scompiglio di acqua.
ROFL! Cosi' hai saturato l'aria del bicchiere col metano del fornello
creando una miscela aria-gas ESPLOSIVA. Adesso sai cosa succede quando
qualcuno cerca di suicidarsi col gas metano e ottengono solo di far
saltare in aria il palazzo (10 morti, e l'eredita' mangiata in
risarcimenti).
ciao

Voglio fare una prova con dei vasi comunicanti... vi farò sapere
giuseppesavo


In effetti gli effetti più importanti sono:
1)    il consumo di ossigeno (rimpiazzato da CO2)
2)    la produzione di acqua gassosa (dalla combustione) che condensa appena
l' ambiente si raffredda
3)    il riscaldamento e il raffreddamento dei gas, che però sono effetti
minori
E' la condensazione del vapor d'acqua che fà salire il livello dell'acqua,
DOPO lo spegnimento della fiamma
Ciao    Silvio
