Quanto è reattivo il ghiaccio?

Di solito la criosfera è vista come qualcosa di statico, un cappello che inibisce le emissioni dalla porzione di superficie terrestre che ricopre e che, al massimo, agisce da serbatoio per le specie presenti in atmosfera. Propongo qui un’esperienza, adatta alle classi seconde e terze di scuole secondarie di secondo grado, che permette di evidenziare che il ghiaccio, lungi dall’essere sia inerte sia mero “serbatoio”, costituisce un sito altamente reattivo, dove gli inquinanti reagiscono e rilasciano gas reattivi. L’obiettivo viene raggiunto dimostrando come l’ossidazione dello ione ioduro da parte dell’ossigeno atmosferico non solo è quantitativamente maggiore nel ghiaccio ma anche più veloce. La valutazione viene effettuata sia visivamente sia effettuando una semplice titolazione secondo Mohr.

Introduzione

Se è vero che la velocità di una reazione diminuisce al diminuire della temperatura, questo non è più vero se il raffreddamento è tale che la soluzione congela. La concentrazione degli elettroliti nella fase liquida aumenta a mano a mano che l’acqua liquida congela e va ad incrementare la fase solida. La soluzione resta intrappolata tra le superfici dei grani di ghiaccio, formando “microtasche” liquide. Non tutte le reazioni che avvengono nel ghiaccio dipendono solamente da un aumento di concentrazione dovuto ad un processo di congelamento. Molte dipendono anche dal fatto che lo sbilanciamento di carica che si ha per effetto Workman-Reynolds porta anche a variazioni di pH della soluzione per la migrazione di H⁺ o di OH^- tra il ghiaccio e la soluzione in esso contenuta e non congelata. Questa esperienza didattica si pone quindi l’obiettivo di simulare quello che accade ai poli, con la differenza che, in quest’ultimo caso, le sostanze che ritroviamo nel ghiaccio possono esservi inglobate con una delle seguenti modalità:

1. molecole come HCl e HNO₃ ionizzano, si solvatano a contatto con la superficie del ghiaccio e vengono poi incorporate velocemente all’interno del cristallo;
2. molecole come H₂O₂ e CH₂O possono essere incorporate all’interno del cristallo, ma poco si sa sia sulla struttura che assumono sia sulle modalità di legame: se si legano ai legami a ponte di idrogeno presenti sulla superficie del ghiaccio e si disciolgono nello strato quasi-liquido, o se vanno a depositarsi nelle “microtasche” presenti nel cristallo;
3. molecole più grandi come l’acetone, l’acetaldeide e gli alcoli vengono adsorbiti sul ghiaccio formando legami a ponte di idrogeno;
4. molecole organiche semivolatili o di bassa polarità come gli idrocarburi policiclici aromatici vengono adsorbite tramite interazioni di Van der Waals: tale processo non è considerato una solubilizzazione.