Disidratazione del saccarosio: reazione, calore di combustione

La disidratazione del saccarosio è una delle tante reazioni che avvengono in modo plateale. Premesso che tale reazione, altamente esotermica, non va fatta in casa in quanto l’acido solforico concentrato deve essere maneggiato solo da un esperto, viene descritto oltre all’effetto visibile in molti filmati che girano sul web anche le reazioni implicate.

Reazione

La reazione è effettuata mettendo 100 g di saccarosio, il comune zucchero da cucina, in un beker a cui vanno aggiunti 100 mL di acido solforico concentrato. Mano a mano che l’acido scende verso il basso lo zucchero inizia a diventare giallo. Dopo mescolamento, si forma una sostanza nera che si espande e, se il beker è di dimensioni adatte fuoriesce da esso.

L‘acido solforico  è un forte disidratante e questa proprietà è relazionata, da un punto di vista termodinamico, alla grande variazione di energia che si ha quando esso viene idratato.

Calore di combustione e calore di disidratazione

Il calore di disidratazione del saccarosio può essere calcolato considerando il calore di combustione del saccarosio:

C₁₂H₂₂O_11(s)  + 12 O_2(g) → 12 CO_2(g) + 11 H₂O_(l)  ΔH°_comb = – 5640.9 kJ/mol  (1)
e il calore di formazione del biossido di carbonio:

C + O₂ → CO₂   ΔH°_f = – 393.5 kJ/mol  (2)

Per calcolare la variazione di entalpia della reazione:
C₁₂H₂₂O_11(s) → 12 C(grafite) + 11 H₂O_(l)

Moltiplichiamo, per la legge di Hess, la reazione (2) per 12 ottenendosi:

12 C_(s) + 12 O_2(g)  → 12 CO_2(g)   ΔH°_f = 12( – 393.5) = – 4722 kJ

Per la reazione 12 CO_2(g) → 12 C_(s) + 12 O_2(g)  ΔH°_f = + 4722 kJ  (3)

Sommando la (1) e la (3) e semplificando si ottiene la reazione desiderata C₁₂H₂₂O_11(s) → 12 C(grafite) + 11 H₂O_(l)

Per la quale ΔH°_rxn = – 5640.9 + 4722 = – 918.9 kJ/mol

Partendo da 0.20 moli di saccarosio ovvero da circa 68 g il calore sviluppato è 0.20 ∙ 918.9 = 183.8 kJ e si ottengono 11 ∙ 0.2 = 2.2 moli di acqua

L’acqua formata dalla disidratazione dello zucchero diluisce l’acido solforico liberando calore:

H₂SO₄ ∙ n H₂O + m H₂O → H₂SO₄ ∙ n₁ H₂O

Dove n₁= n + m

Per l’acido solforico concentrato n = 0.11 quindi n₁= 0.11 + 2.2 = 2.3 sempre nel caso in cui le moli di saccarosio siano 0.2.

Dalla tabella dei valori della variazione di entalpia di formazione relativi a H₂SO₄∙ n H₂O con n rispettivamente pari a 0.11 e 2.3 si ha:

ΔH°_for(H₂SO₄∙ 0.11 H₂O = – 814.87 kJ/mol

ΔH°_for(H₂SO₄∙ 2.3 H₂O = – 855.36 kJ/mol

Si può calcolare il calore di diluizione della reazione che vale – 855.36 – ( – 814.87) = – 40.58 kJ/mol

Conoscendo il numero di moli di H₂SO₄ utilizzate si calcola il calore correlato alla sua diluizione. Esso va sommato a quello sviluppato dalla disidratazione del saccarosio.

La reazione è pertanto esotermica e sviluppa una discreta quantità di calore. Ciò implica che è pericolosa specie se si considera l’utilizzo di acido solforico concentrato e quindi si raccomanda ancora una volta di non farla in casa.