Solubilità di metalli negli acidi
Mi sto dedicando alla risoluzione di tutti i problemi proposti nell'ultima edizione dei Giochi della Chimica organizzati dalla Società di Chimica Italiana.

Mi sono trovata di fronte al seguente quesito:

28) Quale di questi metalli può essere "disciolto" in acido nitrico, ma non in acido cloridrico (entrambi in soluzione acquosa)?

A. Na
B. Zn
C. Al
D. Cu

Secondo le soluzioni ufficiali la risposta esatta è la D, cioè il rame.

A me non interessa tanto risolvere questo specifico esercizio, quanto capire secondo quale principio un metallo è solubile in un certo acido, ma non in un altro.

Stando alla mia limitata, anzi limitatissima, conoscenza della chimica, non conosco altro criterio per quanto riguarda la solubilità se non l'apolarità o polarità della sostanza.
Ho cercato di informarmi in rete e consultando alcuni testi, ma ancora non sono riuscita a venire a capo della questione.

Secondo il regolamento del forum devo proporre una mia soluzione all'esercizio, a dire il vero non saprei da dove cominciare, ma penso che bene o male la solubilità dipenda dalla struttura dell'atomo, che in qualche suo aspetto sarà diversa nel rame rispetto agli altri metalli.
Spero che questo si possa considerare come un tentativo.

Ringrazio anticipatamente chiunque sarà così gentile e disponibile da rispondere alla mia domanda, che sicuramente denota una buona dose di ignoranza.
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Nel testo del quesito il verbo "disciolto" è scritto tra virgolette; questo ti dovrebbe essere sufficiente che non si tratta di una dissoluzione che interessa i legami intermolecolari (cioè i legami chimici secondari tra molecole, nei quali riveste importanza la polarità o meno del soluto e del solvente), ma quelli intramolecolari (cioè i legami chimici principali tra gli atomi per formare le molecole).
Quella che avviene (se avviene) tra un acido e un metallo è una vera e propria reazione chimica nella quale il metallo si ossida perdendo elettroni.
Per capire quali sono i metalli che reagiscono con gli H+ forniti dall'HCl devi far uso della Tabella dei potenziali standard di riduzione sempre fornita ai Giochi della chimica.
Il potenziale di riduzione degli ioni idrogeno è dovuto alla seguente riduzione:
2 H+ + 2 e- <==> H2(g)
alla quale viene, per convenzione, assegnato un potenziale standard E° = 0,00 Volt.
Lo ione H+ è perciò in grado di ossidare tutti gli ioni metallici che hanno un potenziale minore di 0,00 V:
Na(+) + e- <==> Na......... E° = -2,87 V
Zn(2+) + 2 e- <==> Zn......E° = -0,76 V
Al(3+) + 3 e- <==> Al........E° = -1,66 V
Cu(2+) + 2 e- <==> Cu......E° = +0,34 V

Le reazioni che avvengono sono:
2 Na + 2 H+ --> 2 Na(+) + H2(g)
Zn + 2 H+ --> Zn(2+) + H2(g)
2 Al + 6 H+ --> 2 Al(3+) + 3 H2(g)
Cu + H+ --> non avviene

Per riuscire a "disciogliere" il rame metallico è necessario utilizzare un acido ossidante come l'HNO3, il cui potenziale di riduzione standard è maggiore di quello dello ione Cu(2+):
NO3(-) + 4 H+ + 3 e- <==> NO(g) + 2 H2O....... E° = 0,96 V
L'HNO3 fornisce non solo gli H+ necessari alla reazione, ma anche lo ione NO3(-) in cui il n.o.dell'azoto è +5 che si riduce a NO in cui l'azoto ha n.o. +2.
La reazione che avviene con il rame metallico è:
3 Cu + 2 NO3(-) + 8 H+ --> 3 Cu(2+) + 2 NO(g) + 4 H2O
Ciao
Luisa

Dal laboratorio se ne usciva ogni sera, e più acutamente a fine corso, con la sensazione di avere “imparato a fare una cosa”;
il che, la vita lo insegna, è diverso dall’avere “imparato una cosa”.
(Primo Levi)


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[-] I seguenti utenti ringraziano LuiCap per questo post:
Barbara, luigi_67
(2017-04-16, 19:02)LuiCap Ha scritto: Nel testo del quesito il verbo "disciolto" è scritto tra virgolette; questo ti dovrebbe essere sufficiente che non si tratta di una dissoluzione che interessa i legami intermolecolari (cioè i legami chimici secondari tra molecole, nei quali riveste importanza la polarità o meno del soluto e del solvente), ma quelli intramolecolari (cioè i legami chimici principali tra gli atomi per formare le molecole).
Quella che avviene (se avviene) tra un acido e un metallo è una vera e propria reazione chimica nella quale il metallo si ossida perdendo elettroni.
Per capire quali sono i metalli che reagiscono con gli H+ forniti dall'HCl devi far uso della Tabella dei potenziali standard di riduzione sempre fornita ai Giochi della chimica.
Il potenziale di riduzione degli ioni idrogeno è dovuto alla seguente riduzione:
2 H+ + 2 e- <==> H2(g)
alla quale viene, per convenzione, assegnato un potenziale standard E° = 0,00 Volt.
Lo ione H+ è perciò in grado di ossidare tutti gli ioni metallici che hanno un potenziale minore di 0,00 V:
Na(+) + e- <==> Na......... E° = -2,87 V
Zn(2+) + 2 e- <==> Zn......E° = -0,76 V
Al(3+) + 3 e- <==> Al........E° = -1,66 V
Cu(2+) + 2 e- <==> Cu......E° = +0,34 V

Le reazioni che avvengono sono:
2 Na + 2 H+ --> 2 Na(+) + H2(g)
Zn + 2 H+ --> Zn(2+) + H2(g)
2 Al + 6 H+ --> 2 Al(3+) + 3 H2(g)
Cu + H+ --> non avviene

Per riuscire a "disciogliere" il rame metallico è necessario utilizzare un acido ossidante come l'HNO3, il cui potenziale di riduzione standard è:
NO3(-) + 4 H+ + 3 e- <==> NO(g) + 2 H2O
L'HNO3 fornisce non solo gli H+ necessari alla reazione, ma anche lo ione NO3(-) in cui il n.o.dell'azoto è +5 che si riduce a NO in cui l'azoto ha n.o. +2.
La reazione che avviene con il rame metallico è:
3 Cu + 2 NO3(-) + 8 H+ --> 3 Cu(2+) + 2 NO(g) + 4 H2O

Grazie mille! Non avrei mai saputo risolverlo senza il suo aiuto
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