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Il fuoco e la CO2

Il triangolo del fuoco e un esperimento sorprendente!
Il fuoco
Il fuoco è il risultato di un processo chimico-fisico chiamato combustione, che libera gas ed energia, sottoforma di luce e calore. Si manifesta come un bagliore, causando il rilascio di grandi quantità di calore e gas e spegnendosi quando la reazione finisce. Per far sì che questa reazione avvenga, c’è però bisogno che ci sia una specifica situazione. Proviamo a scoprire cosa serve per ottenerla.

Prima di tutto cerchiamo di capire cos’è la combustione. Essa è una reazione chimica che comporta l'ossidazione di un elemento (il combustibile), il quale perde uno o più elettroni, e la riduzione di un altro (il comburente), che guadagna elettroni. Questa reazione sviluppa calore e radiazioni elettromagnetiche, fra cui radiazioni luminose ovvero luce visibile (la fiamma).

Per attivare il processo di combustione sono necessari tre “ingredienti”, che definiscono il cosiddetto triangolo del fuoco:

  • un combustibile, ovvero un materiale solido, liquido o gassoso infiammabile, come ad esempio zolfo, idrogeno, benzina, alcool, ecc.;
  • un comburente, ovvero l'agente che permette la reazione di ossidazione, come l'ossigeno;
  • un innesco, ovvero una sorgente di calore, ad esempio una scintilla.

Se mettiamo una candela accesa all’interno di un bicchiere di vetro capovolto, la fiamma dopo un po’ si spegnerà perché verrà consumato tutto l’ossigeno presente all’interno, facendo venire meno uno degli elementi del triangolo del fuoco necessari allo svolgersi della reazione di combustione.

 

Spegnere le fiamme: gli estintori

Se togliamo l’ossigeno, quindi, il fuoco non si accende e soprattutto non si propaga. Allora potremmo ipotizzare di sostituire l’ossigeno con un altro materiale, magari con un altro gas, per spegnere una fiamma o un incendio.

Questo è il principio di funzionamento degli estintori. Con questi strumenti possiamo infatti spruzzare delle specifiche sostanze sopra e intorno una fiamma viva, in modo tale da fermarne la propagazione.

Esistono tante forme e tipologie di estintori: gli estintori ad acqua, quelli a sabbia o polvere e gli estintori a schiuma. Questi ultimi funzionano “soffocando” il fuoco, cioè sostituendo repentinamente l’aria intorno alla fiamma con appunto polvere o schiuma.

In realtà c’è anche un altro tipo di estintore che viene molto utilizzato, ad esempio, su quadri elettrici e apparecchiature elettroniche e in tutti quei luoghi dove non possiamo versare direttamente acqua per problemi di sicurezza. Parliamo dell’estintore a gas. Quale gas? Scopriamolo insieme con un esperimento facile e divertente, da poter rifare in sicurezza anche a casa.

 

Esperimento coi gas: versiamo l'invisibile

Per questo esperimento ci servono:

  • quattro bottiglie tagliate a metà o quattro barattoli dalla “bocca larga”
  • una bottiglia di aceto di vino
  • il bicarbonato di sodio
  • una candela attaccata a un filo metallico e un accendino

In questo esperimento scoprirai cosa accade mescolando due materiali, uno basico e uno acido, e come questa miscela può intervenire nel triangolo del fuoco. Nel nostro caso useremo bicarbonato di sodio e aceto, tre cucchiaini del primo e tanto aceto quanto ne serve per coprire la quantità di bicarbonato.

Osserviamo che se aggiungiamo nella prima bottiglia (A) del bicarbonato di sodio a dell'aceto (o viceversa), questi due materiali producono un'effervescenza.

Mettendo quindi una candela accesa all'interno della bottiglia, la fiamma si spegne immediatamente. Osserviamo, invece, che se mettiamo la candela accesa nella seconda bottiglia (B) non succede nulla. Ricapitolando, se la mettiamo nella bottiglia in cui è avvenuta l’effervescenza si spegne, nella bottiglia con solo aria rimane accesa.

    

Come possiamo spiegarci questo fenomeno di spegnimento della candela? Tutto dipenderà da che cosa si produce durante l'effervescenza. Sicuramente un gas, che né salirà né uscirà dalla bottiglia disperdendosi nell'aria; se fosse uscito dalla bottiglia, infatti, non avremmo ottenuto lo spegnimento della candela. Sarà sicuramente un gas che non favorisce la combustione, e quindi un gas probabilmente che rimane almeno in parte all'interno della bottiglia.

Potremmo ora provare un secondo esperimento che ci potrebbe permettere di capire cosa è accaduto nell'esperimento precedente. Sostituiamo queste due bottiglie con altre due nuove e adesso inseriamo prima il bicarbonato e poi l'aceto nella prima delle due bottiglie (D). Introducendo la candela accesa inizialmente nella bottiglia vuota (C), la fiamma rimane accesa.

    

Se il gas come abbiamo supposto precedentemente è ancora in parte all'interno della prima bottiglia (D), come conseguenza dell’effervescenza, dovremmo poterlo versare nella seconda bottiglia (C), cioè in quella che è vuota. Sembra quasi impossibile, vero? Proviamo! Incliniamo per una decina di secondi le due bottiglie come in figura e proviamo a versare l'invisibile. Basta semplicemente inclinare le bottiglie, senza versare il liquido da una nell’altra.

Inserendo la nostra candela, nuovamente accesa, all'interno della bottiglia C osserviamo che la fiamma ora si spegne. Questa cosa ci dimostra che è avvenuto un trasferimento di gas e che, quindi, il gas che si è formato dall'effervescenza si è trasferito dalla bottiglia D in C. Cosa pensi sia rimasto nella bottiglia D? Niente? Verifichiamolo.

Per confermare questa ipotesi, usiamo sempre la candela. Proviamo ad inserire la candela accesa e così verificheremo o confuteremo questa nuova ipotesi. Rimane accesa! Ipotesi confermata! Quindi significa che il gas del prodotto dell'effervescenza è più denso rispetto all'aria e siamo riusciti a trasferirlo da una bottiglia all'altra. Interessante, vero?!

    

C’è da domandarsi che cosa sarà questo tipo di gas. È un gas un po’ particolare, estinguente, con un'azione elevata dal punto di vista dell'estinzione della combustione, ed inoltre ha anche la proprietà di essere molto denso. Cosa potremmo pensare che sia? La C02, l’anidride carbonica, il famoso diossido di carbonio. Non a caso questo gas è proprio quello usato anche in alcuni tipi di estintore, quelli a CO2, perlappunto. Essendo la CO2 più pesante dell’aria, questo gas “sposta” l’aria e si deposita sulla superficie in fiamme togliendo così la quantità di ossigeno necessaria a far proseguire la combustione.

Ricapitolando, mescolando bicarbonato di sodio (sostanza leggermente alcalina, cioè basica) e aceto (sostanza acida) si genera un'effervescenza che produce anidride carbonica, CO2. Questo gas, in condizioni atmosferiche, è circa 1,5 volte più pesante dell'aria e tende perciò a stratificare verso il basso, con la possibilità di accumularsi in fosse, o avvallamenti, o contenitori.

La CO2 ha anche un'elevata proprietà estinguente, per questo motivo viene utilizzata in stato liquido e compresso all'interno degli estintori. Uscendo dal dispositivo la CO2 liquida diventa neve carbonica (ghiaccio secco) che a contatto con il fuoco si trasforma nuovamente in gas, soffocandolo (togliendo drasticamente l'ossigeno). Fai attenzione però quando utilizzi questi estintori perché se maneggiati in modo errato possono anche causare gravi ustioni da freddo.

Buona sperimentazione!

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