Per Elisa (e chiunque altro abbia curiosità e volontà di capire...)

Si stava parlando a lezione dell'ordine degli elementi nella tavola periodica, che troneggia enorme nella nostra piccola aula. Facendo l'esercizio proposto, Elisa aveva individuato una buona pista per dare un ordine agli elementi rappresentati sulle tesserine che aveva tra le mani: aveva formato diversi gruppi a seconda del numero di legami che l'atomo di quell'elemento poteva formare con altri atomi nelle molecole dei composti. E di fatto questo è, in fin dei conti, il principio che sta alla base della formazione delle famiglie di elementi della tavola periodica così come è stata concepita da Mendeleev.

Non ricordo con esattezza le domande ricevute, ma il discorso è scivolato dalle reazioni chimiche al fuoco che non è altro che l'effetto di una serie di reazioni chimiche dette ossidazioni dei combustibili. In sostanza Elisa voleva sapere cos'era il fuoco e per quale motivo scottasse. Lei sosteneva che, visto la mancanza di massa (come più volte avevo affermato in passato a lezione) il fuoco non poteva essere materia e quindi non poteva essere fatto di particelle che di conseguenza non possono con la loro velocità dare origine a quella che chiamiamo comunemente temperatura. Insomma la fiamma non dovrebbe essere calda!

Il fuoco, e per fuoco intendiamo la fiamma, non è una materia (ricordate gli elementi degli antichi greci?) ma contiene materia. E di che materia si tratta? Il fuoco contiene i prodotti della reazione chimica della combustione del materiale che sta bruciando cioè anidride carbonica (CO₂) e acqua (H₂O). La fiamma è quindi fatta di anidride carbonica e acqua (ovviamente in forma di vapore acqueo visto la temperatura!) sostanze le cui molecole derivano dal riassemblamento degli atomi che formavano le molecole dei reagenti: della sostanza che brucia (il combustibile) e dell'ossigeno (O₂). Come esempio di combustione nella figura sotto prendiamo quella in cui combustibile è il metano (CH₄) le cui molecole sono molto semplici.

Fin qui in classe me l'ero cavata abbastanza bene. Ma alla richiesta di spiegazioni sul perché le molecole dei prodotti avessero velocità maggiore (e quindi potessero essere responsabili della emissione di calore), ho dato risposte piuttosto vaghe e ho cercato di troncare il discorso. Cerco ora di riparare...

L'energia liberata dalla reazione chimica, diffusa come luce e calore, proviene dal cambiamento dei legami chimici delle molecole presenti nei reagenti e quelli presenti nei prodotti, come ho già accennato in classe. Bisogna a questo punto sapere che i legami chimici non sono tutti uguali, ve ne sono di più forti (e stabili) e più deboli (e meno stabili perché dotati di più energia). È un po' come se alcune molecole, quelle con i legami più energetici, saltassero più facilmente perché dentro di loro vi è una maggior tensione. Quando i legami chimici dei prodotti sono più forti (e meno energetici) di quelli dei reagenti allora la reazione libera la differenza di energia.

È il caso della combustione. I legami chimici presenti nei prodotti (CO₂ e H₂O) sono nel complesso più stabili di quelli presenti nei reagenti (O₂ e CH₄) quindi viene liberata quella differenza di energia  che darà luogo ad un elevata velocità delle molecole dei prodotti, cioè svilupperà l'alta temperatura della fiamma. Perché la fiamma è limitata ad una certa zona? Perché lì i prodotti sono abbastanza "eccitati" dalla formazione dei nuovi legami chimici che riescono ad emettere radiazioni, visibili all'occhio.