I saggi alla perla sono basati sulla creazione di una perla vetrosa che si può colorare variamente per reazione in fiamma di bunsen con tutta una serie di composti.
Caricando un filo di platino (ripiegato ad occhiello) con borace o sal di fosforo e riscaldando in fiamma si ottiene una masserella vetrosa limpida e incolore (la perla) che ci servirà come reattivo per identificare alcune componenti cationiche (perla di borace) o componenti cationiche ed anioniche (perla al sal di fosforo).
In questo caso vedremo come si effettuano i saggi con la perla di borace. Per tutte le informazioni sull'altro saggio: saggio con perla al sal di fosforo.
Preparazione della perla
Con borace si fa riferimento al composto Na2B4O7 · 10H2O , ovvero tetraborato di sodio decaidrato. Come sostegno per la creazione della perla abbiamo parlato di usare il filo di platino. Si tratta di un filo di platino saldamente attaccato all'estremità di una bacchetta di vetro. Prima di creare la perla, sarebbe buona norma pulire il filo umettandolo con HCl 6N, così da risolubilizzare le impurità eventualmente rimaste come incrostazioni sul filo da precedenti utilizzi. L'acido cloridrico trasformo vari composti in cloruri, solitamente volatili e quindi eliminabili in fiamma. Residui di altre sostanze potrebbero falsare l'esito del saggio. In alternativa si può pulire il filo con lo stesso borace. Si carica l'occhiello con del borace e si porta in fiamma. Le impurità verranno adsorbite all'interno della perla fusa, che verrà poi scaricata.
Adesso, vediamo cosa succede dal punto di vista chimico (e fisico) quando portiamo il borace in fiamma.
La prima cosa che notiamo è il cosiddetto effetto "pop corn", ovvero il rigonfiamento della sostanza per perdita dell'acqua di cristallizzazione:
Na2B4O7 · 10H2O Na2B4O7 + 10H2O↑
Per ulteriore riscaldamento, il tetraborato si decompone a dare metaborato di sodio e anidride borica.
Na2B4O7 2NaBO2 + B2O3
Questa è la nostra perla prima della reazione con la sostanza incognita. Deve presentarsi limpida ed incolore. Se così non fosse si continua a scaldare a fusione e a caricare nuovamente con altro borace. In alternativa, come detto in precedenza, si scarica la perla sul piano di lavoro e se ne crea una nuova.
Riconoscimento della componente cationica
Portiamo in fiamma la nostra perla vetrosa. La portiamo ad incandescenza e poi la togliamo dalla fiamma. Facciamo raffreddare un po e successivamente, con la perla, tocchiamo una quantità minima di sostanza incognita.
Il vero reattivo di questo tipo di saggio è l'anidride borica, B2O3. Questa reagisce con gli ossidi di alcuni metalli a dare i metaborati corrispondenti. Questi impartiscono alla perla colorazioni caratteristiche che possono essere indicative circa la composizione cationica della nostra sostanza incognita.
Inoltre, il saggio può avere esiti diversi a seconda di quale zona della fiamma selezioniamo. Infatti, in fiamma ossidante si assiste sia alla formazione di composti più ossidati (e quindi eventualmente con colorazioni diverse) sia a termocromismi (variazione di colorazione data dal riscaldamento, fenomeno fisico), mentre in fiamma riducente si assiste alla formazione di composti ridotti (e quindi eventualmente con colorazioni diverse).
Vediamo meglio quali sono le reazioni coinvolte:
- I sali o composti presenti nell'incognito, per riscaldamento prolungato o per azione stessa della fiamma ossidante, danno i corrispettivi ossidi:
CuCO3 CuO + CO2↑
oppure
CuNO3 CuO + NO2 +
O2↑
oppure
Cu(OH)2 CuO + H2O↑
ecc.
- Questi ossidi reagiscono con l'anidride borica a dare i metaborati corrispodenti.
Fiamma ossidante: CuO + B2O3 Cu(BO2)2 metaborato rameico → verde a caldo, verde-azzurro a freddo
FIamma riducente (è presente polvere di carbonio elementare): 4NaBO2 + 2Cu(BO2)2 + C CO2 + 2Na2B4O7 + 2Cu rame metallico → rosso-marrone
In base alla differente colorazione possiamo quindi riconoscere i diversi cationi.
Accorgimenti
Quando si va a caricare la perla di borace con la sostanza incognita è bene fare in modo che venga adsorbita dalla perla una quantità minima di incognito. Un eccesso di reattivo potrebbe rimanere come massa scura non reagita che non permette di osservare bene la colorazione assunta dalla perla.
Conclusioni
Il saggio alla perla è un saggio per via secca. Permette di riconoscere le seguenti sostanze: Cr, Mn, Ni, Co, Cu, Fe. Il vero reattivo del saggio è l'anidride borica che reagisce con gli ossidi dei suddetti metalli a dare metaborati colorati. Può essere utile portare la perla sia in fiamma ossidante, per osservare le colorazioni date dai metalli ai loro stati di ossidazione più alti o termocromismi, sia in fiamma riducente, dove i metaborati dei metalli reagiscono con polvere di carbone è vengono ridotti a stati di ossidazione inferiore se non, in alcuni casi, allo stesso metallo allo stato elementare.
Per una panoramica delle colorazioni delle perle osservabili, vedi la tabella → esiti del saggio alla perla di borace
