Re: a quali sostanze tende l'equilibrio chimico?

From: Soviet_Mario <Soviet_at_MIR.CCCP>
Date: Mon, 05 Feb 2007 19:34:28 GMT

freenuma ha scritto:

ciao .... trovo questa domande una delle pi� sfiziose di quante
purtroppo NON sono apparse anche su IT.SCIENZA.CHIMICA (anche se
� pur vero che pu� stare in entrambi con pari pertinenza).

se credi, potresti postare anche sul ng di chimica, per avere
opinioni diverse dalla mia che ti espongo qui

Dunque, di universo intero non ti posso parlare, e nemmeno
limitandoci al sistema terra mi sento di fare stime in alcun
senso, solo provo a sottolineare alcuni aspetti tipici dei
fenomeni chimici.
Ah, premessa, immagino che tu usi il termine elemento come
sinonimo di composto .... o proprio volevi parlare letteralmente
di convergenza ad un solo "elemento" ? Se � cos�, non esiste un
unico elemento favorito : ci sono parecchi isotopi stabili di
molti elementi, che in assenza di stimoli a reazioni nucleari,
rimangono indefinitamente tali a tempo indeterminato.
Inteso letteralmente come "elemento", possiamo considerare che
alcuni elementi nella zona del ferro, ferro incluso (anzi forse
� lui il migliore in assoluto, anche se di poco rispetto ai
circostanti), ed altri in "isole" di stabilit� privilegiata
(come l'elio-4), rappresenterebbero punti di attrazione delle
altre configurazioni, solo che una convergenza probabilmente
potrebbe avvenire solo a temperature straordinariamente alte,
mantenute alte da energia proveniente da chiss� dove (se per
ipotesi postuliamo che man mano cessino le reazioni nucleari che
scaldano appunto la materia).
Diciamo quindi che tu in realt� stessi intendendo "composti"
come target di convergenza.
Limitandoci alla "sola" terra, ad una terra materialmente
isolata dal resto del cosmo (no meteore, no vento solare, comete
etc etc).
La domanda che ti poni ha un senso. PEr il momento questo
ipotetico stato finale di equilibrio totale non pu� essere
raggiunto in quanto la terra non � un sistema isolato, n� in
equilibrio energetico (da zona a zona, da giorno e notte, da
stagione a stagione). La variabilit� dei flussi energetici nel
tempo (e nello spazio .... penso, ma non sono sicuro, basterebbe
anche una sola di queste due variabilit� per prevenire
l'equilibrio stabile), rende possibili processi chimici
(periodici o meno) a tempo indeterminato.
L'eventuale rincorsa di un stato finale dovrebbe quindi
presupporre 1) lo spegnimento del sole e di qualsiasi astro
possa irradiarci con energia. 2) l'esaurimento di ogni
radionuclide nel mantello e nucleo della terra (cosa che
richieder� mi pare pi� tempo che non lo spegnimento del sole, ma
poco importa). 3) probabilmente sarebbe anche bene che la terra
smettesse di ruotare e che cessasse anche qualsiasi fonte di
"forze mareali" (che tuttosommato non sempre sono trascurabili :
mi risulta che ci sia una luna molto vicina a giove, che �
pesante, in cui la sola intensa variazione delle forze
gravitazionali mareali solleciti i materiali a sufficienza da
farli fondere e produrre eruzioni gassose, tipo geyser, di
anidride carbonica, ammoniaca o idrocarburi, che dovrebbero
essere liquidi o solidi a quella temperatura e statici in
assenza di queste frizioni interne che generano calore nelle
regioni ben isolate nel cuore di questa luna)

Finita la parte "fisica", ammesso di avere un sistema ora
isolato e lasciato a morire.
Si presenta un ostacolo tipicamente di tipo chimico : le
reazioni rallentano con il calare della temperatura, e la
dipendenza non � n� lineare n� quadratica o altro, ma esponenziale.
Un punto quindi che bisognerebbe conoscere (desunto dal
contesto) : quale sarebbe la TEMPERATURA di questo stato finale
di equilibrio radiante ed energetico del nostro sistema ?
Tanto pi� questa dovesse essere elevata, tanto pi� rapido
sarebbe il raggiungimento di un equilibrio **, tanto pi� fredda
la morte, tanto pi� lunga l'agonia.
Come chimico, e non filosofo, non sono abituato a distinguere un
fenomeno che non avviene per niente da uno che, ad es., avviene
cos� lento da completarsi in 10^10 anni, o in 10^100. Certe
reazioni molto lente sono note : ad es. reazioni di
fossilizzazione, metamorfismi nelle rocce, ricristallizzazioni e
mutamenti allotropici nei cristalli sempre di certi minerali,
che magari, pensa a grafite>>>diamante, richiedono tempi di
centinaia di mln di anni ANCHE a temperature molto alte, e a T.
ambiente sono date per impossibili.
Ripeto, qui il discorso si fa filosofico, e mi sfugge di mano.
Se di una reazione ho avuto prova perch� constato gli effetti
che essa ha avuto 10^8 anni dopo che ha preso inizio, posso dire
che in effetti, per quanto lenta, avviene. Ma se di una
trasformazione non ho avuto prove, con le stime di che tempo
richiederebbe, o sulla sua totale impossibilit� CINETICA, non
posso dire molto. La conversione inversa, diamante>>>grafite
(che � la forma pi� stabile a basse pressioni, anche se
differisce energeticamente di molto poco), non � mai stata
osservata, e i chimici usano la frase impedita per ragioni
cinetiche. Ma di solito non ci poniamo l'obiettivo di stimare se
possa avvenire in 10^100 anni. E non ci sono evidenze in nessuno
dei due sensi.
Altra considerazione : imho una terra completamente in
equilibrio chimico non sarebbe mai, in ogni caso, un corpo
omogeneo. Vero � che l'entropia favorisce stati pi� disordinati
(e omogenei) possibile, ma � pur vero che la terra sente la sua
stessa gravit�, diciamo cos�, per cui non sono in grado di
prevedere (ammesso che possano verificarsi in tempi suff.
lunghi) se il guadagno in entropia potrebbe compensare l'aumento
di energia potenziale gravitazionale connesso ad una
"destratificazione" dei materiali secondo un gradiente di
densit� crescenti (verso il centro), gradiente che garantisce
che i materiali pi� densi riposino pi� vicini al centro di
massa, dove hanno meno energia potenziale.
Fatto sta, ad es., che persino in presenza di moti convettivi
consistenti (nel mantello), del calore generato e della fluidit�
  relativa, questo gradiente non mi risulta in corso di
diminuzione. Anzi, potrebbe essersi formato nell'evoluzione
della terra : non c'era inizialmente. I metalli pi� pesanti non
emergeranno, contro la gravit�, per andare ad incontrare strati
pi� ossigenati per il solo guadagno di entropia, penso, anche se
magari chimicamente si potrebbe guadagnare altra energia con una
ridistribuzione di ossigeno. Ad es. in un'argilla rossa
(leggera) della crosta tipicamente si pu� trovare del ferro III.
Questo minerale, scaldato a fusione con ferro metallico ridotto
(del nucleo), sicuramente potrebbe comportare una convergenza a
silicati ferrosi (ferro II) esotermica. Ma un atomo di ferro
ridotto comodamente seppellito nel nucleo, mica lo sa in
anticipo che potrebbe reagire favorevolmente con minerali pi�
ossigenati della crosta. L'unica forza trainante iniziale che
spinge alle reazioni � la diffusione spontanea, la quale trova
ostacolo nella gravit�. Imho, ma faccio una stima, lo stato
finale non si raggiungerebbe come una totale omogenizzazione dei
composti, ma in un compromesso, con reazioni che si trascinano
sempre pi� lentamente sino a tendere al blocco totale.

Noterai che, a parte un esempio ridicolo, che troverai purtroppo
del tutto insoddisfacente, non ho citato quasi nulla di processi
chimici. Ma il sistema � davvero troppo complesso per fare alcun
genere di previsioni molto precise.
Aggiungo solo qualche piccola considerazione
1) si possono conoscere le abbondanze percentuali atomiche (o
molari) : gi� solo dando una scorsa rapida alla situazione
globale, si pu� osservare che esiste di un netto surplus netto
(sul totale) di metalli, rispetto ai non metalli (ossigeno in
primis, anche se sulla crosta questo la fa da padrone, e anche
all'idrogeno). Questo significa che anche all'equilibrio totale
non si potrebbe raggiungere una equa distribuzione dei composti.
Anche senza voler tirare in ballo i composti non stechiometrici,
leghe interstiziali e sottigliezze simili, di base, una terra
morta sarebbe destinata a vedere tutto l'ossigeno combinato in
composti, ma solo una parte dei metalli (ferro, nichel, cromo,
calcio) combinata, ed il restante in forma libera, di leghe.
Molte rocce ignee cos� come appena eruttate rispecchiano gi�
piuttosto bene una ipotetica forma di sistema stabile in uno
stato di equilibrio di "morte calda" (si trasformano in altre
rocce solo a causa della variazione di condizioni che trovano
una volta emerse). Insomma, non � mica agevole buttarsi in una
previsione. Ci sono un centinaio di elementi diversi presenti in
rapporti molari totalmente casuali, e mi cascasse la testa se
esiste un unico composto la cui stechiometria ideale rispecchi
esattamente la situazione che la sorte ha determinato. Inoltre,
ripeto, quand'anche esistesse (il che � assurdo) questo stato di
totale omogeneit� imho non si raggiungerebbe mai

> attualmente l'universo � formato da una miriadi di composti e
> molecole. Tuttavia essi sono in continuo mutamento a causa di
> moltissimi fenomeni. Tutti i fenomeni che avvengono in natura per� non
> avvengono per caso, ma se si osserva il sistema in cui essi avvengono
> si pu� notare che tendono a diminuire l'energia del sistema e ad
> aumentarne l'entropia.

qui non essendo un fisico non dovrei parlare, ma oserei dire che
i fenomeni indotti prevalentemente dalla gravit� non siano per
niente entropici, ma, al contrario, tendano a produrre stati pi�
ordinati (macroscopicamente) che disordinati. Ad es.
entropicamente un gas in libera espansione si allarga e diventa
pi� disordinato, e questo in piccola scala possiamo verificarlo
facilmente. Ma prendi una massa abbastanza grande di questo gas,
e la nuvola rispettiva comincer� a compattarsi sotto la
reciproca attrazione della gravit�. Mi pare che gli astri
nascano cos�, da soli, e che lo stato "stella fatta" non sia pi�
  disordinato dello stato iniziale "nuvola di gas e pulviscoli
vari". Forse l'evoluzione in un senso o l'altro dipende appunto
da massa totale iniziale e iniziali distanze tra le parti del
sistema (ossia dalla distribuzione iniziale di tale massa).

> E' possibile alla luce di questa affermazione
> capire se tutti i fenomeni avvenenti in natura concorrono alla
> formazione di un solo componente chimico a scapito degli altri?

una situazione si abbondanze atomiche casuali, solitamente, non
corrisponde ad una univoca formula chimica possibile tale da
riprodurre quella distribuzione atomica. Con un centinaio di
atomi, come ho gi� detto, � improponibile (anche se non da
escludersi a priori per ragioni intrinseche)

> Parlando a livello terra terra, quando saranno terminati tutti i
> fenomeni che dovevano succedere in natura perch� l'energia sar�
> esaurita,

qui non so bene in realt� cosa si intenda per energia esaurita :
ho provato a pensare di equilibrio termico e radiante e di
staticit� dell'energia potenziale gravitazionale del sistema
"morto".

> esister� una sola sostanza, un solo elemento chimico? Se s�,
> di che elemento si tratta? Idrogeno?

ciao
Soviet
Received on Mon Feb 05 2007 - 20:34:28 CET