Etilometro chimico, la legge di Lambert-Beer

Allora, ora siamo pronti! Aggiungiamo 10 millilitri di soluzione a concentrazione nota di bicromato a 10

millilitri di ciascuna delle cinque soluzioni di alcol etilico a concentrazione crescente preparate

precedentemente (quelle a concentrazione da 0,3 grammi per litro a 1,5 grammi per litro). Ciascun

recipiente che conterrà l'alcol a cui si aggiunge il bicromato lo si lascia riscaldare su una piastra riscaldante,

portando la miscela a 70°C. A questa temperatura si verificherà in ciascuna miscela una reazione di ossido

riduzione. Lasciando procedere la reazione, dopo mezz’ora, si noterà che tutte le soluzioni ottenute

mescolando il bicromato con le diverse concentrazioni di alcol, cambieranno colore. Dall’iniziale colore

arancione del bicromato, infatti, si passa ad un colore verde sempre piu intenso all’aumentare della

concentrazione di alcol aggiunta al bicromato.

Assisterete, come dicevo prima, ad una reazione di ossido-riduzione. Il bicromato di potassio, infatti, in

questa reazione, diventa una nuova sostanza che è il solfato cromoso, che da la colorazione verde-azzurra

alla soluzione che la contiene. Qui vedete le due semireazioni che avvengono in soluzione accoppiate,

quella di riduzione del bicromato da cromo nello stato di ossidazione più 6 a cromo nello stato di

ossidazione più 3 durante la sua trasformazione chimica da bicromato a solfato cromoso. In

contemporanea, avviene anche l’ossidazione dell’alcol etilico ad acido acetico. Alla fine di questa reazione

di ossido-riduzione, quindi, il bicromato si sarà trasformato nella sostanza che impartirà la colorazione

verde alla soluzione. Questa variazione di colore evidenzia la presenza di alcol reagito con il bicromato, ma

soprattutto, evidenzia anche quanto alcol ha reagito e, quindi, nel caso dell’alcol test, evidenzierà quanto

alcol è in circolo nel corpo quando il test viene effettuato.

Simuliamo allora un alcol test in laboratorio, e quindi, il funzionamento dell’etilometro per la

determinazione dell’alcol etilico a livello ematico. Abbiamo bisogno di due beute da laboratorio identiche,

con la stessa capacità. In una delle beute aggiungeremo 10 millilitri della soluzione di bicromato di potassio

arancione. Nell’altra beuta aggiungeremo 10 millilitri di una qualsiasi delle cinque soluzioni di alcol etilico

tra quelle che abbiamo preparato. Abbiamo bisogno, inoltre, di un tubicino di vetro con forma ad U

sufficientemente lungo alle estremità da far sì che esse peschino sul fondo di ciascuna delle beute che

abbiamo a disposizione. Questo tubicino farà da raccordo per entrambe le soluzioni nelle due beute.

Usando un rotolo di pellicola trasparente, avvolgiamo ciascuna estremità del tubicino di vetro a ciascuna

delle due beute e sigilliamo in questo modo il contenuto di ciascuna beuta di modo da separarlo dal

contatto con l'aria esterna. Ci serve anche un altro tubicino dello stesso diametro del tubicino in vetro con

forma ad u che useremo come una cannuccia. Questa cannuccia di vetro deve pescare nella beuta

contenente l’alcol. Una volta isolate le due beute dall’aria esterna con la pellicola trasparente, procediamo

a soffiare dalla cannuccia di vetro per permettere all’alcol contenuto nella sua beuta di evaporare e di

passare attraverso il tubicino ad U all’altra beuta che contiene la soluzione arancione di bicromato di

potassio. La beuta contenente bicromato va mantenuta alla temperatura di 70°C. Così, tutto l’alcol nella

beuta si trasferirà nell'altra beuta, e noteremo il cambiamento del colore da arancione a verde.

L’intensità del colore verde così ottenuto, la confrontiamo con le 5 soluzioni di alcol e bicromato preparate

prima. Siccome conosciamo le concentrazioni di alcol contenute in ciascuna di esse, dal confronto del

nostro campione con questa scala colorimetrica, risaliamo a quanto alcol effettivamente ha reagito con il

bicromato e, quindi, a quanto alcol è ancora in circolo dopo aver bevuto nel momento in cui si effettua

l’alcol test. Ora, facciamo delle precisazioni: L’efficacia nella determinazione quantitativa dell’alcol

effettivamente ingerito attraverso questo metodo è sempre stato ottimale. Infatti, l’alcol test usato in

passato dalle forze dell’ordine funzionava proprio nel modo che vi ho illustrato, con una differenza, infatti,

era l’espirato del soggetto in sospetto stato di ebbrezza quello che attraverso una cannuccia veniva fatto

gorgogliare direttamente nel recipiente contenente il bicromato di potassio per permettere alla reazione di

ossido riduzione di avvenire. Oggi questo tipo di alcol test è in disuso perche è stato ritenuto

potenzialmente rischioso per la salute dei consumatori. Infatti, il contatto diretto accidentale attraverso la

cannuccia del soggetto testato con il bicromato contenuto all’interno della sacca o del recipiente del

vecchio etilometro poteva essere nocivo per la salute. Il bicromato di potassio è altamente tossico se viene

ingerito, può provocare alterazioni genetiche ed il cancro. Per questo motivo, nell’esperimento che vi ho

illustrato per la preparazione dell’alcol test in laboratorio, vi ho raccomandato di indossare sempre i

dispositivi di protezione (come i guanti, gli occhiali ed il camice) e la reazione redox viene fatta avvenire per

trasferimento indiretto dell’alcol da una beuta che lo contiene all’altra contenente il bicromato, di modo

che quando soffiate attraverso la cannuccia all’interno della beuta contenente l’alcol, non verrete mai a

contatto diretto con il bicromato. L’esperimento così condotto è sicuro per la nostra salute. Oggi sono in

uso altri tipi di etilometri, che sostituiscono il bicromato di potassio con sostanze più sicure e altrettanto

efficaci nella determinazione dello stato di ebbrezza del soggetto sottoposto al test.

Quindi, ricapitoliamo, mettendo in evidenza i principi teorici su cui si basa questo esperimento e la

possibilità che ci fornisce nella stima della concentrazione di alcol ancora in circolo nel sangue del soggetto

testato con questo alcol test che abbiamo preparato. Abbiamo creato una scala colorimetrica mescolando

una soluzione di bicromato di potassio ad una specifica concentrazione fissa, e cioè 1,5 grammi per litro,

con cinque soluzioni a concentrazione crescente di alcol etilico, quindi, con concentrazioni dalla piu diluita

alla piu concentrata pari a 0,1 grammi per litro, 0,3 grammi per litro, 0,5 grammi per litro, 0,9 grammi per

litro ed infine 1,5 grammi per litro. Una volta avvenuta la reazione di ossidazione dell’alcol e di riduzione

contemporanea del cromo nel bicromato di potassio a 70°C, si ottengono cinque soluzioni finali colorate in

verde. Il colore verde è sempre più intenso quanto maggiore è la concentrazione di alcol etilico aggiunta al

bicromato di potassio.

DOPO UN PAIO DI GIORNATE A FREDDO LA REAZIONE PROCEDE ULTERIORMENTE E SI HA IL VIRAGGIO

DELLE SOLE SOLUZIONI di alcol etilico a concentrazioni 0,5 grammi per litro, 0,9 grammi per litro E 1,5 g/L

AL COLORE AZZURRO, come potete notare dall’immagine.

Si costruisce la retta di taratura dell’alcol etilico in bicromato. In questa immagine, si riporta con un

pennarello indelebile su un foglio di acetato trasparente un grafico. Il foglio di acetato è poggiato su una

lavagna luminosa (di un vecchio proiettore). Sull’asse delle ascisse del grafico si riporta la concentrazione di

ciascuna soluzione di alcol etilico in grammi per litro. Sull’asse delle ordinate si riporta l’intensità di colore

specifica di ciascuna soluzione. Il grafico, chiamato retta di taratura, è infatti, una retta a pendenza positiva,

in cui c’è proporzionalità diretta tra la concentrazione crescente di alcol presente in soluzione e la

conseguente colorazione verde sempre più forte della soluzione stessa. Per questo motivo, posizioniamo le

cinque soluzione di bicromato e alcol etilico preparate, allineandole sul foglio di acetato lungo la retta

disegnata sul grafico, come vedete in figura. La soluzione con la piu bassa concentrazione di alcol è quella

posizionata all’origine del grafico, e le altre quattro soluzioni a concentrazione crescente di alcol la seguono

lungo la retta di taratura, fino a posizionare per ultima la soluzione con la concentrazione di alcol piu alta,

pari a 1,5 grammi per litro. Vi è quindi un andamento lineare di variazione dell’intensità di colore di

ciascuna soluzione in funzione della concentrazione di alcol etilico presente in soluzione, perche il sistema

studiato segue la legge di Lambert-Beer.

Vediamo di capire il perche: la legge di Lambert-Beer, riportata in questa immagine, in alto, è una legge che

mette in relazione di proporzionalità diretta la quantità di cromòforo presente in soluzione, e la quantità di

luce visibile assorbita da esso. Il cromòforo è una sostanza contenuta in un oggetto colorato o in una

soluzione colorata, che interagisce con la luce che la sta illuminando. Da questa interazione scaturisce un

assorbimento da parte del cromòforo delle radiazioni luminose della porzione visibile di questa luce, cioè,

dalla porzione che i nostri occhi sono in grado di captare o percepire. In altre parole, la luce visibile, è la

porzione di luce proveniente dal sole o da una lampada, che siamo in grado di percepire attraverso i nostri

occhi. Quando una qualsiasi soluzione risulta colorata, come nel caso del nostro alcol test, vuol dire che

contiene un cromòforo. Il cromòforo nel nostro caso è il prodotto della reazione chimica avvenuta tra il

bicromato e l'alcol, vale a dire, il cromo tre più presente nel solfato cromoso. Quindi, il cromòforo, assorbe

specifiche porzioni di luce visibile provenienti dalla sorgente luminosa che lo sta illuminando, lasciando che

altre porzioni di tale sorgente luminosa, giungano ai nostri occhi senza essere assorbite dal cromòforo in

soluzione, il che determinerà il colore della soluzione stessa (nel nostro caso il colore verde azzurro).

Inoltre, secondo la legge di Lambert-Beer, maggiore è la quantità di alcol mescolata al bicromato di

potassio, maggiore sarà la concentrazione in soluzione del cromòforo responsabile del colore verde finale e

dell'intensità di tale colore in soluzione. In particolare, la legge di lambert beer è la relazione di

proporzionalità diretta tra questi due fattori: concentrazione di cromòforo indicata con Ci, e intensità di

colorazione verde di ciascuna soluzione, che nella equazione della legge è riconducibile al valore di A.

Questo vuol dire che, se la concentrazione di alcol raddoppia passando da una soluzione ad un’altra, anche

l’intensità di colorazione finale ne risulterà raddoppiata perche sarà raddoppiata la concentraz