Diapositiva 1 - Moodle UniTs

LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE
Barbara Milani
[email protected] tel. 040 5583956
Ricevimento: venerdì dalle 15.00 alle 17.00
oppure previo appuntamento
Materiale:
fotocopie del docente
Il Laboratorio di CHIMICA
Autori: M. Consiglio, V. Senna, S. Orecchio
EdISES
Moodle: troverete 4 file che si chiamano:
Esper_n_docente: procedura dell’esperienze parte sperimentale;
Esper_n_studente: procedura dell’esperienze parte sperimentale;
Esper_prelab: discussione prima dell’esperienza;
Esper_postlab: discussione dopo l’esperienza.
Esame finale: un unico esame Didattica della Chimica con
Laboratorio;
Prova scritta e una prova orale.
STRUTTURA DEL CORSO
Lezioni Teoriche
Esperienze in
Laboratorio
Lun. 9/2 e 23/2.
Lun. 16/2
Mart. 17/2
FOTOCOPIA DEL
CERTIFICATO DEL
CORSO SULLA
SICUREZZA
OBBIETTIVI DEL CORSO
Acquisire la capacità di preparare gli strumenti didattici da
distribuire agli allievi per lo svolgimento e la comprensione
dell’esperimento;
Acquisire la capacità di collegare i concetti teorici del corso di
chimica con l’esperimento di laboratorio;
Richiami sulle attrezzature di laboratorio di base e speciali, sulle
metodiche comuni.
Tre esperimenti tipo:
1. Reattività chimica: un ciclo di reazioni del rame
2. Titolazioni Acido/Base
3. Estrazione Acido/Base: proprietà degli indicatori
SICUREZZA IN LABORATORIO
La parte specifica sulla sicurezza in laboratorio verrà trattata dal
Prof. Tavagnacco.
Indossare sempre gli occhiali di sicurezza e il camice;
Leggere le frasi H e P dei reagenti;
Usuali norme di sicurezza di un laboratorio chimico;
Non inquinare i reagenti.
La pratica chimica costituisce il complemento
fondamentale alle basi teoriche per comprendere a fondo
le trasformazioni della materia.
GLI STRUMENTI DIDATTICI
Derivano dal processo di PROGETTAZIONE dell’esperienza.
Per l’esercitatore
Il diagramma a V di Gowin
Per gli allievi
Materiale sulla teoria su cui si basa l’esperimento (insegnante)
La procedura dell’esperimento (esercitatore)
La scheda di laboratorio (esercitatore, insegnante e studente)
IL DIAGRAMMA DI GOWIN
SETTORE CONCETTUALE
2. PREREQUISITI
SETTORE OPERATIVO
1. PROBLEMA
Conoscenze teoriche e
sperimentali sull’argomento
5. CONCLUSIONI
Obbiettivo da
raggiungere
4. DATI E OSSERVAZIONI
Osservazioni delle varie fasi
dell’esperienza;
Dati raccolti
3. PROGETTO OPERATIVO
Come operare;
Attrezzature e materiali necessari
Costruire il Diagramma di Gowin per la seguente esperienza:
«In 3 contenitori senza etichetta sono contenute 3 sostanze cristalline
bianche, 1, 2, 3: naftalina C10H8, saccarosio C12H22O11, cloruro di sodio
NaCl. Avendo a disposizione acqua H2O, tetracloruro di carbonio CCl4 e
un dispositivo per misurare la conducibilità elettrica, applicare a ciascun
contenitore l’etichetta recante il nome della sostanza.»
SETTORE CONCETTUALE
2. PREREQUISITI
SETTORE OPERATIVO
1. PROBLEMA
Conoscenze sulla solubilità
Conoscenze sulla conducibilità
elettrica delle soluzioni
5. CONCLUSIONI
Riconoscimento
delle sostanze
4. DATI E OSSERVAZIONI
3. PROGETTO OPERATIVO
I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
3. PROGETTO OPERATIVO
Saggi di solubilità delle 3 sostanze a) in H2O e b) in CCl4;
Prove di conducibilità elettrica sulle tre soluzioni ottenute;
Provette da saggio, portaprovette, pipette Pasteur, spatole,
becker, un dispositivo per misurare la conducibilità elettrica delle
soluzioni.
4. DATI E OSSERVAZIONI
La sostanza 1 è solubile solo in H2O
La sostanza 2 è solubile solo in H2O
La sostanza 3 è solubile solo in CCl4
La soluzione della sostanza 1 conduce la corrente
La soluzione della sostanza 2 non conduce la corrente
La soluzione della sostanza 3 non conduce la corrente
5. CONCLUSIONI
La sostanza 1, che è solubile solo in H2O e conduce la corrente è un
elettrolita, è NaCl
La sostanza 2, che è solubile solo in H2O e non conduce la corrente è
un non elettrolita, è saccarosio
La sostanza 3, che è solubile solo in CCl4 e non conduce la corrente, è
naftalina.
LA PROCEDURA DELL’ESPERIMENTO
E’ un testo che viene preparato dall’esercitatore e che in parte deriva
dal diagramma di Gowin.
Le sue parti principali possono essere:
Il titolo dell’esperienza;
Lo scopo dell’esperienza;
L’elenco della vetreria e delle piccole apparecchiature necessarie;
L’elenco dei reagenti e per ogni reagente l’indicazione di eventuali frasi
sulla sicurezza;
La procedura vera e propria, intervallata con domande che possano
aiutare
lo
studente
alla
comprensione
dell’esperienza
e
all’osservazione dei fenomeni macroscopici.
LA PROCEDURA DELL’ESPERIMENTO
Il titolo dell’esperienza:
RICONOSCIMENTO DI SOSTANZE
Lo scopo dell’esperienza: Riconoscere tre sostanze sulla base della
loro solubilità e della capacità di condurre l’elettricità
Reagenti necessari: i tre solidi da analizzare, acqua, CCl4
Sicurezza: il CCl4 è nocivo/tossico? per inalazione; la naftalina è un
solido volatile, nocivo
Vetreria necessaria: provette da saggio, spatole, pipette Pasteur,
becker, bacchette di vetro
La procedura vera e propria, intervallata con domande che possano
aiutare
lo
studente
alla
comprensione
dell’esperienza
e
all’osservazione dei fenomeni macroscopici: descrivere quello che gli
allievi devono fare, quindi ad esempio come quesito allo studente
scrivere:
La sostanza 1 è solubile in H2O? e in CCl4? Etc.
LA SCHEDA DI LABORATORIO
Viene preparata dall’esercitatore di concerto con l’insegnante;
deriva dai punti 4 e 5 del diagramma di Gowin;
è indirizzata agli allievi che la compileranno;
Può costituire o il report di laboratorio ed essere oggetto di
valutazione oppure la traccia da cui gli studenti prepareranno la
relazione di laboratorio che sarà oggetto di valutazione.
Le sue parti principali possono essere:
Il titolo dell’esperienza;
L’esecuzione dell’esperienza e le osservazioni: con l’indicazione per
ogni stadio delle quantità dei reagenti usate sia in termini di grandezze
misurate che di moli; dei fenomeni macroscopici osservati; delle
reazioni chimiche che avvengono; i dati sperimentali raccolti; la loro
elaborazione in termini di tabelle e/o grafici.
Le conclusioni: la soluzione al problema, le correlazioni tra i fenomeni
macroscopici e quelli microscopici, che avvengono a livello
molecolare.
LA SCHEDA DI LABORATORIO
RICONOSCIMENTO DI SOSTANZE
ESECUZIONE
STADIO 1: LE PROVE DI SOLUBILITA’
Sostanza 1:
Quantità della sostanza 1 usata: ….
Quantità di H2O: ….
Quantità di CCl4: ….
Sostanza 2:
Quantità della sostanza 2 usata: ….
Quantità di H2O: ….
Quantità di CCl4: ….
Sostanza 3:
Quantità della sostanza 3 usata: ….
Quantità di H2O: ….
Quantità di CCl4: ….
SOSTANZA
H2O
CCl4
1
…
…
2
…
…
3
…
…
LA SCHEDA DI LABORATORIO
STADIO 2: LE PROVE DI CONDUCIBILITA’
Sostanza 1:
Quantità della sostanza 1 usata: …..
Sciolta in……. di ……..:
Sostanza 2:
Quantità della sostanza 2 usata: …..
Sciolta in……. di ……..:
Sostanza 3:
Quantità della sostanza 3 usata: …..
Sciolta in……. di ……..:
SOSTANZA
CONDUCIBILITA’
1
…
2
…
3
…
LA SCHEDA DI LABORATORIO
CONCLUSIONI
Sostanza 1:
La sostanza 1 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica:
La sostanza 1 è il ……
Cosa succede alla sostanza 1 quando si scioglie in ……?......
La reazione chimica che avviene è ……
La sostanza 1 appartiene alla classe dei/gli ……..
Sostanza 2:
La sostanza 2 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica:
La sostanza 2 è il ……
Cosa succede alla sostanza 2 quando si scioglie in …..?........
La reazione chimica che avviene è ……
La sostanza 2 appartiene alla classe dei/gli ……..
Sostanza 3:
La sostanza 3 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica:
La sostanza 3 è il ……
Cosa succede alla sostanza 2 quando si scioglie in …..?........
La reazione chimica che avviene è ……
La sostanza 3 appartiene alla classe dei/gli ……..
IL DIAGRAMMA DI GOWIN
REATTIVITA’ CHIMICA: UN CICLO DI REAZIONI DEL RAME
SETTORE CONCETTUALE
2. PREREQUISITI
Conoscenze sulle tipologie di
reazioni chimiche:
Reazioni acido/base;
Reazioni di ossidoriduzione;
Reazioni di precipitazione.
SETTORE OPERATIVO
1. PROBLEMA/
SCOPO
5. CONCLUSIONI
La reattività
chimica
4. DATI E OSSERVAZIONI
Osservazioni delle varie fasi
dell’esperienza;
Dati raccolti
3. PROGETTO OPERATIVO
Come operare;
Attrezzature e materiali necessari
I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
3. PROGETTO OPERATIVO
L’esperienza consta di diversi stadi:
1. Un pezzo di filo di rame viene portato in soluzione con HNO3;
2. La soluzione contenente il rame viene fatta reagire con NaOH;
3. La miscela viene riscaldata, si separa un solido;
4. Il solido viene trattato con H2SO4;
5. La soluzione viene fatta reagire con zinco metallico.
Becker, pipette Pasteur, spatole, bacchette di vetro, pipette
graduate, matracci tarati, propipette, agitatore magnetico e
riscaldante, ancorette magnetiche, vetrini da orologio, capsule di
porcellana.
I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
4. DATI E OSSERVAZIONI
Stadio 1:
Il filo di rame viene sciolto dall’acido nitrico ottenendo una
soluzione di colore azzurro e lo sviluppo di un gas marrone;
Stadio 2:
Si osserva la precipitazione di un solido azzurro;
Stadio 3:
Il solido cambia colore da azzurro diventa nero;
Stadio 4:
Il solido viene sciolto, ottenendo una soluzione blu;
Stadio 5:
Si osserva sviluppo di gas, precipitazione di un solido rosso, e la
soluzione diventa incolore.
Pesare la quantità di solido rosso ottenuto e confrontarla con
quella usata all’inizio.
I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
5. CONCLUSIONI
Stadio 1:
Il filo di rame, Cu, viene ossidato dall’acido nitrico e passa in soluzione
come ione Cu++; il gas che si sviluppa è NO2;
Stadio 2:
Il solido azzurro è Cu(OH)2;
Stadio 3:
Il solido nero è CuO;
Stadio 4:
Il solido di CuO viene sciolto in ambiente acido, ottenendo la soluzione
blu di CuSO4;
Stadio 5:
Il solido rosso è Cu, ottenuto dalla reazione di riduzione di Cu2+ da
parte dello Zn; il gas è H2, ottenuto dalla reazione di riduzione di H+ da
parte dello Zn.
La quantità di Cu metallico ottenuto è ….., quindi si è recuperato il ….%
del rame usato all’inizio.
LA SCHEDA DI LABORATORIO
REATTIVITA’ CHIMICA: UN CICLO DI REAZIONI DEL RAME
ESECUZIONE
STADIO 1:
Quantità di filo di rame usata: ….
Cosa osservate? ….
Quali sono i composti che si formano? ….
STADIO 2:
Cosa osservate? ….
Quali sono i composti che si formano? ….
STADIO 3:
Cosa osservate? ….
Quali sono i composti che si formano? ….
STADIO 4:
Cosa osservate? ….
Quali sono i composti che si formano? ….
LA SCHEDA DI LABORATORIO
ESECUZIONE
STADIO 5:
Cosa osservate? ….
Quali sono i composti che si formano? ….
Quantità di rame ottenuta: ….
CONCLUSIONI
STADIO 1:
Il filo di rame, Cu, è ……. dall’acido nitrico. Si sono ottenuti un …… che è….,
e una soluzione di colore …., contenente……
Scrivere le reazioni chimiche che avvengono, bilanciate. Che tipo di reazioni
sono?
STADIO 2:
Il solido azzurro è ….., che si ottiene dalla reazione tra …… e ….
Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è?
STADIO 3:
Il solido nero è ……
Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è?
LA SCHEDA DI LABORATORIO
CONCLUSIONI
STADIO 4:
La soluzione di colore azzurro contiene …..
Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è?
STADIO 5:
Il solido rosso è ……, che si ottiene dalla reazione tra ………;
Il gas che si sviluppa è ……, che si ottiene dalla reazione tra ……;
Scrivere le reazioni chimiche che avvengono, bilanciate. Che tipo di reazioni
sono?
Qual è la resa percentuale di rame ottenuto rispetto al rame usato all’inizio?
IL DIAGRAMMA DI GOWIN
DETERMINAZIONE DEL TITOLO DI UN ACETO COMMERCIALE
SETTORE CONCETTUALE
2. PREREQUISITI
SETTORE OPERATIVO
1. PROBLEMA
Conoscenze
sulle
titolazioni
acido/base;
Sulle reazioni di neutralizzazione;
Sulle proprietà degli indicatori.
5. CONCLUSIONI
Determinazione
della
concentrazione
dell’acido
acetico
4. DATI E OSSERVAZIONI
Osservazioni delle varie fasi
dell’esperienza;
Dati raccolti
3. PROGETTO OPERATIVO
Come operare;
Attrezzature e materiali necessari
I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
3. PROGETTO OPERATIVO
L’esperienza consta di due stadi principali:
STADIO 1: STANDARDIZZAZIONE DELLA SOLUZIONE DI KOH
Preparare la soluzione di KOH, standard secondario
Titolare la soluzione di KOH preparata
Misurare il pH al punto di equivalenza
STADIO 2: TITOLAZIONE DELL’ACETO COMMERCIALE
Titolare la soluzione di aceto commerciale usando la soluzione di
KOH come titolante
Misurare il pH al punto di equivalenza
Becker, spatole, bacchette di vetro, pipette graduate, matracci
tarati, propipette, burette, cilindri graduati, vetrini da orologio,
beute, pH-metro.
4. DATI E OSSERVAZIONI
Stadio 1:
Riportare la quantità di KOH pesata;
La soluzione da titolare è di colore verde;
La soluzione al punto di viraggio dell’indicatore è di colore giallo;
Il pH al punto di equivalenza è neutro;
Riportare il volume di titolante usato nelle tre titolazioni.
Stadio 2:
La soluzione da titolare è incolore;
La soluzione al punto di viraggio dell’indicatore è di colore rosa;
Il pH al punto di equivalenza è basico;
Riportare il volume di titolante usato nelle tre titolazioni.
5. CONCLUSIONI
Stadio 1:
La reazione che avviene è una reazione di neutralizzazione.
Calcolare la concentrazione della soluzione di KOH sia utilizzando la
massa di KOH pesata che il volume di titolante usato e confrontare i
due valori così ottenuti.
Stadio 2:
La reazione che avviene è una reazione di neutralizzazione.
Calcolare la concentrazione della soluzione di acido acetico usando il
volume di titolante usato.
LA MISURA DEL pH
per via COLORIMETRICA:
con gli indicatori
per via POTENZIOMETRICA:
con il pH-metro
strato idratato
strato idratato
soluzione
test
Na+, K+
porzione
secca
EG
membrana di vetro
HCl 0.1 M
LE PROPRIETA’ MISURABILI
SISTEMA: Si definisce SISTEMA la porzione di Universo che viene
studiata.
NON misurabili
PROPRIETA’
INTENSIVE
MISURABILI
ESTENSIVE
FONDAMENTALI
DERIVATE
MISURARE una proprietà significa confrontarla con una proprietà nota
presa come unità di riferimento.
LE PROPRIETA’ FONDAMENTALI
GLI STRUMENTI DI MISURA
Gli strumenti di misura sono le apparecchiature che vengono utilizzate
per misurare la proprietà in studio.
PROPRIETA’ degli strumenti di misura:
PORTATA: la quantità massima che uno strumento può misurare;
SENSIBILITA’: la quantità minima che uno strumento può apprezzare;
ACCURATEZZA: è la capacità di uno strumento di dare un valore il più
vicino possibile al valore vero;
PRECISIONE: è la capacità di uno strumento di dare lo stesso valore in
più misurazioni sullo stesso campione.
GLI STRUMENTI DI MISURA
PROPRIETA’ degli strumenti di misura:
ACCURATEZZA: è la capacità di uno strumento di dare un valore il più
vicino possibile al valore vero;
PRECISIONE: è la capacità di uno strumento di dare lo stesso valore in
più misurazioni sullo stesso campione.
Strumento PRECISO
ma NON ACCURATO
Strumento NE’
PRECISO NE’
ACCURATO
Strumento PRECISO
e ACCURATO
LE CIFRE SIGNIFICATIVE
Le misure sono tutte affette da un ERRORE!
Il risultato della misura NON può essere scritto con un numero
indeterminato di cifre, ma il numero di cifre deve essere indicativo
dell’errore commesso nella misura: LE CIFRE SIGNIFICATIVE!
Il risultato della misura deve essere arrotondato in modo da avere solo
CIFRE CERTE tranne L’ULTIMA CHE E’ INCERTA per ± 1.
Esempio: una misura di volume è fatta con una vetreria che dà come
risultato 28,73 mL, vuol dire che l’errore è sul centesimo di mL;
Un’altra vetreria dà come risultato 28,7 mL, vuol dire che l’errore è sul
decimo di mL.
I due errori sono diversi per un ordine di grandezza.
LE CIFRE SIGNIFICATIVE
Esempio: Per una misura di massa si usano tre diverse bilance:
Bilancia A (g)
Bilancia B (g)
Bilancia C (g)
Misura 1
12,1
12,0674
12,067582
Misura 2
12,1
12,0675
12,067349
Misura 3
12,1
12,0678
12,067253
!
Quando si legge il risultato di una misura sulla scala di uno
strumento bisogna evitare di fare delle DIVISIONI MENTALI,
bisogna attenersi alle divisioni della scala dello strumento!!
LE MISURE DI MASSA
La massa è una grandezza fondamentale e invariante.
L’unità di misura della massa è il chilogrammo-massa o chilogrammo.
Lo strumento per le misure di massa è la BILANCIA.
Bilancia
analitica
Bilancia tecnica
Microbilancia
LE MISURE DI MASSA
Bilancia
Portata
Sensibilità
Tecnica
2,5 kg
10-1
Tecnica
600 g
10-2
Analitica
30-400 g
10-4
Analitica
30 g
10-5
Microbilancia
25 g
10-6
Microbilancia
1g
10-8
LE MISURE DI MASSA
Bilance monopiatto elettroniche:
!
Pesafiltri
NORME per un corretto uso delle bilance
1. Non si devono trovare vicino a fonti di calore o di freddo;
2. Devono essere poste su un piano antivibrante, in orizzontale;
3. Il piatto della bilancia deve essere pulito e preservato dalla
corrosione;
4. L’ambiente all’interno della bilancia deve essere tenuto anidro;
5. Evitare di far cadere la sostanza che si pesa sul piatto della
bilancia;
6. La temperatura degli oggetti da pesare deve essere prossima a
quella dell’ambiente interno alla bilancia.
LE MISURE DI VOLUME
Il volume NON è una grandezza fondamentale.
L’unità di misura del volume è il dm3, il termine litro viene usato come
sinonimo di dm3.
Per le misure di volume si usa la VETRERIA TARATA o GRADUATA.
!
Le misure di volume sono influenzate dalla temperatura.
LA VETRERIA TARATA O GRADUATA NON VA MAI ASCIUGATA IN
STUFA.
La temperatura standard scelta per la vetreria graduata è di 20 °C.
CONTENERE
In
Cilindri, matracci tarati,
alcune pipette graduate
Vetreria
TARATA
FORNIRE
Ex
Burette, pipette graduate,
alcuni cilindri graduati
LE MISURE DI VOLUME
Accuratezza della vetreria graduata
<
Beuta
Matraccio di
Erlenmayer
<
<
Becker
Cilindri graduati
<
Pipette tarate
e graduate
<
Buretta
Matracci tarati
LE MISURE DI VOLUME
Accuratezza della vetreria graduata: le classi di tolleranza
LE MISURE DI VOLUME
Informazioni riportate sulla vetreria:
Temperatura;
Tipo di taratura;
Classe di appartenenza.
!
ERRORE DI PARALLASSE
I MATRACCI TARATI E LE SOLUZIONI A TITOLO NOTO
Soluzioni a titolo noto a partire da solidi puri:
1. Pesare il solido su una bilancia analitica;
2. Trasferire il solido QUANTITATIVAMENTE
nel matraccio;
3. Aggiungere solvente fino a circa metà
volume;
4. Agitare fino alla completa dissoluzione del
solido;
5. Attendere che la soluzione vada a temperatura ambiente;
6. Aggiungere altro solvente fino quasi alla tacca;
7. Portare a volume:
ERRORE DI PARALLASSE
CORRETTO
!
I REQUISITI DELLE SOSTANZE MADRI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Elevata purezza o facilità di purificazione;
Scarsa volatilità;
Insensibilità agli agenti atmosferici;
Inerzia chimica verso il solvente;
Elevata massa molare;
Facile reperibilità e basso costo.
Esempi di sostanze madri:
Na2CO3,
ftalato acido di potassio
LE PIPETTE TARATE E GRADUATE
La PROPIPETTA o Palla di Peleo
a scolamento
parziale
!
a scolamento
totale
graduate
tarate
La riga di Schellbach
LE BURETTE
1. Avvinare la buretta;
2. Eliminare le bolle d’aria;
3. Erogare
il
liquido
lentamente;
4. Errore di parallasse.