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a cura del dipartimento di scienze
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 1
Ogni scienza quantitativa ha la necessità di passare ad una espressione numerica della misura di grandezze. Questa proposta operativa intende verificare la capacità di misurare grandezze ed esprimere correttamente il loro valore numerico.
TITOLO: Misura di grandezze: massa, volume, densità assoluta e relativa, temperatura
Materiale occorrente: campioni di sostanze allo stato solido ( zolfo, ferro, solfuro di ferro in blocchi, monete da € 0,05) e allo stato liquido (acqua, olio, sapone liquido o miele), bilancia elettronica, recipienti graduati, termometri o sensori di temperatura, provette, becco Bunsen, pinze.
Procedura:
M1 = massa cilindro vuoto
M2 = massa cilindro con volume di acqua dr= (M3 –M1)/(M2 – M1)
M3 = massa cilindro con stesso volume di olio
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 2
La maggior parte dei corpi materiali è costituita da miscugli di sostanze di natura diversa la cui semplice osservazione delle proprietà fisiche non sempre ci permette di identificarne la natura per cui si deve ricorrere alle analisi chimiche. Questa proposta operativa intende verificare la capacità di distinguere un sistema omogeneo da uno eterogeneo e la differenza tra composto e miscuglio.
I miscugli si possono separare nei loro componenti mediante procedimenti fisici. Questa proposta operativa intende anche verificare la capacità di utilizzare le principali tecniche di separazione delle particelle di un sistema.
TITOLO: Sistemi omogenei ed eterogenei (elementi, composti, miscugli) – preparazione e metodi di separazione
Materiale occorrente: campioni di sostanze allo stato elementare, zolfo, limatura di ferro, calamita, bilancia, permanganato di potassio, vetreria per distillazione , provette, becher, cilindri, foglio di carta, vetro di raffreddamento, becco Bunsen, imbuto, pinze, carta da filtro, bacchette, composti inorganici salini, acqua distillata, sabbia, olio e zucchero.
Procedura:
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 3
Nel corso di una reazione chimica (sistema chiuso) si ha sempre una conservazione della massa, (Legge di Lavoisier) mentre spesso si verifica una variazione di temperatura dal momento che alcune reazione sviluppano energia sotto forma di calore (esotermiche) e altre richiedono energia sottraendo calore (reazioni endotermiche). Questa proposta operativa intende verificare la capacità di eseguire semplici calcoli stechiometrici sulle reazioni e di valutare il calore scambiato durante alcune reazioni.
TITOLO: Massa ed Energia nelle reazioni chimiche
Materiale occorrente: beuta, cilindro graduato, vetrino d’orologio, bilancia analitica, crogiolo in ceramica con coperchio, supporto triangolare per crogiolo, becco Bunsen, pinze, reticella, termomentri, becker
reagenti (bicarbonato di sodio, acido cloridrico 1M, cloruro d’ammonio, perossido d’idrogeno, idrossido di sodio 1M, nitrato di ferro o biossido di manganese)
Procedura FASE 1
Riscaldare in una provetta una quantità nota di bicarbonato di sodio per provocarne la decomposizione, in base al rapporto tra il prodotto solido residuo e il reagente stabilire quale delle seguenti reazioni è avvenuta:
a) NaHCO3® Na2O + CO2 + H2O
b) NaHCO3® NaOH + CO2
b) NaHCO3® Na2CO3 + H2O + CO2
Procedura FASE 2
determinare l’andamento della temperatura – tempo nelle seguenti reazioni:
in un becker determinare la temperatura iniziale dell’acqua e introdurre una piccola quantità di cloruro d’ammonio, calcolare la variazione di temperatura a intervalli di alcuni secondi
determinare la temperatura iniziale di 20cc di acido e di 20cc di idrossido, mescolare i due reagenti e calcolare la variazione di temperatura a intervalli di alcuni secondi
determinare la temperatura iniziale di 20cc di perossido d’idrogeno, aggiungere il catalizzatore
e calcolare la variazione di temperatura a intervalli di alcuni secondi.
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 4
La scoperta delle particelle subatomiche e' avvenuta studiando la natura e il comportamento di particolari radiazioni ottenuta generando una scarica elettrica in un tubo di Crookes; successivamente si e' scoperto che ogni elemento, portato a determinati livelli di energia è in grado di produrre un caratteristico spettro di emissione. Questa proposta dimostrativa ha lo scopo di illustrare l'apparecchiatura e la procedura adottata nello studio dei raggi catodici e nell'analisi degli spettri.
Materiale occorrente: tubi di Crookes, generatore di corrente, calamita, spettroscopio, lampade ad incandescenza (sodio, mercurio, elio, litio, idrogeno)
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 5
Dal momento che gli atomi dei vari elementi possiedono una particolare struttura elettronica è possibile identificarli attraverso lo studio delle frequenze degli spettri di emissione o saggi alla fiamma, per altri elementi si procede all'analisi chimica qualitativa attraverso reazioni che portano a particolari prodotti.
Questa proposta operativa intende verificare la capacità di utilizzare le principali tecniche di riconoscimento per alcuni metalli e non metalli.
Materiale occorrente: filo di platino, becco Bunsen, mollette, provette, portaprovette, vetrini di orologio, contagocce, soluzione acido cloridrico, cloruri vari (litio, sodio, potassio, calcio, bario, stronzio, rame, rubidio), magnesio, limatura di ferro, acqua ossigenata, biossido di manganese, solfuro in polvere.
Procedura:
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 6
Gli elettroliti (acidi, basi e sali) in soluzione acquosa liberano ioni che si ricombinano, gli acidi e le basi si neutralizzano dando i sali che possono reagire tra loro.
Questa proposta operativa è intesa a visualizzare la reazione tra sali attraverso un cambiamento di colore e/o la formazione di precipitati insolubili.
Materiale occorrente: portaprovette, provette, acqua distillata, nitrato d'argento, cloruro di sodio, cromato di potassio, nitrato piomboso, solfato ferroso, idrossido d'ammonio, ioduro di potassio, cloruro rameoso, cloruro di bario, solfato di sodio,
Procedura:
Risultati:
reagenti |
reazione bilanciata |
osservazioni |
1 nitrato d'argento + cloruro di sodio |
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2 cromato di potassio + nitrato d'argento |
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3 nitrato piomboso + cromato di potassio |
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4 solfato ferroso + idrossido d'ammonio |
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5 nitrato piomboso + ioduro di potassio |
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6 cloruro rameoso + idrossido d'ammonio |
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7 nitrato piomboso + cloruro di sodio |
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8 cloruro di bario + cromato di potassio |
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9 cloruro di bario + solfato di sodio |
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 7
In base alla legge di Graham nelle medesime condizioni di pressione e di temperatura, le velocità di diffusione dei gas sono inversamente proporzionali alla radice quadrata delle rispettive densità da cui risulta:
VA/VB =√MMB / √MMA
In cui A e B sono due gas e MM le rispettive masse molecolari.
Materiale occorrente: 2 cilindri, pinza, cotone, cartina tornasole, stagnola, righello, cronometro, acido cloridrico e ammoniaca, contagocce.
Procedura:
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 8
La molarità M di una soluzione corrisponde al numero di moli di soluto presenti in un litro di soluzione.
Questa proposta operativa intende verificare la capacità di preparare una soluzione con una data concentrazione; in particolare si vuole preparare una soluzione di solfato di rame pentaidrato 0,1 M per il trattamento anticrittogamico della vite.
Materiale occorrente: un recipiente tarato, bilancia tecnica di precisione, spatola con cucchiaio, acqua distillata, contagocce.
Procedura:
Risultati:
grammi CuSO4xH2O |
volume soluzione |
Molarità |
Normalità |
%m/V |
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LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 9
Come esempio di reazione reversibile si consideri la reazione tra solfato di rame anidro (azzurro biancastro) e acqua per la sintesi della forma idrata del sale (azzurro intenso).
Questa proposta operativa è intesa a visualizzare il fenomeno della reversibilità attraverso il cambiamento di colore.
Materiale occorrente: becco Bunsen, treppiede di ferro e reticella, mortaio, provetta, pinza, spatolina, spruzzetta acqua distillata, solfato di rame pentaidrato
Procedura:
Risultati:
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 10
Una reazione di ossidoriduzione è un processo nel quale variano i numeri di ossidazione di almeno due elementi; si tratta di due semireazioni complementari e contemporanee che avvengono attraverso un trasferimento di elettroni dalla specie chimica che si ossida a quella che si riduce.
Questa proposta operativa intende mettere in evidenza una reazione di ossidoriduzione attraverso un cambiamento di colore e di temperatura, quindi mettere in evidenza il diverso comportamento di alcuni metalli in differenti soluzioni acquose, in base alla loro diversa tendenza a ridursi.
Materiale occorrente: soluzioni saline (nitrato d'argento, nitrato rameico, nitrato di zinco), soluzioni acide (acido cloridrico, acido solforico), lamine o fili metallici (rame, argento, zinco), acqua ossigenata, acqua distillata, becher da 100ml.
Procedura:
Risultati:
KMnO4 + H2O2 + H2SO4® K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 11
Le sostanze acide o basiche non forniscono alcuna indicazione a livello osservabile del loro carattere.
Il ph di una soluzione può essere determinato sperimentalmente mediante l'impiego di adatte sostanze colorate dette indicatori o mediante strumenti detti piaccametri dotati di un particolare sensore.
Questa proposta operativa intende esplorare l'acidità e la basicità di sostanze di uso comune pervenendo a valori approssimati del ph dei vari ambienti.
Materiale occorrente: provette, portaprovette, acqua distillata, vetri di orologio, cartina tornasole, sensore di ph con sistema di rilevazione CBL, sostanze varie (detersivo liquido, varechina, ammoniaca, vino, latte, aceto, birra, coca-cola)
Procedura:
Risultati:
sostanza |
Colore cartina |
osservazioni |
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 12
Titolare una soluzione acida o basica significa determinare la sua concentrazione facendola reagire con un volume misurabile di un'altra soluzione basica o acida di concentrazione nota. Le titolazioni sono impiegate in molti casi: analisi chimico-cliniche, controllo delle bevande, liquidi comuni ed oggi sono automatizzate e computerizzate.
Questa proposta operativa tende a far comprendere il metodo con cui le titolazioni vengono eseguite utilizzando la tecnica classica e verificarne i risultati con l'impiego di nuove tecnologie.
Materiale occorrente: buretta da 25ml, sostegno con pinza e imbuto per buretta, beuta da 250ml, acqua distillata, becher da 100ml, pipetta da 25ml, soluzione NaOH 0,1M, soluzione di fenolftaleina, soluzione di acido forte da titolare.
Procedura:
Risultati:
V1 x N1 = V2 x N2
LABORATORIO DI CHIMICA : ESPERIENZA N° 13
PILA
La prima pila è stata inventata nel 1799 dal fisico italiano Alessandro Volta. Egli realizzò questo dispositivo “impilando” diverse coppie di dischi di zinco e di rame separati da un panno imbevuto di acido solforico (H2SO4). I due metalli a contatto con la soluzione elettrolitica tendono a caricarsi; lo zinco negativamente e il rame positivamente, generando una piccola ddp. Sommando i contributi delle diverse coppie di dischi, otteniamo la ddp della pila.
La reazione completa è
Nella pila di Volta si verifica, però, il fenomeno della polarizzazione. Infatti l’idrogeno che si sviluppa all’elettrodo positivo di rame circonda l’elettrodo stesso, alterandone le proprietà e determinando un rapido annullamento della fem. In questo caso diciamo che la pila si è polarizzata.
Nel 1836 il chimico inglese John Fredric Daniell costruì la pila che porta il suo nome e che fu impiegata a metà dell’ottocento per alimentare il telegrafo. Data la sua estrema facilità di costruzione, la pila di Daniell è impiegata ai giorni nostri per uso didattico.
Gli elementi costruttivi di questa pila sono: una lamina di rame, una lamina di zinco, una soluzione 1M di nitrato di rame (Cu(NO3)2), una soluzione 1M di nitrato di zinco (Zn(NO3)2) e un ponte salino con nitrato di potassio (KNO3). Il tutto viene assemblato come in figura
Questa pila è quindi formata da due semicelle: una costituita dal becker contenente la soluzione di nitrato di rame, nella quale è immersa la lamina di rame e l’altra costituita dal becker contenente la soluzione di nitrato di zinco nella quale è immersa la lamina di zinco. Queste due semicelle possono essere collegate tra di loro in due modi: tramite un tubo ad U, riempito con una soluzione di nitrato di potassio e agar-agar (alga bulinante), oppure per mezzo di una striscia di carta da filtro imbevuta di elettrolita.
Affinché ci sia passaggio di corrente è necessario che tra i due elettrodi (costituiti dalle lamine di zinco e di rame) si generi una differenza di potenziale. Perché ciò possa accadere nella cella Zn//Cu si deve verificare una reazione di ossidoriduzione. Lo zinco ha un potere riducente maggiore di quello del rame e per questo tende ad ossidarsi.
Il rame, di conseguenza, tenderà a ridursi.
ìLa lamina di zinco funziona da anodo (polo negativo). Essa si ossida e si consuma perché atomi di Zn2+ la abbandonano facendola caricare negativamente (per ogni atomo di Zn2+ rimangono due elettroni sull’elettrodo). Per mantenere la soluzione 1M di Zn(NO3)2 neutra, gli ioni NO3- si muovono dal ponte salino verso la soluzione. La lamina di rame, invece, funziona da catodo (polo positivo). Essa si riduce ed aumenta il proprio volume perché gli elettroni ceduti dallo zinco attraverso il circuito esterno (costituito da un voltmetro o da un qualsiasi utilizzatore) vengono trasferiti sulla lamina di rame dove vengono consumati nella riduzione degli ioni Cu2+ della soluzione 1M di Cu(NO3)2. Per mantenere quest’ultima neutra, gli ioni K+ si muovono dal ponte salino verso la soluzione.
Conoscendo i valori dei potenziali standard di riduzione dello zinco e del rame (in precedenza indicati) è possibile calcolare la fem della pila.
In base alla nomenclatura IUPAC, la pila di Daniell descritta ha la seguente schematizzazione:
Zn/Zn2+//KNO3//Cu2+/Cu
La pila di Daniell, come tutte le pile comunemente usate, è costruita in modo da eliminare il fenomeno della polarizzazione.
Questo tipo di cella voltaica presenta un difetto: la fem con il tempo diminuisce. Proprio per questo motivo sono stati progettati dei dispositivi (batterie) in grado di mantenere la ddp tra i loro elettrodi costante nel tempo. Le batterie vengono classificate in primarie e secondarie; le primarie non sono ricaricabili mentre le secondarie si.
Elettrolisi dell'acqua
Tutti sanno che la formula chimica dell’acqua è H2O, il che significa che una molecola d’acqua è composta da due atomi di idrogeno ed un atomo di ossigeno. Tutti dovrebbero anche sapere che è possibile scomporre l’acqua nei suoi costituenti ricorrendo alla corrente elettrica, ed è appunto questa l’esperienza che andiamo qui a proporre.
Prima di tutto una premessa: l’acqua pura contiene, in piccolissima quantità, ioni positivi H+, in pratica atomi di idrogeno che hanno perso un elettrone e quindi hanno carica elettrica positiva (la cosa in realtà è più complessa, ma cerchiamo di tenerci sul semplice), e ioni OH-. Dato che la corrente elettrica si propaga nell’acqua grazie al movimento degli ioni e che nell’acqua distillata gli ioni sono pochissimi ne consegue che l’acqua completamente priva di sali in soluzione è una cattiva conduttrice di corrente elettrica, la presenza di sali che si scompongono in ioni aumenta moltissimo la conduttività, per questo motivo l’acqua di rubinetto, che contiene diversi materiali in soluzione, è conduttrice.
Per effettuare l’elettrolisi dell’acqua dovremo allestire il semplicissimo dispositivo raffigurato a fianco.
Si prende una scatola o bacinella di materiale plastico e si praticano sul fondo due fori, attraverso questi di fanno passare i due elettrodi. Poiché l’ossigeno che si libera nella reazione reagisce con quasi tutti i metalli formando ossidi l’elettrodo al polo positivo si consumerebbe rapidamente, per questo motivo negli apparecchi professionali gli elettrodi sono fatti di platino o di un metallo ricoperto da platino, una buona soluzione di ripiego è quella di usare due pezzi di mina per matita, il materiale con cui sono costruite le mine, la grafite, è un buon conduttore e non è attaccato dall’ossigeno nascente.
Naturalmente i due fori, una volta inseriti gli elettrodi, saranno sigillati con del silicone o stucco in modo che l’acqua non esca dal recipiente. Si farà in modo che, nella parte inferiore del recipiente, la mina sporga per circa 1 cm per poter collegare i fili che vanno alla batteria.
Come fonte di corrente si usa una comune batteria da 4,5 volt
Si pone nel recipiente una certa quantità d’acqua cui è bene, per renderla più conduttiva, aggiungere qualche goccia di soluzione di idrossido di sodio (NaOH). Si riempiono d’acqua le due provette e poi, tenendo l’apertura tappata con un dito, si capovolgono, si immergono le estremità con l’apertura nell’acqua contenuta nel recipiente e poi si posiziona ciascuna provetta in modo che ognuna abbia all’interno un elettrodo.
Si collegano i due elettrodi alla pila.
All’interno delle provette cominceranno a formarsi delle bollicine di gas che andranno a raccogliersi nella parte superiore spingendo giù l’acqua. Se si aspetta un po’ di tempo si vedrà che il volume del gas che si è formato nella provetta collegata al polo negativo (Idrogeno) è doppio di quello formatosi nell’altra provetta (Ossigeno).
ATTENZIONE: se invece di impiegare NaOH per aumentare la conduttività delle soluzione si impiegano composti diversi i risultati possono non essere quelli descritti, ad esempio con una soluzione di cloruro di sodio (NaCl, il comune sale da cucina) si libera idrogeno dal polo negativo, ma al polo positivo invece che ossigeno si forma cloro che reagisce con la soluzione formando ipoclorito di sodio (NaClO) la comune candeggina.
Guida agli strumenti LAB ON LINE di
Texas Instruments per l'esecuzione esperimenti con rilevazione dati di temperatura
L1 |
L2 |
L3 |
L4 |
tempo |
T CH1 |
T CH2 |
T CH3 |
con Excel
Utilizzando il cavetto JACK collegare tra loro due calcolatrici:
In (a) 2nd+varlink, F5 per selezionare il materiale da trasmettere, quindi F3 send
In (b) F3 receive
Fonte: http://www.liceocanova.it/wp-content/uploads/2011/11/chimica-schede-esperienze-chimica-e-biologia-liceo-canova.doc
Sito web da visitare: http://www.liceocanova.it
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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