Conducibilità di una soluzione elettrolitica

Nel 1813 Michael Faraday pose le basi dell'elettrochimica assumendo che il passaggio di corrente elettrica sia dovuto alla presenza di ioni positivi (cationi) e ioni negativi (anioni), ossia di particelle o atomi o raggruppamenti di atomi rispettivamente deelettronati o superelettronati. Questo comporta che il non passaggio di corrente elettrica escluda la presenza di particelle con carica elettrica e porta ad ammettere la presenza di esclusiva di molecole neutre. 

Studiare la conducibilità di una sostanza fornisce informazioni sulla natura delle particelle provenienti dai soluti e prove sulla natura dei legami tra di loro esistenti. 

Durata: 1 ora 


Scopo:

Stabilire la conducibilità o non conducibilità di sostanze pure o in soluzione mediante il conducimetro a comparazione ottica.

Teoria:

Il conducimetro a comparazione ottica è un apparecchio capace di sottoporre a prova di conducibilità 3 soluzioni contemporaneamente utilizzando corrente elettrica alternata proveniente da un trasformatore. Se la sostanza immessa nella celletta (becher) di un circuito è capace di condurre corrente elettrica la relativa lampadina si accenderà e illuminerà con intensità direttamente proporzionale alla sua conducibilità. Se la sostanza non conduce la lampadina non si accende. 

Materiale:

  • Acqua distillata
  • Soluzione acquosa NaCl
  • HCl 1 M
  • Soluzione acquosa di saccarosio 
  • Alcol etilico
  • CuSO4 0,1 M 
  • Glicerina

Strumenti:

  • Conducimetro a comparazione ottica 
  • Trasformatore 
  • Cavetti 

Procedimento:

  1. Prendere i 3 becher del conducimetro e introdurre nel primo circa 30 ml di acqua distillata, nel secondo la soluzione di NaCl e nel terzo la soluzione di saccarosio;
  2. Inserire i becher negli alloggiamenti del conducimetro e montare i rispettivi elettrodi;
  3. Collegare il conducimetro al trasformatore con i cavetti e collegare il trasformatore alla rete elettrica;
  4. Selezionare 12 V e accendere il trasformatore;
  5. Osservare l'accensione delle lampadine e annotare in tabella;
  6. Aggiungere a ciascun becher circa 10 ml di acqua distillata e osservare se ciò migliora o peggiora la conducibilità delle sostanze;
  7. Spegnere il trasformatore e lavare becher e elettrodi, e reinserirli con tre nuove sostanze: Glicerina, Alcol etilico e CuSO4;
  8. Riaccendere il trasformatore e ripetere le osservazioni e i punti da 5 a 7.

Risultato:

E' possibile compilare una tabella con le osservazioni 


Quali sostanze nel loro stato normale conducono corrente elettrica?
Quali soluzioni non conducono corrente elettrica e quali la conducono?
Quali sostanze sono classificabili come elettroliti e quali come non elettroliti?
L'aggiunta di acqua alle varie sostanze solide determina la comparsa di conducibilità?
Perché NaCl conduce e il saccarosio no?
Perché l'aggiunta di acqua alle soluzioni di NaCl e di CuSO4 determina una diminuzione della loro conducibilità elettrica?


Consigli di sicurezza:

Porre l'adeguata attenzione nella manipolazione del materiale elettrico.
Non toccare gli elettrodi e le parti metalliche quando il trasformatore è acceso.
Indossare guanti e camice protettivo per la durata dell'esperimento.

Commenti:


Bibliografia:

Sperimentazioni allievi Conducimetro  - Paravia - scheda n. 53485

Determinazione della densità di un gas

La densità di un gas dipende da vari fattori: il tipo di gas, la temperatura e la pressione in cui si trova il gas. E' possibile calcolare la densità di un gas con una formula che discende dalla legge dei gas perfetti.
Un gas perfetto è un gas le cui molecole sono puntiformi e di volume trascurabile, tutte uguali tra loro, che interagiscono con urti elastici tra loro e il contenitore in cui si trovano muovendosi di moto casuale.
La legge dei gas perfetti però può descrivere bene anche i gas reali in condizioni di pressione e temperatura lontane da quelle in cui avviene il passaggio di stato da gassoso a liquido. Possiamo quindi usare la stessa formula per calcolare la densità dei gas reali.


Durata: 1 ora

Scopo:

Determinare la densità dell’anidride carbonica ottenuta per reazione di bicarbonato di sodio con acido acetico al 10%.

Teoria:

La densità di un gas è data dal prodotto tra massa molare e pressione fratto il prodotto tra temperatura e costante universale dei gas.

d= PMm/RT

Che deriva dalla legge dei gas ideali  PV=nRT dove n è il numero di moli 




Materiale:

  • Acido acetico 10%
  • Bicarbonato di sodio 
  • Acqua

Strumenti:

  • Cilindro graduato da 100 ml
  • Beuta da 250 ml
  • Tappo di gomma forato
  • Tubo in vetro a L
  • Tubo di gomma flessibile
  • Bacinella con diametro superiore all'altezza del cilindro
  • Carta da filtro
  • Sostegno universale con pinza
  • Bilancia tecnica
  • Pinza di Mohr

Procedimento:

  1. Annotare sul quaderno di laboratorio il valore della temperatura e quello della pressione dell’ambiente;
  2. Riempire la bacinella di acqua e riempire completamente il cilindro di acqua, immergendolo nella bacinella. Metterlo in posizione verticale, facendo attenzione a non far entrare aria, fissarlo all’asta di sostegno con la pinza;
  3. Inserire nel cilindro il tubo di gomma collegato al tappo forato, nel quale è già stato introdotto il tubo di vetro a «L»: nel compiere questa operazione, spingi il tubo di gomma più in alto possibile;
  4. Chiudere il tubo di gomma con la pinza di Mohr, circa a metà;
  5. Mettere sulla bilancia tecnica il pezzetto di carta da filtro fare la tara e pesare diverse quantità di bicarbonato di sodio da 1,5 a 2 g;
  6. Aggiungere sulla bilancia la beuta contenente 100 mL di acido acetico al 10%;
  7. Annotare la massa complessiva della beuta (M1) e del bicarbonato sul quaderno di laboratorio;
  8. Aggiungere il bicarbonato all’acido acetico, versandolo direttamente dalla carta da filtro nella beuta;
  9. Chiudere il recipiente il più velocemente possibile, con il tappo di gomma collegato al tubo, poi togliere la pinza di Mohr: il gas che si sviluppa provoca un abbassamento del livello dell’acqua contenuta nel cilindro;
  10. Leggere sul cilindro graduato il volume (V) del gas, quando la reazione è finita;
  11. Stappare la beuta e pesarla (M2);
  12. Verificare che si tratti di CO2 attraverso l’introduzione di una candela accesa nella beuta, dopo aver eseguito la pesata.


Risultato:

Costruire una tabella con i dati ricavati dall'esperimento:


Determinare la massa del gas ottenuto dalla reazione  M gas = M1 - M2

Riportare in grafico i valori di volume e massa trovati da ogni gruppo e determinare la densità dell'anidride carbonica.

Consigli di sicurezza:

Si consiglia di fare attenzione nel maneggiare la vetreria.

Commenti:

Bibliografia:

http://www.leviponti.edu.it/Didattica/Dispense/Chimica/ManualeEsperienzeLaboratorioChimicoBiennio.pdf
https://slideplayer.it/slide/191237/

Preparazione della liscivia



La liscivia è una soluzione alcalina contenente solitamente idrossido di sodio (soda caustica) oppure idrossido di potassio (potassa caustica) intorno al 33%. Veniva utilizzata anticamente come detergente per panni, usato prima della diffusione delle lavatrici e dei moderni detersivi, realizzato trattando con acqua bollente la cenere di legno o di carbone di legna, che contiene grandi quantità di carbonato di sodio e di potassio.
I primi saponi sono stati ottenuti con l'azione della liscivia sui grassi come olio d'oliva o sego; tale processo è conosciuto come saponificazione. 
L'abitudine all'uso della liscivia per la pulizia è molto antica, essa è documentata fino dai tempi degli Assiri (2500 a.C.), e si è conservata per tutto il Medioevo, il Rinascimento e, nelle zone rurali, fino all'inizio del XX secolo. Dai paesi del medio oriente viene poi l'uso di aggiungere olio d'oliva o grasso animale alla liscivia calda per ottenere così il sapone.


Durata:  2 ore ebollizione + 24 ore per cristallizzare


Scopo:

Preparazione del carbonato di potassio dalla cenere di legno

Teoria:

La cenere di legno è composta principalmente da quattro elementi: Calcio, Potassio, Fosforo, Magnesio.

Dalle ceneri di legno è possibile ottenere un composto potassico fortemente basico, per questo motivo per secoli la liscivia, prodotta dall'ebollizione delle ceneri di legno, è stata il migliore detergente da bucato.

Più in generale la cenere di legno è stata sempre considerata un ottimo fertilizzante potassico. Il potassio, infatti, è uno dei 3 elementi necessari in relativamente forte quantità ( megaelementi ) a garantire la germinazione, la crescita e la fruttificazione delle piante.


Materiale:

  • Cenere di legno
  • Acido cloridrico sol. 1/3
  • Acqua distillata

Strumenti:

  • Filtro di carta
  • Imbuto
  • Sostegno per imbuto
  • Cartine all'indicatore universale
  • Filo nickel-cromo
  • Vetro al cobalto
  • Becher da 250 ml
  • Bacchetta in vetro
  • Palline in vetro
  • Piastra riscaldante
  • Becco bunsen

Procedimento:

  1. Versare 200 ml di acqua distillata in un becher;
  2. Aggiungere 3 g di cenere di legno mescolando fino a completa dispersione;
  3. Aggiungere 5 palline di vetro per favorire un'ebollizione uniforme e porre su piastra riscaldante;
  4. Mescolare e mantenere l'ebollizione per circa 2 ore;
  5. Aggiungere acqua distillata per mantenerne il livello inalterato;
  6. Spegnere la piastra e lasciare riposare per circa 15 minuti facendo decantare le particelle di cenere;
  7. Filtrare il sopranatante con filtro di carta e immutino sgocciolando il filtrato in un nuovo becher;
  8. Mettere il becher col filtrato sulla piastra riscaldante e portare a ebollizione finché il volume non si sarà ridotto di 1/10 (circa 10 ml);
  9. Lasciare evaporare per almeno 24 ore per permettere la cristallizzazione del sale;
  10. Raccogliere i cristalli di carbonato di potassio e procedere con un saggio alla fiamma.
  11. Procedere al saggio con cartina indicatrice per verificare il pH dei cristalli.

Risultato:

Il carbonato di potassio se sottoposto al saggio alla fiamma emette una colorazione violetta tipica degli ioni potassio, tuttavia la possibile presenza di sodio potrebbe mascherare la colorazione viola, per cui è necessario procedere all'osservazione tramite un vetro al cobalto.
Il saggio del pH con cartina indicatrice evidenzia il carattere fortemente basico del carbonato di potassio.
E' possibile procedere con l'aggiunta di HCl sol. 1/3 a qualche cristallo di sale per verificare la presenza del carbonato grazie alla produzione di effervescenza per lo sviluppo di anidride carbonica.


Consigli di sicurezza:

Si consiglia di utilizzare sempre tutti i dpi necessari. 
Visto il carattere fortemente basico del carbonato di potassio sarà necessario trattarlo indossando guanti e occhiali, che andranno mantenuti anche al momento dell'aggiunta di HCL, mentre è consigliato procedere ai saggi alla fiamma sotto cappa aspirante con vetro protettivo abbassato.


Commenti:


Bibliografia:


Stechiometria

La stechiometria (greco στοιχεῖον (stoichéion) "elemento" e μέτρον (métron) "misura") è la branca della chimica che studia i rapporti quantitativi (rapporti ponderali) delle sostanze chimiche nelle reazioni chimiche.

La stechiometria di reazione indica in che rapporti due o più sostanze reagiscono tra di loro. Essa viene rappresentata attraverso coefficienti, detti appunto coefficienti stechiometrici, i quali esprimono i rapporti molari con cui le sostanze coinvolte nella reazione reagiscono. Il calcolo stechiometrico permette di determinare matematicamente le quantità di reagenti e prodotti coinvolti in una reazione chimica.

Durata: 1 ora


Scopo: 

Determinare la resa di anidride carbonica in base alla stechiometria della reazione tra bicarbonato di sodio e aceto


Teoria:

Quanta anidride carbonica si sviluppa per ogni grammo di bicarbonato di sodio? Con questo esperimento vogliamo calcolare la quantità di anidride carbonica sviluppata nella reazione tra aceto e bicarbonato di sodio per dimostrare i rapporti stechiometrici della reazione. L'esperimento sarà ripetuto più volte applicando il metodo scientifico e per poterne calcolare l'errore.

Materiale:

  • Aceto
  • Bicarbonato di sodio

Strumenti:

  • Bilancia tecnica
  • Becher

Procedimento:

  1. Numerare 3 becher da 1 a 3 e annotare le loro masse in tabella;
  2. Pesare in ognuno dei 3 becher una quantità di bicarbonato di sodio compresa tra 4 e 6 g e annotarne il peso in tabella;
  3. Pesare in un becher 150 g di aceto;
  4. Pesare il becher con l'aceto ed annotarne la massa totale;
  5. Versare lentamente l'aceto nel becher n.1 facendo attenzione a non far fuoriuscire la schiuma;
  6. Pesare il becher che conteneva l'aceto e annotarne la massa;
  7. Muovere il becher con all'interno la reazione per permettere a tutto il bicarbonato di reagire (non usare strumenti per mescolare perché ne modificherebbero la massa!);
  8. Ripetere i punti 3, 4, 5, 6 e 7 con i becher n.2 e n.3;
  9. Attendere circa 10 minuti per consentire alle reazioni di terminare la liberazione di anidride carbonica;
  10. Pesare i tre becher con le reazioni e annotare le masse finali;

Risultato:














Massa aceto aggiunto alla reazione:

Maceto= Laceto - Taceto= _____________ (1) 

Maceto= Laceto - Taceto= _____________ (2) 

Maceto= Laceto - Taceto= _____________ (3)


Massa complessiva reagenti e becher:

M
iniziale= Tbicchiere + Maceto + Mbicarbonato= _____________ (1)

Miniziale= Tbicchiere + Maceto + Mbicarbonato= _____________ (2)

Miniziale= Tbicchiere + Maceto + Mbicarbonato= _____________ (3)


Massa anidride carbonica prodotta:

MCO2= Mfinale - Miniziale = _____________ (1)
M
CO2= Mfinale - Miniziale = _____________ (2)
M
CO2= Mfinale - Miniziale = _____________ (3)


Anidride carbonica prodotta in ogni becher

_____________ (1) _____________ (2) _____________ (3)

Calcolare con una proporzione quanta anidride carbonica viene prodotta per 1 g di bicarbonato di sodio.


Consigli di sicurezza:

È buona norma indossare camice e occhiali tutte le volte che si esegue un esperimento. Bicarbonato di sodio e aceto sono sostanze sicure. Tuttavia possono essere irritanti a contatto con gli occhi e macchiare gli abiti.


Bibliografia:

http://www.lachimicapertutti.com/wp-content/uploads/2020/06/Scheda-2-bis.pdf