Galvanostegia

La galvanostegia è un processo elettrochimico con il quale è possibile ricoprire stabilmente un oggetto metallico con un metallo più pregiato ( es. oro, argento, rame, nickel, etc. ). Si effettua in un bagno galvanico sfruttando il passaggio di una corrente continua a basso voltaggio. L'oggetto funge da catodo e su di esso si ha la riduzione del metallo pregiato, mentre per anodo si utilizza una lamina di quest'ultimo che, ovviamente, si ossida. Il bagno galvanico è una soluzione di un sale del metallo pregiato. 

Il processo, che fa parte della galvanotecnica, ha numerosissime applicazioni industriali. In alcuni casi è definita placcatura.

Durata: 1 ora

Scopo:

Placcare un oggetto ferroso con la tecnica della galvanostegia 

Teoria:

La galvanostegia è condotta in una cella elettrolitica in cui l'anodo è costituito dal metallo di copertura mentre il catodo è costituito dall'oggetto da ricoprire. Il bagno elettrolitico è una soluzione contenete un sale disciolto del metallo da depositare. Il questo modo all'anodo lo ione metallico del metallo da depositare passa in soluzione mentre al catodo si depositerà come metallo. Avverranno infatti le seguenti ossidoriduzioni:

ossidazione	Cu -----> Cu2+ + 2e
riduzione	Cu2+ + 2e -----> Cu

Materiale:

• Solfato di rame sol. 10/20%
• Rame in lamina
• Oggetto in lega di ferro 
• Idrossido di sodio 4M
• Acido cloridrico sol. 1:3
• Acetone

Strumenti:

• Generatore c.c. 6 volts
• Cavi con mosetti
• Becher

Procedimento:

1. Decapaggio preliminare dell'oggetto con acetone 
2. Immergere l'oggetto in Acido cloridrico e poi in Idrossido di sodio
3. Sciacquare con acqua distillata e asciugare
4. Connettere la lamina di rame al morsetto a coccodrillo del polo positivo
5. Connettere l'oggetto al polo negativo
6. Immergere anodo e catodo nella soluzione galvanica posta in un becher 
7. Accendere il generatore
8. Ruotare continuamente l'oggetto per ottenere una ricopertura uniforme

Risultato:

Dopo pochi minuti si potrà osservare la deposizione permanente del metallo sull'oggetto che non potrà essere rimosso con strofinatura.

Consigli di sicurezza:

Fare attenzione agli acidi, basi e solventi utilizzati, indossare dpi adeguati.

Commenti:

Bibliografia:

https://www.bisceglia.eu/chimica/lab/galvano.html

https://www.chimica-online.it/download/galvanostegia.htm

Determinazione del carbonato di calcio in un guscio d'uovo

Un guscio d’uovo è composto da carbonato di calcio, zinco, fosforo, manganese, ferro e cromo. Un uovo di dimensioni medie contiene nel guscio circa 750-800 mg di calcio e rappresenta circa il 10% del peso dell’uovo. Con questa esperienza proveremo a calcolare l'effettiva quantità in percentuale di Carbonato di Calcio in un guscio d'uovo.

Durata: 1h

Scopo:

Determinare la percentuale di carbonato di calcio in un guscio d'uovo, mediante una retrotitolazione acido-base.

Teoria:

Il carbonato di calcio è un sale basico poco solubile ed è quindi un composto difficile da titolare. Per determinarne la concentrazione in percentuale è quindi necessario procedere con una retrotitolazione, ovvero una titolazione in cui l'analista è fatto reagire preventivamente con una quantità nota di reagente in eccesso. La titolazione avverrà poi sul reagente in eccesso titolato con un secondo titolante a concentrazione nota.

Materiale:

• 3 uova 
• HCl 0.5 M
• NaOH 0.5 M
• Fenolftaleina

Strumenti:

• Bilancia tecnica
• Becher da 500 ml
• Piastra riscaldante
• Sostegni e pinze a ragno x2
• Burette x2
• Imbuti x2
• Beute x2
• Vetrino d'orologio
• Mortaio e pestello
• Spatola
• Stufa

Procedimento:

1. Bollire le uova, raffreddarle e sgusciarle;
2. Eliminare dai gusci la membrana interna e macinare nel mortaio fino ad ottenere una polvere;
3. Seccare la polvere nella stufa a 105° C per 30 minuti;
4. Pesare una quantità nota di polvere e inserire in una beuta;
5. Aggiungere 35 ml di HCl 0.5 M;
6. Bollire per 5 minuti su piastra per favorire la dissoluzione;
7. Raffreddare e aggiungere 2 gocce di fenolftaleina;
8. Titolare con NaOH fino a un viraggio al rosa permanente per almeno 10 secondi;
9. Procedere con l'analisi dei dati per determinare la percentuale di carbonato di calcio presente nel guscio d'uovo.

Risultato:

Analizzando i dati con i seguenti calcoli si ottiene:

Moli di HCl = M x V / 1000

Moli di NaOH = M1 x V1 / 1000

Moli di CaCO3 = 1/2 (moli di HCl - moli di NaOH)

Massa di CaCO3 = moli x massa molare

%CaCO3 = grammi sperimentali x 100 / massa polvere pesata

Consigli di sicurezza:

Utilizzare protezione per gli occhi, camice e guanti.

Commenti:

Bibliografia:

https://farelaboratorio.accademiadellescienze.it/esperimenti/scienze/29 

https://www.chimicamo.org/chimica-analitica/retrotitolazione/

Pila di Daniell

Nel 1836 John Frederic Daniell elaborò una pila, poi chiamata pila di Daniell, partendo dalle invenzioni di Volta e migliorandole fino a raggiungere un notevole successo in termini di sicurezza e tensione. Dimostrò infatti che l'energia elettrica prodotta non derivava dalla tensione di contatto tra metalli diversi, bensì da una reazione chimica.

Durata: 1 ora

Scopo:

Riprodurre la pila di Daniell e accendere un dispositivo elettronico mediante l'energia prodotta

Teoria:

La pila di Daniell è formata da due semicelle:

-la lamina di rame immersa nella soluzione del suo sale

-la lamina di zinco immersa nella soluzione del suo sale

Creando un circuito chiuso con i cavetti e il ponte salino otterremo una differenza di potenziale che genera quindi corrente elettrica.

La lamina di Zinco si ossida mandando in soluzione ioni Zinco, corrodendosi e caricandosi negativamente. Ossidandosi libera elettroni che si spostano attraverso i cavetti.

La soluzione di Solfato rameico pian piano sbiadisce perché gli ioni Rame (che conferiscono la colorazione azzurra alla soluzione) acquistano gli elettroni ceduti dalla lamina di Zinco e si riducono a Rame metallico.

Il ponte salino serve a compensare gli eccessi di carica: la soluzione satura di KCl ha un'alta concentrazione di ioni disciolti K+ e Cl-. Gli ioni cloruro passano lentamente alla soluzione dove gli ioni Zn++ rendono la soluzione man mano più positiva, compensando l'eccesso di positività.

Gli ioni Potassio andranno lentamente nella soluzione di Solfato di rame che diventerebbe sempre più negativa per impoverimento di ioni Cu++.

Grazie al ponte salino quindi le due soluzioni vengono "neutralizzate" permettendo il proseguimento delle reazioni e quindi il passaggio di corrente.

Materiale:

• Soluzione CuSO4 1M
• Soluzione ZnSO4 1M
• Soluzione satura di KCl
• lamierino di rame
• lamierino di zinco

Strumenti:

• 2 becher da 100 ml
• tubo in vetro a U
• voltmetro
• cavetti metallici per collegamento elettrodi
• morsetti a coccodrillo
• termometro elettronico

Procedimento:

1. Mettere le due soluzioni di ZnSO4 e CuSO4 nei due becher
2. Riempire il tubo a U con la soluzione satura di KCl (va bene anche NaCl) e tappare i due lati con l'ovatta
3. Inserire il lamierino di Cu nel becher con la soluzione di CuSO4
4. Inserire il lamierino di Zn nel becher con la soluzione di ZnSO4
5. Inserire il tubo a U a cavallo dei due becher in modo da formare un ponte salino
6. Connettere i morsetti alle lamierine e gli elettrodi al tester verificando l'effettivo passaggio di corrente (circa 1,1 V)
7. Disconnettere gli elettrodi dal tester e inserirli nel termometro al posto della pila

Risultato:

Osservando il tester si può rilevare il passaggio di corrente di circa 1,1 V che calerà gradualmente fino ad esaurirsi. Nell'inserimento tra i cavetti conduttori del voltmetro, proviamo ad effettuare due volte il collegamento, invertendo i due cavetti. Ci accorgeremo che il collegamento non è indifferente, infatti quando si effettuano misure in corrente continua con uno strumento analogico è necessario utilizzare la corretta polarità:

* il terminale rosso del voltmetro andrà sul polo + (positivo) della batteria; 

* il terminale nero andrà sul polo - (negativo) della batteria. 

Il voltaggio è troppo basso per poter accendere una lampadina ma connettendo un qualunque strumento a basso assorbimento come un piccolo display di un termometro è possibile accenderlo grazie alla pila appena costruita.

Consigli di sicurezza:

Utilizzare sempre camice e guanti di protezione.

Commenti:

Bibliografia:

http://storiedimetalli.blogspot.com/2013/05/costruiamo-una-pila.html

Soluzioni tampone

Le soluzioni tampone sono miscele costituite da un acido debole e il suo sale con una base forte (la sua base coniugata) oppure una base debole e il suo acido coniugato. La loro proprietà è quella di riuscire a mantenere inalterato il pH in seguito all'aggiunta di moderate quantità di acidi o basi forti.

Durata: 1 ora

Scopo:

Verificare il potere tamponante di una soluzione tampone creata al momento

Teoria:

Prendendo l'esempio di una soluzione tampone costituita da CH3COOH e CH3COONa avremo che l'acido acetico dissocia parzialmente essendo un acido debole: 

CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+

mentre l'acetato di sodio dissocia completamente: 

CH3COONa → CH3COO- + Na+  

Il sale serve ad aumentare la concentrazione dello ione CH3COO- che permetterà la formazione di una soluzione con concentrazioni simili di CH3COOH e CH3COO- necessari per conferire il potere tamponante alla soluzione.

  

Materiale:

• Acqua distillata
• Indicatore universale
• HCl 0,1 M
• NaOH 0,1 M
• CH3COOH 0,1 M
• CH3COONa 0,1 M

Strumenti:

• 6 provette
• Portaprovette
• Pipette

Procedimento:

1. Introdurre nelle prime 3 provette 4 ml di acqua distillata;
2. Introdurre nelle seconde 3 provette 2 ml di acido acetico + 2 ml di acetato di sodio;
3. Aggiungere 2 gocce di indicatore universale ad ogni provetta;
4. Aggiungere a una provetta contenente acqua e a una contenente soluzione tampone 5 gocce di HCl 0,1 M;
5. Aggiungere ad altre provette contenenti acqua e soluzione tampone 5 gocce di NaOH 0,1 M;
6. Le altre provette servono come riferimento quindi non aggiungere nulla;
7. Osservare i valori di pH di ogni provetta.

Risultato

Aggiungendo alcune gocce di acido e base forte alle provette contenenti acqua e indicatore universale noteremo un viraggio cromatico notevole dato dal cambiamento di pH della soluzione.

Le provette contenenti acqua alle quali sono state aggiunte 

 - 5 gocce di acido cloridrico diventano di colore rosso che corrisponde a un pH di circa 2

 - 5 gocce di idrossido di sodio diventano di colore blu che corrisponde a un pH di circa 11

 - nulla rimane verdognolo che corrisponde a un pH 7

Aggiungendo alcune gocce di acido e base forte alle provette contenenti la soluzione tampone e indicatore universale non noteremo alcun cambiamento di colore, prova del fatto che il pH rimane costante mitigato dal potere tamponante della soluzione.

All'aggiunta di un acido forte alla soluzione tampone aumenteranno gli ioni H3O+ che verranno annullati da CH3COO-  (CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+  la reazione si sposta verso sinistra).

All'aggiunta di una base forte gli ioni OH- saranno neutralizzati dagli ioni H3O+ generati dalla dissociazione dell'acido acetico.

  

Consigli di sicurezza:

Utilizzare guanti e dispositivi di protezione per maneggiare gli acidi e le basi forti.

Fare attenzione alla vetreria.

Commenti:

Bibliografia:

https://www.skuola.net/chimica/organica/soluzioni-tampone.html

https://www.chimica-online.it/download/acidi_basi/soluzioni_tampone.htm