Scienze in lab
Le esperienze del laboratorio di scienze del Liceo Scientifico G. Ulivi di Parma
Ossidi acidi e basici
Viceversa, quando i metalli si ossidano si formano ossidi e idrossidi che, in acqua, impartiscono un carattere basico alla soluzione.
In questa esperienza ricreeremo questi fenomeni in laboratorio, per mostrare come dai metalli si ottengano ossidi basici, mentre dai non metalli si ottengano ossidi acidi.
Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche
Le trasformazioni fisiche della materia sono trasformazioni reversibili nelle quali non si ha la formazione di nuove sostanze. Se per esempio sottoponiamo a ebollizione un campione di acqua, o a fusione un pezzo di ferro, o modelliamo dell'alluminio, stiamo effettuando delle trasformazioni fisiche.
Durata: 1 ora
Scopo:
Comprendere la differenza tra una trasformazione fisica e una reazione chimicaTeoria:
Le trasformazioni fisiche producono una modificazione fisica della materia e non producono nuove sostanze anche se le proprietà della materia possono cambiare (es. ghiaccio che fonde)Le reazioni chimiche sono modificazioni che comportano una variazione della composizione chimica delle sostanze con formazione di nuove sostanze o la scomparsa di sostanze presenti in precedenza.
Nelle trasformazioni chimiche le sostanze originarie si dicono reagenti, le nuove sostanze prendono il nome di prodotti.
Per rappresentare una reazione chimica si scrivono a sinistra i reagenti e a destra i prodotti, collegati da una freccia:
REAGENTI → PRODOTTI
Non sempre è facile riconoscere a vista se una trasformazione è chimica o fisica.
Per riconoscere la natura della trasformazione si deve far ricorso all’analisi chimica, che permette di determinare con notevole sicurezza la composizione dei reagenti e dei prodotti.
- Aceto
- Bicarbonato di sodio
- NaCl
- AgNO3
- Acqua distillata
- Acqua di rubinetto
- Candela
- Accendino
- Idrolitina o brioschi
- Idrossido di calcio
- Blu di bromotimolo
- Colorante verde alimentare
- Aceto rinforzato
- Conchiglia
- Granito
- Acqua ossigenata 30%
- Lievito di birra
- Detersivo per piatti
Strumenti:
- portaprovette
- provette
- cannucce
- spatoline
- contagocce
- tappo provetta con tubo in silicone
- vaschetta
- cilindro graduato
Procedimento:
- effettuare le seguenti trasformazioni dall'1 all'8 nelle provette a disposizione
- utilizzare la vaschetta e il cilindro graduato per la trasformazione 10
- costruire una tabella in cui si definiscono quali sono le trasformazioni fisiche e quali le reazioni chimiche in relazione alle osservazioni
n° | titolo | reazione chimica | reazione fisica | materiali e metodo x 1 prova |
1 | formazione bollicine | Aceto più bicarbonato | aceto + sale | aceto, bicarbonato, 2 provette, cucchiaino, sale |
2 | precipitato bianco | AgNO3 vs H2O + NaCl | AgNO3 vs H2Odist | nitrato argento (contagocce), sale, acqua distillata, 2 provette, cucchiaino |
3 | effervescenza | acqua +Idrolitina | acqua e bicarbonato | idrolitina, bicarbonato, 2 provette, , cucchiaino |
4 | fiamma | Lumino che brucia con porcellana sopra | lumino che fonde | 2 lumini, fiammiferi, capsula di porcellana, piastra riscaldante, 1 vaso di alluminio, pinza di legno |
5 | soffio bianco | Soffiare nell’acqua di calce | Soffiare nell'acqua del rubinet. | acqua di calce, 2 pipette da soffiare, 2 provette e, acqua rubinetto |
6 | soffio giallo | Soffiare in una soluzione di acqua oligominerale con blu di bromo timolo | Soffiare in una soluzione di acqua oligominerale con color. Alimentare verde | 2 cannucce, blu di bromotimolo, 2 provette, colorante alimentare verde, acqua distillata |
7 | doppia trasformazione | idrolitina + acqua e raccogliere CO2 nell'acqua di calce | idrolitina + acqua e raccogliere CO2 nell'acqua | 4 provette, 2 sistemi composti da tappo, tubo rigido e tubo silicone (vedi foto sotto), acqua di calce, idrolitina, acqua |
8 | doppia trasformazione 2 | idrolitina + acqua e raccogliere CO2 in H2O dist + blu di bromotimolo | idrolitina + acqua e raccogliere CO2 nell'acqua distillata | 4 provette, 2 sistemi composti da tappo, tubo rigido e tubo silicone (vedi foto sotto), latte di calce, bludi bromotimolo, acqua |
9 | aceto rinforzato | aceto rinforzato (in contagocce) su pezzo di calcare (per es conchiglia | aceto rinforzato (in contagocce) su pezzo di granito | aceto rinforzato in contagocce, conchiglie, granito, 2 piastre petri |
10 | Dentifricio dell'elefante | Acqua ossigenata detersivo e lievito di birra | Acqua ossigenata, detersivo e sale | Si libera ossigeno molecolare |
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Risultato:
Consigli di sicurezza:
Commenti:
Bibliografia:
Disidratazione dello zucchero
Durata: 30'
Scopo:
Teoria:
Materiale:
- Zucchero granulare
- Acido solforico concentrato
Strumenti:
- Cilindro graduato da 300 ml
- Bacchetta
- Carta assorbente
- Bacinella di plastica
- Becher da 100 ml
- Spatola
Procedimento:
- Pesare 70 g di zucchero granulare e metterlo nel cilindro
- Porre il cilindro nella bacinella di plastica sotto cappa aspirante
- Misurare 70 ml di Acido solforico e versarlo nel cilindro
- Allontanarsi e osservare la reazione
Risultato:
Consigli di sicurezza:
L'acido solforico è un acido fortemente corrosivo, indossare sempre guanti e occhiali. Durante la reazione si generano vapori molto caldi e irritanti, lavorare sotto cappa aspirante.Commenti:
Bibliografia:
Peli urticanti al microscopio
Tra i meccanismi di difesa troviamo particolari estroflessioni delle cellule epidermiche dette tricomi, o peli.
I peli possono svolgere differenti funzioni. Per esempio, i peli radicali, oltre ad essere vivi, cercano e assorbono l'acqua contenuta nel terreno. I peli che rivestono la parte aerea possono assorbire l'umidità dell'aria, oppure possono proteggere la pianta contro l'eccessiva perdita di umidità per evapotraspirazione, oppure ancora possono proteggere la pianta dall'eccessiva irradiazione solare. Sempre i peli della parte aerea possono proteggere la pianta dagli attacchi di parassiti. I peli svolgono le stesse funzioni che in altre piante sono svolte dalle spine (fusti o foglie trasformate), dagli aculei (emergenze dell'epidermide che coinvolgono anche i tessuti profondi, come gli aculei delle rose, chiamati anche spine), dai rivestimenti cerosi.
I peli possono essere unicellulari o pluricellulari, semplici o ramificati, con forme di stella, scudetto, uncino, piuma, ecc.
Tra i peli ve ne sono alcuni tipi detti ghiandolari poiché contengono particolari sostanze. I peli ghiandolari sono costituiti da cellule vive e le sostanze che contengono possono servire a scopo di difesa (peli urticanti), a richiamare insetti impollinatori (peli contenenti sostanze aromatiche e zuccherine), a "sentire" la presenza di insetti (peli sensitivi di alcune piante carnivore), a eliminare l'eccesso di sali (ghiandole saline delle piante alofite), a digerire gli insetti catturati (peli digestivi di alcune piante carnivore), eccetera.
Durata: 30 min
Scopo:
Teoria:
Quando viene toccata la punta , l'intero pelo si piega, il bulbo si comprime e il bottone apicale si rompe distaccandosi dalla punta. Poiché il bottone è fissato obliquamente, quando si stacca rimane una punta silicea obliqua, simile alla punta di un ago ipodermico. Il bulbo, compresso, spinge il liquido urticante verso la punta che, essendo sottilissima (microscopica) e affilatissima, penetra facilmente nel corpo del predatore, iniettandovi il liquido.
Materiale:
- Pianta di ortica
Strumenti:
- forbici;
- pinzetta;
- ago da dissezione;
- bisturi;
- lente d'ingrandimento;
- microscopio;
- vetrini portaoggetto;
- vaschetta;
Procedimento:
- Recidere con le forbici un rametto da una pianta di ortica
- Con una pinzetta riporre il campione su un piattino
- Utilizzando la lente d'ingrandimento, staccare diverse piccole parti della pianta con l'aiuto di forbici e pinzette;
- Prelevare parti di foglia, picciolo, fusticino utilizzando il bisturi e l'ago da dissezione
- Porre i campioni su vetrini portaoggetti
- Osservare al microscopio
Risultato:
Consigli di sicurezza:
Commenti:
Bibliografia:
Esterificazione
Durata: 1 ora
Scopo:
Teoria:
L'acido è fatto reagire in eccesso di alcool (o con sottrazione successiva di acqua), in presenza di un catalizzatore acido. Il risultato sono un estere e acqua.
Materiale:
- 1-pentanolo
- acido acetico
- acido fosforico
- acido butirrico
- acido solforico concentrato
- etanolo
Strumenti:
- provette
- portaprovette
- piastra riscaldante
- becco Bunsen
- distillatore
- piastra riscaldante
- beuta
- pipette
- refrigerante a bolle
Procedimento
1. Riscaldare all’ebollizione in una provetta una miscela composta da:
1 ml di alcool amilico (1-pentanolo)
1 ml di acido acetico
1 ml di acido fosforico
Si ottiene un composto che odora di pera.
2. Riscalda in un distillatore a temperatura media:
5 ml di etanolo
25 ml di acido butirrico
5 ml di acido solforico concentrato
Il distillato emana odore di ananas
3. Si mettono in provetta:
1 g di acido benzoico
5 ml di etanolo
4 gocce di acido solforico concentrato
Si riscalda e dopo 10 minuti si percepisce un odore di menta (benzoato di etile).
4. Riscaldiamo per 5 minuti su piastra elettrica in una beuta:
12 ml di etanolo
12 ml di acido acetico
1 ml di acido solforico concentrato
Inserendo un refrigerante, il distillato ottenuto emana un piacevole odore di frutta.
Risultato:
Consigli di sicurezza:
Bibliografia:
Il calore sulla Terra
Durata: 30'
Scopo:
Teoria:
Materiale:
- acqua
- sabbia
- terra
Strumenti:
- becher da 250 ml
- lampada a incandescenza
- cronometro
- termometri
Procedimento:
- Riempire per metà i tre becher rispettivamente con acqua, terra e sabbia
- Inserire all'interno dei materiali i termometri
- Porre i becher sotto la lampada a incandescenza e far partire il cronometro
- Segnare le temperature dei termometri ogni minuto per 10 minuti
- Ripetere la prova con altri due becher con terra e sabbia inumiditi
- Raccogliere i dati in tabella e costruire un grafico temperatura/minuti
Risultato:
Osservando il grafico appare evidente che la sabbia asciutta sia il materiale che si riscalda più rapidamente, infatti la retta relativa presenta una pendenza maggiore: la sua temperatura è quella che aumenta più velocemente a parità di tempo. L’acqua, al contrario, si comporta in maniera tale da minimizzare l’effetto del riscaldamento: il suo calore specifico è più elevato, quindi è ovvio che si riscaldi più lentamente. Una sorpresa viene riservata dalla sabbia umida: sembra che si comporti addirittura peggio dell’acqua, è il materiale con la minore inclinazione della retta nel grafico.Bibliografia:
Saggio di Tollens
Perché assegnare due nomi diversi a composti distinti da una differenza tanto piccola?
Il motivo è che questa piccola differenza causa una grande differenza nelle reazioni che questi composti possono subire: il legame carbonio - idrogeno, presente sull'atomo di carbonio carbonilico delle aldeidi, si può rompere con più facilità rispetto al legame carbonio - carbonio presente sull'atomo di carbonio carbonilico dei chetoni. Per questo le aldeidi possono essere facilmente ossidate ad acidi carbossilici, mentre per ossidare i chetoni bisogna ricorrere a condizioni molto più estreme (bruciarli, ad esempio), e difficilmente il prodotto sarà un acido carbossilico.
Durata: 1 ora
Scopo:
Individuare la presenza di zuccheri riducenti, o distinguere aldeidi da chetoni, mediante il saggio di Tollens che si basa su questa reazione: se si aggiunge il reattivo (il quale è costituito da una soluzione diluita di ossido di argento in ammoniaca acquosa) ad una piccola quantità di aldeide, posta precedentemente in una provetta, l'interno della provetta si rivestirà di un lucente specchio di argento metallico. Per questo motivo questo test spesso viene anche conosciuto con il nome di "saggio dello specchio d'argento". L'agente ossidante nel reattivo è Ag+, ridotto ad argento metallico.Teoria:
Il reattivo di Tollens viene preparato facendo reagire il nitrato di argento AgNO3 con idrossido di sodio NaOH con formazione di ossido di argento secondo la reazione:2 AgNO3 + 2 NaOH → 2 NaNO3 + Ag2O + H2O
L’ossido di argento viene solubilizzato con aggiunta di ammoniaca in eccesso con formazione dello ione diamminoargento [Ag(NH3)2]+ secondo la reazione:
Ag2O + 4 NH3 + H2O → 2 [Ag(NH3)2]+ + 2 OH–
Le aldeidi riducono lo ione diamminoargento ad argento metallico e, stante l’ambiente basico della soluzione, le aldeidi si ossidano al sale dell’acido carbossilico.
La semireazione di riduzione dello ione diamminoargento è:
[Ag(NH3)2]+ + 1 e– → Ag + 2 NH3
La semireazione di ossidazione di un’aldeide in condizioni basiche è:
RCHO + 3 OH–→ RCOO– + 2 H2O + 2 e–
La reazione che avviene complessivamente è:
2 [Ag(NH3)2]+ + RCHO + 3 OH–→ RCOO– + 2 Ag + 4 NH3 + 2 H2O
Dalla soluzione incolore si ottiene un precipitato grigio di argento metallico.
I chetoni non reagiscono con il reattivo di Tollens.
Materiale:
- Soluzione di glucosio 1%
- Soluzione di fruttosio 1%
- Soluzione di saccarosio 1%
- Nitrato d'argento AgNO3 1N
- Idrossido di sodio NaOH 2M
- Idrossido di ammonio NH4OH 10%
Strumenti:
- Piastra riscaldante
- Becher
- Pipette
- Provette
- Vortex
Procedimento:
- Si prepara il reattivo di Tollens mescolando 1 ml di soluzione di nitrato di argento AgNO3 (circa 20 gocce) e 1 ml di soluzione di idrossido di sodio NaOH
- Si formerà un precipitato tipico dell'ossido di Argento.
- Si aggiunge al miscuglio una soluzione di idrossido di ammonio fino a totale solubilizzazione del precipitato.
- In tre provette si pongono aliquote di reattivo di Tollens e si introducono al loro interno rispettivamente circa 3 gocce di soluzioni all’1% di glucosio, fruttosio e saccarosio.
- Agitare con il vortex le provette e porre nel bagno termostatico in un becher con acqua su piastra riscaldante per qualche minuto.
Risultato:
Si osserverà la formazione dello specchio di argento nelle provette contenenti il glucosio, il fruttosio e lo zucchero invertito perché sono zuccheri riducenti; nella provetta contenente il saccarosio ciò non accadrà poiché non è uno zucchero riducente.
I carboidrati come fruttosio e glucosio si comportano come se fossero delle aldeidi (R-CHO) e danno la reazione di Tollens:
R–CHO + 2[Ag(NH3)2]+ + 3OH– → RCOO– + 2Ag↓+ 4NH3 + 2H2O
Il saccarosio non è uno zucchero riducente e non sviluppa la reazione di Tollens.