Indicatori di pH

Un indicatore di pH è una sostanza che cambia colore a seconda del pH della soluzione. Ma come mai ci sono tanti indicatori diversi? Quale indicatore usare in quale situazione? In questo esperimento gli studenti dovranno scegliere gli indicatori opportuni per individuare cinque diverse variazioni di pH in cinque diverse provette.

Foto di Gabriele Battilani

Ossidi acidi e basici

Bruciando lo zolfo (che è naturalmente presente nei combustibili fossili come il carbone e il petrolio) si formano ossidi di zolfo, gas che si disperdono in atmosfera, dove si sciolgono nelle goccioline d'acqua delle nubi per formare acido solforico, e provocano così le piogge acide.
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.

Le reazioni chimiche modificano le sostanze trasformandole, non influenzano i suoi costituenti fondamentali (gli atomi) ma solo la maniera in cui sono legati tra loro generando degli effetti anche visibili: cambiamento di colore, formazione di precipitato, liberazione di gas, ecc.

Durata: 1 ora

Scopo:

Comprendere la differenza tra una trasformazione fisica e una reazione chimica

Teoria:

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.

Materiale:

• 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:

1. effettuare le seguenti trasformazioni dall'1 all'8 nelle provette a disposizione
2. utilizzare la vaschetta e il cilindro graduato per la trasformazione 10
3. 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

Risultato:

Le reazioni chimiche mostrano sempre un cambiamento sostanziale, come la formazione di un precipitato, il cambiamento di colore o la liberazione di un gas, quindi i prodotti sono diversi dai reagenti utilizzati.

Consigli di sicurezza:

Utilizzare sempre tutti i dpi disponibili (camice, guanti e occhiali), fare attenzione in particolar modo:

-al AgNO3 per le sue proprietà corrosive, smaltirlo in modo idoneo per la sua tossicità ambientale.

-al Perossido d'idrogeno concentrato per le sue capacità altamente corrosive, utilizzare sempre i DPI.

Commenti:

Bibliografia:

Saggio di Fehling

Le aldeidi e i chetoni sono due classi di composti organici caratterizzati dallo stesso gruppo funzionale, il carbonile, cioè un atomo di ossigeno legato con un doppio legame ad un atomo di carbonio. La differenza sta nella posizione: se il gruppo carbonile è terminale (o primario), cioè se l'atomo di carbonio carbonilico è legato almeno ad un atomo di idrogeno, il composto è un'aldeide; se il gruppo carbonile è secondario (in mezzo alla catena), cioè se l'atomo di carbonio carbonilico è legato ad altri due atomi di carbonio, il composto è un chetone.
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.
Il saggio di Fehling sfrutta proprio questa differente reattività per distinguere queste due classi di composti.

Sintesi del solfato di zinco

"A me, il primo giorno, toccò in sorte la preparazione del solfato di zinco: non doveva essere troppo difficile, si trattava di fare un elementare calcolo stechiometrico, e di attaccare lo zinco in granuli con acido solforico previamente diluito; concentrare, cristallizzare, asciugare alla pompa, lavare e ricristallizzare. Zinco, zinc, Zinck: ci si fanno i mastelli per la biancheria, non è un elemento che dica molto all’immaginazione, è grigio e i suoi sali sono incolori, non è tossico, non dà reazioni cromatiche vistose, insomma, è un metallo noioso. È noto all’umanità da due o tre secoli, non è dunque un veterano carico di gloria come il rame, e neppure uno di quegli elementini freschi freschi che portano ancora addosso il clamore della loro scoperta." (Primo Levi, Il sistema periodico)

Verifica sperimentale della legge di Boyle

Quando gonfiamo i pneumatici di una bicicletta, o un palloncino, stiamo costringendo un gas (l'aria) a diminuire il suo volume, e di conseguenza la pressione del gas aumenta. Questo fenomeno è spiegato dalla legge di Boyle, che in questa esperienza andiamo a verificare.

Saponificazione

Tradizionalmente, il sapone si ottiene trattando un grasso (olio, lardo, strutto, etc...) con soda caustica. Come avviene questa trasformazione? In questa esperienza proveremo a realizzarla in laboratorio.

Liquidi miscibili e immiscibili

Perché acqua e olio non si mescolano, e acqua e alcol etilico invece sì? Perché il petrolio forma una pellicola sopra la superficie del mare? In questa esperienza proveremo a mischiare liquidi diversi, e cercheremo di capire il motivo della loro miscibilità o immiscibilità.

Solventi polari e apolari

Perché certe sostanze, come il sale e lo zucchero, si sciolgono bene in acqua, mentre altre, come ad esempio i grassi, no? Perché per togliere le macchie che resistono all'acqua si può usare la benzina? In questa esperienza vedremo come la polarità di soluti e solventi influenza la solubilità.

Polarità delle molecole

Immaginate un prestigiatore che, soltanto avvicinando una bacchetta magica all'acqua che scorre, ne riesca a far deviare il flusso. In questa esperienza realizzeremo proprio questo effetto, cercando di capirne il trucco.

Osmosi nelle patate

Attraverso le membrane cellulari l'acqua può passare, i sali in essa disciolti no. Questo sta alla base del fenomeno dell'osmosi: l'acqua attraversa una membrana semipermeabile muovendosi dalla soluzione con minor concentrazione di sali a quella con concentrazione maggiore.

Versare l'anidride carbonica

Immaginate due bicchieri vuoti: in uno viene messa una candela accesa, viene fatto il gesto di versare un invisibile contenuto dal bicchiere vuoto a quello con la candela, e... la candela si spegne!
Questo che sembra un trucco da prestigiatore può essere un interessante esperimento per capire gli effetti delle diverse densità dei gas: in un recipiente verrà prodotta anidride carbonica facendo reagire aceto e bicarbonato; l'anidride carbonica, essendo più densa dell'aria, verrà versata in un altro recipiente, spegnendo la candela in esso contenuta.

Durezza dell'acqua

Che cosa significa "acqua dura"? Come è possibile misurare la durezza di un'acqua, e la sua capacità di formare calcare? In questa esperienza misureremo la durezza totale, permanente e temporanea di un'acqua attraverso una titolazione complessometrica con EDTA, seguendo una metodica adattata da quella ufficiale ISPRA.

Acidi e basi

E' più acido l'aceto o il limone? E' più basico il carbonato o il bicarbonato di sodio? In questa esperienza ordineremo diverse sostanze di uno più o meno comune in base al loro pH.

Preparazione dello yogurt e coagulazione della caseina

Come si produce lo yogurt? Perché il latte si trasforma in yogurt? In questa esperienza verrà prodotto lo yogurt in laboratorio partendo dal latte e da una piccola quantità di yogurt "madre", e verrà misurato il pH prima e dopo la trasformazione. Inoltre, verrà dimostrato che proprio l'acidificazione è responsabile della coagulazione della caseina.

Analisi delle acque

L'acqua che beviamo è davvero potabile? Il nostro torrente è inquinato? Sia per dichiarare potabile un'acqua, sia per valutare la qualità delle acque superficiali, la legge stabilisce alcuni parametri da misurare, di tipo chimico o microbiologico. Molti di questi si possono facilmente misurare in laboratorio utilizzando kit per analisi delle acque.

Determinazione dei lipidi

Foto: Pietro Calvi e Marcello Montali

I lipidi sono una categoria molto vasta di biomolecole, accomunate da una proprietà: la loro scarsa solubilità in acqua. Proprio grazie a questa proprietà possiamo verificare la presenza di lipidi in diversi alimenti: in questa esperienza i lipidi eventualmente presenti negli alimenti verranno prima sciolti in alcool, e poi fatti precipitare con acqua.
Su questa esperienza è disponibile anche una presentazione preparata dagli studenti.

Determinazione delle proteine: metodo del biureto

Il biureto (ottenuto dalla condensazione di due molecole di urea) è una sostanza che può formare con il rame un complesso di colore violetto. Questa reazione non è specifica del biureto, ma avviene anche con i polipeptidi: possiamo quindi sfruttarla per l'individuazione delle proteine.

Determinazione delle proteine: reazione xantoproteica

Quali alimenti contengono proteine, e quali no? Come possiamo individuarle? Una delle tante prove per l'individuazione delle proteine è la reazione xantoproteica: l'aggiunta di acido nitrico alle proteine produce una colorazione gialla.

Miscela frigorifera

Una volta, per fare i gelati si preparava una miscela frigorifera mischiando ghiaccio tritato e sale. In questa esperienza verificheremo come questa miscela dà luogo ad una trasformazione endotermica in grado di abbassare la temperatura fino a -21,3° C.