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Leggi dei Gas e Calcimetria Progetto Lauree Scientifiche Dott. Mattia Mercuriali DIPARTIMENTO DI CHIMICA UNIVERSITÀ DI FERRARA.

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1 Leggi dei Gas e Calcimetria Progetto Lauree Scientifiche Dott. Mattia Mercuriali DIPARTIMENTO DI CHIMICA UNIVERSITÀ DI FERRARA

2 Progetto Lauree Scientifiche Leggi dei Gas Legge di Charles Legge di Boyle Legge di Avogadro Legge di Stato dei Gas Ideali

3 Progetto Lauree Scientifiche L'equazione di stato dei gas perfetti descrive bene il comportamento dei gas reali per pressioni non troppo elevate e per temperature non troppo vicine alla temperatura di liquefazione del gas. In questi casi, una migliore descrizione del comportamento del gas è dato dall'equazione di stato di Van der Waals. p è il valore della pressione del gas V è il volume occupato dal gas n è il numero di moli del gas R è la costante universale dei gas, il cui valore è funzione delle unità di misura adottate per esprimere le altre grandezze nell'equazione. (Il valore di R nel Sistema Internazionale è 8, J/mol·K; nei calcoli si utilizza spesso anche il valore di 0,0821 L·atm/mol·K). T è la temperatura assoluta del gas, generalmente espressa in Kelvin

4 Progetto Lauree Scientifiche La legge di Van der Waals è una legge fisica che descrive il comportamento dei gas. Rappresenta un'estensione della legge dei gas perfetti (o ideali), rispetto alla quale consente una migliore descrizione dello stato gassoso per le alte pressioni e in prossimità del punto di ebollizione. Legge di Van der Waals

5 Progetto Lauree Scientifiche Calcimetro

6 Progetto Lauree Scientifiche È una apparecchiatura che consente di determinare la quantità di gas che si sviluppa in una reazione chimica di spostamento. Dal volume di gas misurato, ammettendo valide le leggi dei gas ideali, si risale alla quantità di composto presente nel campione di partenza. A) Boccia di livello B) Buretta graduata per gas. C) Rubinetto T) Recipiente termostatico R) Camera di reazione P) Provetta per HCl

7 Progetto Lauree Scientifiche Si pesano esattamente circa 0,6 g di un campione contenente una quantità incognita di CaCO 3. Si mette in contatto il campione pesato con un eccesso di HCl al 6%. Il CaCO 3 reagisce con l'HCl e il volume di CO 2 formatosi viene raccolto e misurato con il calcimetro. PROCEDIMENTO GENERALE

8 Progetto Lauree Scientifiche Con il recipiente R aperto e con il rubinetto C aperto, manovrando la boccia A si porta a zero il livello del liquido battente, (solitamente acqua acidulata cui si è aggiunto un indicatore). Si mette una quantità esattamente pesata di campione in R. Si introduce cautamente in R la provettina riempita fino al segno con HCl al 6% stando attenti che lacido non venga ancora a contatto con il campione. Si chiude il tappo di R e il rubinetto C. A questo punto l'apparecchio è pronto per la misura. Scuotendo R si fa in modo che l'acido contenuto in P venga in contatto con la polvere del campione determinando quindi lo svolgimento di CO 2. La CO 2 sposterà un equivalente volume di aria che farà abbassare il liquido battente in B. Manovrando la boccia di livello, si faranno corrispondere i livelli in A e in B. In queste condizioni si può dire che in B è contenuto il gas alla pressione atmosferica letta sul barometro al momento dell'esperienza.

9 Progetto Lauree Scientifiche CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O Carbonato di Calcio Acido Cloridrico Cloruro di Calcio Anidride Carbonica Acqua Il processo che avviene in R sarà:

10 Progetto Lauree Scientifiche Puro, a temperatura ambiente è un solido bianco poco solubile in acqua. Come gli altri carbonati, subisce decomposizione per riscaldamento o per contatto con sostanze acide, liberando anidride carbonica (CO 2 ). Il carbonato di calcio è il maggiore componente del calcare e, sciolto nell'acqua è il principale responsabile della sua durezza. In natura, il carbonato di calcio è il materiale che costituisce, in tutto o in parte, una grande varietà di tipi di rocce: il marmo, il gesso, le rocce calcaree, il travertino. I minerali costituiti da carbonato di calcio sono l'aragonite e la calcite. È inoltre usato come colorante alimentare, identificato dalla sigla E 170 CaCO 3 CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O

11 Progetto Lauree Scientifiche HCl L'acido cloridrico (nome IUPAC: cloruro di idrogeno; commercialmente noto anche come acido muriatico) è un acido minerale forte, gas a temperatura ambiente, incolore, dall'odore e dall'azione irritante. I suoi sali vengono chiamati cloruri e sono quasi tutti solubili in acqua, un'eccezione (comunemente sfruttata in analisi chimica) è il cloruro d'argento, bianco. Il cloruro più universalmente noto è il cloruro di sodio, il normale sale da cucina. Come additivo alimentare, è classificato col numero E 507. Negli esseri umani e negli animali è il componente principale dei succhi gastrici che si formano nello stomaco durante la digestione. È molto solubile in acqua con reazione esotermica, in forma concentrata può causare gravi ustioni per contatto con la pelle, specie se quest'ultima presenta lesioni. CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O

12 Progetto Lauree Scientifiche A temperatura ambiente si presenta come polvere cristallina bianca, molto igroscopica, molto solubile in acqua e abbastanza solubile in etanolo. Uno degli impieghi del cloruro di calcio è, in soluzione acquosa, quello di liquido non congelante, di largo impiego nelle salamoie degli impianti frigoriferi. Per queste sue proprietà è anche usato come antigelo superficiale, ad esempio sulle strade : sparso in forma solida, a contatto col ghiaccio scambia acqua, fonde, e crea una salamoia a basso punto di congelamento. CaCl 2 CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O

13 Progetto Lauree Scientifiche L'anidride carbonica (nota anche come diossido di carbonio o biossido di carbonio) è una sostanza fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. È inoltre il principale gas serra presente nell'atmosfera terrestre. A temperatura e pressione ambiente è un gas incolore e inodore. La sua formula chimica è CO 2. Nel suo stato di solido è comunemente chiamato "ghiaccio secco", ed ha numerose applicazioni in questa forma. Sublima ad una temperatura di -78°C. L'anidride carbonica solida, ossia il ghiaccio secco, viene usata per raffreddare e, negli effetti speciali, per creare la nebbia. In un'atmosfera di anidride carbonica il fuoco si spegne, per questo alcuni tipi di estintore contengono anidride carbonica liquida sotto pressione. Anche i giubbotti salvagente spesso contengono capsule di anidride carbonica liquida, usate per ottenere un rapido gonfiaggio in caso di emergenza. Le acque minerali frizzanti e le bibite gassate devono la loro effervescenza all'aggiunta di anidride carbonica. CO 2 CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O

14 Progetto Lauree Scientifiche L'acqua assume molte forme in natura. Allo stato solido è nota come ghiaccio, allo stato aeriforme è nota come vapore acqueo. Sono note anche altre due forme solide, quella del ghiaccio vetroso e quella del solido amorfo, non cristallino, simile al vetro. L'acqua pura è un buon isolante elettrico (cioè un cattivo conduttore). Ma, essendo anche un buon solvente, spesso reca in sé tracce di sali disciolti in essa, che, con i loro ioni la rendono un buon conduttore di elettricità. Chimicamente l'acqua è un buon solvente. Le proprietà solventi dell'acqua sono essenziali per gli esseri viventi, dato che consentono lo svolgersi delle complesse reazioni chimiche che costituiscono le basi della vita stessa (ad esempio, quelle che avvengono nel sangue o nel citoplasma della cellula). Il nome sistematico IUPAC dell'acqua dovrebbe essere monossido di diidrogeno, oppure idrossido di idrogeno o acido ossidrilico se se ne vuole enfatizzare il comportamento basico o acido. CaCO HClCaCl 2 + CO 2 + H 2 O H2OH2OH2OH2O

15 Progetto Lauree Scientifiche Esempio: Massa del campione (m) = g Peso molecolare del CaCO 3 (PM) = g/mol. Volume del gas (V) = 45.2 mL = L Temperatura a cui avviene la reazione (T) = 20 °C (295 K) Pressione totale (p) = Torr Costante dei Gas ideali (R) = atm*L/K*mol Determinazione della percentuale di CaCO 3 presente nella miscela incognita di partenza

16 Progetto Lauree Scientifiche Legge di stato dei Gas idealiLegge di stato dei Gas ideali Calcolo delle moliCalcolo delle moli p = Pressione V = Volume n = Numero di moli R = Costante dei gas ideali T = Temperatura m = massa PM = Peso Molecolare Formule utili

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18 Progetto Lauree Scientifiche

19 Progetto Lauree Scientifiche Conclusioni La percentuale (%) di CaCO 3 presente nella miscela di campione inziale è pari al 30.76% Tramite una semplice reazione chimica e lapplicazione di una comune legge fisica, siamo riusciti a determinare la purezza di un campione incognito.

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