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22 Febbraio 2011 Liceo Scientifico con sezione Classica "Benedetto Varchi Prof. Roberto Falciani.

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1 22 Febbraio 2011 Liceo Scientifico con sezione Classica "Benedetto Varchi Prof. Roberto Falciani

2 In natura esistono vari stati di aggregazione della materia: quello solido, quello liquido, quello gassoso. Questi stati (o fasi) non sono però statici, ma anzi esiste la possibilità la materia subisca una trasformazione e che cambi fase a una determinata temperatura e pressione. Ecco alcuni esempi di cambiamenti di fase nel caso dellacqua (H 2 O) Sebbene lacqua ci circondi, sebbene abbiamo a che fare con essa ogni giorno, spesso non siamo a conoscenza delle spiegazioni di alcuni fenomeni che ci sono estremamente familiari. Per esempio: 1)Come mai quando chiudiamo lentamente il rubinetto lacqua dopo un po fa la goccia e non il pisciolo sempre più sottile? 2) Come è possibile che un ago dacciaio riesca a galleggiare sullacqua? 3) Come mai con lazione combinata di acqua e sabbia possiamo fare delle formine?

3 La tavola periodica è un efficace strumento che raggruppa tutti gli elementi esistenti in GRUPPI (identificati dalle colonne della tavola) e PERIODI (identificati dalle righe trasversali della tavola); è nelle prime due righe che si addensano gli elementi più importanti per la vita ed è proprio in esse che troviamo gli elementi costitutivi dellacqua, cioè OSSIGENO E IDROGENO. Lossigeno è un elemento molto elettronegativo (cioè vorace di elettroni) che per completare lultimo orbitale di valenza e raggiungere struttura simile a quella del Neon, gas nobile a lui simile, ha bisogno di due elettroni. Lidrogeno è meno elettronegativo dellossigeno ed è per questo che tende a cedergli lunico elettrone che ha: nel caso dellacqua li cede proprio allossigeno formando una molecola (la differenza di elettronegatività non è altissima, quindi lossigeno non ce la fa a strappare gli elettroni allidrogeno). La molecola che si forma, pur essendo elettricamente neutra, ha unalta costante dipolare (ed infatti una delle caratteristiche dellacqua è quella di essere un buon solvente) (*) Il neon è detto nobile non perchè ha "le palle sullo stemma", ma perchè, essendo completo, non reagisce con nessuno, è inerte

4 Avvicinando due molecole dacqua queste si dispongono in modo da avere a contatto gli idrogeni di una molecola con lossigeno dellaltra. Si ha perciò tra le due molecole una forza intermolecolare che per valori minori al raggio della molecola è positiva (forza repulsiva) mentre per valori maggiori è negativa (forza attrattiva). La forza attrattiva tende a 0 quando r > circa 300 volte il raggio della molecola. La molecola 1 (in figura) esercita quindi un sistema di forze di attrazione su tutte le molecole che si trovano intorno ad essa fino a circa trecento volte il suo raggio (quella in azzurro è quindi la sua sfera di influenza). Per il principio di azione e reazione le altre molecole esercitano su di essa un sistema di forze uguale e contrario. Nel caso della molecola 2 (in figura), che si trova in prossimità della superficie, viene a mancare lequilibrio (parte della sfera di influenza è occupata dallaria e non dall acqua). Le molecole sulla superficie sono quindi maggiormente attratte verso linterno: si crea la forza di TENSIONE SUPERFICIALE.

5 Misura della tensione superficiale τ (parte 1) Anello di metallo al momento del distacco dallacqua; A-> forza peso dellanello ; B-> forza di tensione superficiale (agisce solo in prossimità della superficie) La forza di Archimede è praticamente ininfluente, visto che la parte immersa dellanello è piccolissima -Attacchiamo un anello al dinamometro e leggiamo la misura della forza peso relativa allanello stesso (F1) - Solleviamo lentamente lanello fino a che la parte inferiore non raggiunge il pelo dellacqua e leggiamo ancora una volta la forza misurata dal dinamometro: vedremo che è aumentata di molto (F2) - Solleviamo ancora lanello e noteremo il netto distacco di esso dallacqua.

6 Esperimento sulla tensione superficiale Strumenti usati: Dinamometro (portata 0,1N) Becher Calibro Tensimetro Piedistallo regolabile Utilizziamo la formula: F1 è il peso dellanello fuori dallacqua F2 è il peso dellanello misurato nel momento precedente al distacco R1 è il raggio interno dellanello R2 è il raggio esterno dellanello

7 Sono stati ottenuti i seguenti dati: F1= 0,058 N ΔF= 0,02 N F2= 0,078 N R1= 2,9 cm 0,029 m R2= 3,0 cm 0,030 m

8 Misura della tensione superficiale τ (parte 2) -Prendiamo un contagocce e osserviamo il formarsi di una goccia allimboccatura. - Misuriamo il raggio della pipetta - La forza peso della goccia è controbilanciata dalla tensione superficiale -Il raggio che andiamo a misurare è il raggio esterno della pipetta, che corrisponde con buona approssimazione a quello della goccia Consideriamo solo metà goccia

9 Esperimento sulla tensione superficiale in una goccia dacqua Materiale necessario: Una bilancia Una provetta graduata Una pipetta Acqua

10 Per trovare la massa della goccia: - si pesa la provetta vuota - si pesa la provetta con un certo numero di gocce - si fa la differenza e si divide il risultato per il numero di gocce Abbiamo rilevato i seguenti dati : m provetta = 26,14 g m provetta piena = 29,03 V tot = 3 ml = 3 * n° gocce = 71 Seguendo i passaggi indicati sopra e applicando la formula detta allinizio, il risultato è venuto 47*10 -3 N/m

11 Misura della tensione superficiale τ (parte 3) -Lacqua, non essendo un solido, non ha forma propria; prende la forma del recipiente in cui è contenuta e la sua superficie è un piano orizzontale (piani ortogonali alla forza peso in ogni punto) ed è equipotenziale. -La superficie vicina ai bordi tende però ad attaccarsi alle pareti del recipiente manifestando quelle che vengono dette forze di Van der Waals; sono i punti in cui la forza di adesione è maggiore della forza di tensione. -Se immergiamo nel liquido lestremità di un tubicino (diametro minore o uguale allo spazio in cui si manifesta la forza di adesione) si può assistere al fenomeno della capilliarità.

12 Esperimento sulla capillarità dellacqua Materiale necessario: Becher 4 capillari di vetro (diversi diametri) Un righello Lenti da ingrandimento

13 h1 h2 Δh r т 49mm 61mm 12mm0,55mm 49mm 62mm 13mm0,53mm 49mm 54mm 5mm1,065mm 49mm 63mm 14mm0,46mm Langolo ϒ è langolo che la superficie dellacqua forma con le pareti del capillare.

14 Realizzato da Del Riccio Marco e Pasquini Maria con la collaborazione di Grassi Carlo, Provvedi Claudio e Secciani Nicola. Un ringraziamento ai docenti Stocchi Maria Pia, Iacomelli Guglielmo, Magni Cecilia, Gori Francesca, Noferi Delia.


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