ITIS - LST Ettore Molinari Milano Progetto Scuola 21 “Educazione sostenibile nella scuola del XXI secolo” Febbraio 2010 ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Sistema vivente e stato stazionario Il vivente è un sistema aperto che conservandosi attraverso una continua immissione ed emissione di materiale viene a trovarsi in uno STATO STAZIONARIO Il vivente si conserva attraverso un costante perturbamento e ristabilimento Questo stato può essere definito come “stato stazionario di squilibrio” e richiede un costante apporto di energia ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Costruzione del glossario I Per comprendere alcuni aspetti del mondo occorre avere curiosità e voglia di conoscere le caratteristiche delle diverse realtà in cui viviamo Per imparare a conoscere occorre scegliere un oggetto e provare ad interagire con esso spesso provocandolo Dai risultati della provocazione si ricavano molte interessanti informazioni Se l’oggetto è un sistema chimico si può scambiare materia ed energia osservandone il tipo di reazione ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Studio di un sistema chimico in equilibrio ( I ) Se si miscelano in soluzione nitrato ferrico (Fe(NO3) e tiocianato di potassio (KSCN) si instaura un equilibrio chimico secondo la reazione: E il sistema assume subito una colorazione rosso intenso, costante nel tempo. Che cosa succede se l’equilibrio viene perturbato? Fe 3+ + SCN - ⇔ Fe(SCN)2+ (giallo pallido) (rosso intenso) ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Deduzione sull’evoluzione del sistema giallo pallido + precipitato Studio di un sistema chimico in equilibrio quando viene perturbato ( II ) In questo esperimento si studia che cosa succede aggiungendo diversi reattivi e osservando il cambiamento di colore Il sistema cambia colore in funzione della quantità di ione complesso Fe(SCN) 2+ (rosso) Aggiunta Colore osservato Deduzione sull’evoluzione del sistema Fe3+ granata ⇒ SCN- rubino NaOH giallo pallido + precipitato ⇐ riferimento marrone-rosso = Fe 3+ + SCN- ⇔ Fe(SCN)2+ (giallo pallido) (rosso intenso) ⇒ ⇒ ⇐ = Fe3+ SCN- NaOH ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Il principio di Le Chatelier (1850-1936) “quando si fa variare un parametro attivo su un sistema in equilibrio questo evolve nel verso in cui tende a opporsi alla variazione del parametro e ad annullarla parzialmente.” [Cu(H2O)]2+ + 4 Br- + Q ⇔ [CuBr4]2- + 4H2O azzurro verde ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Studio di un sistema chimico in equilibrio quando viene variata la temperatura ( III ) dopo il riscaldamento Aggiunta Colore osservato Deduzione sull’evoluzione del sistema Riscaldamento (+Q) verde ⇒ Raffreddamento (-Q) azzurrino ⇐ dopo il raffreddamento ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Studio di un sistema chimico in equilibrio quando viene variato il pH ( IV ) In questo esperimento si studiano le proprietà dell’equilibrio di un acido e di una base debole: il sistema acido acetico/ acetato e il sistema ammoniaca/ ammonio Si va ad osservare il cambiamento nella “posizione” dell’equilibrio dei due sistemi chimici attraverso l’uso dei precedenti indicatori e la loro variazione di colore (“viraggio”) Riferimento CH3COO- CH3COOH NaOH Riferimento NH4+ NH3 H+ ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

I sistemi biologici e il pH Tutti i sistemi biologici dipendono dal pH: una piccola variazione di pH può produrre notevoli modificazioni sui processi biochimici Le cellule e gli organismi mantengono il pH a uno specifico valore costante, mediante sistemi di regolazione ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Costruzione del glossario II Per capire i principi su cui si basa un semplice metodo per misurare il pH, l’uso di cartine imbevute di coloranti, sintetici o naturali, occorre capire come funzionano tali sostanze, denominate Indicatori Acido-Base Gli indicatori acido-base sono sostanze organiche che hanno la caratteristica di assumere colori diversi a seconda del pH. Tale proprietà è dovuta al fatto che essi si comportano da acidi o basi deboli. HInd + H2O ⇔ H3O+ +Ind – colore A colore B ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Perché gli indicatori acido base sono colorati? Lo spettro di assorbimento di un tipico indicatore acido-base, il blu di bromo timolo, conferma che la specie molecolare, HInd, è gialla in quanto manifesta il massimo assorbimento intorno alla λ =450 nm (assorbimento della radiazione blu), invece la forma ionica Ind- assorbe a una λ = 600 nm (assorbimento della radiazione gialla) ed è pertanto blu! ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Come cambia il colore con il pH? In ambiente acido HInd  H+ +Ind - gialla In ambiente basico HInd  H+ + Ind- blu A pH 7 HInd = Ind- verde In ambiente acido la forma dominante è HInd, gialla, mentre a pH basico sarà prevalente la forma ionica Ind- , blu.Il passaggio da un colore all'altro, quando HInd = Ind- viene detto viraggio e può essere osservato dall'occhio umano in un certo intervallo di pH (intervallo di viraggio). Per il blu di bromotimolo si colloca intorno a pH 7. ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

La scala cromatica del pH Blu bromotimolo Se il pH varia gradualmente si osserveranno i diversi colori: dal giallo, al blu, passando dal verde ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Come evidenziare le caratteristiche acido/ base di una soluzione? Nell’ esperimento abbiamo studiato le proprietà di tre indicatori acido/base : fenolftaleina (HPhe), metilarancio (HMo) e Blu di bromo timolo (HBb), per capire quale colore assumono i tre indicatori in ambiente acido, neutro e basico. Per esempio la forma protonata (HInd) del Metilarancio è rossa, la forma deprotonata (Ind-) è gialla, al punto di viraggio il colore è intermedio (rosa cipolla) ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Risultati dell’ esperimento Il punto di viraggio (pH in cui si trovano entrambe le specie HIn/Ind-) si può dedurre dai seguenti fatti La forma incolore della Fenolfaleina (forma acida: HPhe) è presente a pH acido e neutro  il viraggio avviene a pH basico La forma gialla del Metilarancio (forma basica: Mo-) è presente a pH basico e neutro  il viraggio avviene a pH acido La forma gialla del Blu bromotimolo (forma acida: HBb) è presente a pH acido e la forma blu del Blu bromotimolo (forma basica:Bb-) è presente a pH basico  il viraggio avviene a pH neutro ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Pronti a misurare il pH !! pH-metro Cartine per il pH La determinazione sperimentale del pH di una soluzione acquosa presenta una grande importanza perché permette di conoscere la esatta concentrazione di acidi o di basi presenti. Si effettua principalmente: attraverso l’ osservazione del colore assunto nella soluzione da un indicatore colorato, la cui zona di viraggio comprende il pH che si vuole misurare attraverso il metodo potenziometrico, che richiede apparecchiature più complesse, i pH-metri, che permettono di misurare con precisione e accuratezza il pH di tutte le soluzioni, anche quelle colorate pH-metro ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Quale sarà il pH della neve di Milano? Nevicata a Milano Nevica anche a Milano! Quale sarà il pH della neve di Milano? ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Prelievi in cortile Prelievo di neve "fresca” Prelievo di “un liquido” dalla grondaia ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

E adesso la neve? Raccogliamo la neve in un becher e verifichiamo che durante il passaggio di stato H2O (s) ↔ H2O (l) La temperatura rimanga costante come ci ha detto la Prof ……-0,2°C !!!! ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Iniziamo le analisi I passaggi di stato di una sostanza pura avvengono a temperatura costante: quando mettiamo la neve sulla piastra elettrica per favorire la fusione, la temperatura non cambia. Del resto anche il senso comune ci fa avere questa sensazione: solo allo zero termico può nevicare, né al di sopra, né al di sotto! quando nevica “non si sente il freddo”” ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

Procediamo con le analisi del pH Misure di pH con il pHmetro Il pHmetro è uno strumento per misurare con accuratezza e precisione il pH di una soluzione. Occorre seguire una procedura standardizzata per avere dati riproducibili Si comincia con la taratura dello strumento, utilizzando soluzioni a pH noto Il pHmetro è pronto e procediamo con le misure ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

23 febbraio 2010 Lambro: un fiume di gasolio! Contaminazione da idrocarburi e avvelenamento delle acque del fiume Lambro ''Un disastro ambientale senza precedenti per l'ecosistema del fiume Lambro che ne pagherà a lungo le conseguenze'' ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010

… continua! ITIS Molinari - Scuola 21 Febbraio 2010