Indossare sempre gli occhiali di sicurezza e il camice; Leggere le frasi H e P dei reagenti; Usuali norme di sicurezza di un laboratorio chimico; Non inquinare.

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1 Indossare sempre gli occhiali di sicurezza e il camice; Leggere le frasi H e P dei reagenti; Usuali norme di sicurezza di un laboratorio chimico; Non inquinare i reagenti. SICUREZZA IN LABORATORIO La parte specifica sulla sicurezza in laboratorio verrà trattata dal Prof. Tavagnacco.

2 GLI STRUMENTI DIDATTICI Per l’esercitatore Il diagramma a V di Gowin Per gli allievi Materiale sulla teoria su cui si basa l’esperimento (insegnante) La procedura dell’esperimento (esercitatore) La scheda di laboratorio (esercitatore, insegnante e studente) La pratica chimica costituisce il complemento fondamentale alle basi teoriche per comprendere a fondo le trasformazioni della materia. Derivano dal processo di PROGETTAZIONE dell’esperienza.

3 IL DIAGRAMMA DI GOWIN SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI5. CONCLUSIONI Conoscenze teoriche e sperimentali sull’argomento 1. PROBLEMA Obbiettivo da raggiungere 3. PROGETTO OPERATIVO Come operare; Attrezzature e materiali necessari 4. DATI E OSSERVAZIONI Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza; Dati raccolti

4 SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI Conoscenze sulla solubilità Conoscenze sulla conducibilità elettrica delle soluzioni 1. PROBLEMA Riconoscimento delle sostanze 3. PROGETTO OPERATIVO 4. DATI E OSSERVAZIONI Costruire il Diagramma di Gowin per la seguente esperienza: «In 3 contenitori senza etichetta sono contenute 3 sostanze cristalline bianche, 1, 2, 3: naftalina C 10 H 8, saccarosio C 12 H 22 O 11, cloruro di sodio NaCl. Avendo a disposizione acqua H 2 O, tetracloruro di carbonio CCl 4 e un dispositivo per misurare la conducibilità elettrica, applicare a ciascun contenitore l’etichetta recante il nome della sostanza.» 5. CONCLUSIONI

5 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN 3. PROGETTO OPERATIVO Saggi di solubilità delle 3 sostanze a) in H 2 O e b) in CCl 4 ; Prove di conducibilità elettrica sulle tre soluzioni ottenute; Provette da saggio, portaprovette, pipette Pasteur, spatole, becker, un dispositivo per misurare la conducibilità elettrica delle soluzioni. 4. DATI E OSSERVAZIONI La sostanza 1 è solubile solo in H 2 O La sostanza 2 è solubile solo in H 2 O La sostanza 3 è solubile solo in CCl 4 La soluzione della sostanza 1 conduce la corrente La soluzione della sostanza 2 non conduce la corrente La soluzione della sostanza 3 non conduce la corrente 5. CONCLUSIONI La sostanza 1, che è solubile solo in H 2 O e conduce la corrente è un elettrolita, è NaCl La sostanza 2, che è solubile solo in H 2 O e non conduce la corrente è un non elettrolita, è saccarosio La sostanza 3, che è solubile solo in CCl 4 e non conduce la corrente, è naftalina.

6 LA PROCEDURA DELL’ESPERIMENTO E’ un testo che viene preparato dall’esercitatore e che in parte deriva dal diagramma di Gowin. Le sue parti principali possono essere: Il titolo dell’esperienza; Lo scopo dell’esperienza; L’elenco della vetreria e delle piccole apparecchiature necessarie; L’elenco dei reagenti e per ogni reagente l’indicazione di eventuali frasi sulla sicurezza; La procedura vera e propria, intervallata con domande che possano aiutare lo studente alla comprensione dell’esperienza e all’osservazione dei fenomeni macroscopici.

7 LA PROCEDURA DELL’ESPERIMENTO Il titolo dell’esperienza: RICONOSCIMENTO DI SOSTANZE Lo scopo dell’esperienza: Riconoscere tre sostanze sulla base della loro solubilità e della capacità di condurre l’elettricità Reagenti necessari: i tre solidi da analizzare, acqua, CCl 4 Sicurezza: il CCl 4 è nocivo/tossico? per inalazione; la naftalina è un solido volatile, nocivo Vetreria necessaria: provette da saggio, spatole, pipette Pasteur, becker, bacchette di vetro La procedura vera e propria, intervallata con domande che possano aiutare lo studente alla comprensione dell’esperienza e all’osservazione dei fenomeni macroscopici: descrivere quello che gli allievi devono fare, quindi ad esempio come quesito allo studente scrivere: La sostanza 1 è solubile in H 2 O? e in CCl 4 ? Etc.

8 LA SCHEDA DI LABORATORIO Viene preparata dall’esercitatore di concerto con l’insegnante; deriva dai punti 4 e 5 del diagramma di Gowin; è indirizzata agli allievi che la compileranno; Può costituire o il report di laboratorio ed essere oggetto di valutazione oppure la traccia da cui gli studenti prepareranno la relazione di laboratorio che sarà oggetto di valutazione. Le sue parti principali possono essere: Il titolo dell’esperienza; L’esecuzione dell’esperienza e le osservazioni: con l’indicazione per ogni stadio delle quantità dei reagenti usate sia in termini di grandezze misurate che di moli; dei fenomeni macroscopici osservati; delle reazioni chimiche che avvengono; i dati sperimentali raccolti; la loro elaborazione in termini di tabelle e/o grafici. Le conclusioni: la soluzione al problema, le correlazioni tra i fenomeni macroscopici e quelli microscopici, che avvengono a livello molecolare.

9 LA SCHEDA DI LABORATORIO RICONOSCIMENTO DI SOSTANZE Sostanza 1: Quantità della sostanza 1 usata: …. Quantità di H 2 O: …. Quantità di CCl 4 : …. ESECUZIONE STADIO 1: LE PROVE DI SOLUBILITA’ SOSTANZAH2OH2OCCl 4 1…… 2…… 3…… Sostanza 2: Quantità della sostanza 2 usata: …. Quantità di H 2 O: …. Quantità di CCl 4 : …. Sostanza 3: Quantità della sostanza 3 usata: …. Quantità di H 2 O: …. Quantità di CCl 4 : ….

10 LA SCHEDA DI LABORATORIO Sostanza 1: Quantità della sostanza 1 usata: ….. Sciolta in……. di ……..: STADIO 2: LE PROVE DI CONDUCIBILITA’ SOSTANZACONDUCIBILITA’ 1… 2… 3… Sostanza 2: Quantità della sostanza 2 usata: ….. Sciolta in……. di ……..: Sostanza 3: Quantità della sostanza 3 usata: ….. Sciolta in……. di ……..:

11 LA SCHEDA DI LABORATORIO CONCLUSIONI Sostanza 1: La sostanza 1 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica: La sostanza 1 è il …… Cosa succede alla sostanza 1 quando si scioglie in ……?...... La reazione chimica che avviene è …… La sostanza 1 appartiene alla classe dei/gli …….. Sostanza 2: La sostanza 2 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica: La sostanza 2 è il …… Cosa succede alla sostanza 2 quando si scioglie in …..?........ La reazione chimica che avviene è …… La sostanza 2 appartiene alla classe dei/gli …….. Sostanza 3: La sostanza 3 si scioglie SOLO in ….. e ……. la corrente elettrica: La sostanza 3 è il …… Cosa succede alla sostanza 2 quando si scioglie in …..?........ La reazione chimica che avviene è …… La sostanza 3 appartiene alla classe dei/gli ……..

12 IL DIAGRAMMA DI GOWIN SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI 5. CONCLUSIONI 1.PROBLEMA 3. PROGETTO OPERATIVO Come operare; Attrezzature e materiali necessari 4. DATI E OSSERVAZIONI Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza; Dati raccolti DETERMINAZIONE DEL TITOLO DI UN ACETO COMMERCIALE Determinazione della concentrazione dell’acido acetico Conoscenze sulle titolazioni acido/base; Sulle reazioni di neutralizzazione; Sulle proprietà degli indicatori.

13 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN 3. PROGETTO OPERATIVO L’esperienza consta di due stadi principali: STADIO 1: STANDARDIZZAZIONE DELLA SOLUZIONE DI KOH Preparare la soluzione di KOH, standard secondario Titolare la soluzione di KOH preparata Misurare il pH al punto di equivalenza STADIO 2: TITOLAZIONE DELL’ACETO COMMERCIALE Titolare la soluzione di aceto commerciale usando la soluzione di KOH come titolante Misurare il pH al punto di equivalenza Becker, spatole, bacchette di vetro, pipette graduate, matracci tarati, propipette, burette, cilindri graduati, vetrini da orologio, beute, pH-metro.

14 4. DATI E OSSERVAZIONI Stadio 1: Riportare la quantità di KOH pesata; La soluzione da titolare è di colore verde; La soluzione al punto di viraggio dell’indicatore è di colore giallo; Il pH al punto di equivalenza è neutro; Riportare il volume di titolante usato nelle tre titolazioni. Stadio 2: La soluzione da titolare è incolore; La soluzione al punto di viraggio dell’indicatore è di colore rosa; Il pH al punto di equivalenza è basico; Riportare il volume di titolante usato nelle tre titolazioni. 5. CONCLUSIONI Stadio 1: La reazione che avviene è una reazione di neutralizzazione. Calcolare la concentrazione della soluzione di KOH sia utilizzando la massa di KOH pesata che il volume di titolante usato e confrontare i due valori così ottenuti. Stadio 2: La reazione che avviene è una reazione di neutralizzazione. Calcolare la concentrazione della soluzione di acido acetico usando il volume di titolante usato.

15 LA SCHEDA DI LABORATORIO ESECUZIONE Quantità di KOH pesata: …. Nello sciogliere il KOH in acqua nel matraccio da 250 mL cosa osservate?... Durante la titolazione cosa succede nel punto in cui la goccia di HCl viene a contatto con la soluzione di KOH? Qual è il volume di titolante usato? Qual è il pH al punto di equivalenza? STADIO 1: Durante la titolazione cosa succede nel punto in cui la goccia di KOH viene a contatto con la soluzione di aceto? Man mano che aggiungete la soluzione di KOH cosa succede al colore della soluzione? Quando il colore della soluzione diventa persistente cosa vuol dire? Qual è il volume di titolante usato? Qual è il titolo della soluzione di aceto commerciale? Qual è il pH al punto di equivalenza? STADIO 2: DETERMINAZIONE DEL TITOLO DI UN ACETO COMMERCIALE

16 LA SCHEDA DI LABORATORIO CONCLUSIONI Scrivere le reazioni chimiche che avvengono durante la titolazione. Che tipo di reazioni sono? Il valore di pH misurato al punto di equivalenza è collegato alla reazione che avviene? Qual è il titolo della soluzione di KOH preparata a partire dalla quantità di KOH pesata? Qual è il titolo della soluzione di KOH sulla base della titolazione? I due titoli sono uguali o diversi? Perché? STADIO 1: Scrivere le reazioni chimiche che avvengono durante la titolazione. Che tipo di reazioni sono? Il valore di pH misurato al punto di equivalenza è collegato alla reazione che avviene? Qual è il titolo della soluzione di aceto commerciale? STADIO 2:

17 TITOLAZIONI ACIDO/BASE Una titolazione acido/base consiste nella determinazione quantitativa della concentrazione di un acido o di una base in un campione, tramite l’osservazione della sua reazione con una base o un acido a concentrazione nota. La soluzione a concentrazione nota si chiama titolante.

18 TITOLAZIONI ACIDO/BASE: punto di fine e punto di equivalenza Come si fa a sapere quando fermare una titolazione? Si usano gli indicatori, sostanze il cui colore cambia in funzione del pH della soluzione in cui si trovano. Il punto di fine di una titolazione è dato dalla goccia di titolante che fa cambiare colore in modo netto all’indicatore. Il punto di equivalenza di una titolazione è il volume di titolante a cui corrisponde una quantità di titolante che ha reagito stechiometricamente con la sostanza da titolare. Al punto di equivalenza il numero di moli di titolante corrisponde al numero di moli della sostanza da titolare previsto dalla stechiometria della reazione. Idealmente punto di fine e punto di equivalenza di una titolazione coincidono.

19 TITOLAZIONI ACIDO/BASE: La stechiometria e le proprietà della reazione La reazione su cui si basa una titolazione acido/base è una reazione di neutralizzazione. Le proprietà di una reazione per poter essere applicata in una titolazione sono: Essere una reazione immediata, velocissima; Andare a completezza; Avere una stechiometria ben nota. Il punto di equivalenza è il punto in cui hanno reagito quantità equivalenti di acido e di base.

20 TITOLAZIONE BASE FORTE/ACIDO FORTE La curva di titolazione La curva di titolazione è il grafico del pH in funzione del volume di titolante aggiunto. Il pH ai vari stadi della titolazione A. pOH = - log [OH - ] pH = 14 - pOH B. Il pH è dato dalla quantità di base forte non ancora neutralizzata. C. Il pH è dato dalla quantità di base forte non ancora neutralizzata.

21 TITOLAZIONE BASE FORTE/ACIDO FORTE La curva di titolazione Il pH ai vari stadi della titolazione S. pH = 7: l’acido forte ha neutralizzato completamente la base forte; si ha una soluzione salina neutra. E’ il punto di equivalenza. D. E. Il pH è dato dalla quantità di acido forte in eccesso.

22 I REQUISITI DELLE SOSTANZE MADRI 1.Elevata purezza o facilità di purificazione; 2.Scarsa volatilità; 3.Insensibilità agli agenti atmosferici; 4.Inerzia chimica verso il solvente; 5.Elevata massa molare; 6.Facile reperibilità e basso costo. Esempi di sostanze madri: Na 2 CO 3, ftalato acido di potassio

23 I MATRACCI TARATI E LE SOLUZIONI A TITOLO NOTO Soluzioni a titolo noto a partire da solidi puri: 1.Pesare il solido su una bilancia analitica; 2.Trasferire il solido QUANTITATIVAMENTE nel matraccio; 3.Aggiungere solvente fino a circa metà volume; 4.Agitare fino alla completa dissoluzione del solido; ERRORE DI PARALLASSE ! 5.Attendere che la soluzione vada a temperatura ambiente; 6.Aggiungere altro solvente fino quasi alla tacca; 7.Portare a volume: CORRETTO

24 TITOLAZIONE ACIDO DEBOLE/BASE FORTE

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26 LA MISURA DEL pH per via COLORIMETRICA: con il pH-metro per via POTENZIOMETRICA: con gli indicatori

27 IL DIAGRAMMA DI GOWIN SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI 5. CONCLUSIONI 1.SCOPO 3. PROGETTO OPERATIVO Come operare; Attrezzature e materiali necessari 4. DATI E OSSERVAZIONI Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza; Dati raccolti ESTRAZIONE ACIDO/BASE E PROPRIETA’ DEGLI INDICATORI Studiare le variazioni delle proprietà di un indicatore al variare del pH Conoscenze delle proprietà degli indicatori; Conoscenze sulla solubilità; Conoscenze sugli equilibri di ripartizione.

28 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN 3. PROGETTO OPERATIVO L’esperienza consta di una serie di stadi che possono essere ripetuti a piacere: STADIO 1: Preparare le soluzioni di NaOH e dell’indicatore Lavorare con l’imbuto separatore, aggiungere la soluzione dell’indicatore e vedere in quale fase si posiziona STADIO 2: Agitare l’imbuto separatore, vedere cosa succede STADIO 3: Aggiungere HCl e agitare gentilmente l’imbuto separatore, vedere cosa succede STADIO 4: Agitare brevemente l’imbuto separatore, vedere cosa succede STADIO 5: Agitare vigorosamente l’imbuto separatore, vedere cosa succede

29 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN 3. PROGETTO OPERATIVO STADIO 6: Aggiungere NaOH e NON agitare l’imbuto separatore, vedere cosa succede STADIO 7: Agitare vigorosamente l’imbuto separatore, vedere cosa succede Becker, spatole, bacchette di vetro, pipette graduate, matracci tarati, propipette, imbuto separatore, cilindri graduati, vetrini da orologio, beute, pH-metro.

30 4. DATI E OSSERVAZIONI Stadio 1: Il pH della soluzione dell’indicatore è basico; La fase acquosa si colora di blu; La fase di cloroformio è incolore. Stadio 2: Non si ha alcuna variazione rispetto allo stadio 1. Stadio 3: La fase acquosa si colora di rosso; La fase di cloroformio è incolore. Stadio 4: La fase acquosa è colorata di rosso; La fase di cloroformio è colorata di rosso. Stadio 5: La fase acquosa è incolore; La fase di cloroformio è colorata di rosso. Stadio 6: La fase acquosa è incolore; La fase di cloroformio è colorata di blu. Stadio 7: La fase acquosa è colorata di blu; La fase di cloroformio è incolore.

31 5. CONCLUSIONI Stadio 1: Il pH è basico per cui l’indicatore è nella sua forma dissociata che è solubile in acqua. Stadio 2: La forma dissociata dell’indicatore è solubile SOLO in acqua. Stadio 3: Il pH è acido per cui l’indicatore è nella sua forma indissociata. Stadio 4: La forma indissociata dell’indicatore si ripartisce tra le due fasi. Stadio 5: La forma indissociata dell’indicatore passa completamente nella fase organica. Stadio 6: Il pH è basico per cui l’indicatore è nella sua forma dissociata. Stadio 5: La forma indissociata dell’indicatore passa completamente nella fase acquosa.

32 L’ESTRAZIONE CON SOLVENTI Imbuto separatore La legge di ripartizione di Nernst C A e C B = concentrazione del soluto nelle due fasi A e B all’equilibrio; K = coefficiente di ripartizione CARATTERISTICHE DEL SOLVENTE ESTRATTORE 1.Selettivo verso il soluto; 2.Alto K; 3.Solubilità reciproca dei due solventi molto bassa; 4.I due solventi devono avere tensione superficiale e densità abbastanza diverse.

33 LA SCHEDA DI LABORATORIO ESECUZIONE Qual è il pH della soluzione iniziale dell’indicatore? Qual è il colore di questa soluzione? Qual è la forma molecolare prevalente dell’indicatore nella soluzione iniziale? STADIO 1: ESTRAZIONE ACIDO/BASE E PROPRIETA’ DEGLI INDICATORI

34 LA SCHEDA DI LABORATORIO ESECUZIONE colore…… STADIOH2OH2OCHCl 3 pHINDICATORE 1….. 2 3 4 5 6 7

35 LA SCHEDA DI LABORATORIO CONCLUSIONI Il pH della soluzione è ……, l’indicatore si trova nella forma …. Stadio 2: Il pH è cambiato?...... La forma ….. dell’indicatore è solubile in ….. Stadio 3: Il pH della soluzione è ……, l’indicatore si trova nella forma …. Stadio 4: Il pH è cambiato?...... La forma ….. dell’indicatore si trova in ….. Stadio 5: Il pH è cambiato?...... La forma ….. dell’indicatore si trova in ….. Stadio 6: Il pH della soluzione è ……, l’indicatore si trova nella forma …. Stadio 7: Il pH è cambiato?...... La forma ….. dell’indicatore è solubile in ….. Stadio 1:

36 GLI INDICATORI Gli indicatori sono dei coloranti organici il cui colore cambia variando il pH della soluzione in cui sono disciolti. Rosso metile: rosso a pH bassi, arancio a pH ~ 5, giallo a pH alti. Blu di bromotimolo: giallo a pH bassi, arancio a pH ~ 7, blu a pH alti. Fenolftaleina: passa da incolore a rosa a pH ~ 9.

37 GLI INDICATORI

38 GLI INDICATORI: l’intervallo di viraggio gialloblu ≥ 10 blu ≤ 1/10 giallo

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