LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE

Presentazione sul tema: "LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE"— Transcript della presentazione:

1 LABORATORIO DI CHIMICA GENERALE
Barbara Milani tel Ricevimento: venerdì dalle alle 17.00 oppure previo appuntamento Materiale: fotocopie del docente Il Laboratorio di CHIMICA Autori: M. Consiglio, V. Senna, S. Orecchio EdISES Moodle: troverete 4 file che si chiamano: Esper_n_docente: procedura dell’esperienze parte sperimentale; Esper_n_studente: procedura dell’esperienze parte sperimentale; Esper_prelab: discussione prima dell’esperienza; Esper_postlab: discussione dopo l’esperienza. Esame finale: un unico esame Didattica della Chimica con Laboratorio; Prova scritta e una prova orale.

2 FOTOCOPIA DEL CERTIFICATO DEL CORSO SULLA SICUREZZA
STRUTTURA DEL CORSO Lezioni Teoriche Esperienze in Laboratorio Lun. 9/2 e 23/2. Lun. 16/2 Mart. 17/2 FOTOCOPIA DEL CERTIFICATO DEL CORSO SULLA SICUREZZA

3 OBBIETTIVI DEL CORSO Acquisire la capacità di preparare gli strumenti didattici da distribuire agli allievi per lo svolgimento e la comprensione dell’esperimento; Acquisire la capacità di collegare i concetti teorici del corso di chimica con l’esperimento di laboratorio; Richiami sulle attrezzature di laboratorio di base e speciali, sulle metodiche comuni. Tre esperimenti tipo: 1. Reattività chimica: un ciclo di reazioni del rame 2. Titolazioni Acido/Base 3. Estrazione Acido/Base: proprietà degli indicatori

4 SICUREZZA IN LABORATORIO
La parte specifica sulla sicurezza in laboratorio verrà trattata dal Prof. Tavagnacco. 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.

5 GLI STRUMENTI DIDATTICI
La pratica chimica costituisce il complemento fondamentale alle basi teoriche per comprendere a fondo le trasformazioni della materia. GLI STRUMENTI DIDATTICI Derivano dal processo di PROGETTAZIONE dell’esperienza. 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)

6 IL DIAGRAMMA DI GOWIN SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO
2. PREREQUISITI 1. PROBLEMA Obbiettivo da raggiungere 5. CONCLUSIONI Conoscenze teoriche e sperimentali sull’argomento 4. DATI E OSSERVAZIONI Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza; Dati raccolti 3. PROGETTO OPERATIVO Come operare; Attrezzature e materiali necessari

7 4. DATI E OSSERVAZIONI 3. PROGETTO OPERATIVO
Costruire il Diagramma di Gowin per la seguente esperienza: «In 3 contenitori senza etichetta sono contenute 3 sostanze cristalline bianche, 1, 2, 3: naftalina C10H8, saccarosio C12H22O11, cloruro di sodio NaCl. Avendo a disposizione acqua H2O, tetracloruro di carbonio CCl4 e un dispositivo per misurare la conducibilità elettrica, applicare a ciascun contenitore l’etichetta recante il nome della sostanza.» SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI Conoscenze sulla solubilità Conoscenze sulla conducibilità elettrica delle soluzioni 1. PROBLEMA Riconoscimento delle sostanze 5. CONCLUSIONI 4. DATI E OSSERVAZIONI 3. PROGETTO OPERATIVO

8 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
3. PROGETTO OPERATIVO Saggi di solubilità delle 3 sostanze a) in H2O e b) in CCl4; 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 H2O La sostanza 2 è solubile solo in H2O La sostanza 3 è solubile solo in CCl4 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 H2O e conduce la corrente è un elettrolita, è NaCl La sostanza 2, che è solubile solo in H2O e non conduce la corrente è un non elettrolita, è saccarosio La sostanza 3, che è solubile solo in CCl4 e non conduce la corrente, è naftalina.

9 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.

10 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, CCl4 Sicurezza: il CCl4 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 H2O? e in CCl4? Etc.

11 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.

12 LA SCHEDA DI LABORATORIO
RICONOSCIMENTO DI SOSTANZE ESECUZIONE STADIO 1: LE PROVE DI SOLUBILITA’ Sostanza 1: Quantità della sostanza 1 usata: …. Quantità di H2O: …. Quantità di CCl4: …. SOSTANZA H2O CCl4 1 … 2 3 Sostanza 2: Quantità della sostanza 2 usata: …. Quantità di H2O: …. Quantità di CCl4: …. Sostanza 3: Quantità della sostanza 3 usata: …. Quantità di H2O: …. Quantità di CCl4: ….

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

14 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 ……..

15 Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza;
IL DIAGRAMMA DI GOWIN REATTIVITA’ CHIMICA: UN CICLO DI REAZIONI DEL RAME SETTORE CONCETTUALE SETTORE OPERATIVO 2. PREREQUISITI PROBLEMA/ SCOPO Conoscenze sulle tipologie di reazioni chimiche: Reazioni acido/base; Reazioni di ossidoriduzione; Reazioni di precipitazione. 5. CONCLUSIONI La reattività chimica 4. DATI E OSSERVAZIONI Osservazioni delle varie fasi dell’esperienza; Dati raccolti 3. PROGETTO OPERATIVO Come operare; Attrezzature e materiali necessari

16 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
3. PROGETTO OPERATIVO L’esperienza consta di diversi stadi: 1. Un pezzo di filo di rame viene portato in soluzione con HNO3; 2. La soluzione contenente il rame viene fatta reagire con NaOH; 3. La miscela viene riscaldata, si separa un solido; 4. Il solido viene trattato con H2SO4; 5. La soluzione viene fatta reagire con zinco metallico. Becker, pipette Pasteur, spatole, bacchette di vetro, pipette graduate, matracci tarati, propipette, agitatore magnetico e riscaldante, ancorette magnetiche, vetrini da orologio, capsule di porcellana.

17 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
4. DATI E OSSERVAZIONI Stadio 1: Il filo di rame viene sciolto dall’acido nitrico ottenendo una soluzione di colore azzurro e lo sviluppo di un gas marrone; Stadio 2: Si osserva la precipitazione di un solido azzurro; Stadio 3: Il solido cambia colore da azzurro diventa nero; Stadio 4: Il solido viene sciolto, ottenendo una soluzione blu; Stadio 5: Si osserva sviluppo di gas, precipitazione di un solido rosso, e la soluzione diventa incolore. Pesare la quantità di solido rosso ottenuto e confrontarla con quella usata all’inizio.

18 I PUNTI DEL DIAGRAMMA DI GOWIN
5. CONCLUSIONI Stadio 1: Il filo di rame, Cu, viene ossidato dall’acido nitrico e passa in soluzione come ione Cu++; il gas che si sviluppa è NO2; Stadio 2: Il solido azzurro è Cu(OH)2; Stadio 3: Il solido nero è CuO; Stadio 4: Il solido di CuO viene sciolto in ambiente acido, ottenendo la soluzione blu di CuSO4; Stadio 5: Il solido rosso è Cu, ottenuto dalla reazione di riduzione di Cu2+ da parte dello Zn; il gas è H2, ottenuto dalla reazione di riduzione di H+ da parte dello Zn. La quantità di Cu metallico ottenuto è ….., quindi si è recuperato il ….% del rame usato all’inizio.

19 LA SCHEDA DI LABORATORIO
REATTIVITA’ CHIMICA: UN CICLO DI REAZIONI DEL RAME ESECUZIONE Quantità di filo di rame usata: …. Cosa osservate? …. Quali sono i composti che si formano? …. STADIO 1: Cosa osservate? …. Quali sono i composti che si formano? …. STADIO 2: Cosa osservate? …. Quali sono i composti che si formano? …. STADIO 3: Cosa osservate? …. Quali sono i composti che si formano? …. STADIO 4:

20 LA SCHEDA DI LABORATORIO
ESECUZIONE Cosa osservate? …. Quali sono i composti che si formano? …. Quantità di rame ottenuta: …. STADIO 5: CONCLUSIONI Il filo di rame, Cu, è ……. dall’acido nitrico. Si sono ottenuti un …… che è…., e una soluzione di colore …., contenente…… Scrivere le reazioni chimiche che avvengono, bilanciate. Che tipo di reazioni sono? STADIO 1: Il solido azzurro è ….., che si ottiene dalla reazione tra …… e …. Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è? STADIO 2: Il solido nero è …… Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è? STADIO 3:

21 LA SCHEDA DI LABORATORIO
CONCLUSIONI La soluzione di colore azzurro contiene ….. Scrivere la reazione chimica che avviene, bilanciata. Che tipo di reazione è? STADIO 4: Il solido rosso è ……, che si ottiene dalla reazione tra ………; Il gas che si sviluppa è ……, che si ottiene dalla reazione tra ……; Scrivere le reazioni chimiche che avvengono, bilanciate. Che tipo di reazioni sono? Qual è la resa percentuale di rame ottenuto rispetto al rame usato all’inizio? STADIO 5:

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

23 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 Becker, spatole, bacchette di vetro, pipette graduate, matracci tarati, propipette, burette, cilindri graduati, vetrini da orologio, beute, pH-metro.

24 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; 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: Calcolare la concentrazione della soluzione di acido acetico usando il volume di titolante usato.

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

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27 LE PROPRIETA’ MISURABILI
SISTEMA: Si definisce SISTEMA la porzione di Universo che viene studiata. PROPRIETA’ NON misurabili MISURABILI INTENSIVE ESTENSIVE FONDAMENTALI DERIVATE MISURARE una proprietà significa confrontarla con una proprietà nota presa come unità di riferimento.

28 LE PROPRIETA’ FONDAMENTALI

29 GLI STRUMENTI DI MISURA
Gli strumenti di misura sono le apparecchiature che vengono utilizzate per misurare la proprietà in studio. PROPRIETA’ degli strumenti di misura: PORTATA: la quantità massima che uno strumento può misurare; SENSIBILITA’: la quantità minima che uno strumento può apprezzare; ACCURATEZZA: è la capacità di uno strumento di dare un valore il più vicino possibile al valore vero; PRECISIONE: è la capacità di uno strumento di dare lo stesso valore in più misurazioni sullo stesso campione.

30 GLI STRUMENTI DI MISURA
PROPRIETA’ degli strumenti di misura: ACCURATEZZA: è la capacità di uno strumento di dare un valore il più vicino possibile al valore vero; PRECISIONE: è la capacità di uno strumento di dare lo stesso valore in più misurazioni sullo stesso campione. Strumento PRECISO ma NON ACCURATO Strumento NE’ PRECISO NE’ ACCURATO Strumento PRECISO e ACCURATO

31 LE CIFRE SIGNIFICATIVE
Le misure sono tutte affette da un ERRORE! Il risultato della misura NON può essere scritto con un numero indeterminato di cifre, ma il numero di cifre deve essere indicativo dell’errore commesso nella misura: LE CIFRE SIGNIFICATIVE! Il risultato della misura deve essere arrotondato in modo da avere solo CIFRE CERTE tranne L’ULTIMA CHE E’ INCERTA per ± 1. Esempio: una misura di volume è fatta con una vetreria che dà come risultato 28,73 mL, vuol dire che l’errore è sul centesimo di mL; Un’altra vetreria dà come risultato 28,7 mL, vuol dire che l’errore è sul decimo di mL. I due errori sono diversi per un ordine di grandezza.

32 LE CIFRE SIGNIFICATIVE
Esempio: Per una misura di massa si usano tre diverse bilance: Bilancia A (g) Bilancia B (g) Bilancia C (g) Misura , , ,067582 Misura , , ,067349 Misura , , ,067253 Quando si legge il risultato di una misura sulla scala di uno strumento bisogna evitare di fare delle DIVISIONI MENTALI, bisogna attenersi alle divisioni della scala dello strumento!! !

33 LE MISURE DI MASSA La massa è una grandezza fondamentale e invariante.
L’unità di misura della massa è il chilogrammo-massa o chilogrammo. Lo strumento per le misure di massa è la BILANCIA. Bilancia analitica Bilancia tecnica Microbilancia

34 LE MISURE DI MASSA Bilancia Portata Sensibilità Tecnica 2,5 kg 10-1
Tecnica g Analitica g Analitica g Microbilancia g Microbilancia 1 g

35 ! LE MISURE DI MASSA Bilance monopiatto elettroniche: Pesafiltri
NORME per un corretto uso delle bilance Non si devono trovare vicino a fonti di calore o di freddo; Devono essere poste su un piano antivibrante, in orizzontale; Il piatto della bilancia deve essere pulito e preservato dalla corrosione; L’ambiente all’interno della bilancia deve essere tenuto anidro; Evitare di far cadere la sostanza che si pesa sul piatto della bilancia; La temperatura degli oggetti da pesare deve essere prossima a quella dell’ambiente interno alla bilancia.

36 ! LE MISURE DI VOLUME Il volume NON è una grandezza fondamentale.
L’unità di misura del volume è il dm3, il termine litro viene usato come sinonimo di dm3. Per le misure di volume si usa la VETRERIA TARATA o GRADUATA. Le misure di volume sono influenzate dalla temperatura. LA VETRERIA TARATA O GRADUATA NON VA MAI ASCIUGATA IN STUFA. La temperatura standard scelta per la vetreria graduata è di 20 °C. ! Vetreria TARATA CONTENERE In FORNIRE Ex Cilindri, matracci tarati, alcune pipette graduate Burette, pipette graduate, alcuni cilindri graduati

37 < LE MISURE DI VOLUME Accuratezza della vetreria graduata
Buretta Matracci tarati Pipette tarate e graduate Cilindri graduati Becker Beuta Matraccio di Erlenmayer

38 LE MISURE DI VOLUME Accuratezza della vetreria graduata: le classi di tolleranza

39 ! LE MISURE DI VOLUME Informazioni riportate sulla vetreria:
Temperatura; Tipo di taratura; Classe di appartenenza. ! ERRORE DI PARALLASSE

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

41 I REQUISITI DELLE SOSTANZE MADRI
Elevata purezza o facilità di purificazione; Scarsa volatilità; Insensibilità agli agenti atmosferici; Inerzia chimica verso il solvente; Elevata massa molare; Facile reperibilità e basso costo. Esempi di sostanze madri: Na2CO3, ftalato acido di potassio

42 LE PIPETTE TARATE E GRADUATE
La PROPIPETTA o Palla di Peleo a scolamento parziale ! a scolamento totale graduate tarate La riga di Schellbach LE BURETTE Avvinare la buretta; Eliminare le bolle d’aria; Erogare il liquido lentamente; Errore di parallasse.