Esperimenti di Laboratorio: Fondamenti di Chimica e Fisica

Modulo 4: Fenomeni Fisici e Chimici (I)

Caratteristiche del Becco Bunsen

Le caratteristiche del becco Bunsen variano a seconda della regolazione dell'aria:

• Aria chiusa: Basso potere calorifico (circa 700 °C), fiamma gialla e luminosa, rumorosa.
• Aria aperta: Alto potere calorifico (circa 1.200 °C), fiamma blu e non luminosa, silenziosa.

Separazione di Sale e Sabbia

1. Elenca gli utensili necessari per la separazione dei componenti di una miscela di sale e sabbia.

• Cucchiaio-Spatola
• Mortaio
• Sonda
• Becher da 250 ml
• Bacchetta di vetro
• Imbuto
• Beuta (Erlenmeyer)
• Capsula di porcellana
• Asta di supporto
• Noce di supporto
• Spruzzetta
• Rete spargifiamma con centro in ceramica
• Accendino

2. Descrivi la procedura per la separazione dei componenti di una miscela di sale e sabbia.

1. Prendiamo due cucchiai di sale e due di sabbia.
2. Li poniamo in un mortaio, li pestiamo o schiacciamo, e mescoliamo.
3. Prendiamo un becher e lo riempiamo con circa 60 ml di acqua.
4. Aggiungiamo circa 40 ml di acqua e iniziamo a sciogliere il composto nel becher.
5. Mescoliamo.
6. Con un imbuto e un filtro, posizionati su una beuta, iniziamo la filtrazione.
7. I granelli di sabbia, avendo un diametro maggiore dei pori della carta, rimarranno sul filtro, a differenza del sale che passerà attraverso i pori della carta.
8. Si otterrà una soluzione salina.
9. Lasciamo asciugare la sabbia che è rimasta nel filtro.
10. Con la soluzione salina, useremo la capsula di porcellana.
11. Posizioniamo la capsula di porcellana con la soluzione salina sulla rete spargifiamma e la riscaldiamo.
12. L'acqua evapora e il sale rimarrà nella capsula di porcellana.

3. Durante la pratica di separazione dei componenti di una miscela di sale e sabbia, si può verificare una 'perdita di sale scoppiettante'. Cosa significa?

Quando si riscalda eccessivamente la soluzione di acqua e sale, il sale inizia a 'saltare' fuori dalla capsula di porcellana, producendo un rumore simile al crepitio del legno che brucia.

4. Come si prepara la carta da filtro per essere inserita nell'imbuto durante una filtrazione normale?

1. Inumidirla (con poche gocce d'acqua).
2. Premerla contro le pareti dell'imbuto in modo che assuma una forma conica.

Cristallizzazione del Solfato di Rame

7. Qual è la formula del solfato di rame pentaidrato?

CuSO₄·5H₂O

8. Qual è la forma delle facce dei cristalli di solfato di rame?

A forma romboidale.

9. Qual è un uso importante del CuSO₄?

Per eliminare i funghi nei campi (come fungicida).

11. Descrivi la procedura di cristallizzazione del solfato di rame.

1. Mettere il solfato di rame in un mortaio.
2. Frantumarlo il più possibile.
3. Riempire un becher con acqua fino a 500 ml.
4. Riscaldare il becher e aggiungere il solfato di rame.
5. Riscaldare fino a ottenere un colore blu intenso e finché il termometro raggiunge i 75 °C.
6. Procedere alla filtrazione.
7. Lasciare riposare per 2 o 3 settimane.

12. Visivamente, qual è la differenza tra il solfato di rame idrato e il solfato di rame anidro?

Il solfato di rame anidro è di colore bianco, mentre quando cristallizza da soluzioni acquose forma una sostanza solida di colore blu, con formula CuSO₄·5H₂O, incorporando molecole d'acqua nella sua struttura cristallina.

13. Che cos'è un idrato?

Un composto solido che ha incorporato molecole d'acqua nella sua struttura.

14. Indica due idrati e i loro nomi.

• Solfato di rame pentaidrato: CuSO₄·5H₂O
• Cloruro ferrico esaidrato: FeCl₃·6H₂O

31. Cosa afferma la legge di Mitscherlich?

I composti isomorfi hanno una composizione chimica simile.

32. Cosa sono gli isomorfi?

Sono sostanze chimiche diverse, ma con struttura simile, che possono cristallizzare nella stessa forma cristallina. I loro angoli interfacciali e i rapporti assiali, al massimo, non differiscono in modo significativo.

Fenomeni Fisici e Chimici (II)

Lavorazione del Vetro

1. Perché il vetro non dovrebbe essere descritto come un materiale allo stato solido?

Perché non ha un punto di fusione definito. Quando forniamo calore al vetro, diventa plastico. Il vetro riscaldato è un liquido viscoso.

2. Qual è il segreto per lavorare con successo il vetro?

Riscaldarlo sufficientemente.

3. Quali precauzioni dovrebbero essere prese nella manipolazione del vetro caldo?

Non è possibile distinguere visivamente il vetro freddo da quello caldo, quindi si rischia di scottarsi.

4. Per tagliare un tubo di vetro, si utilizza prima una lima triangolare. Come si procede?

Il tubo di vetro viene appoggiato sul tavolo e tenuto fermo con la mano sinistra (se si è destrorsi). Con la mano destra, si pratica una tacca trasversale con la lima. Questa tacca non deve circondare completamente il tubo.

5. Per fare una tacca su un tubo di vetro con una lima, come deve essere il movimento della lima?

Non deve essere usata con un movimento a 'altalena' (avanti e indietro), ma solo in un'unica direzione, altrimenti il vetro potrebbe frantumarsi.

6. Una volta fatta la tacca su un tubo di vetro, come e dove si posizionano le mani per spezzare il tubo? (Si richiederebbe un disegno esplicativo).

Sul lato opposto alla tacca, posizionando entrambi i pollici e il resto delle dita che tengono il tubo.

7. In che direzione devono essere applicate le forze per spezzare un tubo di vetro? (Si richiederebbe un disegno esplicativo).

Si applica forza come se si volesse piegare il tubo, lasciando la tacca sul lato convesso.

8. La forza usata per spezzare il tubo di vetro dovrebbe essere moderata. Cosa si deve fare se il tubo non si spezza applicando una forza moderata?

Riprendere la lima e fare un solco più profondo nella tacca, senza forzare il vetro.

9. Come si taglia un tubo di vetro?

Seguendo i passaggi descritti nelle domande dalla 4 alla 8.

10. Che cos'è la 'smussatura' (o 'arrotondamento') delle estremità del vetro?

Consiste nel riscaldare l'estremità appena tagliata del tubo di vetro con un becco Bunsen, in modo che i bordi si arrotondino.

11. Perché è importante applicare il calore con attenzione all'estremità di un tubo appena tagliato per smussarlo?

Perché altrimenti l'estremità del tubo, una volta calda, potrebbe iniziare a chiudersi, alterandone il diametro.

12. Qual è lo scopo della smussatura delle estremità?

• Per evitare che la persona che manipola il vetro si tagli.
• Per evitare che il tubo di vetro, quando inserito in tappi di gomma, si rompa a causa dei bordi taglienti.

13. Le operazioni di smussatura, stiratura o piegatura di un tubo richiedono l'applicazione di calore. Cosa si deve fare con il tubo mentre viene riscaldato?

Si deve ruotare il tubo continuamente.

14. Come si piega un tubo di vetro?

Riscaldare non solo un punto del tubo, ma un'area di circa 3 cm. Tirare le estremità per ottenere l'angolazione desiderata.

15. Quali indizi indicano che la situazione è favorevole per procedere alla piegatura di un tubo di vetro mediante l'applicazione di calore?

• La fiamma assume un colore giallo a causa del vetro caldo.
• Il tubo inizia a cedere nella zona in cui si sta applicando il calore.

16. Come si allunga un tubo di vetro?

Riscaldare il tubo in un'area di circa 3 cm e tirare delicatamente le estremità finché non si osserva che la zona riscaldata diventa sempre più stretta e allungata. Si formerà una zona ristretta, che se molto sottile, viene chiamata 'capillare'.

Determinazione del Punto di Fusione

17. Che cos'è una formula chimica?

È un modo per esprimere la composizione di una sostanza.

18. Qual è la formula molecolare del p-diclorobenzene?

C₆H₄Cl₂. La formula condensata ci indica la composizione della sostanza.

19. Il paradiclorobenzene è anche chiamato 1,4-diclorobenzene. Perché? Spiega utilizzando una formula di struttura.

La formula di struttura mostra la disposizione degli atomi nella molecola, indicando che i due atomi di cloro sono posizionati sui carboni 1 e 4 dell'anello benzenico.

20. Proprietà del p-diclorobenzene.

• È una sostanza bianca.
• Può essere usato come insetticida.

21. Per la determinazione del punto di fusione del p-diclorobenzene, perché non è importante che il capillare sia completamente immerso in acqua?

Perché il p-diclorobenzene non si scioglie in acqua.

22. Per la determinazione del punto di fusione del p-diclorobenzene, quale valore è stato ottenuto dal gruppo?

62 °C

Reazione di Acido Cloridrico con Ammoniaca

23. Principio dei vasi comunicanti.

Nel caso n° 1, l'acqua viene versata solo nel contenitore A, con il rubinetto chiuso. Solo il contenitore A è pieno, mentre il B è vuoto. Nel caso n° 2, si versa acqua nel contenitore A, ma questa volta con il rubinetto aperto, in modo che l'acqua entri anche nel contenitore B, lasciando l'acqua nei due contenitori alla stessa altezza.

24. Nella pratica della reazione di acido cloridrico e ammoniaca, sono state utilizzate pipette. Perché?

Le pipette sono state utilizzate per associare un colore a un elemento (per distinguere le sostanze).

25. Nella pratica della reazione tra acido cloridrico e ammoniaca, come si prelevano campioni di entrambe le sostanze senza alcun rischio?

• HCl: Con una sonda.
• NH₃: Con una pipetta.

È fondamentale distinguere chiaramente i contenitori di ciascun elemento.

26. L'acido cloridrico (HCl) reagisce con l'ammoniaca (NH₃) per dare cloruro di ammonio (NH₄Cl), una sostanza bianca. Scrivi l'equazione chimica di questa reazione.

HCl + NH₃ → NH₄Cl

27. Il peso molecolare di una sostanza è dato dalla somma dei pesi atomici degli elementi chimici che la compongono. Sapendo che i pesi atomici di idrogeno, cloro e azoto valgono, rispettivamente, 1, 35.5 e 14, calcola il peso molecolare di acido cloridrico, ammoniaca e cloruro di ammonio.

• PM HCl: 1 + 35.5 = 36.5
• PM NH₃: 14 + (1 × 3) = 17
• PM NH₄Cl: 14 + (1 × 4) + 35.5 = 53.5

28. Come si calcola il peso molecolare di una sostanza?

Sommando i pesi atomici degli elementi chimici che formano la sostanza.

29. Una grammo-molecola o mole di una sostanza è una quantità in grammi identica al suo peso molecolare. Quanto pesa una mole di...?

• a) HCl: 36.5 g
• b) NH₃: 17 g
• c) NH₄Cl: 53.5 g

30. Che cos'è una grammo-molecola o mole di una sostanza?

Una quantità in grammi di una sostanza identica al suo peso molecolare.

32. Esprimi la stechiometria della reazione tra acido cloridrico e ammoniaca.

La stechiometria descrive le quantità di sostanze coinvolte nella reazione. In questo caso: 36.5 g di acido cloridrico reagiscono con 17 g di ammoniaca per dare 53.5 g di cloruro di ammonio.

33. Nella reazione di acido cloridrico con ammoniaca, perché si forma un anello bianco di cloruro di ammonio più vicino alla carta impregnata di acido cloridrico che a quella impregnata di ammoniaca?

Le molecole di acido cloridrico sono circa due volte più pesanti di quelle di ammoniaca e si muovono più lentamente, quindi il punto di incontro e reazione è più vicino alla fonte di HCl.

34. Le molecole di ammoniaca si muovono più velocemente di quelle di acido cloridrico. Quanto più velocemente? Come si determina il valore del rapporto V_ammoniaca / V_{acido cloridrico}?

Questo rapporto si determina tramite la legge di Graham, che mette in relazione le velocità di diffusione dei gas con le radici quadrate inverse delle loro masse molari.

35. Discuti i calcoli matematici eseguiti nella pratica della reazione di acido cloridrico con l'ammoniaca.

I calcoli matematici sono stati discussi nelle domande precedenti (es. calcolo dei pesi molecolari e stechiometria).

Reazione dell'Acido Cloridrico con Diversi Metalli

36. Nelle reazioni di acido cloridrico con i metalli, che effetto ha l'aggiunta di acqua alle provette contenenti i metalli?

L'aggiunta di acqua all'acido cloridrico ne riduce la concentrazione (lo diluisce), e l'idrogeno prodotto si manifesterà sotto forma di bolle.

37. Nella pratica della reazione di acido cloridrico con diversi metalli, quali metalli hanno reagito?

• Zinco (Zn)
• Alluminio (Al)
• Ferro (Fe)

38. Scrivi le equazioni chimiche dei metalli che reagiscono con l'acido cloridrico nella pratica in questione.

• Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
• 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
• Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

39. Nella pratica della reazione di acido cloridrico con diversi metalli, quali non hanno reagito?

• Rame (Cu)
• Piombo (Pb)

40. Quali sono le reazioni esotermiche?

Quelle in cui viene rilasciato calore.

41. Alcune delle reazioni di acido cloridrico con i metalli possono essere classificate come esotermiche? Quali?

Sì, le reazioni con zinco, alluminio e ferro.

Acido Cloridrico: Nomenclatura

48. Qual è la relazione tra 'cloruro di idrogeno' e 'acido cloridrico'?

Il cloruro di idrogeno (HCl) è un gas. Quando questo gas viene disciolto in acqua, forma una soluzione acquosa chiamata acido cloridrico. Quindi, la formula HCl si riferisce sia al composto gassoso che alla sua soluzione acquosa, ma i nomi distinguono lo stato fisico o la forma.