RELAZIONE DI CHIMICA

OBIETTIVO: L'ultima volta che siamo andati in laboratorio abbiamo studiato e classificato alcune miscele e abbiamo sperimentato alcuni metodi di separazione delle sostanze che compongono i composti.

MATERIALI: Per compiere quest'esperienza ci siamo avvalsi dell'uso d'alcuni strumenti e materiali, tra cui: una bilancia elettronica (opportunamente tarata, prima del primo esperimento, in base alla massa del becher), vari becher, varie spatole, vari spicilli, un fornello, una capsula di porcellana, una calamita, un foglio di carta, varie pipette, una beuta (contenente l'acqua), un filtro, un imbuto e una carta da filtro supervelox.

1° ESPERIMENTO: Come primo composto abbiamo utilizzato una sostanza solida, cioè il sale (NaCl). N'abbiamo prelevato, con la spatola, circa 1,91 grammi, e li abbiamo introdotti nel becher (opportunamente tarato sulla bilancia elettronica); abbiamo aggiunto poi 1ml d'acqua (H₂O) e abbiamo notato che la sostanza non si è sciolta, quindi non è solubile. Pensando che ciò fosse avvenuto perché avevamo messo poca acqua nel becher, abbiamo ripetuto l'esperimento aggiungendo molta più acqua. Abbiamo constatato però che non è cambiato nulla: infatti il sale non si è sciolto. Abbiamo allora ripetuto l'esperimento una terza volta, ponendo la soluzione sul fornello, per verificare se, con l'aiuto della temperatura, avveniva lo scioglimento tra i due composti. Finalmente abbiamo ottenuto la soluzione omogenea sale + acqua (NaCl + H₂O). Una soluzione si definisce come miscuglio omogeneo a due o più componenti sotto forma di particelle estremamente piccole, con dimensione inferiore a 1nm, che si distribuiscono uniformemente in tutto il volume a disposizione. Un mescolamento è invece una mescolanza di più sostanze, ciascuna delle quali mantiene la propria identità e può, attraverso le varie tecniche di separazione, essere separata dalle altre. Mescolanze di questo tipo si chiamano miscugli, e possono essere: omogenei, quando le sostanze che lo formano si trovano mescolati in modo uniforme; eterogenei quando le sostanze che lo formano si trovano mescolate in modo non uniforme. Bisogna anche spiegare il perché la temperatura favorisce un mescolamento. La cessione o la sottrazione di calore può provocare il cambiamento di stato fisico dei corpi. La quantità di calore necessaria per modificare lo stato fisico dell'unità di massa è una grandezza, variabile con la temperatura e con la pressione, detta calore latente; si parla pertanto di calore latente di fusione, di solidificazione, di condensazione e di liquefazione, d'evaporazione e d'ebollizione, di sublimazione, grandezze che vengono definite, essendo funzioni della temperatura e della pressione, ad una certa temperatura e ad una certa pressione. Il termine latente, che viene generalmente omesso, deriva dalla vecchia concezione del calorico e sottolinea il fatto che uno scambio di calore non provoca variazioni di temperatura nel corpo: è come se il calore fosse latente, cioè nascosto, nel corpo. In ogni caso, in cambiamenti di stato inversi uno dell'altro, come per esempio, fusione e solidificazione, i corrispondenti calori latenti sono uguali (vedi fusione, solidificazione, evaporazione, condensazione, ecc.). Se invece si vuole partire dalla soluzione omogenea NaCl + H₂O, per ottenere il sale (NaCl) bisogna far evaporare l'acqua (H₂O). La tecnica che permette questa separazione è chiamata cristallizzazione; questa consente di separare sotto forma cristallina un solido (soluto) da una soluzione, resa satura per evaporazione del solvente. La cristallizzazione dalla soluzione genera cristalli di dimensione tanto più grandi, quanto più è lenta l'evaporazione del solvente. Infatti noi abbiamo ottenuto il sale sotto forma di cristalli più o meno piccoli.

2° ESPERIMENTO: Come secondo composto abbiamo utilizzato lo zolfo in fiore con limatura di ferro. Questa è una miscela eterogenea. Per separare i due elementi, abbiamo posto il composto su un foglio di carta, e, sotto di questo ci muovevamo con una calamita, in modo da spostare tutta la limatura di ferro in una parte del foglio. Per separare questi elementi abbiamo quindi sfruttato la proprietà magnetica del ferro.

3° ESPERIMENTO: Per effettuare quest'esperimento abbiamo prelevato, con la pipetta, 2ml di metanolo che abbiamo posto nel becher. Ci abbiamo poi aggiunto 2ml d'acqua (H₂O). Abbiamo mescolato tutto e abbiamo verificato che i due elementi si sono mischiati: abbiamo infatti ottenuto una miscela omogenea. Se invece si vogliono separare i due elementi del composto, si utilizzerà la tecnica della distillazione. È un processo attraverso il quale un liquido viene trasformato con il riscaldamento in vapore e quindi riportato allo stato liquido per successivo raffreddamento, in modo da separarlo da eventuali sostanze disciolte poco volatili o da altri liquidi con cui si trova mescolato. Questa tecnica è basata sulla diversa volatilità, cioè sulla diversa temperatura d'ebollizione dei liquidi. Ci sono due tipi di distillazioni: quella semplice e quella frazionata, usata quando i liquidi da separare sono più di due. In alcuni casi può accadere che le sostanze da separare abbiano temperature d'ebollizione molto vicine, quindi gli elementi evaporeranno quasi insieme; in questo caso il distillato ottenuto non sarà puro. Per ovviare a quest'inconveniente si usa un particolare dispositivo: il frazionatore a bolle. Se le sostanze che devono essere separate si alterano alla temperatura d'ebollizione, si ricorre alla distillazione a pressione ridotta.

4° ESPERIMENTO: Per quest'ultimo esperimento abbiamo utilizzato il carbonato di calcio (CaCO₃). L'abbiamo mischiato con l'acqua (H₂O), e abbiamo ottenuto una sospensione, un miscuglio eterogeneo di particelle solide o liquide in un fluido (solido o liquido). Le dimensioni delle particelle è superiore a 1000nm. Abbiamo poi aggiunto del sale (NaCl), e l'obbiettivo che ci siamo premessi è stato quello di separare NaCl da CaCO₃; per compiere quest'esperimento serve utilizzare la tecnica della filtrazione. Questo è uno dei metodi più usati per la separazione di un miscuglio solido-liquido, in quanto permette di recuperare interamente la parte solida. A tale scopo abbiamo fatto passare la sospensione attraverso una superficie porosa capace di trattenere le sostanze sospese e far passare il liquido. Come filtro abbiamo utilizzato la carta da filtro supervelox, sotto forma di dischi, e l'abbiamo posta in un imbuto di vetro e piegata in modo da ottenere un cono. Con lo spicillo abbiamo versato la sospensione all'interno dell'imbuto: la carta da filtro aveva trattenuto la parte solida, chiamata residuo, mentre aveva fatto passare nella beuta sottostante il liquido, chiamato filtrato. Per prelevare il residuo, che nel nostro caso si trattava di CaCO₃, abbiamo dovuto aspettare che la carta da filtro si asciugasse, e, per mezzo di un raschietto, grattare. Il filtrato nel nostro caso era NaCl. Per separare il sale dal carbonato di calcio si sarebbe potuta anche utilizzare la tecnica della centrifugazione, utilizzando la centrifuga che, sfruttando la forza centrifuga, può separare due sostanze di diversa densità. Quando l'apparecchio viene messo in moto, la forza centrifuga trascina il solido o il liquido a maggior densità sul fondo del tubo da saggio, separandolo dal resto.

CONCLUSIONE: Dall'esperienza di laboratorio abbiamo verificato le proprietà idrofile d'alcuni composti; NaCl, solo grazie all'intervento della temperatura, il metanolo e CaCO₃ sono sostanze solubili. Abbiamo anche sperimentato alcune tecniche di separazione delle sostanze, tra cui la cristallizzazione, la distillazione, la filtrazione e la centrifugazione (anche se solo spiegata e non utilizzata). Inoltre abbiamo anche utilizzato una delle proprietà del ferro, quella magnetica.