Descrizione
La Chimica è una scienza e in quanto tale applica il metodo scientifico sperimentale, il quale prevede che tutte le ricerche inizino con l’osservazione del fenomeno naturale. Successivamente si ipotizzano le cause che potrebbero aver provocato gli effetti del fenomeno oggetto dello studio. La verifica delle ipotesi viene effettuata in laboratorio attraverso la fase della sperimentazione, mediante la quale si raccolgono i dati effettuando delle misure che vengono, a loro volta, elaborate al fine di avere una maggiore comprensione del fenomeno naturale. Alla fine del «percorso» sperimentale si arriva alla formulazione delle conclusioni, sotto forma di principi, leggi, teorie ecc.
Le attività svolte in un laboratorio scolastico di Chimica hanno, principalmente, lo scopo di creare una forma mentis adeguata alla Chimica e all’attività laboratoriale, e ciò è importantissimo nell’azione formativa dello studente che si approccia alle tematiche di questa disciplina. Il laboratorio, in altri termini, può essere definito la palestra del chimico.
Per lo studente di Chimica generale partecipare visivamente o meglio manualmente alle attività sperimentali è un valido ausilio che gli potrà permette di raggiungere un buon livello di conoscenze nel campo della Chimica fisica, della Chimica inorganica e organica, dell’Elettrochimica, della Stechiometria ecc. Inoltre lo studente, in maniera graduale, potrà acquisire la forma mentis del metodo sperimentale, imparando ad osservare il fenomeno, ad ipotizzare la cause che lo hanno provocato e a dimostrarle sperimentalmente, imparando che il successo dell’esperimento dipende anche dall’applicazione rigorosa della metodica e di tutti gli accorgimenti che servono a minimizzare gli errori sperimentali.
L’opera è stata riorganizzata partendo dall’introduzione agli strumenti di laboratorio (strumentazione, reattivi ecc.); particolare attenzione è stata poi dedicata alle tematiche della sicurezza degli operatori del laboratorio scolastico di Chimica (personale docente, tecnico e studenti), sia nella parte introduttiva del testo sia in ciascuna esperienza. Infatti, nella parte introduttiva viene spiegata tutta la moderna normativa sulla sicurezza e la raccolta dei rifiuti da laboratorio, vengono messi in evidenza i nuovi pittogrammi, le nuove indicazioni di pericolo (H) e le indicazioni di precauzione (P). In ciascuna esperienza vengono poi riportate le indicazioni sulla sicurezza e le precauzioni per ciascun reattivo utilizzato.
L’importanza del concetto di rischio, della natura degli agenti chimici, delle sostanze e delle miscele è divenuta, nel corso degli anni, sempre più presente nel «vita» del laboratorio chimico. L’Autore ha dunque ritenuto importante e doveroso focalizzare l’attenzione su questi argomenti. Gli studenti e tutto il personale della scuola devono essere istruiti sulla normativa riguardante il rischio chimico, la valutazione del rischio, gli effetti tossici degli agenti chimici. Particolare risalto assume la codifica della scheda di sicurezza e l’uso delle informazioni che essa contiene al fine di prevenire il rischio.
Inoltre è stata posta attenzione sulla instabilità chimica dei reagenti e sulla loro eventuale incompatibilità con altre sostanze poste nelle loro immediate vicinanze.
La parte relativa alla sicurezza è stata improntata al fine di minimizzare i rischi di incidenti nel laboratorio, all’uso corretto dei dispositivi di sicurezza e a fornire indicazioni sul corretto comportamento da tenere nei laboratori chimici. Infine vi è una sezione dedicata al corretto smaltimento dei rifiuti chimici.
Riguardo alle esperienze di laboratorio, il testo è organizzato partendo dagli argomenti introduttivi della Chimica generale di base (misure, materia ed energia, struttura atomica, legami, composti inorganici e tavola periodica), i quali vengono poi applicati in esperienze maggiormente «specialistiche» (termodinamica, cinetica, equilibri, redox, elettrochimica e Chimica organica).
Per ciascuna esperienza vengono elencati i materiali occorrenti, i reattivi (sono evidenziati i pittogrammi di pericolo, le relative indicazioni di pericolo e i consigli di prudenza) e gli eventuali pericoli che potrebbero essere presenti. Vengono poi presentati i principi teorici che stanno alla base dell’esperimento.
Dopo questa parte introduttiva si passa alla spiegazione dettagliata della metodica dell’esperienza.
In questa fase l’esperimento viene descritto in maniera sintetica e completa (anche grazie all’ausilio di fotografie ed illustrazioni). Nella sezione successiva vi sono le spiegazioni degli eventuali calcoli (presenti nelle esperienze di natura quantitativa) e le conclusioni.
Il volume infine si avvale di Espansioni on line che comprendono ulteriori approfondimenti ed esperienze di laboratorio.
Nuovo ChemiLab, infine, è un volume Digiworld tutto compreso! Con l’acquisto di questo libro lo studente ha già a disposizione tutto quello che occorre per studiare integrando libro e risorse digitali: volume cartaceo + e-book + estensioni online. In particolare per queste ultime, gli approfondimenti presenti sono segnalati da appositi box all’interno del testo. Il codice alfanumerico posto alla fine del volume consente, collegandosi al sito www.simonescuola.it, di scaricare gratuitamente la versione ebook integrale del testo e di accedere a tutti i materiali digitali integrativi.
PERCORSO INTRODUTTIVO I – Il laboratorio di Chimica
1 Introduzione
1.1 Sicurezza
1.2 I banconi
1.3 La cappa
1.4 Gli armadi
1.5 Stazione barometrica
2 Attrezzature
3 Vetreria
3.1 Becher
3.2 Beute
3.3 Imbuti
3.4 Crogioli
3.5 Vetreria smerigliata
4 Guida alla stesura di una relazione su un’esperienza di laboratorio
5 Introduzione alla sicurezza nel laboratorio di Chimica
6 Norme di comportamento operative
7 Segnaletica
8 Il REACH e il regolamento CLP
8.1 Generalità
8.2 I pittogrammi della CLP
8.3 Elenco frasi di rischio
8.4 Elenco del consiglio di prudenza (Frasi P)
9 Gestione dei rifiuti di laboratorio
9.1 Introduzione
9.2 Smaltimento dei rifiuti pericolosi
PERCORSO INTRODUTTIVO II – Metodi di campionamento
1 Introduzione alle metodiche di campionamento
2 Il campionamento
3 Il verbale del campionamento
4 Le procedure analitiche
5 Organizzazione ed elaborazione dei dati
6 Le misure
6.1 La notazione scientifica
6.2 Misure e cifre significative
6.3 L’approssimazione
6.4 Errore assoluto e errore percentuale
7 Elementi di statistica
7.1 Misure dirette
7.2 Misure indirette
PERCORSO 1 – Introduzione alla Chimica
Esperienza 1 (Dimostrativa): e avvenuta una reazione chimica
Esperienza 2 Misure di massa
Esperienza 3 Misure di massa a confronto
Esperienza 4 Misure di volume
Esperienza 5 Misure di volume a confronto
PERCORSO 2 – Materia ed energia
Esperienza 1 Determinazione della densità di liquidi 1 (misura con l’areometro)
Esperienza 2 Determinazione della densità di liquidi 2 (misura con la bilancia idrostatica)
Esperienza 3 Determinazione della densità di liquidi 3 (misura con il picnometro)
Esperienza 4 Curva di riscaldamento del tiosolfato sodico (Na2S2O3)
Esperienza 5 Tecniche di separazione 1 – separazione di una miscela di cloruro di sodio e sabbia mediante filtrazione
Esperienza 6 Tecniche di separazione 2 – filtrazione a pressione ridotta
Esperienza 7 Tecniche di separazione 3 – la centrifugazione
Esperienza 8 Tecniche di separazione 4 (esperienza dimostrativa) – distillazione di una soluzione di solfato rameico (CuSO4)
Esperienza 9 Tecniche di separazione 5 (esperienza dimostrativa) – misura del grado alcolico del vino
Esperienza 10 Tecniche di separazione 6 (esperienza dimostrativa) – estrazione dello iodio (I2)
Esperienza 11 Tecniche di separazione 7 (esperienza dimostrativa) – cromatografia su colonna d’inchiostri
Esperienza 12 Tecniche di separazione 8 (esperienza dimostrativa) – cromatografia su carta di inchiostri
Esperienza 13 Tecniche di separazione 9 (esperienza dimostrativa) – cromatografia su strato sottile d’inchiostri
Esperienza 14 Tecniche di separazione 10 – cristallizzazione del solfato rameico (CuSO4)
PERCORSO 3 – La struttura atomica
Esperienza 1 (Dimostrativa): tubi catodici con mulinello e croce di Malta
Esperienza 2 (Dimostrativa): tubi catodici, deviazione magnetica
Esperienza 3 (Dimostrativa): determinazione della costante di Planck
Esperienza 4 Il saggio delle perle al borace
Esperienza 5 Il saggio alla fiamma
Esperienza 6 (Dimostrativa): osservazione delle righe spettrali di emissione
PERCORSO 4 – I legami
Esperienza 1 (Dimostrativa): confronto della conducibilità di sostanze di diversa natura chimica (polarità)
Esperienza 2 (Dimostrativa): confronto della conducibilità di sostanze di diversa natura chimica (polarità)
Esperienza 3 (Dimostrativa): interazione delle sostanze di diversa natura chimica con i campi elettrici
Esperienza 4 (Dimostrativa): confronto della diversa solubilità di sostanze di diversa natura chimica
PERCORSO 5 – I composti inorganici I: ossidi e derivati
Esperienza 1 (Dimostrativa): reazione di un metallo con ossigeno e poi con acqua
Esperienza 2 (Dimostrativa): sviluppo di anidridi e successiva reazione con acqua
Esperienza 3 (Dimostrativa): reazione di formazione di un idrossido bivalente
Esperienza 4 (Dimostrativa): reazione di formazione di un idrossido trivalente
PERCORSO 6 – I composti inorganici II: ioni e sali
Esperienza 1 Reazioni di formazione di sali d’argento
Esperienza 2 Reazioni di formazione di sali bivalenti
Esperienza 3 Decolorazione della fenolftaleina mediante reazione di sviluppo di anidride carbonica
Esperienza 4 (Dimostrativa): formazione di composti del rame
Esperienza 5 Formazione di un sale doppio
PERCORSO 7 – La stechiometria
Esperienza 1 Dimostrazione della legge della conservazione della massa 1
Esperienza 2 Dimostrazione della legge della conservazione della massa 2
Esperienza 3 Dimostrazione della legge della conservazione della massa 3
Esperienza 4 (Dimostrativa): dosaggio dei solfati
PERCORSO 8 – Gli stati di aggregazione della materia
Esperienza 1 Lo stato solido – determinazione della densità di solidi
Esperienza 2 Lo stato solido – sublimazione dello iodio (I2)
Esperienza 3 Lo stato liquido – determinazione del grado alcolico di un vino col metodo rifrattometrico
Esperienza 4 Lo stato liquido – determinazione del grado alcolico di un vino col metodo densimetrico
Esperienza 5 Lo stato liquido – determinazione della percentuale zuccherina (°brix) di sciroppi e succhi di frutta col metodo rifrattometrico
Esperienza 6 Lo stato liquido – determinazione della viscosità di un liquido
Esperienza 7 Lo stato liquido – determinazione della tensione superficiale di un liquido
Esperienza 8 Lo stato liquido – osmosi di un uovo
Esperienza 9 Lo stato gassoso – dimostrazione della legge isoterma dei gas (Boyle)
Esperienza 10 Lo stato gassoso – dimostrazione della legge isobara dei gas (prima legge di Charles e Gay Lussac) e determinazione teorica dello zero assoluto
Esperienza 11 Lo stato gassoso – dimostrazione della legge isocora dei gas (seconda legge di Charles e Gay Lussac) e determinazione teorica dello zero assoluto
PERCORSO 9 – La sistematica chimica e la tavola periodica
Esperienza 1 Sviluppo di idrogeno con l’apparecchio di Kipp
Esperienza 2 Reazioni dei metalli alcalini con l’acqua
Esperienza 3 Reazione del magnesio col vapore
Esperienza 4 Comportamento chimico di ossidi di metalli
Esperienza 5 Sviluppo di gas con reazioni acide e basiche
Esperienza 6 La Chimica dei colori – realizzare il bianco di solfato di bario (BaSO4)
Esperienza 7 La Chimica dei colori – realizzare il rosso di Marte
Esperienza 8 La Chimica dei colori – realizzare il bruno di biossido di manganese (MnO2)
Esperienza 9 La Chimica dei colori – realizzare il verde di Brunswich
Esperienza 10 La Chimica dei colori – realizzare l’azzurro di idrossicarbonato rameico [Cu2(OH)2CO3]
Esperienza 11 La Chimica dei colori – realizzare il blu di Prussia
PERCORSO 10 – Termodinamica chimica
Esperienza 1 Determinazione dell’equivalente in acqua di un calorimetro
Esperienza 2 Determinazione del calore specifico di un solido
Esperienza 3 Determinazione del ÄH molare di solubilizzazione di una reazione esotermica (idrossido di sodio in acqua)
Esperienza 4 Determinazione del ÄH molare di solubilizzazione di una reazione endotermica (nitrato d’ammonio in acqua)
Esperienza 5 Verifica della legge di Hess
PERCORSO 11 – Cinetica chimica ed equilibri
Esperienza 1 Preparazione di soluzioni con unita di concentrazione fisiche
Esperienza 2 Preparazione di soluzioni con unita di concentrazione chimiche
Esperienza 3 Calcolo dei diversi tipi di concentrazione partendo dalla concentrazione massa su massa
Esperienza 4 Diluizione di soluzioni
Esperienza 5 Il dentifricio dell’elefante
Esperienza 6 Cinetica della riduzione del permanganato di potassio
PERCORSO 12 – Equilibri ionici in soluzione acquosa
AVVERTENZE INTRODUTTIVE
Esperienza 1 Preparazione di soluzioni circa 0,1 M di idrossido di sodio (NaOH)
Esperienza 2 Preparazione di una soluzione 0,1 M di acido cloridrico (HCl)
Esperienza 3 Scala cromatica del pH
Esperienza 4 Forza degli acidi
Esperienza 5 (Dimostrativa): misure di pH di acidi e basi deboli
Esperienza 6 Misura di pH di sali
Esperienza 7 (Dimostrativa): il pH delle soluzioni tampone
Introduzione: L’analisi volumetrica
Esperienza 8 Standardizzazione di una soluzione di idrossido di sodio (NaOH) circa 0,1 M
Esperienza 9 Standardizzazione di una soluzione di acido cloridrico (HCl) circa 0,1 M
Esperienza 10 Standardizzazione di una soluzione di acido cloridrico (HCl) circa 0,1 M con una soluzione standard di NaOH 0,1000 M
Esperienza 11 Standardizzazione di una soluzione di EDTA (acido etilendiamminotetracetico) sale disodico circa 0,1 M e successiva diluizione alla concentrazione 0,01 M
Esperienza 12 Durezza totale dell’acqua
Esperienza 13 Durezza permanente e temporanea dell’acqua
Esperienza 14 Determinazione del calcio e del magnesio nell’acqua
PERCORSO 13 – Redox
Esperienza 1 Reazione tra zinco (Zn) e solfato rameico (CuSO4)
Esperienza 2 Rapporti di combinazione in una redox
Esperienza 3 Dissoluzione di un euro cent
Esperienza 4 (Dimostrativa): determinazione del ferro (Fe) e del rame (Cu) in un euro cent
PERCORSO 14 – Elettrochimica
Esperienza 1 Costruzione di una pila Daniell
Esperienza 2 Pile Daniell in serie
Esperienza 3 Pile Daniell in parallelo
Esperienza 4 Pile al limone
Esperienza 5 (Dimostrativa): elettrolisi dell’acqua (in soluzione acida) e dimostrazione della legge di Faraday
Esperienza 6 Elettrolisi di una soluzione di solfato di sodio (Na2SO4)
Esperienza 7 Titolazione potenziometrica acido forte (HCl) base forte (NaOH)
Esperienza 8 Misure di conducibilità
Esperienza 9 Titolazione conduttimetrica acido forte (HCl) base forte (NaOH)
PERCORSO 15 – Chimica organica I
Esperienza 1 Ossidazione dell’etanolo
Esperienza 2 Acidità dell’aceto bianco commerciale
Esperienza 3 Sintesi degli esteri I
Esperienza 4 Sintesi degli esteri II
PERCORSO 16 – Chimica organica II
Esperienza 1 Idrolisi del saccarosio
Esperienza 2 La reazione di Tollens
Esperienza 3 La reazione di Fehling
Esperienza 4 La saponificazione
