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Editore Mannarino
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Copyright ©
Prima edizione Novembre 2013
aggiornamenti: 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Il Libro
edizione digitale "Laboratorio di chimica II volume dalla nomenclatura all'organica"ISBN: 978-88-96708-16-3
è
stata curata da: Franco Mannarino
-
Progetto grafico: Franco Mannarino
- Rilettura del testo: Franco Mannarino, Bruno Gribaudi, Mauro Corradi
- Illustrazioni ©
: Franco Mannarino
- Videoimpaginazione: Fabrizio Caruso
Hanno collaborato:
il prof. Bruno Gribaudi
docente di chimica per le esperienze sulla densità
dei gas, la legge di Graham, densità
e concentrazione di soluzioni, velocità
di reazione, acidità
del latte. Il prof. Carmelo Pescatore
docente di chimica per le esperienze sulla Pila Daniell, durezza dell’acqua, idrolisi, titolazione potenziometrica, trasformazioni chimiche. Gianpiero Albano
per la rielaborazione grafica.
Ringraziamenti: alla professoressa Alessandra Mombelli, alla professoressa Maria Teresa
Campagna
e al prof. Ezio Mammoliti per la revisione e l’integrazione di alcuni argomenti; agli alunni delle classi prime e seconde dell’Istituto superiore “C. Marzoli”, sezione ITIS di Palazzolo sull’Oglio Brescia, e dell’I.T.I.S “Cossali “
di Orzinuovi, Brescia per alcune riprese fotografiche Questo libro rappresenta una prima esperienza sia per l’editore che per l’autore, considerato che la realizzazione di un testo richiede particolare attenzione nei controlli ed è
molto difficile evitare completamente errori e imprecisioni, l’editore ringrazia sin da ora chi vorrà
segnalarli
Per la segnalazione o suggerimenti (nuove esperienze da inserire) scrivere a:
L ‘editore è
a disposizione degli aventi diritto con i quali non è
stato possibile comunicare per eventuali omissioni o inesattezze nella citazione della fonte dei brani o delle illustrazioni riprodotte nel presente volume
Sito Web http://www.editoremannarinonew.it [email protected]
I diritti di traduzione e riproduzione, totali o parziali anche ad uso interno o didattico con qualsiasi mezzo sono riservati per tutti i paesi è
vietata la riproduzione e la diffusione dei contenuti digitali.
Il file a risoluzione standard non è
stampabile e non si possono copiare parti dei contenuti può essere utilizzato solo a titolo personale fino alla data della scadenza.
Editore Mannarino FrancoContrada S. Chiara, 4 25122 Brescia http://www.editoremannarinonew.it
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Un laboratorio di chimicaricco di riferimenti teorici e di tanti accorgimenti
Dalla nomenclatura alle esperienze di chimica organicahttp://www.editoremannarinonew.it/laboratorio-di-chimica-editore-mannarino.html
EDITORE MANNARINO
LABORATORIODI
CHIMICAII VOLUME
DALLA NOMENCLATURA ALL'ORGANICA(stampa mista con espansione online)
Franco Mannarino
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PER L’INSEGNANTE
Il secondo volume di "Laboratorio di chimica" è
un libro adatto a tutti gli istituti di scuole supe-
riori dove è
prevista l’attività
di laboratorio di chimica.Gli argomenti sono trattati in modo approfondito di volta in volta vengono evidenziati anche i det-
tagli che consentono la completa comprensione dell'argomento trattato.
L'espansione online
consente al docente di far svolgere allo studente approfondimenti ed esercizi riferiti a specifiche pagine del libro.Per accedere alla parte digitale basta collegarsi al sito internet ed entrare nell'apposita pagina dedi-
cata al laboratorio di chimica.Questa espansione online, oltre a contenere esercizi e approfondimenti, ha una specifica sezione dedicata agli esperimenti da fare a casa; così
gli studenti più
appassionati avranno la possibilità
di accrescere il proprio interesse per la chimica.
Il libro digitale
si suddivide in capitoli e in questo secondo volume sono 11 capitoli. Gli argo-menti trattati vanno dalla nomenclatura alle esperienze di chimica organica. Al termine di alcuni capitoli vengono proposti esercizi per verificare l'apprendimento.
ESPERIENZE :
le esperienze di laboratorio di questo secondo volume iniziano trattando la parte che riguarda la nomenclatura
e le reazioni chimiche. La parte che riguarda la nomenclatura è
un capitolo nuovo, ricco di tante prove di laboratorio dove gli studenti hanno la possibilità
di verificare la formazione dei composti partendo dal metallo o dal non metallo per finire alla formazione del sale. Si prosegue con l'importante capitolo sulle soluzioni,
dove è
ampiamente trattata la parte sul calcolo delle concentrazioni e in particolare si fanno riferimenti importanti alla molalità. L'elabora-
zione è
trattata tenendo conto dell'analisi dimensionale e infine si trattano tutte le proprietà
colli-
gative con nuovi esperimenti verificati più
volte. Il supporto online relativo a questa parte sarà
in continuo aggiornamento in modo da proporre allo studente sempre nuovi quesiti.I tre capitoli successivi trattano la termodinamica, l'equilibrio chimico e la velocità
di reazione
migliorati nella grafica e in alcuni approfondimenti importanti nella verifica sperimentale della legge di Hess. Per il capitolo successivo, pH e indicatori,
sono state proposte esperienze nuove che possono catturare l'interesse dello studente. Il capitolo successivo, idrolisi e tamponi, è
stato ampliato con nuove esperienze e riferimenti teorici.Trattate le basi, inizia
un capitolo importante: le titolazioni
e i primi passi
per affrontare l'ana-
lisi volumetrica. In questo capitolo è
stata introdotta una novità
fondamentale: tutti i calcoli riguar-
danti
alle più
importanti determinazioni volumetriche sono risolti "secondo l'elaborazione tradi-
zionale".
Viste le esigenze degli atenei per i corsi di chimica, tutte le
elaborazioni sono risolte con la stechiometria di reazione e le moli, ed è
stata eliminata l'elaborazione con gli equivalenti.Il mio parere è
che gli studenti, abituandosi a risolvere i calcoli delle titolazioni considerando la stechiometria di reazione, abbiano la possibilità
di capire l'argomento in modo approfondito e inol-
tre eseguono continuamente un "allenamento" sul ragionamento logico in quanto essenziale nella risoluzione dei quesiti di stechiometria.Il IX cap. tratta le procedure di alcune analisi di prodotti alimentari: acqua, vino, latte e olioInfine si hanno degli approfondimenti sul Kps
e alcune esperienze di chimica organica: si segnala l'estrazione e la purificazione dell'acido citrico (verificata e
messa a punto con più
prove).Il testo può essere utilizzato per gli anni successivi anche per
la semplice consultazione.
Si consiglia, quindi, di mantenere il testo nelle liste dei libri degli anni successivi.
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Questo libro, ricco di esperimenti, ti aiuterà
nello studio dei concetti fondamentali del corso di chimica e nell'acquisizione della manualità
nei vari procedimenti di laboratorio. Potrai così
affrontare i primi passi nelle analisi chimiche.
Il laboratorio è
indispensabile per comprendere gli argomenti teorici di chimica
e per ac-
quisire la manualità
necessaria per affrontare le varie procedure sperimentali, non solo quelle di carattere puramente dimostrativo o qualitativo ma anche procedimenti analitici più
complessi che incontrerai negli anni successivi se sei iscritto
ad un indirizzo chimico. Si consiglia di affrontare le attività
di laboratorio con impegno, con la stretta osservanza delle regole dettate dall’insegnante e con la giusta curiosità
che bisogna avere per la parte pratica delle discipline scientifiche. Le esperienze di laboratorio proposte sono tante, tutte elaborate per punti, con tante immagini e con gli accorgimenti necessari per ottenere ri-
sultati sperimentali accurati.
Risulta importante
registrare sempre e con molta attenzione tutti i dati sperimentali nel quaderno di laboratorio soprattutto quando si eseguono analisi. Un importante supporto
è
dato dalla parte digitale online
(espansione online). In questa sezione si possono consultare approfondimenti e svolgere esercizi interattivi, esercizi non interattivi, esercizi guidati. Di particolare interesse risulta essere la parte dedicata agli e-
sperimenti da fare a casa. Questa parte sperimentale del laboratorio chimico può dare un buon contributo sia per la comprensione di argomenti teorici di chimica che nell'acquisizione di competenza speci-
fica nell'eseguire una analisi chimica.È
necessario eseguire le procedure pratiche in modo rigoroso, seguendo volta per volta le indicazioni del manuale e del proprio docente.
PER LO STUDENTE
III
Meravigliosi cristalli di un sale doppio ottenuti dopo tante prove
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ARGOMENTO Pag
CAPITOLO I LA NOMENCLATURA, I COMPOSTI E LE REAZIONI
I metalli: formazione degli ossidi basici-
La formazione dell'ossido rameico-
La formazione dell'ossido rameoso-
La formazione dell'ossido di magnesio
1
2
I non metalli formazione delle anidridi (ossidi ac)-
La formazione dell'anidride carbonica3
Alcuni ossidi basici e ossidi acidi 4Gli idrossidi: esperienza, formazione dell'idrossido ferrico, ferroso, rameico, rameoso di alluminio e di manganese
5
La preparazione dell'idrossido rameicoLa preparazione dell'idrossido ferrico (a cura dello studente)
67
Gli acidi, ossiacidi e idracidi 8I sali 9La preparazione del sal
nitro 10La preparazione del solfato di potassio (a cura dello studente)La ricerca degli anioni: cloruri, ioduri, bromuri, carbonati, solfati e acetati.Preparazione della soluzione degli anioniIdentificazione dei singoli anioni: Cloruri, ioduri, bromuri, nitrati, nitriti, ossalati, borati, solfuri, tartarati, solfati, acetati ammonio e fosfatiAnalisi incognita di cationi e anioni
11
12
CAPITOLO II LE SOLUZIONI
Soluzioni e concentrazioni definizione di: percentuale in massa, percentuale massa/volume, molarità, molalità, normalità, frazione molare, ppm, ppb, pphm
e ppt
13
Esempi di calcolo delle concentrazioni 14
Passaggi fra le concentrazioni 16Le diluizioniAlcuni esempi di calcolo delle diluizioni 17Preparazione di soluzioni a concentrazione: m/V, M, m/m, e diluizione
18
Determinazione del valore della densità
di soluzioni a concentrazione diversa
20
Solubilità
e temperatura 22Innalzamento ebullioscopico 23Abbassamento crioscopico 24La pressione osmotica 25Esercizi: verifica dell'apprendimento 26
CAPITOLO III LA TERMODINAMICA
Reazioni esotermiche ed endotermiche 27Verifica della legge di Hess 29
IV CAPITOLO L'EQUILIBRIO CHIMICO
Introduzione e la costante di equilibrioIl principio di Le Chatelier
3334
ARGOMENTO Pag
CAPITOLO V LA VELOCITA' DI
REAZIONE
La superficie di contatto 35Fattori che influenzano la velocità
di reazione: la concentrazione, la temperatura e l'utilizzo di un catalizzatore (permanganato ossalato)
36
Variazione della velocità
di reazione a diverse concentrazioni di tiosolfato più
acido cloridrico 39
CAPITOLO VI
pH E INDICATORI
La costante di equilibrio dell'acqua 40Il concetto di pH 41La misura del pHGli indicatori 42Calcolo di pH acido forte -
base forte e acido debole -
base debole43
Esercizi 44Scala cromatica di pH 45Indicatori da estratti vegetali 46
CAPITOLO VII IDROLISI E SOLUZIONI TAMPONE
Idrolisi acida e basica (acetato, ammonio) 47Idrolisi di sali comuni 49Preparazione di soluzioni tampone a pH 10 e a pH 4 50Alcune soluzioni tampone 52
CAPITOLO VIII ANALISI VOLUMETRICA: LE TITOLAZIONI
Introduzione 53Analisi e valutazione dell'errore 54
La titolazione 55Titolazione potenziometrica acido forte -base forte 57Curva e calcolo del pH 58Titolazione di NaOH
con HCl 60Standardizzazione di HCl
con carbonato sodico per pesata
62
Standardizzazione di NaOH
con ftalato acido di potassio per pesata
64
Analisi incognita 65Titolazione acido debole -
base forte. Determinazione del contenuto di acido acetico nell'aceto commercialeDeterminazione dell'acidità
dell'olioDeterminazione dell'acidità
del latteDeterminazione dell'acidità
del succo di limoneDeterminazione della durezza totale e permanente dell'acqua
66
68717375
Introduzione alla permanganometria 78Preparazione di KMnO4
circa 0,02 MStandardizzazione di KMnO4 con ossalato per pesataStandardizzazione di KMnO4
con soluzione di ossalato
80
INDICE
IV
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ARGOMENTO Pag
Determinazione del ferro in un minerale 80Determinazione della % di Fe contenuta nel sale di Mohr
81
Determinazione del titolo di un campione di acqua ossigenata
82
Complessometria 83Preparazione dell'EDTA 0,01 MDeterminazione dello zinco
Determinazione separata del contenuto di calcio e magnesio
84
Argentometria 85Preparazione di AgNO3
circa 0,1 MStandardizzazione di AgNO3
0,1 M
IX ANALISI DI
PRODOTTI ALIMENTARI
Acqua 86Determinazione del residuo fisso a 180°CVino pHAcidità
totaleAcidità
volatileAcidità
fissa
88
89Grado alcolico
Estratto seccoCeneriAlcalinità
delle ceneriLimite di gessaturaLimite di salatura
9192
93
Anidride solforosaAnidride solforosa totaleAnidride solforosa liberaSostanze colorantiColoranti sintetici rossi basiciColoranti nei vini bianchiAnnacquamento
94
95
96
Sostanze azotateZuccheri riducenti Latte
9799
Prelievo del campionePeso specificoSostanza grassaResiduo secco Scrematura e annacquamento combinatiSostanze azotate totaliConservantiSostanze antisetticheAcido borico e borato di sodioAcqua ossigenataSostanze opacizzantiLattosioIndice crioscopico
100
101103
104
105
106
ARGOMENTO Pag
OlioNumero di iodioGrado termosolforico
108110
Indice di Kreiss. Rancidità 111
CAPITOLO X REAZIONI DI
OSSIDO RIDUZIONE
Reazioni di ossido-riduzione metalli in soluzione 112Reazioni di ossido-riduzione: ferro con solfato rameico, ferro con acido cloridrico, permanganato ossalato e ioduro con acqua ossigenata più
acido solforicoZinco metallico e rame ionico con calcoli stechiometriciElettrochimicaLa pila DaniellLa pila al limoneLa pila all'acetoL'elettrolisi dello ioduro di potassioTitolazione conduttimetrica
ApprofondimentoIl prodotto di solubilità
114
116
118120
121122
123
CAPITOLO XI ESPERIENZE DI
CHIMICA ORGANICA
Introduzione 124Ricerca del carbonio e dell'idrogeno 125Sapone naturale con olio e potassa 126Sapone naturale aromatizzato a freddo 127Estrazione, purificazione e cristallizzazione dell'acido citrico contenuto nel limone
Tabelle
128
Preparazione dei principali reattivi nel labora-
torio di chimica132
Valori di KpsValori di Ka
e KbSostanze incompatibili
134136137
ESPANSIONE ONLINEEsercizi interattivi online e integrazioni
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Esperimenti da fare a casa-
Sicurezza-
Le soluzioni concentrazione e diluizione-
Termodinamica-
Velocità
di reazione-
Equilibrio chimico-
pH e indicatori-
Le titolazioni-
Idrolisi-
Soluzioni tampone-
Reazioni redox-
La pila Daniellhttp://http://www.editoremannarinonew.it
Guida sulla sicurezza nei laboratori chimici 40 pagine pdf da scaricare gratuitamente
INDICE
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L'ESPANSIONE ONLINE
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ESPANSIONE ONLINE
Esercizi interattivi e integrazioni
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Esperimenti da fare a casa
Esercizi da risolvere, esercizi guidati e ulteriori spiegazioni
Esercizi interattivi divisi per argomenti
L'espansione online è
di facile accesso: basta collegarsi al sito internet
www.editoremannarinonew.it
e poi entrare nella sezione del laboratorio di chimica.Affinché
gli studenti possano sempre eseguire nuove esercitazioni le pagine relative agli esercizi interattivi saranno costantemente aggiornati.
BIBLIOGRAFIATesti antichi:
-
Trattato di analisi chimica generale ed applicata di Luigi Gabba Dr. F.C. Milano 1880-1881 Urlico
Hoepli.-
Lezioni elementari di chimica generale ed agraria di Giuseppe Lotrionte
Tipografia del seminario Padova 1901.-
Lezioni di chimica farmaceutica organica Prof. G. Plancher
1926-27 G.U.F. di Bologna Gestione Dispense (manoscritto).-
Trattato di chimica analitica a cura di W.D.Treadwell.
V ed. italiana sulla 14a-16a ed. tedesca aggiarnata
dal Prof. Dr. Ing. Gino Bozza. Milano 1939 Casa Editrice Dottor Francesco Vallardi.
-
Eccipienti e veicoli nella tecnica farmaceutica di Giulio Bacco
Studio editoriale degli istituti universitari Roma 1954.
Testi recenti: -
Le basi della chimica di C. Rubino, I. Venzaghi
e R. Cozzi. Zanichelli. -
Chimica analitica quantitativa E. Stocchi Atlas.-
Introduzione alla chimica analitica di D.A.
Skoog
e D.M. West Piccin
editore.-
Analisi e sintesi in chimica organica generale e biologica di Antonio De Giorgio e E. Stocchi Morano
Editore.-
Chimica generale di P. Corradini
casa editrice ambrosiana Milano.
Libr
o di
gita
le L
abor
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Vol
dal
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clat
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LA NOMENCLATURA, I COMPOSTI E LE REAZIONIIn questa parte del manuale cercheremo di imparare il nome dei composti utilizzando delle reazioni chimiche. Vi sono diverse nomenclature: quella tradizionale1, la più
usata per i composti inorganici, trae origine dalla distinzione degli elementi in metalli e in non metalli e risulta molto importante conoscere il numero di ossidazione dell’elemento; quella IU-
PAC (International Union
of
Pure and Applied
Chemistry
Unione Internazionale di Chimica Pura ed Applicata), utilizzata soprattutto per i composti organici ma anche per i composti inorganici. È
quella più
razionale e mette in evidenza il numero di atomi; quella Stock2. Usata dal 1940 al 1971, mette in evidenza le valenze degli elementi senza eviden-
ziarne il numero di atomi.
Per acquisire bene i nomi dei composti bisogna studiare in modo approfondito la tavola periodica, conoscere gli stati di ossidazione dei metalli
e dei non metalli ed
esercitarsi sulla configurazione elettronica degli elementi evidenziando gli elettroni di valenza.
Quando un metallo reagisce con l’ossigeno forma, un composto binario chiamato ossido. Utilizzando il rame come esempio possiamo anche mettere in evidenza le regole della no-
menclatura tradizionale.
LA FORMAZIONE DELL’OSSIDO RAMEICO CuO
Materiale e strumenti:
una capsula di porcellana, una pinza a becco, una bacchettina, un treppiede con triangolino refrattario. Sostanze e reattivi:
rame in polvere. Valutazione dei rischi:
particolare attenzione si riserva all’utilizzo del Bunsen e al rispetto delle norme dettate dall’insegnante. Al fine di evitare possibili ustioni per contatto con og-
getti caldi utilizzare apposite pinze. Evitare l’inalazione e la dispersione delle polveri di ra-
me e ossido di rame: le sostanze sono nocive.Procedimento operativo:
prelevare un po' di rame in polvere, depositarlo in una capsula piccola e utilizzando un treppiede con un triangolino refrattario riscaldarlo sul Bunsen per 10-15 min. La fiamma deve essere regolata con la funzione ossidante, bisogna mescolare con una bacchettina e la capsula va tenuta ferma con una pinza.
I METALLI FORMAZIONE DEGLI OSSIDI (BASICI)
Cu + ½
O2 CuOrame ossigeno ossido di rame
Osservazioni e conclusioni:
ricordando i numeri di ossidazione del rame (+1 e +2), notiamo che in questo composto (CuO) il rame ha numero di ossidazione +2. Secondo la nomencla-
tura tradizionale il nome del composto risulta essere ossido rameico
; la desinenza ico
si utilizza per il numero di ossidazione più
alto. Nomenclatura Iupac: monossido di rame. No-
menclatura Stock: ossido di rame II.Recupero delle sostanze:
l’ossido di rame è
un ottimo reattivo e serve per molte esperienze di laboratorio, si raccoglie e si conserva come reattivo in dotazione per il laboratorio.
Cap. I La nomenclatura, i composti e le reazioni
Gli ossidi -
Pag
1
I cap. La nomenclatura i com
posti e le reazioni
Cu CuO
1-Antoine Lavoisier, intorno al 1787, diede per primo una sistemazione alla nomenclatura chimica rendendola simile alla moderna. 2-Alfred Stock
(Danzica, 16 luglio 1876 –
Aken, 12 agosto 1946) è
stato un chimico tedesco.