ITIS - LST Ettore Molinari Milano

1. ITIS - LST Ettore MolinariMilano Progetto Scuola 21 “Educazione sostenibile nella scuola del XXI secolo” Febbraio 2010 Febbraio 2010

2. Sistema vivente e stato stazionario • Il vivente è un sistema aperto che conservandosi attraverso una continua immissione ed emissione di materiale viene a trovarsi in uno STATO STAZIONARIO • Il vivente si conserva attraverso un costante perturbamento e ristabilimento • Questo stato può essere definito come “stato stazionario di squilibrio” e richiede un costante apporto di energia Febbraio 2010

3. Costruzione del glossario I • Per comprendere alcuni aspetti del mondo occorre avere curiosità e voglia di conoscere le caratteristiche delle diverse realtà in cui viviamo • Per imparare a conoscere occorre scegliere un oggetto e provare ad interagire con esso spesso provocandolo • Dai risultati della provocazione si ricavano molte interessanti informazioni • Se l’oggetto è un sistema chimico si può scambiare materia ed energia osservandone il tipo di reazione Febbraio 2010

4. Studio di un sistema chimico in equilibrio ( I ) Se si miscelano in soluzione nitrato ferrico (Fe(NO3) e tiocianato di potassio (KSCN) si instaura un equilibrio chimico secondo la reazione: E il sistema assume subito una colorazione rosso intenso, costante nel tempo. Che cosa succede se l’equilibrio viene perturbato? Fe 3+ + SCN -⇔ Fe(SCN)2+ (giallo pallido) (rosso intenso) Febbraio 2010

5. ⇒ ⇒ ⇐ = Studio di un sistema chimico in equilibrioquando viene perturbato ( II ) In questo esperimento si studia che cosa succede aggiungendo diversi reattivi e osservando il cambiamento di colore Il sistema cambia colore in funzione della quantità di ione complesso Fe(SCN) 2+ (rosso) Fe 3+ + SCN-⇔ Fe(SCN)2+ (giallo pallido) (rosso intenso) Fe3+ NaOH SCN- Febbraio 2010

6. Il principio di Le Chatelier (1850-1936) “quando si fa variare un parametro attivo su un sistema in equilibrio questo evolve nel verso in cui tende a opporsi alla variazione del parametro e ad annullarla parzialmente.” [Cu(H2O)]2+ + 4 Br- + Q ⇔ [CuBr4]2- + 4H2O azzurro verde Febbraio 2010

7. Studio di un sistema chimico in equilibrioquando viene variata la temperatura( III ) dopo il riscaldamento dopo il raffreddamento Febbraio 2010

8. Studio di un sistema chimico in equilibrioquando viene variato il pH ( IV ) • In questo esperimento si studiano le proprietà dell’equilibrio di un acido e di una base debole: il sistema acido acetico/ acetato e il sistema ammoniaca/ ammonio • Si va ad osservare il cambiamento nella “posizione” dell’equilibrio dei due sistemi chimici attraverso l’uso dei precedenti indicatori e la loro variazione di colore (“viraggio”) Riferimento CH3COO- CH3COOH NaOH Riferimento NH4+ NH3 H+ Febbraio 2010

9. I sistemi biologici e il pH Tutti i sistemi biologici dipendono dal pH: • una piccola variazione di pH può produrre notevoli modificazioni sui processi biochimici • Le cellule e gli organismi mantengono il pH a uno specifico valore costante, mediante sistemi di regolazione Febbraio 2010

10. Costruzione del glossario II • Per capire i principi su cui si basa un semplice metodo per misurare il pH, l’uso di cartine imbevute di coloranti, sintetici o naturali, occorre capire come funzionano tali sostanze, denominate Indicatori Acido-Base • Gli indicatori acido-base sono sostanze organiche che hanno la caratteristica di assumere colori diversi a seconda del pH. • Tale proprietà è dovuta al fatto che essi si comportano da acidi o basi deboli. HInd + H2O ⇔ H3O+ +Ind – colore A colore B Febbraio 2010

11. Perché gli indicatori acido base sono colorati? Lo spettro di assorbimento di un tipico indicatore acido-base, il blu di bromo timolo, conferma che la specie molecolare, HInd, è gialla in quanto manifesta il massimo assorbimento intorno alla λ =450 nm (assorbimento della radiazione blu), invece la forma ionica Ind- assorbe a una λ = 600 nm (assorbimento della radiazione gialla) ed è pertanto blu! Febbraio 2010

12. Come cambia il colore con il pH? In ambiente acido HInd  H+ +Ind - gialla In ambiente basico HInd  H+ + Ind- blu In ambiente acido la forma dominante è HInd, gialla, mentre a pH basico sarà prevalente la forma ionica Ind- , blu.Il passaggio da un colore all'altro, quando HInd = Ind- viene detto viraggio e può essere osservato dall'occhio umano in un certo intervallo di pH (intervallo di viraggio). Per il blu di bromotimolo si colloca intorno a pH 7. A pH 7 HInd = Ind- verde Febbraio 2010

13. Se il pH varia gradualmente si osserveranno i diversi colori: dal giallo, al blu, passando dal verde pH 4,8 5,2 5,8 6,3 6,7 7,0 7,3 7, 8 8,2 8,7 8,8 . …11 La scala cromatica del pH Blu bromotimolo Febbraio 2010

14. Come evidenziare le caratteristiche acido/ base di una soluzione? • Nell’ esperimento abbiamo studiato le proprietà di tre indicatori acido/base : fenolftaleina (HPhe), metilarancio (HMo) e Blu di bromo timolo (HBb), per capire quale colore assumono i tre indicatori in ambiente acido, neutro e basico. • Per esempio la forma protonata (HInd) del Metilarancio è rossa, la forma deprotonata (Ind-) è gialla, al punto di viraggio il colore è intermedio (rosa cipolla) Febbraio 2010

15. Risultati dell’ esperimento Il punto di viraggio (pH in cui si trovano entrambe le specie HIn/Ind-) si può dedurre dai seguenti fatti • La forma incolore della Fenolfaleina (forma acida: HPhe) è presente a pH acido e neutro •  il viraggio avviene a pH basico • La forma gialla del Metilarancio (forma basica: Mo-) è presente a pH basico e neutro •  il viraggio avviene a pH acido • La forma gialla del Blu bromotimolo (forma acida: HBb) è presente a pH acido e la forma blu del Blu bromotimolo (forma basica:Bb-) è presente a pH basico •  il viraggio avviene a pH neutro Febbraio 2010

16. Pronti a misurare il pH !! Cartine per il pH La determinazione sperimentale del pH di una soluzione acquosa presenta una grande importanza perché permette di conoscere la esatta concentrazione di acidi o di basi presenti. Si effettua principalmente: • attraverso l’ osservazione del colore assunto nella soluzione da un indicatore colorato, la cui zona di viraggio comprende il pH che si vuole misurare • attraverso il metodo potenziometrico, che richiede apparecchiature più complesse, i pH-metri, che permettono di misurare con precisione e accuratezza il pH di tutte le soluzioni, anche quelle colorate pH-metro Febbraio 2010

17. Nevicata a Milano • Nevica anche a Milano! • Quale sarà il pH della neve di Milano? Febbraio 2010

18. Prelievi in cortile Prelievo di neve "fresca” Prelievo di “un liquido” dalla grondaia Febbraio 2010

19. E adesso la neve? Raccogliamo la neve in un becher e verifichiamo che durante il passaggio di stato H2O (s)↔ H2O (l) La temperatura rimanga costante come ci ha detto la Prof ……-0,2°C !!!! Febbraio 2010

20. Iniziamo le analisi I passaggi di stato di una sostanza pura avvengono a temperatura costante: quando mettiamo la neve sulla piastra elettrica per favorire la fusione, la temperatura non cambia. Del resto anche il senso comune ci fa avere questa sensazione: • solo allo zero termico può nevicare, né al di sopra, né al di sotto! • quando nevica “non si sente il freddo”” Febbraio 2010

21. Procediamo con le analisi del pH Misure di pH con il pHmetro Il pHmetro è uno strumento per misurare con accuratezza e precisione il pH di una soluzione. • Occorre seguire una procedura standardizzata per avere dati riproducibili • Si comincia con la taratura dello strumento, utilizzando soluzioni a pH noto • Il pHmetro è pronto e procediamo con le misure Febbraio 2010

22. Contaminazione da idrocarburi e avvelenamento delle acque del fiume Lambro ''Un disastro ambientale senza precedenti per l'ecosistema del fiume Lambro che ne pagherà a lungo le conseguenze'' 23 febbraio 2010Lambro: un fiume di gasolio! Febbraio 2010

23. … continua! Febbraio 2010