Osservazione delle reazioni endotermiche ed esotermiche

Obbiettivo:
Riprodurre delle reazioni esotermiche ed endotermiche.

Materiale:

• Termometro
• Agitatore
• Vaschetta
• Paletta
• Pipette
• Bilancia di precisione
• Becker
• Cappa d'aspirazione
• Cilindro graduato
• Acqua distillata
• Cloruro di ammonio
• Acido solforico concentrato
• Acido cloridrico 5M
• Bicarbonato di calcio

Procedimento:

Il procedimento si svolgerà in tre reazioni:

1. Mettere in un becker 100 ml di acqua distillata; misurare la sua temperatura iniziale con il termometro; prendere 3 ml di acido solforico e aggiungerlo ai 100 ml di acqua; misurare la temperatura finale del composto.
2. In un altro becker mettere 100 ml di acqua distillata e rimisurare la sua temperatura iniziale; pesare 100 g di cloruro di ammonio e aggiungerlo; misurare la temperatura finale;
3. Mettere in un altro becker acido cloridrico e acqua distillata; mettere in un becker più capiente acqua distillata; mescolare il contenuto del becker più piccolo in quello più capiente; misurare temperatura finale.

Conclusione:

Elencare le temperature dei vari composti e fare la differenza di temperatura: Temp. finale - Temp. iniziale. Farlo per tutti e tre i composti. Troverete che il primo composto avrà una differenza di temperatura maggiore di 0°C e quindi è una reazione esotermica; il secondo sarà minore di 0°C e quindi una reazione endotermica; il terzo sarà pari a 0°C, quindi formerà una lieve effervescenza.

Formazione cristallina: Amalgama

Obbiettivi:
Formare cristalli di una lega chiamata Amalgama.

Attenzione: I composti di argento e mercurio sono tossici; i gas emanati dal mercurio sono anch'essi tossici. Il mercurio, entrando in contatto con oggetti d'oro o d'argento forma amalgami, così da danneggiare anelli, gioielli ecc... che vengano in contatto con esso.

Materiali:

Recipiente di vetro

Soluzione di nitrato d'argento allo 0,5% in acqua distillata o deionizzata

Mercurio 

Procedimento:

Mettere 50/60 cm³ di nitrato di argento e una goccia di mercurio; lasciare il tutto a riposo per un paio d'ore.

Conclusione:

 Cominceranno a formarsi dei cristalli aghiformi, nel giro di pochi giorni si formeranno veri e propri cristalli dalla lunghezza di 4/5 mm. Ed ecco che così si è formata una lega detta Amalgama, che crea dei cristalli aghiformi.

^{Lega Amalgama (fig. sopra)}         

Procedimento fotografico: Cianografia

Obbiettivi:
Riprodurre un procedimento fotografico detto Cianografia.

Materiali:

• Acqua deionizzata 
• Citrato di ferro ammoniacale verde (reperibile in negozi di materiali fotografici)
• Ferrocianuro di potassio (reperibile dallo stesso negozio di sopra)
• Bacinella
• Carta
• Lampada di Wood o lampada alogena

Procedimento:

Preparare due soluzioni, una di 20 g di citrato di ferro in 100 cc di acqua deionizzata e l'altra di 16 g di ferrocianuro di potassio in 100 cc d'acqua deionizzata. 

Attenzione: Ora procedere in un ambiente scarsamente illuminato. 

Mescolare le due soluzioni nella bacinella, poi immergere due pezzi di carta, farli ben impregnare con la miscela. Preparate un disegno su un supporto trasparente, ad esempio acetato, tenendo presente che la stampa verrà in negativo. Prendete uno dei pezzi di carta sensibilizzata, che avrà un colore giallino, sovrapponetevi il disegno e mettete il tutto sotto la lampada di Wood per 10 minuti. Ricordare che la lampada alogena richiederà più tempo di quella di Wood. 

Conclusione:

Dopo il tempo richiesto, la stampa sarà completa. Ora, lavare la vostra cianografia con abbondante acqua corrente per eliminare il reagente che non è stato colpito dalla luce. Fare asciugare. 

Osservazioni:

 I raggi ultravioletti o, più lentamente, la luce visibile, determinano la reazione tra il citrato ferrico ammoniacale e il ferrocianuro di potassio con la formazione di ferrocianuro ferrico, un materiale insolubile che quindi rimane nella carta dando colore blu alle parti colpite dalla luce.

"Dare fuoco" al ferro!

Materiale:

• Recipiente di vetro doppio, da 200-300 ml
• Acqua ossigenata di 10-12 vol (quella per disinfettare ferite)
• Biossido di manganese o permanganato di potassio ( vendibile in farmacia)
• 15-20 cm circa di filo di rame o ferro
• Paglietta di ferro (del tipo di quelle per sgrassare le pentole)

Procedimento:

Mettere una piccola dose di biossido di manganese o di permanganato di potassio sul fondo del recipiente di vetro, versare un po' di acqua ossigenata. Così facendo, si formerà ossigeno puro, che per il suo peso, resterà sul fondo del recipiente. Dopo pochi minuti il recipiente conterrà prevalentemente ossigeno puro.

Prendere il filo di rame o di ferro e legare ad un'estremità la paglietta di ferro; scaldare quest'ultima con un accendino. Infine, introdurla nel vaso facendo attenzione a non immergerla nel liquido sul fondo.

Conclusione:

La paglietta diventerà incandescente, brucerà emanando scintille luminose e si fonderà completamente come effetto del calore generato dalla reazione con l'ossigeno.

Un cavolo, un esperimento.

Prerequisiti:

I coloranti indicatori sono delle sostanze che cambiano colore a seconda della concentrazione di ioni idrogeno nel mezzo in cui sono disciolti. Sono conosciute più di cinquanta sostanze dotate di questa proprietà.

Obbiettivi:
Ricavare coloranti con un semplice ortaggio.

Materiali:

• Cavolo viola
• Alcool 95°
• Acqua
• Provette

Svolgimento:
Strappare una foglia di cavolo, metterla in un mortaio con qualche cc di alcool. Pestare con il pestello i pezzi di foglia, aggiungere un po' d'acqua e si continua. Una volta aver assunto una costituzione liquida, versare il contenuto in una provetta e rifare la procedura con altre foglie. Ottenere un 25-30 cc di liquido violetto.

Conclusione:
Si otterranno svariati coloranti se aggiungiamo una base o un acido.

Statistiche:

1. Prima provetta: soluzione violetta (nessuna base né acido)
2. Seconda provetta: soluzione blu (base: bicarbonato di sodio)
3. Terza provetta: soluzione rossa (acido: aceto)
4. Quarta provetta: soluzione rosa (acido: succo di limone)

Fuoco chimico

Attenzione: l'esperimento che starete per eseguire è molto pericoloso. Usare piccoli dosaggi, evitando il contatto con il corpo!

Obbiettivo:
Accendere il fuoco con l'utilizzo di soli elementi chimici.

Materiali:

<--Permanganato di potassio

• Recipiente di vetro (doppio e spesso)
• Spatolino
• Permanganato di potassio
• Acido solforico concentrato
• Bacchetta di vetro
• Foglio di carta

Svolgimento:
Mettere nel recipiente di vetro 3 spatolini di permanganato di potassio, aggiungere alcune gocce di acido solforico. Mescolare con la bacchetta di vetro; mettere a contatto un foglio di carta con la soluzione.

Conclusione:
Il foglio brucerà rapidamente. Il permanganato reagendo con l'acido solforico ha dato origine ad anidride permanganica, un ossidante in grado di far bruciare le sostanze combustibili che vengono a contatto con esso.

Osservazione dei comportamenti del Cloro

Attenzione: il cloro (puro) è altamente tossico, irritante per occhi e vie respiratorie. Quindi condurre l'esperimento in un luogo areato, evitando di aspirare il gas formatosi in maniera diretta. Usare con cautela, l'acido cloridrico e il permanganato di potassio, poiché l'uno è corrosivo e l'altro è velenoso.

Prerequisiti:
Il Cloro è un gas del gruppo VII (alogeno), è più pesante dell'aria e possiede un colore verde. Non è presente libero in natura.

Obbiettivo:
Osservazione dei comportamenti del Cloro.

Materiali:

• Beuta 
• Acido cloridrico (o muriatico)
• Permanganato di potassio 
• Filo di rame 
• Filo di ferro

Procedimento:
Versare nella beuta una piccola quantità di permanganato, aggiungere 20 cc di acido cloridrico; la miscela produrrà un gas che tende dal viola al nero. Scaldare su una fiamma l'estremità del filo di rame nudo, inserirlo nella beuta SENZA immergerlo nel liquido, fare lo stesso procedimento con il filo di ferro.

Conclusioni:

Filo di Rame
 Il filo diventerà rapidamente incandescente e si consumerà per la formazione di cloruro di rame dalla reazione diretta tra metallo e cloro.

Filo di Ferro
Il filo di ferro brucerà, producendo un fumo arancione costituito da cloruro ferrico.

Cambiamento del colore alla variazione del numero di ossidazione

Attenzione: la soluzione di idrossido di sodio è caustica, evitare contatto con pelle (soprattutto occhi); il permanganato di potassio è tossico, non ingerire, inoltre macchia tessuti e pelle con una macchia difficile da levare.

Obbiettivo:
Notare la variazione del colore dei composti del manganese al cambiamento del numero di ossidazione.

Materiali:

• Saccarosio
• Idrossido di sodio (soda caustica NaOH)
• Permanganato di potassio (sale dal colore viola)
• Acqua
• Becher (da 250 ml)
• Spatolino

Procedimento:
Nel becher mettiamo due cucchiaini di idrossido di sodio e uno di saccarosio, aggiungiamo 200 ml di acqua e si agita fino allo scioglimento. In un altro contenitore mettiamo una punta di spatolino di permanganato in 50 ml d'acqua, ottenendo una soluzione dal colore viola. Versiamo la soluzione di permanganato nel becher, il liquido diventerà prima di un colore blu scuro, poi verde e, infine, giallo.

Conclusione:
Nel permanganato il manganese si trova allo stato di ossidazione 7+, a questo numero di ossidazione si trova il colore viola; il permanganato in ambiente alcalino ossida il saccarosio e si riduce allo stato di ossidazione 6+ (colore verde), questo poi si riduce ulteriormente sino al numero 2+ (colore giallo). Il colore blu iniziale della reazione non corrisponde ad un numero di ossidazione del manganese, ma è l'effetto della mescolanza dei colori violetto e verde.

Osservazione della "Vitamina C"

Prerequisiti:
La Vitamina C, o acido ascorbico, è un fattore fondamentale per l'alimentazione umana. Una carenza prolungata può portare a una malattia mortale: lo scorbuto. La sua importanza è dovuta al fatto che sia un intermedio del ciclo degli acidi tricarbossilici, processo per trarre energia dal glucosio, in più è un ottimo antiossidante e protegge dalle infezioni.

Obbiettivi:
Osservare la Vitamina C nei liquidi, come nel succo di limone, o bevande gasate ecc...

Materiali:

• Amido (anche quello dei supermercati, o che viene usato per stirare)
• Tintura di iodio
• Acqua
• Provette

Procedimento:
Sciogliere in 100 cc di acqua calda 200/250 mg di amido; in 10 cc di acqua versare 3 gocce di tintura di iodio. In due provette versare 5 cc di soluzione di amido e una goccia di soluzione di tintura di iodio; dovrà assumere una colorazione tendente al violetto. Versare, infine, il liquido preso in esame, ad esempio il succo di arancia.

Conclusione:
Se nel liquido preso in esame è presente Vitamina C, la soluzione tornerà incolore.

Materiale di Studio: Amminoacidi e Proteine

Una proteina è formata da circa 80/100 amminoacidi. Essi tra loro si legano tramite legami di condensazione, partendo da un legame peptidico, fino ad un polipeptide. Ogni amminoacido possiede un gruppo laterale R; in base alle proprietà chimiche di questo gruppo, l'amminoacido viene classificato acido, basico, polare e apolare.
Struttura:

H₂N-CH-COOH + H₂N-CH-COOH --> H₂N-CH-CO-NH-CH-COOH + H₂O
    |             |               |        |
    R             R'              R        R'


Nelle proteine di tutti gli organismi viventi essi sono all'incirca 20, di cui 8 devono essere assunti tramite alimentazione, poiché il corpo non è in grado di sintetizzarli. Essi sono: leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina e istidina.

La proteina, essendo un insieme di catene polipeptidiche, presenta 4 diverse strutture:
                
                  Foglietto Beta:                                                                                                                                      Alfa elica:

1. Struttura primaria: formata da specifiche catene polipeptidiche, essa influenzerà l'organizzazione e il ripiegamento delle altre strutture.
2.   Struttura secondaria: consiste nella conformazione spaziale delle catene, che può essere in due modi: Alfa elica o Foglietto beta. La prima struttura presenta legami idrogeno tra un legame peptidico e il quarto successivo, cioè nel gruppo C=O dell'uno e il gruppo N-H dell'altro, il legame è tra O e H. Questi legami ripetuti per tutto il segmento della proteina comporta un ripiegamento e riavvolgimento come un'elica ad andamento a destrogiro. L'alfa elica è presente nelle alfa cheratine. La struttura a Foglietto (o Lamina) Beta presenta due catene che si affiancano, che possono essere parallele o antiparallele. Queste due, o più, catene sono tenute assieme da legami idrogeno, con disposizioni delle catene R esterne.
3. Struttura terziaria: determina la forma adatta alla funzione della proteina. La sua forma dipende dalle catene laterali R, poiché se esse sono idrofobe, in presenza di acqua, si richiudono verso l'interno, venendo in contatto con altre catene idrofobe R. Quando esse sono apolari, si vengono a creare legami covalenti nel gruppo SH, legami idrogeno, forze di London. Ciò conferisce alla proteina una struttura a gomitolo, detta globulare.
4. Struttura quaternaria: è la struttura formata da più catene polipeptidiche, tenute tra loro grazie a legami non covalenti; ad esempio l'emoglobina che è formata da 4 subunità (catene) uguali a 2 a 2.

Chimica utile nel quotidiano.

Obbiettivi:
Pulire l'argento con un trasferimento di elettroni.

Prerequisiti:
L'alluminio cede molto facilmente elettroni ad altri metalli. Ciò si può sfruttare per pulire l'argento ossidato, la cui patina è formata da ossidi e solfuri, dove è presente lo ione Ag+.

Materiali:

• Oggetto di argento ossidato
• Fogli d'alluminio (carta argentata)
• Vaschetta
• Acqua calda
• Sale da cucina

Procedimento:

Prendi un oggetto di argento ossidato, avvolgilo in un foglio di alluminio, immergilo in una vaschetta con acqua calda e sale da cucina. Lasciare l'oggetto nella vasca per circa 30 min. Prendere l'oggetto e levare il foglio di alluminio, l'oggetto è pulito (a volte si può sentire odore di uova marce).

Conclusione:

Gli atomi di alluminio sono diventati cationi Al 3+, mentre i cationi Ag+ sono diventati atomi neutri Ag. L'odore di uova marce è dovuto alla formazione di solfuro di idrogeno, derivato dai solfuri della patina ossidata.

Dentifricio dell'elefante

Obbiettivi:
Accelerare una reazione chimica con dei catalizzatori diversi.

Materiali:

• Bottiglia di plastica
• Bacinella
• Acqua ossigenata
• Detersivo (si può anche non utilizzare)
• Lievito di birra (oppure diossido di manganese)
• Acqua

Procedimento:
Metti la bottiglia nella bacinella, al suo interno versa 125 cm cubi di acqua ossigenata a 20 volumi. Aggiungine un quantitativo simile di detersivo, servirà solo da colorante. Agita il composto. Ora si può procedere in due modi:

1. Sciogli un panetto di lievito di birra con qualche cucchiaino di acqua. Versa la miscela nella bottiglia e osserva ciò che accade;
2. Come si fa nei laboratori, in un becher mettere acqua ossigenata e una punta di spatola di diossido di manganese.

L'esito sarà uguale per i due modi.

Conclusioni:

Lievito di birra e diossido di manganese sono due catalizzatori diversi che accelerano la stessa reazione chimica. Inoltre se avviciniamo la punta di un fiammifero spento con la punta ancora incandescente si riaccenderà perché il gas nella schiuma è ossigeno.

Fatto in Casa: creare una muffa

Le muffe sono funghi che vivono su superfici acquose e umide, in più sono ricche di nutrimento. Delle muffe visibili nella vita quotidiana sono quelle dei formaggi, specie del gorgonzola. Ma, proprio grazie a una muffa (Penicillium notatum), Alexander Fleming scoprì il primo antibiotico.

Come riprodurre una muffa in un sacchetto?

Materiali:

• Fetta di pane
• Sacchetto di plastica
• Elastico 

Procedimento:
Bagna la fetta di pane con un po' d'acqua, mettila nel sacchetto e chiudi bene l'apertura con l'elastico.
Dopo qualche giorno potrai osservare la formazione della muffa.

Conclusioni:

Quella è la muffa del pane (Rhizopus stolonifer).  Osserva con la lente di ingrandimento, o meglio con un microscopio, noterai che essa è composta da un micelio di cellule sottilissime e da corpi fruttiferi.

Vedere i batteri anche in casa

Obbiettivi:
Rendere visibili a occhio nudo i batteri.

Prerequisiti:
Nell'atmosfera, nell'ambiente in cui viviamo, siamo immersi in un mondo microscopico: quello dei batteri.
Essi entrano facilmente in contatto con la nostra pelle, infatti, non dobbiamo mai portare le mani non lavate sugli occhi, bocca o ferite, così da facilitare la loro circolazione nell'organismo.

Materiali e strumenti:

• Foglietti di gelatina (reperibile nei supermercati)
• Un becher largo o un bicchiere largo
• Una pellicola alimentare (un foglio trasparente per mantenere i cibi freschi)
• Un pennarello per vetro

Procedimento:
Prepara la gelatina seguendo le istruzioni sulla scatola; poi versala nel bicchiere o becher. Dopo che si è solidificata, premi con i polpastrelli delle dita sulla gelatina; con il pennarello evidenzia sul fondo del recipiente dove hai toccato la gelatina. Infine, ricopri il tutto con la pellicola.

Conclusione:

Dopo qualche giorno, noterai la formazione di vere e proprie macchioline nei punti di contatto evidenziati dal pennarello. Quelle sono colonie batteriche. L'ambiente umido e ricco di nutrienti della gelatina ha fatto in modo che i batteri proliferassero più velocemente. E' possibile trasportare un campione della colonia su un vetrino e osservarlo a microscopio.

Cercare il carbonio

Si può eseguire in presenza di un adulto.

Obbiettivi:
Trovare il carbonio in un batuffolo di cotone.

Materiali:

• Batuffolo di cotone
• Fornello
• Recipiente di vetro pirex

Procedimento:
Porre un batuffolo di cotone in un recipiente e posarlo su un fornello acceso. Dopo alcuni minuti, il batuffolo diventerà completamente nero.

Conclusioni:
Il cotone è costituito da cellulosa, che è costituita da atomi di carbonio. Il suo riscaldamento provoca la trasformazione di cellulosa in carbonio e acqua. L'acqua evapora e il carbonio rimane solidificato.

Saggi alla fiamma

Da fare in laboratorio con gente competente in materia. Non fare in casa.

Obbiettivo:

Riconoscere elementi chimici dal colore emesso alla fiamma.

Prerequisiti:

Alcuni elementi contenenti sali e metalli alcalini e alcalini terrosi ( IA e IIA gruppi della tavola periodica), quando sono riscaldati dalla fiamma emettono un colore relativo al metallo contenuto. La fiamma vaporizza l'elemento e contemporaneamente eccita gli atomi delle sostanze. Gli elettroni eccitati, compieranno un salto quantico dallo stato fondamentale a un altro orbitale, e, una volta che vorranno tornare nello stato fondamentale, sprigioneranno l'energia acquisita sotto forma di radiazione elettro-magnetica.

Materiali e strumenti:

• HCl concentrato
• Campioni di sali
• Vetrino di orologio
• Filo di nichel-cromo sostenuto da una bacchetta di vetro
• Spatola
• Fiamma ossidabile

Procedimento:

Tuffare il filo di nichel-cromo nell'HCl; portare il filo alla fiamma, se non dà colorazione, significa che è pulito, allora procedere prelevando con il filo una punta di un campione. Portarlo sulla fiamma e osservare colorazione. Poi pulire il filo con l'HCl e procedere con gli altri campioni.

Campioni:

1. Cloruro di Sodio, arancione
2. Cloruro di Potassio, violetto
3. Cloruro di Litio, rosso carminio
4. Bicloruro di Bario, verde chiaro
5. Bicloruro di Stronzio, rosso porpora
6. Bicloruro di Calcio, arancione
7. Bicloruro di Rame, azzurrino

Osservazioni:

Dai colori che notiamo da ogni elemento, deduciamo che lo spettro emesso è uno spettro ad emissione a righe, per due motivi: la radiazione emessa possiede una sola colorazione, quindi una sola riga dello spettro visibile; secondo per poter vedere la radiazione emessa dall'elemento, dobbiamo vaporizzare il solido e quindi portarlo all'incandescenza, ciò è tipico di uno spettro ad emissione a righe.