ETTORE MOLINARI
I.T.I.S. LICEO
ITIS - LST
Ettore Molinari
Milano
Progetto Scuola 21
“Educazione sostenibile
nella scuola del XXI secolo”
Febbraio 2010
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Febbraio 2010
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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
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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
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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:
Fe 3+ + SCN - ⇔ Fe(SCN)2+
(giallo pallido)
(rosso intenso)
E il sistema assume subito una
colorazione rosso intenso, costante nel
tempo.
Che cosa succede se l’equilibrio viene
perturbato?
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Studio di un sistema chimico
in equilibrio quando viene perturbato ( II )
Il sistema cambia colore in
funzione della quantità di ione
complesso Fe(SCN) 2+ (rosso)
In questo esperimento si studia che cosa succede
aggiungendo diversi reattivi e osservando il
cambiamento di colore
Aggiunta
Colore
osservato
Deduzione
sull’evoluzione
del sistema
Fe3+
granata
SCN-
rubino
NaOH
giallo
pallido +
precipitato
⇒
⇒
⇐
riferimento
marronerosso
Fe 3+ + SCN- ⇔ Fe(SCN)2+
(giallo pallido)
(rosso intenso)
Fe3+ SCN- NaOH
⇒ ⇒ ⇐
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=
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=
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Il principio di Le Chatelier (1850-1936)
[Cu(H2O)]2+ + 4 Br- + Q ⇔
azzurro
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[CuBr4]2- + 4H2O
verde
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Studio di un sistema chimico in equilibrio
quando viene variata la temperatura ( III )
Aggiunta
Colore
osservato
Deduzione
sull’evoluzione
del sistema
Riscaldamento
(+Q)
verde
⇒
Raffreddamento
(-Q)
azzurrino
⇐
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Studio di un sistema chimico in equilibrio
quando 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
Riferimento
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CH3COO- CH3COOH NaOH
NH4+
NH3
H+
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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
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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.
HInd + H2O
colore A
⇔ H3O+ +Ind –
colore B
• Tale proprietà è dovuta al fatto che essi si comportano da acidi
o basi deboli.
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Perché gli indicatori acido base
sono colorati?
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A
1,2
In-
1
0,8
HIn
0,6
0,4
0,2
0
350
450
550
650
750 l (nm)
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!
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Come cambia il colore con il pH?
[In-]
[HIn]
3,0E-05
3,0E-05
2,5E-05
2,5E-05
2,0E-05
2,0E-05
1,5E-05
1,5E-05
1,0E-05
1,0E-05
5,0E-06
5,0E-06
0,0E+00
0,0E+00
2
4
6
8
10
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pH
A pH 7 HInd = Indverde
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.
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La scala cromatica del pH
Blu bromotimolo
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pH
4,8
5,2
5,8
6,3
6,7 7,0
7,3 7, 8
8,2
8,7
8,8 . …11
Se il pH varia gradualmente si
osserveranno i diversi colori:
dal giallo, al blu, passando dal verde
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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)
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Risultati dell’ esperimento
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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
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Pronti a misurare il pH !!
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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
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Nevicata a Milano
• Nevica anche
a Milano!
• Quale sarà il
pH della neve
di Milano?
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Prelievi in cortile
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Prelievo di neve "fresca”
Prelievo di “un liquido” dalla grondaia
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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 !!!!
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Iniziamo le analisi
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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””
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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
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23 febbraio 2010
Lambro: un fiume di gasolio!
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''
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… continua!
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