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Esperimenti Parte 3

 

Facciamo bruciare il ferro

Facciamo bruciare il ferro

Forse non tutti sanno che il ferro, posto in adeguate condizioni, può bruciare in modo piuttosto vivace.

Per effettuare questa esperienza occorre il seguente materiale:

• Un vaso di vetro stretto e profondo (va benissimo uno di quei recipienti usati per contenere olive o sottaceti) della capacità di 250-300 ml
• Dell'acqua ossigenata a 10-12 volumi come quella che si usa per disinfettare le ferite
• Un po' di biossido di manganese (può essere ricavato aprendo una batteria a secco, non del tipo alcalino, è contenuto nella pasta nera che circonda l'elettrodo centrale di carbone) o di permanganato di potassio (reperibile in farmacia)
• Una ventina di centimetri di filo di ferro o di rame
• Un po' di paglietta di ferro del tipo usato per pulire le pentole

Si procede così: si pone in fondo al vaso un pizzico di biossido di manganese o permanganato e vi si versa sopra un po' di acqua ossigenata. Si svilupperanno delle bollicine di gas, si tratta di ossigeno puro derivante dalla decomposizione dell'acqua ossigenata. Poiché l'ossigeno puro è più pesante dell'aria tenderà a rimanere all'interno del vaso, dopo qualche minuto l'aria contenuta nel vaso sarà molto più ricca di ossigeno dell'aria normale.

Si prende il pezzo di filo di ferro o rame e ad un'estremità si lega la paglietta di ferro, si provvede a scaldare quest'ultima alla fiamma di un accendino e si introduce poi nel vaso (senza immergerla nel liquido che si trova in fondo), il ferro della paglietta diverrà incandescente, brucerà producendo scintille luminose e si fonderà completamente come effetto del calore generato dalla reazione con l'ossigeno.

Potete vedere un breve filmato relativo a questa esperienza.

 

 

 

 

 

IL GRIDO DELL'IDROGENO

L'idrogeno è il primo di tutti gli elementi chimici, si presenta come un gas leggerissimo, costituito da molecole biatomiche, altamente infiammabile.
In passato, per la sua leggerezza, veniva usato per gonfiare i palloni aerostatici, i pericoli dovuti all'infiammabilità hanno portato ad abbandonare quest'impiego.
Per usi industriali grandi quantità di idrogeno vengono prodotte mediante elettrolisi dell'acqua.
Per produrre le piccole quantità necessarie per questa esperienza ci serviremo di una reazione chimica.
Materiale necessario:

due provette di vetro o plastica o due altri recipienti cilindrici alti e stretti, con una capacità di 20-25 ml,
un po' di lamierino di zinco che può essere ricavato dall'involucro di una pila a secco,
un po' di acido muriatico, reperibile in tutti i supermercati. ATTENZIONE: l'acido muriatico non è altro che acido cloridrico diluito, non c'è pericolo che causi gravi ustioni alla pelle ma bisogna assolutamente evitare di ingerirlo o di far giungere spruzzi agli occhi, va tenuto fuori dalla portata dei bambini e può rovinare indumenti su cui sia accidentalmente versato.

In una provetta si pongono alcuni pezzetti di zinco e 3-4 ml di acido muriatico, si vedranno svilupparsi numerose bolle di gas, si tratta di idrogeno generato dalla reazione tra l'acido e lo zinco

2HCl + Zn à ZnCl₂ + H₂

Tanto per usare un po' di simbologia chimica: HCL è l'acido cloridrico, Zn lo zinco, ZnCl₂ cloruro di zinco e H idrogeno.

In alternativa si possono usare una soluzione di NaOH e dei pezzetti di fogli di alluminio come descritto nella pagina sciogliere l'alluminio

 

Poniamo sopra la provetta la seconda provetta capovolta, cioè con l'apertura rivolta verso il basso, l'idrogeno essendo molto più leggero dell'aria si raccoglierà in questa seconda provetta. Dopo 5-6 minuti allontaniamo la seconda provetta, sempre tenendola capovolta, da quella in cui si genera l'idrogeno ed accostiamo all'imboccatura un fiammifero acceso: si sentirà un leggero scoppio e, se si osserva con attenzione, si potrà vedere una fiamma all'interno della provetta mentre lo spostamento d'aria dello scoppio spegnerà il fiammifero.
L'idrogeno ha reagito con l'ossigeno dell'aria producendo vapore d'acqua (dopo la reazione sulle pareti interne della provetta si troverà della condensa.
Il suono prodotto dallo scoppio varia a seconda delle dimensioni della provetta, in alcuni casi farà l'effetto di un gridolino acuto. L'esperienza descritta può essere vista in un breve filmato

 

 

 

 

 

Cloro

CLORO

Il cloro (simbolo Cl) è un gas appartenente al gruppo degli alogeni, di colore verdastro, più pesante dell'aria, non si trova libero in natura a causa della sua elevata reattività, se prodotto in forma pura è costituito da molecole biatomiche di formula Cl₂

ATTENZIONE: il cloro puro è tossico e molto irritante per gli occhi e per le vie respiratorie, l'esperienza descritta di seguito deve quindi essere effettuata in un locale ben aerato e bisogna evitare di aspirare direttamente il gas che si forma (dato che è più pesante dell'aria rimarrà per la maggior parte confinato nel recipiente in cui si fa sviluppare.

Materiale necessario:

Una beuta da 250 cc

Permanganato di potassio

Acido cloridrico o acido muriatico

Del filo di rame nudo

L'acido cloridrico è corrosivo, bisogna quindi evitare di versarlo su abiti e soprattutto sulla pelle, il permanganato di potassio (KmnO₄) oltre ad essere velenoso macchia sia i vestiti che la pelle, entrambe queste sostanze vanno usate con cautela.

Si ponga nella beuta una piccola quantità di permanganato e poi si aggiungano 20 cc di acido, dalla miscela si sprigioneranno bolle di gas mentre il colore inizialmente violetto diventerà nero a causa della riduzione del manganese.

Osservando contro luce si vedrà formarsi all'interno della beuta uno strato di gas di colore verde pallido.

A questo punto si scaldi su una fiamma un estremo del filo di rame e poi lo si inserisca nella beuta avendo cura di non immergerlo nel liquido, il filo di rame diverrà rapidamente incandescente e si consumerà per la formazione di cloruro di rame dalla reazione diretta tra il metallo ed il cloro.

Se invece che un filo di rame si impiega un filo di ferro questo brucerà producendo un fumo arancione costituito da cloruro ferrico.

Co2

L'anidride carbonica, formula CO₂, è un gas, incolore, inodore e più pesante dell'aria.

Normalmente è presente nell'atmosfera in una proporzione dello 0,033% ed è prodotta da: eruzioni vulcaniche, combustione dei materiali contenenti carbonio e respirazione.

L'anidride carbonica non è né combustibile né comburente, cioè non brucia e non è in grado di combinarsi con i materiali combustibili per permettere loro di bruciare; per quest'ultimo motivo viene impiegata per costruire estintori.

Come produrre l'anidride carbonica e dimostrare la sua capacità di spegnere le fiamme.

Per produrre l'anidride carbonica si pongano in un cilindro da 300-400 cc alcuni frammenti di calcare (carbonato di calcio) o mezzo cucchiaino di bicarbonato o carbonato di sodio, aggiungere 20-30 cc d'acqua e 5 cc di acido cloridrico.

Si svilupperà una reazione chimica con tumultuosa produzione di bollicine di anidride carbonica secondo la reazione:

CaCO₃ + 2HCl à CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Ovvero il carbonato di calcio reagisce con l'acido cloridrico per formare cloruro di calcio + anidride carbonica + acqua..

Poiché l'anidride carbonica è più pesante dell'aria rimarrà all'interno del cilindro.

Nel frattempo si sarà preparato un beker da 500 cc nel quale si sarà posto un mozzicone di candela acceso, agendo con la massima delicatezza si inclinerà il cilindro in cui è stata prodotta l'anidride carbonica in modo che il gas si versi nel beker come fosse un liquido, si usi una certa attenzione in modo da non versare anche il liquido che si trova sul fondo. La candela si spegnerà.

Ripetendo alcune volte l'operazione di versamento del gas ad un certo punto sarà impossibile riaccendere la candela dato che il beker sarà pieno di anidride carbonica che spegnerà immediatamente qualsiasi corpo acceso venga introdotto nel recipiente. E' possibile vedere un breve filmato.

 

 

PISTOLA DEL VOLTA

(non occorre il porto d'armi)

Alessandro Volta, noto per l'invenzione della pila, è stato uno dei massimi scienziati della fine del '700, una sua invenzione non molto nota è quella che andiamo a presentare in questa pagina. L'idea gli era venuta osservando che il alcune zone paludose lungo le rive del lago di Como, salivano dal fondo delle bollicine di gas, volendo vedere se si trattava di un gas infiammabile ideò un apparecchio costituito da un robusto recipiente di vetro in cui erano inseriti due elettrodi di metallo. Raccoglieva il gas nel recipiente, lo tappava e poi, grazie ad un'altra sua invenzione l'elettroforo del Volta, faceva scoccare una scintilla elettrica che causava lo scoppio della miscela di aria e gas, il tappo che chiudeva il recipiente veniva sparato via con forza.

Realizziamo ora l'esperienza con materiali moderni e facilmente reperibili: una robusta bottiglia di plastica da 50-100 cc, due viti, un po' d'alcool. Nel disegno a fianco dovrebbe essere chiaramente visibile la realizzazione: si inseriscono le due viti nella plastica della bottiglia sino a che le loro punte non giungono a 4-5 mm di distanza.
Si mettono poi nella bottiglia 2 o 3 gocce di alcool (va bene il normale alcool denaturato che si usa per pulire e disinfettare).
Per produrre la scintilla si può usare il generatore di alta tensione descritto in un'altra pagina di questo sito o un qualsiasi altro dispositivo in grado di produrre una robusta scintilla.
Messo l'alcool nella bottiglia si tappa per bene e si aspetta un minuto o due in modo che l'aria all'interno del recipiente si saturi di vapore, poi si fa scoccare la scintilla.
Ci sarà uno scoppio abbastanza rumoroso e il tappo verrà lanciato a diversi metri di distanza.

Il principio alla base di questa esperienza è lo stesso alla base del funzionamento dei motori a scoppio, la scintilla fa scoppiare la miscela di vapore infiammabile ed aria che spinge, nel caso del motore a scoppio, il pistone.
Attenzione: l'esperienza descritta è, nonostante la sua rumorosità, completamente innocua, è sempre opportuno però prendere qualche precauzione, in particolare non eccedete con la quantità di alcool e non impiegate liquidi maggiormente infiammabili come la benzina.
Un breve filmato in formato avi 450 kb può essere visto qui

 

 

SUBLIMAZIONE

La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido allo stato aeriforme, senza passare per lo stato liquido. Questo fenomeno si verifica per diversi materiali in cui le molecole sono legate debolmente tra loro, per cui basta un modesto aumento di temperatura perché si separino e si disperdano sotto forma di gas. La sublimazione avviene anche a temperatura ambiente ed è evidente in materiali come la canfora e la naftalina, impiegati normalmente come tarmicidi, le cui palline o scaglie tendono a ridursi di dimensioni sino a scomparire del tutto senza bisogno di scaldarle.

Il materiale ideale per dimostrare la sublimazione è lo iodio, questo, se riscaldato, da origine ad evidenti vapori di colore viola intenso (il nome dell'elemento: Iodio, deriva dalla parola greca che significa viola, proprio per ricordare il colore dei vapori).

Lo Iodio è un elemento del gruppo degli alogeni, che si presenta allo stato puro sotto forma di molecole biatomiche debolmente legate a formare scaglie con lucentezza metallica.

Per eseguire questa esperienza è necessaria una piccola quantità di Iodio metallico, reperibile nelle farmacie e nei negozi di prodotti chimici,

Una capsula od altro piccolo recipiente di vetro o porcellana,

Un becco di Bunsen o una lampada ad alcool con relativo treppiede e retina spaccafiamma,

Un beker contenente acqua fredda.

La disposizione è quella del disegno a fianco.

Si mette nella capsula una piccola quantità (meno di mezzo cucchiaino da caffè), di scaglie di Iodio, si pone la capsula sulla fiamma.

Dopo qualche secondo si vedranno alzarsi vapori di Iodio intensamente colorati di viola, in brevissimo tempo lo Iodio messo nella capsula scomparirà completamente senza lasciare traccia.

Se al momento in cui si sviluppano i vapori si mette ad una decina di centimetri sopra la capsula un beker contenete acqua fredda, i vapori di Iodio andranno a condensarsi sotto il fondo dove formeranno dei cristalli violetti di Iodio puro, il raffreddamento determinerà il passaggio diretto dallo stato gassoso allo stato solido.

ATTENZIONE: i vapori di Iodio sono irritanti per gli occhi e per le vie respiratorie, l'esperienza va quindi condotta in locale ben ventilato e usando una quantità molto piccola di Iodio.

 

 

 

 

DISTILLAZIONE

La distillazione è un processo, basato sulla diversa temperatura di ebollizione di liquidi si diversa composizione, che permette di separare i diversi componenti di una miscela liquida.

Il procedimento più noto è quello di distillazione di miscele contenenti alcool per ottenere alcool ad elevata concentrazione. Questo procedimento viene anche impiegato per produrre liquori.

Come liquido di partenza si può usare quello ottenuto con il procedimento di fermentazione descritto in altra parte di questo sito, o del comune vino.

Il disegno mostra come disporre l'attrezzatura necessaria:

Alcuni suggerimenti:

Il recipiente in cui viene fatta avvenire l'ebollizione non deve essere riempito oltre la metà, questo per impedire che bollendo il liquido risalga nel tubo e vada a finire nella provetta di raccolta.

Evitate l'ebollizione violenta, l'ideale, se si dispone di un adatto termometro, è mantenere la temperatura non oltre i 95 °C.

Con un'attrezzatura arrangiata come questa si potrà ottenere alcool a 50-60 gradi, in ogni caso con il procedimento di distillazione non è possibile ottenere alcool a più di 95 gradi, dato che una miscela contenente il 95% di alcool e il 5% di acqua si comporta come una miscela azeotropa, cioè evapora mantenendo la stessa proporzione tra i due componenti.

Vi consigliamo di non bere il liquidi ottenuto con questo procedimento dato che, probabilmente, contiene impurità di diverso genere....

CROMATOGRAFIA SU CARTA

 

La cromatografia è una tecnica per la separazione di una miscela di soluti, in cui la separazione si produce per una differente velocità di spostamento dei singoli soluti in seno ad un mezzo poroso sotto l'azione di un solvente in moto.

Il nome cromatografia, che significa "scrittura col colore", deriva dal fatto che le prime esperienze con questo genere di tecnica, condotte dal biologo russo Tswett nel lontano 1906, consistettero in una separazione dei pigmenti delle piante.

Quella che vogliamo descrivere qui è una semplice separazione cromatografica del carotene da una miscela di pigmenti vegetali estratti dalle foglie, per la preparazione della miscela si veda la pagina ESTRAZIONE DELLA CLOROFILLA in altra parte di questo sito.

Come supporto per il processo è stata impiegata della comune carta da filtro, per l'esattezza una strisciolina lunga 12 cm e larga 2 ritagliata da un disco per filtrazione mediante imbuto. Risultati migliori si possono ottenere usando l'apposita carta per cromatografia, in mancanza di qualsiasi tipo di carta da filtro si può provare ad usare della comune carta assorbente bianca.

Come solvente per la cromatografia è stato impiegato un liquido, venduto nei supermercati e nelle drogherie col nome di "Avio" ed utilizzato come smacchiatore, questo è composto di esano (un idrocarburo) e dicloropropano (un idrocarburo clorurato).

Per effettuare l'esperienza si prenda la striscia di carta da filtro, a circa 1,5 cm da un'estremità si depositi, usando una pipetta, una striscia dell'estratto di pigmenti vegetali, si cerchi di depositare una striscia stretta e si asciughi subito la carta con un comune asciugacapelli in modo che il liquido non si sparga troppo nella carta, si ripeta alcune volte l'operazione, sempre nella stessa zona, in modo da ottenere una striscia di colore abbastanza intenso.

Si prepari il recipiente per la cromatografia vera e propria, va benissimo un vasetto di vetro per sottaceti con relativo coperchio (vedi foto), sul fondo del vasetto si versa uno strato di circa 5 mm di Avio, si tappa il vaso e si aspetta qualche minuto finchè l'interno si satura di vapore. Si prenda la striscia di carta su cui è stata deposta la miscela di pigmenti e si metta nel recipiente in modo che l'estremità inferiore peschi nel liquido ( è consigliabile, per il successivo recupero, praticare, a circa 3 - 4 mm dall'estremità superiore, un foro in cui far passare un filo che verrà fermato poi dal coperchio del vaso).

Si lasci migrare il solvente lungo la carta sino a che è giunto a 1 cm dal bordo superiore, a questo punto si tolga la carta e la si metta ad asciugare, l'aspetto apparirà come nella foto a fianco: la clorofilla (anzi la miscela di clorofilla A e clorofilla B) si sarà spostata molto poco e formerà una banda confusa a poca distanza dal punto di partenza, il carotene invece formerà una sottile banda di colore arancio nel punto più lontano in cui è giunto il solvente.

Se volete provare... Se avete la possibilità di procurarvi diversi solventi potete vedere se i risultati della cromatografia sono diversi. Vi posso suggerire di provare con i seguenti materiali:

Alcool metilico o miscele di alcool metilico ed alcool etilico.

Etere

Acetone

Miscele di idrocarburi

Si può anche tentare la separazione cromatografica dei componenti di altri materiali: ad esempio inchiostri e liquidi pigmentati di vario genere.

Attenzione: la maggior parte delle sostanze nominate sono infiammabili, alcune sono anche nocive per ingestione e per inalazione prolungata dei vapori, agite quindi con cautela ed operate in luoghi ben ventilati.

COL CAVOLO...

 

I coloranti indicatori sono delle sostanze che cambiano colore a seconda della concentrazione di ioni idrogeno nel mezzo in cui sono disciolti, sono cioè in grado di indicare l'acidità o l'alcalinità di una soluzione.

Sono conosciute più di cinquanta sostanze dotate di questa proprietà, la più nota è senza dubbio la tintura di tornasole, ricavata da un lichene, che assume colore blu in soluzione basica e rosso in soluzione acida.

In questa pagina voglio suggerirvi la preparazione di un indicatore con mezzi economici ed ecologici... infatti la materia prima è il cavolo cappuccio viola, comunissimo ortaggio reperibile nei negozi di frutta e verdura nel periodo autunno inverno.

Oltre al cavolo occorrono un po' di alcool a 95° e dell'acqua.

Si procede così: si prende una foglia di cavolo, la si fa a pezzettini e la si pone in un mortaio con qualche cc di alcool, con il pestello si comprimono i pezzi di foglia, si aggiunge un po' d'acqua e si continua a "maltrattare" la foglia col pestello, si versa il liquido, che avrà assunto una colorazione violetta, in un recipiente di vetro e si ripete l'operazione tre o quattro volte. Alla fine avrete ottenuto 25-30 cc di liquido violetto, a questo punto il vostro indicatore è pronto e potete verificare che cambia colore aggiungendo alla soluzione una base o un acido.

La foto mostra i risultati: a sinistra è stata aggiunta una piccola quantità di una base (comune bicarbonato di sodio), la soluzione è diventata blu.

La seconda provetta mostra la soluzione al naturale, cioè senza aggiunta di acidi o di basi.

Nella terza provetta sono state aggiunte tre o quattro gocce di succo di limone (acido debole)

Nell'ultima provetta sono state aggiunte alcune gocce di aceto (acido un po' più forte).

Come si può vedere mentre con la base il colore vira al blu con gli acidi si ha un viraggio al rosso tanto più intenso quanto più acida è la soluzione.

Conclusa l'esperienza il resto del cavolo potete metterlo in pentola....