Piano Lauree Scientifiche

PIANO Lauree Scientifiche (CHIMICA)

Università degli Studi di Napoli Federico II

USO DEGLI INDICATORI E MISURA DEL pH PREMESSA
Scopo di questa esperienza è utilizzare delle sostanze, dette indicatori, per individuare se una soluzione è acida o basica. Nella seconda parte si analizzano i fenomeni che si verificano nella reazione tra un acido e una base utilizzando sempre un indicatore.

OBIETTIVI

verificare il funzionamento degli indicatori di pH
sperimentare l'uso di indicatori nella misura dell'acidità o basicità di una soluzione acquosa
utilizzare un indicatore in una reazione di neutralizzazione tra un acido forte e una base forte
utilizzare la titolazione per la determinazione dell'acidità dell'aceto

Nella sezione "QUALCOSA IN PIU'....." si suggerisce come ricavare un indicatore da sostanze naturali e la misura del pH di alcune soluzioni ottenute con sostanze comuni.

CENNI TEORICI

Secondo Brönsted e Lowry un acido è una specie che cede ioni H⁺ e una base è una specie che acquista ioni H⁺.
Gli acidi e le basi forti sono completamente dissociati in soluzione acquosa. Quelli deboli lo sono solo parzialmente.
Il pH è il logaritmo decimale negativo della concentrazione molare degli ioni H⁺. E' un modo rapido per indicare l'acidità di una soluzione.
Un indicatore è un colorante che assume colori diversi a seconda del pH.
Un indicatore è un acido o una base debole che assume un colore nella sua forma protonata indicata con HIn, che prevale in ambiente acido, ed un colore diverso nella forma della base coniugata In^-, che prevale in ambiente basico. Variando il pH, cambia il rapporto fra la forma acida e quella basica in equilibrio fra di loro; poiché le due forme hanno colori diversi, a seconda del valore del pH della soluzione si osserverà un diverso colore.
Il cambiamento di colore avviene intorno a un valore di pH che dipende dall'indicatore, e che corrisponde al pH a cui le due forme sono in uguale quantità.
L'intervallo di viraggio è la variazione di pH necessaria per osservare il cambiamento di colore; è generalmente di due unità pH.
Una miscela d'indicatori può assumere colori diversi a diversi valori di pH e costituire, così, un indicatore universale (cartina universale).
Gli indicatori più utilizzati sono:

Violetto di metile, che varia nell'intervallo da 0.2 a 2.3
Metilarancio, che varia da arancio a giallo nell'intervallo da 3.1 a 5.4
Verde bromocresolo, che varia da giallo a blu nell'intervallo da 3.8 a 5.4
Rosso metile, che varia da rosa a giallo nell'intervallo da 4.2 a 6.3
Blu di bromotimolo, che varia da giallo a blu nell'intervallo 6,0 a 7,6
Rosso fenolo, che varia da rosso a giallo nell'intervallo da 6.8 a 8.2
Fenolftaleina, che varia da incolore a rosa nell'intervallo da 8.2 a 10.0

MATERIALE OCCORRENTE

6 cilindri da 10 mL
6 beker da 20mL
pipetta graduata da 1 mL
bachetta di vetro
provette
cartina universale
pennarello vetrografico o etichette
Acqua distillata
Soluzione di HCl 1M
Soluzione di NaOH 1M
Soluzione di CH₃COOH 0,1M
Violetto di metile in soluzione
Fenolftaleina in soluzione
Blu di bromotimolo in soluzione

PROCEDIMENTO

PARTE PRIMA

In questa prima parte lo studente osserva e registra la variazione cromatica di alcuni indicatori in funzione della concentrazione di un acido forte e di una base forte.
DETERMINAZIONE DELL'INTERVALLO DI VIRAGGIO DI UN INDICATORE Parte 1A

Prelevare 1mL della soluzione 1M di HCl, versarlo in un cilindro da 10 mL e portare a volume con acqua distillata, versare in una provetta e mescolare delicatamente con la bacchetta di vetro. Si procede poi ad effettuare diluizioni successive, prelevando dalla prima provetta 1mL, diluendolo nel cilindro a 10 mL. Da questa soluzione si preleva 1mL e si diluisce a 10 e così via, prelevando sempre 1mL dalla soluzione precedente e diluendolo a 10mL (diluizione seriale).
Si ottengono quindi 6 soluzioni di HCl a concentrazioni:
10^-1 M 10^-2 M 10^-3 M 10^-4 M 10^-5 M 10^-6 M
Preparare 6 provette contenenti ciascuna 5 mL delle 6 soluzioni di HCl, riportando la concentrazione dello ione H⁺ con un pennarello o su etichette
Aggiungere ad ognuna una goccia di violetto di metile ed osservare il colore che va segnato nella seguente tabella:

HCl e violetto di metile

	Beker/provetta 1	Beker/provetta 2	Beker/provetta 3	Beker/provetta 4	Beker/provetta 5	Beker/provetta 6
Conc. H⁺	10^-1M	10^-2M	10^-3M	10^-4M	10^-5M	10^-6M
pH	1	2	3	4	5	6
Colore

osservare per quale intervallo di concentrazione e quindi per quale valore di pH l'indicatore muta colore :................... (non buttare le provette)
confrontare con i valori riportati

Parte 1B
Ripetere l'esperimento con NaOH 1M con le stesse diluizioni descritte nella 1A:

NaOH e fenolftaleina

	Beker/provetta 1'	Beker/provetta 2'	Beker/provetta 3'	Beker/provetta 4'	Beker/provetta 5'	Beker/provetta 6'
Conc. NaOH	10^-1M	10^-2M	10^-3M	10^-4M	10^-5M	10^-6M
Conc. OH^-
Conc. H⁺
pH
Colore

osservare per quale intervallo di concentrazione di OH^- e quindi di pH l'indicatore muta colore :...................

PARTE SECONDA

In questa seconda parte lo studente confronta il valore del pH di un acido debole ed uno forte alla stessa concentrazione.
CONFRONTO TRA ACIDI FORTI E DEBOLI

Versare in una provetta 5 mL di CH₃COOH 0,1 M, e aggiungervi 5 gocce di violetto di metile.
Confrontare il colore della soluzione con quello delle provette n° 1-3 contenenti HCl e violetto di metile dell'esperienza 1A.
Annotare a quale concentrazione di HCl corrisponde il colore della soluzione di CH₃COOH e quindi il suo pH.

	colore	pH
CH₃COOH 0,1M
HCl........

Commentare quanto osservato.

PARTE TERZA REAZIONI ACIDO-BASE
In questa parte lo studente effettua una reazione di neutralizzazione seguendola mediante un indicatore il blu di bromotimolo che vira nell'intervallo di pH da 6,0 a 7,6. Mediante la reazione di neutralizzazione con una soluzione basica a titolo noto ricava la concentrazione incognita della soluzione acida (titolazione acido-base). Subito dopo applicherà questo ad un problema pratico, la determinazione della quantità di acido acetico nell'aceto.

Blu di bromotimolo: viraggio da giallo a blu nell'intervallo di pH da 6.0 a 7.6

Materiali
2 Burette
2 Beute da 50 mL
Matraccio da 50 mL

Neutralizzazione
1. Prelevare con esattezza 20 mL della soluzione di HCl (V_acido) dalla buretta e porli in una beuta.
2. Aggiungere due-tre gocce di indicatore blu di bromotimolo.
3. Versare nella buretta in dotazione 40-42 mL della soluzione di NaOH 0.1 M e annotare il volume (V_i).
4. Aggiungere lentamente questa soluzione alla soluzione nella beuta, facendola cadere goccia a goccia, agitando e controllando sempre il colore.
5. Al momento del viraggio sospendere l'aggiunta di soluzione di NaOH e annotare con esattezza (apprezzando il decimo di millilitro) il volume di NaOH aggiunto (V_f).
6. Conoscendo il volume prelevato di acido (titolando) V_acido e la concentrazione di NaOH (titolante) (0,1 M), ricavato il volume di titolante (V_NaOH=V_i-V_f) si calcola la concentrazione incognita dell'acido dalla relazione:
C_acidoV_acido = C_baseV_base Quesiti
1. Qual è il colore della soluzione di HCl all'inizio? Perché?
2. Che cosa avviene man mano che si aggiunge NaOH?
3. Scrivi la reazione ..............................................................................
4. Qual è il rapporto molare tra gli H⁺ e gli OH ^- nel momento in cui si osserva il viraggio?
5. Se si continua ad aggiungere altro NaOH, qual è il colore della soluzione? Perché?
Applicazione: Titolazione dell'acido acetico presente nell'aceto
1. Preparare 50 ml di una soluzione di aceto diluito al 10 % v/v mediante il matraccio
2. prelevare in una beuta, con una buretta, un volume compreso tra i 15-20 mL della soluzione preparata e annotare tale volume con esattezza
3. aggiungere due-tre gocce di indicatore fenolftaleina;
4. procedere come per la prima neutralizzazione aggiungendo la soluzione di NaOH, goccia a goccia, agitando e controllando sempre il colore;
5. quando si osserva il viraggio dell'indicatore, sospendere l'aggiunta di soluzione di NaOH e annotare con esattezza (apprezzando il decimo di millilitro) il volume di NaOH aggiunto.
6. operare come al punto f. della parte A e dalla relazione C_acido x V_acido = C_NaOH x V_NaOH calcolare la C_acido
7. Ricordando che l'aceto usato per la titolazione era stato diluito al 10% v/v, determinare la concentrazione incognita di acido acetico nell’aceto.
  N.B. il valore della molarità iniziale è 10 x C_acido ricavata al punto f. Dalla molarità calcolare i grammi di CH₃COOH e convertire in % v/v assumendo unitaria la densità.

Questionario

"QUALCOSA IN PIU'......"

In questa quarta parte lo studente verificherà il pH di alcune soluzioni ottenute mediante l'uso di alcune sostanze di uso comune.
VERIFICA DELL'ACIDITA' O BASICITA' DI ALCUNE SOSTANZE DI USO COMUNE
In 6 provette contenenti ciascuna 2-3 mL di acqua distillata si aggiunge agitando qualche goccia di:

succo di limone
thè
detersivo
aceto
acqua gassata
bicarbonato di sodio

Immergere l'estremità di una bacchetta sottile di vetro in ciascuna soluzione
umettare un pezzetto di cartina universale con l'estremità bagnata (N.B. è necessario lavare con cura la bacchetta passando da una soluzione all'altra!!!)
confrontare il colore della cartina con la scala cromatica ad essa allegata.
riportare in tabella il comportamento

Sostanza	Colore osservato	pH
Succo di limone
Thè
Detersivo
Aceto
Acqua gassata
Bicarbonato di sodio

PARTE QUARTA

In questa parte procederemo alla estrazione di un indicatore dai fiori di geranio e ne verificheremo il cambiamento di colore a seguito della alterazione del pH.
ESTRAZIONE DEI PIGMENTI DI GERANIO E VERIFICA DELLA PRESENZA DI UN INDICATORE ACIDO-BASE

Mettere i petali a bagno in circa 50 mL di acqua distillata, agitando con una bacchetta di vetro e se necessario pestando leggermente, fino a quando si vedrà l'acqua ben distintamente colorata.
Filtrare e suddividere il filtrato in tre provette.
Aggiungere nella prima qualche goccia di limone e nella seconda qualche goccia di soluzione di NaOH al 10%.

Confrontare il colore del liquido nelle tre provette. Cosa pensi sia successo?

ESTRAZIONE DEI PIGMENTI DI CAVOLO E VERIFICA DELLA PRESENZA DI UN INDICATORE ACIDO-BASE

Fare a pezzetti una foglia di cavolo, si pone in un mortaio con qualche mL di alcool etilico, con il pestello si comprimono i pezzi di foglia, si aggiunge un po' d'acqua e si continua a pestare, si versa il liquido, che avrà assunto una colorazione violetta, in un recipiente di vetro e si ripete l'operazione tre o quattro volte.
Suddividere il filtrato in tre provette.
Aggiungere nella prima qualche goccia di soluzione di NaOH al 10% e nella terza qualche goccia di limone. Confrontare il colore del liquido nelle tre provette.

Confrontare il colore del liquido nelle tre provette. Cosa pensi sia successo?

SCHEDE DI SICUREZZA