Relazione conducibilità sostanze e soluti

Materie:	Altro
Categoria:	Chimica
Voto:	1 (2)
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Data:	31.03.2006
Numero di pagine:	10
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

L.S.T SARROCCI
Poggibonsi,Laboratorio di chimica:relazione sulle esercitazioni n°8
Riccardo Pecciarini Classe 2, sez B
Gruppo n°1 banco n°1 Data di esecuzione: 02/13/06 - Data di consegna: 02/27/06
Tema :Conducibilità di sostanze e soluzioni.
Oggetto:Esano,Cloruro di sodio, saccarosio,cloruro di potassio,solfato di rame, acqua pura e acqua del rubinetto.
Schema grafico della prova di laboratorio: ← tester cilindro graduato→

←acqua distillata Acqua rubinetto→
←cloruro di potassio bilancia→
←solfato di rame saccarosio→
←cloruro di sodio esano→
← bacchetta di vetro grafite→
Tabella degli strumenti usati:

Denominazione
Quantità
Ditta Costruttrice
Modello
N° inventario
Tipo classe
Portate
Sensibilità
Bilancia
1




4000g
0,01g
Tester
1






Becher
1




250ml
50ml
Generatore

1














Legenda:
mA: micro Ampere
uA: milli Ampere
A: Ampere
Svolgimento:
gruppi→
1
2
3
4
5
ESANO
50 uA
1mA
2mA
1mA
5mA
CLORURO DI SODIO
1A
1A
1,1A
1A
1A
SACCAROSIO
4mA
8mA
7mA
1mA
6mA
CLORURO DI POTASSIO
1A
1,2A
1,7A
1,2A
1A
SOLFATO DI RAME
0,9A
0,85A
0,9A
0,85A
0,9A
ACQUA DISTILLATA
23mA
50mA
50mA
50mA
50mA
ACQUA RUBINETTO
2mA
22mA
34mA
22mA
2mA
Esperienza:

L’esperienza si è svolta nel laboratorio di chimica dove dovevamo testare la conducibilità di alcune sostanze e soluti: saccarosio, esano, cloruro di potassio, cloruro di sodio, solfato di rame, acqua del rubinetto e acqua pura. Per introdurre la sintesi dell’esperienza credo sia necessario prima spiegare i vari tipi di conduttori e isolanti, ma prima ancora i legami ionici. Il legame ionico, sebbene abbia sempre una componente di sovrapposizione degli orbitali e quindi una componente di legame covalente(Consideriamo un sistema costituito da due atomi che hanno tra loro bassa differenza di elettronegatività; se il sistema possiede energia minore quando i due atomi sono vicini di quando si trovano a distanza infinita, significa che si è formato un legame covalente; esso è costituito da una coppia di elettroni condivisi fra i due atomi.), è di natura elettrostatica in quanto innescato principalmente dalla diversità di carica che può esistere fra due atomi di elementi diversi. Questa forza di attrazione è detta elettronegatività dell'elemento e più questa é forte, più gli elettroni di legame forniti dall'elemento meno elettronegativo saranno posti nella vicinanza del nucleo dell'atomo più elettronegativo, fino ad arrivare al punto che l'atomo più elettronegativo acquista di fatto un elettrone e diventa uno ione negativo e quello che lo ha ceduto diventa uno ione positivo. Un esempio di legame ionico è il sale da cucina NaCl dove la componente covalente è molto ridotta. Il legame ionico è molto meno forte di quello puramente covalente e infatti i solidi che hanno legami ionici alla base della loro struttura sono piuttosto fragili. Possiamo avere dei casi intermedi dove l'elettronegatività non è tale da creare veri e propri ioni ma è sufficiente a spostare in modo deciso gli orbitali verso un atomo; tale legame è detto covalente polare come accade in HCl (cloruro di idrogeno), in H20, PCl5 e anche nelle maggior parte degli idrocarburi, come CH3-CH3. Il legame metallico è un tipo di legame molto particolare. In due parole si potrebbe definirlo come una estensione del legame covalente. Infatti gli atomi che formano i metalli tendeno a formare un unico gigantesco unico orbitale di legame generale dove gli elettroni di legame non hanno più un atomo in particolare cui fare riferimento, ma si muovono da un atomo all'altro, essendo quindi in grado di creare di volta in volta un legame tra atomi diversi anche se solo per un piccolissima frazione di secondo. La grande resistenza dei metalli si spiega proprio nella enorme quantità di elettroni che contribuiscono a legare fra loro gli atomi: è come immaginare cento persone che fanno a turno a reggere un palo diciamo 20 alla volta e si danno il cambio in continuazione: non c'è un legame fisso ma tuttavia il palo rimane sempre in piedi. La caratteristica di avere gli elettroni esterni estremamente liberi di muoversi da atomo ad atomo spiega anche le loro proprietà di trasmettere la corrente elettrica, come il rame di cui sono fatti i fili elettrici, meglio ancora fa il platino, ma sarebbe un po' costoso….(vedi fulmini). I legami deboli (ad idrogeno e di Van der Waals), riguarda i legami fra molecole già precostituite ed è di natura puramente elettrostatica. Proprio come avviene fra una calamita e un pezzo di ferro, due molecole in cui sia presente una spinta distribuzione delle cariche (vedi quanto detto in precedenza sul legame covalente polare), come ad esempio la molecola dell'acqua H2O,tenderanno ad avvicinarsi come piccoli magneti l'una all'altra. Si intuisce la fragilità di questo tipo di legame.
Abbiamo visto quindi come da un singolo atomo si possono creare tantissimi aggregati di atomi dette molecole. Ma la struttura molecolare, e anche la sua forma, è influenzata dal tipo di legame che si è instaurato tra i singoli atomi della molecola che a sua volta influenza la struttura e geometria tra le molecole stesse e quindi di tutto il reticolo cristallino. Quindi in conclusione la tipologia di legame che lega gli atomi è alla base della futura struttura e forma che troviamo nei metalli e nei minerali.
Conduttori elettrolitici: Si identificano tipicamente nelle soluzioni acquose di sali inorganici. In una soluzione i legami elettrici che tengono uniti gli ioni sono indeboliti e parte delle molecole del soluto si separano in cationi (ioni positivi) ed anioni (ioni negativi), dotati di energia cinetica dovuta all'agitazione termica. In presenza di un campo elettrico, al moto disordinato delle cariche (sia positive che negative) si sovrappone un moto ordinato delle cariche stesse, che è la causa del passaggio di una corrente elettrica. Isolanti: Lo sono principalmente la maggior parte dei solidi ionici e covalenti. In un isolante non esistono elettroni di valenza liberi di muoversi e tali da evidenziare un flusso di cariche ordinate, sotto l’azione di un campo elettrico. Ovviamente, vale l’osservazione che qualunque sostanza può offrire elettroni di conduzione se si dispone di sufficiente energia per strapparli dagli atomi di appartenenza. In realtà non esistono isolanti perfetti, ma sostanze definite isolanti perché offrono una resistenza assai grande al passaggio di cariche elettriche.
Semiconduttori: Le loro proprietà sono intermedie tra quelle dei conduttori e degli isolanti. Sono sostanze solide cristalline che offrono conducibilità crescente all’aumentare della temperatura. A temperatura ambiente manifestano proprietà di semiconduttori, ovvero, la conducibilità elettrica dipende da elettroni e “lacune” (con carica elettrica positiva). L’aggiunta di opportune impurità può esaltare la conduzione elettrica. Superconduttori: Per alcuni materiali la resistività si riduce a zero se sono raffreddati ad una temperatura inferiore ad una temperatura critica, che dipende dal materiale considerato (ad esempio 4.1 K per il mercurio). In un conduttore che si trova al di sotto della sua temperatura critica la resistenza è nulla e quindi una corrente elettrica, una volta prodotta, si mantiene costante nel tempo senza che ci siano effetti dissipativi (riscaldamento, perdite di energia). La superconduttività è una proprietà presentata da una grande varietà di materiali quali alluminio, leghe metalliche, semiconduttori con aggiunta di impurità. Il principale ostacolo allo sfruttamento della superconduttività risiede nella difficoltà di raggiungere e mantenere le temperature estremamente basse a cui si manifesta. Recentemente però sono stati scoperti alcuni composti di ceramiche con temperature critiche più elevate (attorno a -200 ºC) molto più facili da raggiungere. A questo punto passerei all’introduzione della relazione, per prima cosa abbiamo immerso in un recipiente di vetro contenente acqua distillata due elettrodi di grafite (si definisce elettrodo un semielemento comprendente un metallo conduttore ed una soluzione ionica in cui avviene una semireazione) collegati ciascuno ad un polo di un generatore di tensione. Nel circuito inseriamo un tester, ma possiamo notare che quando questo è chiuso esso non rileva nulla: ciò indica che l'acqua pura non consente il passaggio di corrente elettrica(anche se vi sono presenti tracce di saccarosio). Similmente non otteniamo alcun risultato se sciogliamo in acqua composti organici, mentre rileviamo la conducibilità dell'acqua se in essa sono disciolti composti inorganici quali acidi, basi e sali, detti elettroliti che costituiscono le cosiddette soluzioni elettrolitiche. Il recipiente contenente l'elettrolita è detto voltametro, l'elettrodo collegato al polo positivo è detto anodo, mentre quello collegato al polo negativo è il catodo. Il comportamento delle soluzioni elettrolitiche riguardo alla conducibilità elettrica è da attribuirsi al particolare legame chimico, che fa sì che tali composti presentino un difetto (ioni positivi) o un eccesso (ioni negativi) di elettroni. Se in uno stesso sistema sono presenti ioni di polarità opposte si realizza un legame ionico, come ad esempio quello del cloruro di sodio Na+Cl-. Quando questo viene disciolto in acqua il legame s’indebolisce fino a rompersi; pertanto gli ioni distaccatisi si muovono disordinatamente. Tuttavia, se la soluzione non è sufficientemente diluita, si determina un equilibrio fra le coppie di ioni Na+Cl- dissociate e quelle che si ricostituiscono, tale che il numero di coppie dissociate è costante nel tempo. Per le soluzioni sufficientemente diluite tutti gli ioni si staccano dal reticolo cristallino e migrano disordinatamente nella soluzione: si ha così la dissociazione elettrolitica che rende possibile la conducibilità elettrica. Tale moto disordinato di ioni non costituisce una corrente, ma se immergiamo in soluzione due elettrodi tra i quali stabiliamo una differenza di potenziale, il campo elettrico spingerà gli ioni positivi (cationi) verso il catodo e quelli negativi (anioni) verso l'anodo. Si genera pertanto una corrente elettrica dovuta al movimento di cariche sia positive sia negative. Le soluzioni contenenti sostanze organiche non conducono elettricità poiché non si formano ioni.Credo che debba essere anche espressa in maniera migliore la definizione di tester: Un tester è uno strumento di misura elettronico che integra diverse funzioni in un'unica unità. Nel tester è permessa perlomeno la misurazione di tensione elettrica, corrente e resistenza. I tester si dividono in digitali e analogici. I primi mostrano il valore misurato su display a sette segmenti LED o LCD, mentre nei secondi, in uso da molto più tempo, la lettura è data da una lancetta che si sposta su una scala graduata. Lo strumento digitale, sebbene ormai più diffuso, non ha reso completamente obsoleto l'analogico. La misura indicata sul display digitale è di più comoda lettura ed evita gli errori di parallasse (valore dell’angolo di spostamento), ma non è istantanea, viene agg0iornata alcune volte al secondo. L'indicatore analogico offre invece la possibilità di apprezzare meglio le variazioni del segnale. Per unire i due vantaggi, nei modelli digitali più sofisticati, viene aggiunta sul display la visualizzazione del livello del segnale simulata con un cursore analogico. Sono costruiti in due versioni, "portatili" e "da banco", i primi, molto maneggevoli, non hanno necessità di disporre di una presa di corrente per funzionare, avendo al loro interno le batterie necessarie per l'alimentazione del circuito di misura, i secondi sono usati prevalentemente in un posto fisso di lavoro, avendo necessità di un'alimentazione elettrica esterna per funzionare; questi ultimi hanno generalmente prestazioni superiori, e la possibilità di essere collegati in rete con altri strumenti ed essere gestiti da computer. Nell’esperienza, le differenze tra i gruppi sono state minime. Infatti i risultati sono rimasti sempre sullo stesso ordine fra i vari gruppi e non si sono notate grandi differenze. In conclusione però possiamo dire che soltanto alcune delle sostanze e soluzioni che abbiamo preso in considerazione erano buoni conduttori di elettricità, come il cloruro di sodio, il cloruro di potassio, il solfato di rame e l’acqua di rubinetto. Invece non erano buoni conduttori o addirittura pessimi il saccarosio, l’acqua distillata e l’esano. Adesso possiamo descrivere le principali caratteristiche delle sostanze e dei soluti che abbiamo preso in considerazione. L' esano (o n-esano) è un alcano. A temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore dall'odore di benzina. È un composto molto infiammabile, irritante, nocivo, pericoloso per l'ambiente, tossico per la riproduzione .Gli alcani sono composti organici costituiti solamente da carbonio e idrogeno (e per questo appartenenti alla più ampia classe degli idrocarburi) aventi formula bruta CnH(2n + 2). Noti anche come paraffine (dal latino parum affinis) a causa della loro scarsa reattività in condizioni normali e quindi pessimi conduttori, visto che sono paragonabili (per conducibilità) all’acqua zuccherata il legame interessa la funzione aldeidica (C-1) del glucosio e quella chetonica (C-2) del fruttosio: poiché entrambe le funzioni riducenti sono impegnate nel legame 1--->2 glicosidico, il saccarosio è uno zucchero non riducente . L'acqua pura è un buon isolante elettrico (cioè un cattivo conduttore). Ma, essendo anche un buon solvente, spesso reca in sé tracce di sali disciolti in essa, che, con i loro ioni la rendono un buon conduttore di elettricità .Il cloruro di potassio è il sale di potassio dell'acido cloridrico. La sua formula è KCl. A temperatura ambiente si presenta come una polvere cristallina bianca, e come tutti i sali grazie ai loro legami elettrostatici è un buon conduttore, infatti si vede la dissociazione fra il cloro e il potassio e quindi si ottiene la scissione K- Cl+( In chimica, s'intende per specie riducente, l'agente chimico che tende a cedere elettroni ad un'altra sostanza. In una reazione di ossidoriduzione, si distingue la specie riducente per l'aumento del relativo numero di ossidazione. Si identifica con il termine riduzione l'azione della specie riducente sull'altra sostanza, e quest'ultima, a cui sono stati ceduti elettroni, si definisce ridotta). Il solfato di rame è il sale di rame (II) dell'acido solforico. A temperatura ambiente e nella sua forma idratata si presenta come un solido azzurro. Quando brucia colora la fiamma di verde e perde il colore azzurro. È un composto nocivo per ingestione, irritante per gli occhi e la pelle, pericoloso per l'ambiente:altamente tossico per gli organismi acquatici, può provocare a lungo termine effetti negativi per l'ambiente acquatico. In caso d'incendio può liberare vapori pericolosi(ossidi di zolfo).Nell’ esperienza si poteva notare come la scissione fra zolfo e rame fosse alta, infatti il rame si accumulava sugli ioni. Il saccarosio è il disaccaride chiamato comunemente "zucchero", composto da una molecola di glucosio e di una di fruttosio. Cristallizza facilmente, in cristalli monoclini sfenoidali bianchi di intenso sapore dolce, solubili in acqua e in etanolo e il suo potere di conduttibilità è molto basso. Il cloruro di sodio è il sale di sodio dell'acido cloridrico ed è il comune sale da cucina. A temperatura ambiente si presenta come un solido cristallino incolore e inodore, dal sapore caratteristico salato da cui appunto ne deriva il nome. I suoi cristalli hanno un reticolo cubico ai cui vertici si alternano ioni sodio Na+ e ioni cloruro Cl-. In soluzione acquosa oppure fuso, conduce la corrente elettrica e fa scindere i due ioni Na+ e Cl-. Rappresenta uno degli stati allotropici del carbonio. L'acqua è un liquido, a temperatura e pressione standard. La sua molecola si compone di un atomo di ossigeno cui sono legati due atomi di idrogeno; la sua formula chimica è pertanto H2O. Quando viene prelevata dal rubinetto cioè non è pura vi sono molti Sali disciolti all’interno che la rendono buon conduttore. Gli ioni si scindino in OH+ e OH-.