Proprietà dell'acqua - Esperienza di laboratorio

Relazione di laboratorio (chimica)

Titolo: L’acqua e le sue proprietà

Obiettivo: verificare le diverse proprietà dell’acqua

Materiale
1^ fase: acqua, olio, carta oleata, bacchetta, stuzzicadenti
2^fase: acqua, detersivo, talco, vetrino da orologio, spillo
3^fase: tre becher contenenti esano, acqua, acqua e detersivo, tre capillari
4^fase: tre provette con tre diverse sostanze (acqua, acido acetico, ammoniaca), cartina tornasole, bacchetta
Precauzioni: la terza fase va effettuata sottocappa, in quanto l’esano è una sostanza nociva

Procedimento
1^fase
-stendere 3-4 gocce separate di acqua con la bacchetta su un foglio di carta oleata
-osservare e prendere nota della forma
-inumidire lo stuzzicadenti
-avvicinarlo alla goccia dell’acqua e osservare cosa accade
-ripetere lo stesso procedimento usando l’olio

Osservazioni: avvicinando lo stuzzicadenti inumidito alla goccia di acqua, questa si avvicina ed entra in contatto con lo stuzzicadenti semplicemente avvicinandolo di molto.

2^fase
-riempire di acqua fino all’orlo un vetrino di orologio
-appoggiarvi delicatamente sopra lo spillo
-aggiungere una goccia di detersivo
-distribuire in superficie del talco
-osservare il comportamento dello spillo durante ogni passaggio

Osservazioni: si nota che appoggiando lo spillo esso rimane in superficie, senza affondare. Vediamo inoltre che in corrispondenza di esso si viene a formare come una specie di depressione sulla superficie dell’acqua. Aggiungendo il detersivo lo spillo va affondo. Il talco distribuito prima si raggruppa in superficie, per poi andare a fondo granello per granello.
Come mettiamo l’acqua nel vetrino possiamo vedere che la superficie è convessa e supera il bordo del contenitore, senza però fuoriuscire dalle parti.

3^fase
-mettere acqua, acqua e detersivo, esano in tre diversi becher
-mettere all’interno un capillare per ogni becher
-controllare il livello di risalita tramite la scala graduata posta sui becher
-confrontare i diversi livelli, traendo conclusioni su come agisce la forza di adesione nelle tre sostanze

Osservazioni: notiamo che il livello più alto nei capillari è quello raggiunto dall’acqua, seguito dall’esano e poi da acqua e sapone, che ha il livello minore. Possiamo notare anche che il menisco più accentuato è quello dell’acqua, mentre quello di acqua e sapone è il meno marcato. Quello dell’esano è una via di mezzo tra gli altri due.

4^fase
-mettere tre sostanze con pH differenti in tre provette
-prendere un pezzo di cartina tornasole
-immergere la bacchetta nella prima provetta e far cadere una goccia sulla cartina
-ripetere lo stesso procedimento per le altre due sostanze
-notare il colore che assume la cartina, determinando il pH delle sostanze

Osservazioni: con la prima sostanza la cartina diventa di colore blu/viola; con la seconda sostanza la cartina diventa di colore verdognolo; con la terza sostanza la cartina diventa di colore arancio/rosso.

Conclusioni
Con queste prove abbiamo verificato alcune proprietà dell’acqua.

Tensione superficiale
Nelle prove 1 e 2 abbiamo verificato che l’acqua ha un’elevata tensione superficiale. Questa è la forza che permette alle particelle in superficie di legarsi tra loro e anche con quelle più all’interno. Nella prova 1 abbiamo visto che la goccia dell’acqua ha una forma piuttosto semisferica. Questo perché le particelle in superficie tendono ad essere attratte da quelle più in profondità. In questo modo la goccia appare ben compatta e unita. Invece, nell’olio avviene il contrario: dal momento che le sue molecole sono apolari, tra di loro si attraggono poco e, di conseguenza, la goccia tende ad espandersi e non si mantiene unita. Nella prova 2, invece, abbiamo visto che la superficie dell’acqua è riuscita a tenere uno spillo, impedendogli di affondare. Anche questo è una conseguenza della tensione superficiale. Infatti, i legami in superficie sono abbastanza forti da resistere al peso di uno spillo, ma anche a quello di un insetto. Proprio per questo alcuni insetti riescono a “camminare” sull’acqua senza affondare. Sempre in questa prova, abbiamo visto come il livello dell’acqua sia riuscito a superare il bordo del vetrino, senza però fuoriuscire. Anche questo fenomeno è dovuto alla tensione superficiale. La forza che permette la tensione superficiale è detta forza di coesione, che in generale permette alle particelle di rimanere più o meno unite tra loro. Questa forza di coesione l’abbiamo verificata avvicinando uno stuzzicadenti bagnato alla goccia dell’acqua: essa si è “attaccata” allo stuzzicadenti, senza che li avessimo fatti entrare in contatto. Questo è accaduto perché sullo stuzzicadenti, dal momento che era bagnato, c’erano delle molecole di acqua che, avvicinandosi a quelle della goccia, si sono attratte a vicenda, a causa della forza di coesione che c’è tra di loro.

Forza di adesione
La forza di adesione è stata verificata nella prova 3. Essa è la forza che instaura dei legami tra la sostanza e il suo contenitore. È quella forza che determina il caratteristico menisco dell’acqua all’interno di un becher. Inoltre è la forza che permette anche l’effetto della capillarità, in quanto le particelle, aderendo alle pareti del contenitore, tendono a far salire il liquido autonomamente fino ad un certo livello. Ed è quello che abbiamo visto accadere all’interno dei capillari. Lo stesso fenomeno avviene nelle spugne, nei biscotti o nei tronchi degli alberi. Questa forza, però, può essere resa più debole dal fenomeno del tensioattivo, che consiste nell’immettere una sostanza che faccia diminuire la forza che attrae le molecole tra di loro. Un esempio di queste sostanze è il sapone o detersivo. Per questo motivo l’acqua con il detersivo è la soluzione che sale di meno all’interno del capillare, in quanto la forza di adesione è minore. Questo fenomeno, però, colpisce anche la forza di coesione. Infatti, nella prova 2 abbiamo visto che aggiungendo il detersivo, lo spillo affonda. Questo perché la forza che tiene unite le molecole non è più così forte da poter sostenere il peso dello spillo. Sempre per quanto riguarda il fenomeno del tensioattivo, lo si può notare anche nella marcatura del menisco. Infatti, nell’acqua e detersivo esso è meno marcato, in quanto la forza di adesione è più debole, piuttosto che nell’acqua o nell’esano.

Determinazione del pH
Nell’ultima prova abbiamo verificato il pH di tre sostanze diverse, le quali non sapevamo in quale provetta fossero collocate. Il pH è la misura della concentrazione di ioni H+ di una soluzione acquosa, cioè di una sostanza sciolta in acqua. Esso può essere di tre tipi: acido, neutro, basico. È acido quando la quantità di questi ioni va da 0 a 6.9; neutro quando è uguale a 7; basico quando va da 7.1 a 14, valore massimo. Ma insieme agli ioni H+ vi sono quelli OH-: maggiore è la loro quantità, maggiore è l’acidità della sostanza. Il pH si misura in acqua in quanto essa, essendo uno dei migliori solventi, riesce a scomporre quasi tutte le sostanze. Nella scomposizione si vanno sempre a creare ioni H+ oppure OH-, che andandosi ad aggiungere a quelli già presenti nell’acqua, determinano il pH della sostanza. Nella prova la prima sostanza risultava avere un pH uguale a circa 10: significa che si trattava di una sostanza basica. Infatti, era ammoniaca. La seconda sostanza aveva un pH uguale a 6: significa che era leggermente acida, ma da potersi considerare neutra. Infatti, era acqua distillata. L’ultima sostanza aveva un pH uguale a circa 3, quindi molto basica. Si trattava infatti di acido acetico.