Proprietà dell’acqua, dell’alcool etilico e dell’etere di petrolio

Obiettivi:

Proprietà dell'acqua

Individuare le proprietà dell’acqua (H2O), dell’alcool etilico (C2H6O) e dell’etere di petrolio e spiegare perché esse caratterizzano queste sostanze.

Prerequisiti:
- Tensione superficiale: La tensione superficiale è la proprietà grazie alla quale gli insetti riescono a camminare sul livello dell’acqua; essa è come una pellicola che si forma in superficie a causa dei forti legami fra le particelle. Per rompere questa pellicola è necessaria una forza di cui gli insetti, come la graffetta, non dispongono. La tensione superficiale diminuisce all’aumentare della temperatura perché aumentandola le particelle si muovono di più causando una minor adesione.

Legami intramolecolari

- Legami intramolecolari: I legami intramolecolari sono i legami che legano tra loro atomi differenti di una stessa molecola. I legami intramolecolari si dividono in:

- Legame ionico;

- Legame metallico;

- Legame covalente:

- Puro.

- Polare.

- Dativo.

- Legame covalente polare: Quando due atomi che si legano presentano differenti elettronegatività, i loro nuclei esercitano sulla coppia condivisa attrazioni differenti. Quindi la nube elettronica presenta un maggiore addensamento verso l’elemento più elettronegativo su cui si forma una parziale carica negativa. Sull’altro elemento si instaura una parziale carica positiva. È il caso del legame covalente polare, inoltre esso è caratterizzato dalla compartecipazione di una o più coppie di elettroni tra atomi vicini all’interno della stessa molecola.

Legami intermolecolari

- Legami intermolecolari: Le forme intermolecolari sono interazioni deboli di natura elettrostatica tra molecole e ioni. Le energie coinvolte in questi tipi di interazioni sono di gran lunga minori rispetto a quelle coinvolte nei legami chimici intramolecolari. A differenza dei legami intramolecolari, che legano tra loro atomi differenti di una stessa molecola, le forze intermolecolari si esplicano tra due o più molecole (che possono essere tra loro uguali, come avviene in una sostanza pura, o differenti, come avviene in una miscela o all'interfaccia tra due differenti materiali). Le forze intermolecolari contribuiscono a determinare alcune caratteristiche delle sostanze, come ad esempio punto di fusione o di ebollizione. Un'elevata forza fra le molecole di una soluzione fa innalzare il punto di ebollizione di quest'ultima, perché riuscire a portare le molecole in fase vapore risulta più difficile in quanto bisogna fornire un surplus di energia (presumibilmente sotto forma di calore) per rompere questi legami. Stesso discorso si può fare per il punto di fusione. I legami intermolecolari si dividono in:

- Interazioni tra molecole polari:

- Legame idrogeno;

- Legame dipolo-dipolo;

- Legame dipolo permanente-dipolo indotto.

- Interazioni tra molecole apolari:

- Legame dipolo istantaneo-dipolo indotto.

- Legame idrogeno: Il legame idrogeno è il più forte legame intermolecolare. Esso è così forte perché l’idrogeno si lega ad atomi molto elettronegativi (F,O,N). La forza di questo legame garantisce un’alta tensione superficiale, perché per rompere la pellicola che si forma serve molta energia.

Molecole polari e apolari

- Molecola polare: Una molecola polare è una molecola all’interno della quale il baricentro delle parziali cariche positive non coincide con il baricentro delle parziali cariche negative. Quindi le sue cariche non sono distribuite in modo omogeneo. La molecola di acqua è polare perché fra gli atomi di ossigeno e di idrogeno è presente un legame covalente polare che garantisce una parziale carica negativa all’ossigeno e una parziale carica positiva agli idrogeni e il baricentro delle due cariche parziali non coincide perché i doppietti liberi dell’ossigeno respingono le coppie di legame causando fra di esse un angolo di 104,5°.

- Molecola apolare: Una molecola apolare è una molecola all’interno della quale il baricentro delle cariche positive coincide con il baricentro delle cariche negative.

Calore specifico e cariche elettriche

- Calore specifico: Il calore specifico di una sostanza è definito come la quantità di calore necessaria per innalzare la temperatura di una unità di massa di un grado Kelvin.

- Cariche elettriche discordi si attraggono (forze attrattive); cariche elettriche concordi si respingono (forze repulsive).

Materiali=

• 3 contenitori circolari;

• 3 graffette;

• 1 bacchetta;

• 1 panno;

• 3 becher;

• 3 dischi di vetro;

• 3 pipette.

Strumenti=

• 3 burette.

Sostanze=

• Acqua (H2O);

• Alcool etilico (C2H6O);

• Etere di petrolio.

Procedimento sperimentale

Procedimento:

Inserire in un contenitore circolare dell’acqua e dopo una graffetta. Annotare se la graffetta galleggia o no. Riempire una buretta vuota di acqua e mettere sotto di essa un becher. Osservare il menisco dell’acqua all’interno della buretta. Strofinare una bacchetta con un panno in modo da polarizzarla. Far uscire dalla buretta dell’acqua e avvicinare la bacchetta polarizzata e notare se l’acqua è attratta da essa. Prelevare una goccia d’acqua dal becher tramite la pipetta e metterla su un disco di vetro. Descrivere la forma della goccia e osservare se essa evapora.

Ripetere il medesimo procedimento con l’alcool etilico e con l’etere di petrolio.

Raccolta dati sull'acqua

Raccolta dati:

1) Acqua (H2O):

• Graffetta galleggia;

• Goccia sferica;

• Menisco verso il basso;

• Viene attratta dalla bacchetta;

• Non è evaporata.

2) Alcool etilico:

• Graffetta non galleggia;

• Goccia sferica ma allargata;

• Menisco verso il basso ma meno pronunciato rispetto a quello dell’acqua;

• Viene attratto dalla bacchetta, ma in modo minore rispetto che con l’acqua;

• È evaporato.

3) Etere di petrolio:

• Graffetta non galleggia;

• Goccia schiacciata e più espansa rispetto a quella dell’alcool etilico;

• Menisco piatto;

• Non viene attratto dalla bacchetta;

• È evaporato più velocemente rispetto che all’alcool etilico.

Analisi dei dati:

 Acqua:

• Sull’acqua la graffetta galleggia perché l’acqua ha un’elevata tensione superficiale dovuta ai forti legami intermolecolari che si instaurano tra le sue molecole, questi legami sono detti legami idrogeno.

• L’acqua ha una goccia sferica perché prevalgono le forze fra le sue particelle e non quelle di adesione alla superficie.

• Il menisco è rivolto verso il basso perché prevalgono le forze molecolari e non quelle di adesione alla superficie della buretta.

• L’acqua viene attratta dalla bacchetta perché è una molecola polare.

• L’acqua non è evaporata perché ha un elevato calore specifico che le permette di raffreddarsi e scaldarsi molto lentamente.

• Alcool etilico:

• Sull’alcool etilico la graffetta non galleggia perché l’alcool etilico non ha tensione superficiale.

• L’alcool etilico ha una goccia sferica allargata perché le particelle tendono ad aderire di più alla superficie rispetto che con l’acqua.

• Il menisco è rivolto verso il basso ed è meno pronunciato rispetto a quello dell’acqua perché nell’alcool etilico prevalgono di meno le forze fra le sue particelle, ma queste forze sono comunque maggiori rispetto a quelle di adesione alla superficie della buretta.

• L’alcool etilico viene attratto dalla bacchetta perché è una molecola polare, però è meno polare rispetto all’acqua infatti viene attratto in modo minore.

• L’alcool etilico è evaporato perché ha un basso calore specifico.

• Etere di petrolio:

• Sull’etere di petrolio la graffetta non galleggia perché l’etere di petrolio non ha tensione superficiale.

• L’etere di petrolio ha una goccia schiacciata e più espansa rispetto a quella dell’alcool etilico perché in esso prevalgono le forze di adesione alla superficie.

• Il menisco è piatto perché la forza fra le particelle non prevale su quella di adesione alla superficie della buretta e viceversa.

• L’etere di petrolio non viene attirato dalla bacchetta perché non è una molecola polare e quindi è apolare.

• L’etere di petrolio è evaporato più velocemente rispetto all’alcool etilico perché esso è molto volatile.

Conclusioni sull'esperimento

Conclusioni:

Gli obiettivi preposti sono stati raggiunti. Abbiamo osservato che alcune delle proprietà delle sostanze derivano dalla loro polarità e dai legami che sono presenti fra le loro particelle.