Ogni risultato sperimentale inizia con la scelta di uno strumento. Un banco di laboratorio contiene vetreria che sembra intercambiabile ma non lo è: un becher e un pallone tarato possono contenere entrambi 100 mL, eppure uno riporta delle graduazioni per comodità mentre l'altro è calibrato per un singolo volume entro un decimo di millilitro. Sapere quale sia l'uno e quale l'altro, e maneggiare ciascuno correttamente, costituisce la differenza tra una misurazione e un'ipotesi. In un laboratorio funzionante è anche la differenza tra una sessione di routine e una buretta rotta, un reagente rovesciato o un'ustione chimica, motivo per cui la pratica professionale pone la familiarità con le attrezzature prima di qualsiasi procedura.
Il principio alla base della distinzione è semplice e quantitativo: ogni strumento ha una tolleranza, e la tolleranza dello strumento meno preciso utilizzato in una procedura stabilisce la precisione del risultato finale. Gli strumenti si suddividono inoltre naturalmente per scopo anziché per aspetto: alcuni misurano una quantità, alcuni contengono solo un liquido, alcuni lo trasferiscono, alcuni mantengono stabile altra attrezzatura e alcuni rilevano elettronicamente una proprietà fisica. Impararli in base alla funzione è molto più utile che memorizzare un elenco di nomi, poiché è la funzione a determinare quale strumento richieda un determinato esperimento.
Questo laboratorio non ha reazioni da eseguire né dati da raccogliere. Lavorerai sul banco in modo sistematico, localizzando e raccogliendo ciascun oggetto a turno: la spruzzetta, il cilindro graduato, il becher, la beuta Erlenmeyer, il pallone tarato, la provetta, il contagocce, la spatola, le tenaglie, il termometro, il piaccametro, la bacchetta di vetro, il morsetto universale, il righello, il goniometro, il contenitore di acido, il cronometro, la pipetta, la capsula di pesata, la buretta e l'imbuto, finendo col posizionare un'ancoretta magnetica nel becher e il coperchio sul calorimetro. L'obiettivo è il riconoscimento e la corretta manipolazione, in modo che ogni laboratorio successivo possa concentrarsi sulla scienza anziché sull'attrezzatura.
Obiettivi Educativi
- Riconoscimento dell'inventario del banco standard — nomina a vista ciascuno dei ventidue strumenti utilizzati in questa sessione, e indicane la capacità o l'estensione ove ne abbia una.
- Classificazione per funzione — classifica ogni articolo in uno dei cinque gruppi: strumenti che misurano, recipienti che contengono soltanto, dispositivi che trasferiscono, supporti che sostengono altre apparecchiature e sensori elettronici.
- Comprendere la precisione e la tolleranza — spiega perché un becher da 100 mL e un pallone volumetricodi 100 mL non sono interscambiabili, classifica gli strumenti volumetrici in base alla tolleranza relativa e identifica quale strumento definisce la precisione di una determinata procedura.
- Corretta gestione di apparecchiature fragili e di precisione — afferrare la vetreria dal corpo anziché dal collo o dalla punta, mantenere una buretta verticale nel suo morsetto, evitare di toccare il bulbo di un termometro o la membrana di vetro di un elettrodo per pH, e appoggiare gli strumenti dove non possono rotolare.
- Manipolazione sicura di un reagente corrosivo — indossare per tutto il tempo il camice da laboratorio, gli occhiali protettivi e i guanti in nitrile; trasportare il contenitore di acido con entrambe le mani, tenendolo basso rispetto al banco; e informarsi sulla posizione delle attrezzature di emergenza prima di utilizzarle.
- Organizzazione dello spazio di lavoro disporre l'attrezzatura nell'ordine in cui verrà utilizzata, mantenere il banco libero da tutto ciò che la procedura non richiede e rimettere ogni oggetto al suo posto.
Protocollo
- Individua il flacone lavatore, poi prendilo in mano.
- Individua il cilindro graduato da 25 ml, quindi prendilo in mano.
- Individua il becher da 100 mL, quindi prendilo in mano.
- Individua il pallone di Erlenmeyer da 100 mL, quindi prendilo in mano.
- Individua il matraccio tarato da 100 mL, quindi prendilo in mano.
- Individua il provettone, poi prendilo in mano.
- Individua il contagocce, quindi prendilo in mano.
- Individua la spatola da 5 mL, quindi prendila in mano.
- Individua le pinze, poi prendile in mano.
- Individua il termometro, poi prendilo in mano.
- Individua il misuratore di pH, poi prendilo in mano.
- Individua l'asta di vetro, poi prendila in mano.
- Individua il morsetto universale, poi prendilo in mano.
- Individua il righello da 50 cm, poi prendilo in mano.
- Individua il goniometro, quindi prendilo in mano.
- Individua il contenitore di acido cloridrico 1N, poi prendilo in mano
- Individua il cronometro e avvialo.
- Individua la pipetta, quindi prendila in mano.
- Individua la barchetta di pesata, quindi prendila in mano.
- Individua la buretta, poi prendila in mano.
- Individua l'imbuto, poi prendilo in mano.
- Individua l'agitatore magnetico, prendilo in mano e inseriscilo nel becher da 100 ml.
- Metti il coperchio sul calorimetro.
Risultati Previsti
Questo laboratorio non produce alcuna misurazione. Ciò che dovrebbe produrre è uno studente capace di nominare ogni oggetto sul banco, dire a cosa serve e indicare quanto ci si possa fidare. Le due tabelle sottostanti traducono questo risultato in una forma che un insegnante può valutare.
| Strumento (ordine di protocollo) | Gruppo | Funzione e il punto di gestione che conta |
|---|---|---|
| Spruzzetta | Trasferimento | Eroga un getto orientato di acqua distillata per risciacquare la vetreria e far scorrere i residui in un recipiente. Stringere il corpo, mai il beccuccio. |
| Cilindro graduato (25 mL) | Misura | Misura un intervallo di volumi fino a circa 1 %. Leggere il bordo inferiore del menisco all’altezza degli occhi, su un banco in piano. |
| Becher (100 mL) | Contenere | Contiene, mescola e riscalda liquidi. Le sue graduazioni sono nominali e non devono essere utilizzate come misurazione. |
| Beuta di Erlenmeyer (100 mL) | Contenere | Il corpo conico consente di agitare senza fuoriuscite, motivo per cui le titolazioni vengono eseguite in esso. Non è un recipiente di misura. |
| Matraccio volumetrico (100 mL) | Misura | Calibrato per contenere un volume pari a circa 0,1 %. Riempire fino al segno, tappare, quindi agitare capovolgendo il flacone; non riscaldare mai. |
| Provetta | Contenere | Contiene pochi millilitri per un test qualitativo o un confronto cromatico. Non tarata. |
| Contagocce | Trasferimento | Eroga circa 0,05 mL per goccia, circa venti gocce per millilitro. Tienilo in verticale e non lasciare mai che la punta tocchi il liquido a cui viene aggiunto. |
| Spatola | Trasferimento | Trasferisce un solido dal suo contenitore a una capsula di pesata. Mantiene asciutto e usa una spatola per reagente. |
| Pinze | Trasferimento | Solleva oggetti caldi o contaminati senza contatto. Afferrare vicino alla base dell'oggetto e sollevare verticalmente. |
| Termometro (digitale) | Senso | Legge la temperatura, tipicamente a 0,1 °C con una precisione vicina a 0,5 °C. Immergere completamente la sonda nel liquido, non contro la parete del recipiente. |
| pHmetro | Senso | Legge il pH a circa 0,01 unità dopo una calibrazione a due punti. Sciacquare l'elettrodo tra un campione e l'altro e non lasciare mai asciugare la membrana di vetro. |
| Bastoncino di vetro | Trasferimento | Bacchetta di vetro. |
| Morsetto universale | Supporto | Sostiene una buretta, un termometro o un beuta su un supporto. Stringere fino a quando non è saldo e non oltre; un serraggio eccessivo rompe il vetro. |
| Righello (50 cm) | Misura | Legge la lunghezza fino a circa 0,5 mm con divisioni millimetriche. Leggere perpendicolarmente alla scala per evitare l'errore di parallasse. |
| Goniometro | Misura | Legge un angolo con una precisione di circa 0,5°. Allinea la linea di base con un braccio e il contrassegno centrale con il vertice. |
| Contenitore per acido (HCl 1 N) | Contenere | Contiene il reagente corrosivo. Portalo con entrambe le mani, tienilo sotto l'altezza delle spalle e aprilo solo sopra il bancone. |
| Cronometro | Misura | Risolve 0,01 s, ma il tempo di reazione umano limita un intervallo cronometrato a mano a circa 0,2 s. Avvialo e fermalo su un evento definito. |
| Pipetta | Misura | Una pipetta volumetrica eroga un volume pari a circa 0,2 %. Riempire con una pompetta o un pipettatore, mai con la bocca, e far toccare la punta alla parete del recipiente. |
| Navicella di pesata | Contenere | Regge un solido sul piattino della bilancia. Tarala prima di aggiungere qualsiasi cosa e usane uno nuovo per ogni reagente. |
| Buretta (50 mL) | Misura | Eroga un volume variabile, leggibile fino a 0,05 mL. Menerla in posizione verticale, leggere il menisco all'altezza degli occhi e aprire il rubinetto tenendo la mano dietro di esso. |
| Imbuto | Trasferimento | Guida un solido o un liquido in un collo stretto senza perdite. Sostienilo nel collo invece di tenerlo a mezz'aria. |
| Ancora magnetica | Trasferimento | Si trova nel recipiente ed è azionato dall'agitatore magnetico sottostante, consentendo una miscelazione a mani libere. Recuperatelo con un magnete, non versando il liquido. |
| Calorimetro e coperchio | Contenere | Un recipiente isolato che limita lo scambio di calore con l'ambiente in modo che una variazione di temperatura possa essere attribuita al processo all'interno. Il coperchio fa parte dell'isolamento, non è una copertura per ordine. |
Quale strumento misura un volume e con quale precisione
| Strumento | Volume nominale | Tolleranza tipica | Tolleranza relativa | Calibrazione |
|---|---|---|---|---|
| Matraccio volumentrico | 100 mL | ±0,10 mL | 0.1 % | contenere (TC) |
| Pipetta volumetrica | 10 mL | ±0,02 mL | 0.2 % | da consegnare |
| Burette | 50 mL | ±0,05 mL per lettura | 0,2 % di un titolo completo | da consegnare |
| Cilindro graduato | 25 mL | ±0,25 mL | 1 % | consegnare, approssimativo |
| Beaker | 100 mL | circa ±5 mL | 5 % | nessuno — non è un recipiente di misura |
| Beuta di Erlenmeyer | 100 mL | circa ±5 mL | 5 % | nessuno — non è un recipiente di misura |
| Contagocce | circa 0,05 mL per goccia | non calibrato | — | nessuno |
Dalla tabella derivano due distinzioni. La prima è contenere contro consegnareun pallone volumetrico è certificato per il volume che contiene quando viene riempito fino alla sua tacca, motivo per cui vi si prepara una soluzione, mentre una pipetta e una buretta sono certificate per il volume che rilasciano, avendo già tenuto conto della pellicola di liquido che rimane sul vetro. Usare l'uno al posto dell'altra introduce un errore all'incirca della stessa entità della tolleranza dichiarata. La seconda questione è che le graduazioni non implicano una calibrazione. Le tacche di un becher esistono affinché un tecnico possa vedere approssimativamente quanto liquido esso contenga; considerarle una misurazione spreca un fattore cinquanta in precisione ed è l'errore singolo più comune in un laboratorio introduttivo.
Gli strumenti elettronici hanno i loro limiti, che non coincidono con la risoluzione del loro display. Un termometro digitale che mostra 0,1 °C è tipicamente accurato a circa 0,5 °C, quindi l'ultima cifra è utile per seguire una variazione ma non per riportare una temperatura assoluta. Un piaccametro legge fino a 0,01 pH ma vale quanto la sua più recente calibrazione a due punti, e devia di pochi centesimi nel giro di un giorno. Un cronometro ha una risoluzione di 0,01 s, eppure un intervallo cronometrato a mano comporta circa 0,2 s di tempo di reazione umano, che è venti volte la sua risoluzione — il motivo per cui gli esperimenti di misurazione del tempo utilizzano barriere o intervalli lunghi anziché un cronometro più veloce. In ogni caso il resoconto veritiero è limitato dall'accuratezza, non dal numero di cifre sul display.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classe 9-10
- Concentrazione: riconoscimento, vocabolario e manipolazione sicura.
- Attività: individuare e raccogliere ogni strumento del protocollo, nominando ciascuno ad alta voce; indicare la capacità di ogni pezzo di vetreria; suddividere l'intero banco nei cinque gruppi funzionali; identificare i tre articoli fragili e dire come deve essere tenuto ciascuno; indicare l'attrezzatura di emergenza nella stanza prima di iniziare.
Undicesimo anno
- Concentrazione: giustificare la scelta di uno strumento e confrontare la precisione.
- Attività: Spiegazione del motivo per cui si utilizza un matraccio volumetrico anziché un becher per preparare una soluzione a concentrazione nota, e del motivo per cui una titolazione viene eseguita in un becher di Erlenmeyer (beuta) anziché in un becher; classificazione degli strumenti volumetrici dal meno preciso al più preciso con la relativa tolleranza di ciascuno; selezione delle attrezzature necessarie per due esperimenti descritti e giustificazione di ciascuna scelta; spiegazione della differenza tra uno strumento tarato per contenere e uno tarato per erogare.
12ª classe / Livello universitario
- Concentrazione: tolleranze degli strumenti e standard di laboratorio professionali.
- Attività: per una data procedura in più fasi, identificare quale set di strumenti determina la precisione del risultato finale; distinguere la risoluzione dall'accuratezza per il termometro, il pH-metro e il cronometro, e spiegare perché cifre extra non migliorano nessuna delle due; descrivere cosa significa la certificazione di Classe A e quando è richiesta; specificare la calibrazione di cui ciascuno strumento elettronico ha bisogno e con quale frequenza; proporre un elenco di attrezzature, con relative tolleranze, per un esperimento di propria concezione e giustificare ogni voce.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Spruzzetta
- Cilindro graduato (25 mL)
- Becher (100 mL)
- Beuta di Erlenmeyer (100 mL)
- Matraccio volumetrico (100 mL)
- Provetta (50 mL)
- Contagocce (1 mL)
- Spatola (5 mL)
- Pinze
- Termometro digitale
- pHmetro
- Bastoncino di vetro
- Morsetto universale
- Righello (50 cm)
- Goniometro
- Cronometro
- Pipetta
- Navicella di pesata
- Buretta (50 mL)
- Imbuto
- Ancora magnetica
- Calorimetro con coperchio
- Camice da laboratorio, occhiali di protezione e guanti in nitrile
Prodotti
- Acido cloridrico HCl 1 N (equivalente a 1,0 mol/L), nel suo contenitore
- Acqua distillata (nella spruzzetta)