Questa sessione di laboratorio è divisa in due parti significative, focalizzate sulla preparazione di una soluzione concentrata di permanganato di potassio e sulla sua successiva diluizione per ottenere una concentrazione desiderata. L'obiettivo è impartire le competenze necessarie per preparare soluzioni di specifiche concentrazioni tramite dissoluzione e poi regolare tali concentrazioni tramite diluizione, dimostrando tecniche fondamentali nella chimica delle soluzioni.
- Preparazione di una soluzione concentrata:
Per preparare una soluzione di permanganato di potassio con una concentrazione di 80 g/l mediante il processo di dissoluzione. - Diluizione della soluzione concentrata:
Per preparare 250 ml di una soluzione diluita di permanganato di potassio con una concentrazione target di 17,5 g/l.
Obiettivi Educativi
- Preparazione di soluzioni: tecniche I partecipanti impareranno il processo passo passo per sciogliere il permanganato di potassio per creare una soluzione con una concentrazione specifica, migliorando la loro comprensione delle interazioni soluto-solvente.
- Regolazione della concentrazione tramite diluizione: La sessione dimostrerà come regolare la concentrazione di una soluzione mediante diluizione, evidenziando gli aspetti matematici e pratici delle tecniche di diluizione.
- Precisione nella misurazione: Sottolinea l'importanza di una misurazione precisa e della manipolazione degli strumenti di misurazione nella preparazione di soluzioni chimiche, favorendo l'accuratezza e l'attenzione ai dettagli.
- Comprensione della dissoluzione e della diluizione: I partecipanti acquisiranno una visione approfondita dei ruoli cruciali della dissoluzione e della diluizione nel raggiungimento delle concentrazioni di soluzione desiderate, comprendendo i principi sottostanti di questi processi.
Attraverso questa esperienza di laboratorio, i partecipanti acquisiranno competenze chimiche fondamentali nella preparazione e nella regolazione delle concentrazioni delle soluzioni. Impegnandosi nella precisa preparazione di una soluzione di permanganato di potassio e nella sua attenta diluizione, i partecipanti impareranno a manipolare accuratamente gli strumenti di misurazione e ad apprezzare il significato della dissoluzione e della diluizione nella creazione di soluzioni di concentrazioni specifiche. Questa sessione offre un'applicazione pratica dei principi chimici essenziali per gli studi e la ricerca nel settore, rafforzando la natura meticolosa richiesta nella sperimentazione scientifica.
Protocollo
- La dissoluzione
Vogliamo preparare una soluzione di permanganato di potassio a 80 g/L.
- Pesare circa 8 g di permanganato di potassio utilizzando la bilancia elettronica.
- Utilizzando un imbuto, versare la polvere pesata in un matraccio tarato da 100 mL (il più piccolo dei due matracci tarati).
- Misurare 50 mL di acqua distillata utilizzando un cilindro graduato.
- Versare l'acqua misurata nel matraccio tarato contenente il permanganato di potassio.
- Rimuovi l'imbuto e metti un tappo sull'apertura del pallone.
- Agitare la soluzione, quindi rimuovere il tappo.
- Portare a volume la soluzione con acqua distillata fino alla tacca di taratura.
- Riavvitare il tappo e mescolare per inversione.
- Confrontare il colore ottenuto con quello dei campioni forniti per verificare la concentrazione finale.
Le concentrazioni dei campioni nelle provette sono le seguenti:
- Provettina 1: 17,5 g/L
- Provetta 2: 35 g/L
- Provettone 3: 62,5 g/L
- Provetta 4: 70 g/L
- Provette 5: 80 g/L
- Provetta 6: 90 g/L
- La diluizione
Vogliamo preparare 250 mL di una soluzione di permanganato di potassio a 17,5 g/L.
- Misurare 54,7 mL della soluzione nel matraccio tarato preparato nella prima parte utilizzando un cilindro graduato da 70 mL.
- Versare il contenuto del cilindro graduato nel pallone tarato vuoto da 250 mL.
- Riempire il volume della soluzione fino alla tacca graduata con acqua distillata.
- Tappare e mescolare per inversione.
- Confrontare il colore ottenuto con quello dei campioni forniti per verificare la concentrazione finale.
Nota: Assicurarsi di posizionare le soluzioni davanti a uno sfondo di cartoncino nero per distinguere chiaramente i cambiamenti di colore.
Risultati Previsti
- I primi passaggi creano una soluzione di permanganato di potassio concentrata a 80 g/L (8 g/100 mL).
- Utilizzando 54,7 ml di una soluzione omogenea si rappresentano 4,376 g di permanganato di potassio, in 250 ml di liquido.
- La nuova concentrazione è quindi 17,51 g/L (4,376 g/250 mL).
- Le soluzioni di controllo di KMnO₄ presentano le seguenti concentrazioni: #1 = 17,5 g/L (0,11 M); #2 = 35 g/L (0,22 M); #3 = 62,5 g/L (0,39 M); #4 = 70 g/L (0,44 M); #5 = 80 g/L (0,5 M); #6 = 86 g/L (0,54 M).
- Preparazione della soluzione: sciogliendo 8 g di permanganato di potassio in 100 mL di acqua, si ottiene una soluzione con una concentrazione di 80 g/L. Il colore di questa soluzione dovrebbe corrispondere visivamente a quello della soluzione di controllo #5.
- Diluizione: il processo di diluizione riduce la concentrazione da 80 g/L a circa 17,5 g/L quando 54,7 mL della soluzione originale vengono diluiti fino a 250 mL. Questa soluzione diluita dovrebbe avere, a occhio nudo, lo stesso colore della soluzione di controllo #1.
Lezioni imparate:
- Precisione e accuratezza: L'importanza di misurazioni esatte durante la pesata del soluto e la misurazione dei volumi nella preparazione di soluzioni e nelle diluizioni per ottenere la concentrazione desiderata.
- Comprensione della diluizione: Il processo di diluizione dimostra come la concentrazione di una soluzione cambia quando il volume del solvente aumenta mentre la quantità di soluto rimane costante.
- Concentrazione delle soluzioni: imparare a calcolare e comprendere le diverse concentrazioni delle soluzioni e la loro importanza in varie applicazioni chimiche.
- Capacità di osservazione: Sviluppare la capacità di confrontare l'intensità del colore delle soluzioni per determinarne la concentrazione, un'abilità essenziale nell'analisi qualitativa.
Principi di chimica:
- Molarità e concentrazione: L'esperimento illustra come calcolare la molarità e la concentrazione, concetti fondamentali nella chimica delle soluzioni. La molarità è il numero di moli di soluto per litro di soluzione, e la concentrazione è generalmente la quantità di soluto disciolto in ogni volume di solvente.
- Dissoluzione: Questo processo dimostra come i soluti si dissolvono nei solventi per formare soluzioni, in funzione della natura del soluto e del solvente, della temperatura e di altri fattori.
- Legge di conservazione della massa: Sebbene la soluzione subisca diluizione, la quantità totale di soluto (permanganato di potassio) rimane costante, illustrando la legge di conservazione della massa.
- Analisi colorimetrica: L'uso dell'intensità del colore per determinare la concentrazione è un'applicazione della colorimetria, una tecnica spesso utilizzata in chimica per quantificare la concentrazione di composti colorati in soluzione.
Attraverso questo protocollo, gli studenti acquisiscono esperienza pratica nelle applicazioni pratiche di concetti teorici nella chimica delle soluzioni, migliorando la loro comprensione e le loro abilità in laboratorio.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classi 3-5 (Età 8-10)
- ConcentratiIntroduzione di base alla preparazione di soluzioni e semplici misurazioni.
- AttivitàOsservazione del processo di dissoluzione del permanganato di potassio, semplici dimostrazioni di diluizione, istruzioni di sicurezza di base.
Scuola secondaria di primo grado (11-13 anni)
- ConcentratiComprensione intermedia della preparazione della soluzione e della regolazione della concentrazione.
- AttivitàPreparazione di una soluzione concentrata di permanganato di potassio, esecuzione di calcoli di diluizione semplici, misurazione e regolazione delle concentrazioni delle soluzioni, seguendo protocolli di sicurezza dettagliati.
Scuola superiore (14-18 anni)
- Concentrati: Avanzata padronanza nella preparazione di soluzioni e precise capacità analitiche.
- AttivitàPreparazione accurata di una soluzione di permanganato di potassio a 80 g/l, esecuzione di diluizioni precise per raggiungere una concentrazione di 17,5 g/l in 250 ml, utilizzando tecniche di misurazione avanzate, registrazione e analisi dettagliata del processo, aderendo a protocolli di sicurezza avanzati.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Bilancia elettronica
- Matraccio graduato (100 ml e 250 ml)
- Cilindro graduato (50ml e 70ml)
- Spatola
Prodotti
- Permanganato di potassio (polvere)