istituto d`istruzione superiore i - "Giorgio Asproni"

REPUBBLICA
ITALIANA
I.T.I. MINERARIO “G. ASPRONI” - IGLESIAS
A.S. 2014-2015
Programmazione di
CHIMICA ANALITICA E STRUMENTALE
Classe: 4a A CHIMICI
INSEGNANTE TEORICO
INSEGNANTE TECNICO-PRATICO
Silvia Chinedda
Francesca Casula
FINALITA’ GENERALI
In accordo con le linee guida ministeriali, l’insegnamento della disciplina concorre al
raggiungimento nell’allievo delle seguenti competenze specifiche:
Saper acquisire i dati ed esprimere qualitativamente e quantitativamente i risultati delle
osservazioni di un fenomeno attraverso grandezze fondamentali e derivate.
Saper individuare e gestire le informazioni per organizzare le attività sperimentali.
Essere in grado di utilizzare i concetti, i principi e i modelli chimico/fisici per interpretare la
struttura dei sistemi e le loro trasformazioni.
Essere consapevole delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie applicate.
Saper controllare progetti e attività, applicando le normative sulla protezione ambientale e
sulla sicurezza.
Essere in grado di redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di
gruppo relative a situazioni professionali.
OBIETTIVI MINIMI
Modulo 1
Saper classificare i metodi di analisi dal punto di vista tecnico e dell’obiettivo. Saper
distinguere tra metodi di analisi classica e strumentale.
Conoscere i principi generali dell’analisi volumetrica e saper definire che cosa si intende per
titolante, punto finale e per punto di equivalenza in una titolazione.
Saper definire i tipi di reazione impiegati in volumetria e i requisiti essenziali per il loro
utilizzo.
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Conoscere la funzione generale dell’indicatore nell’analisi volumetrica.
Conoscere la differenza tra uno standard primario ed uno secondario.
Sapere che cosa si intende per titolazione diretta, titolazione indiretta e retrotitolazione.
Conoscere i calcoli stechiometrici da effettuarsi nella preparazione di soluzioni a
concentrazione nota (per solubilizzazione e per diluizione).
Conoscere i calcoli da effettuarsi nell’analisi volumetrica e saperli utilizzare nella risoluzione
di semplici esercizi e problemi.
Saper calcolare il pH di soluzioni di acidi e basi forti, acidi e basi deboli e soluzioni saline.
Sapere cos’è una soluzione tampone e conoscerne il meccanismo di azione.
Sapere cos’è un indicatore acido-base e saperne illustrare il meccanismo di funzionamento e
le condizioni di utilizzo.
Saper scegliere l’indicatore più opportuno in una titolazione acido-base, conoscendo il pH al
punto di equivalenza e il pK dell’indicatore.
Essere in grado di eseguire una titolazione acido-base e i relativi calcoli stechiometrici per
risalire alla quantità di analita in un campione.
Saper spiegare che cos’è un composto di coordinazione e cosa si intende per legante, atomo
coordinante e numero di coordinazione.
Essere in grado di stabilire il numero di coordinazione di un complesso e la sua geometria.
Sapere che cosa si intende per leganti monodentati, bidentati e polidentati ed essere in grado
di riconoscerli.
Sapere che cosa è un agente chelante e cosa si intende per chelato.
Saper attribuire il nome alle formule di complessi ionici e neutri.
Conoscere gli aspetti teorici, pratici e i calcoli stechiometrici relativi alle titolazioni
chelometriche con EDTA.
Conoscere gli aspetti teorici, pratici e i calcoli stechiometrici relativi alle titolazioni di
precipitazione e alle titolazioni redox, e saperne definire i relativi campi di applicazione.
Modulo 2
Saper eseguire il bilanciamento di reazioni redox, sia in forma molecolare che ionica.
Sapere cos’è una cella elettrochimica e saperne illustrare le componenti e il funzionamento.
Essere in grado di distinguere tra celle elettrochimiche e celle elettrolitiche.
Saper calcolare la f.e.m. di una pila sulla base dei potenziali standard di ossidoriduzione.
Saper utilizzare i potenziali standard di ossidoriduzione per prevedere la spontaneità di una
reazione e per progettare pile.
Essere in grado di distinguere un conduttore di prima specie da uno di seconda specie.
Saper calcolare il valore del potenziale di un elettrodo con l’equazione di Nernst.
Conoscere gli aspetti teorici, pratici e i calcoli relativi ai metodi elettrochimici a corrente
zero.
Modulo 3
Saper definire la radiazione elettromagnetica secondo i modelli ondulatorio e corpuscolare.
Saper descrivere i principali parametri che caratterizzano una radiazione elettromagnetica:
lunghezza d’onda, frequenza, periodo, ampiezza e intensità.
Conoscere le diverse regioni dello spettro elettromagnetico.
Saper descrivere come avvengono i trasferimenti di energia tra radiazione e materia.
Saper spiegare che cosa si intende per radiazione monocromatica, per spettro di assorbimento
e di emissione di una sostanza;
Conoscere i fenomeni di luminescenza, riflessione, rifrazione, diffusione, polarizzazione,
interferenza e diffrazione.
essere in grado di descrivere le principali transizioni energetiche dovute all’assorbimento
nell’UV/Vis.
Saper definire i concetti di trasmittanza e assorbanza ed essere in grado di spiegarne la
relazione con la concentrazione attraverso la legge di Lambert-Beer.
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Essere in grado di definire le condizioni di validità della legge di Lambert-Beer e saperne
riconoscere le condizioni di deviazione.
Sapere cos’è un cromoforo e un cromogeno.
Conoscere i fattori che influenzano la posizione e l’intensità di λmax di un cromoforo.
Conoscere i componenti fondamentali di uno spettrofotometro e la loro relativa funzione.
Essere in grado di rappresentare lo schema generale di funzionamento di uno
spettrofotometro utilizzando un diagramma a blocchi.
Saper effettuare misure di assorbanza e saper utilizzare la legge di Lambert-Beer per
ricavarne misure di concentrazione, con il metodo della retta di taratura e con il metodo delle
aggiunte.
Saper descrivere le principali vibrazioni molecolari.
Conoscere i parametri caratteristici delle bande di assorbimento IR.
Conoscere le principali regioni di assorbimento nell’IR e le indicazioni generali per
l’interpretazione di uno spettro IR.
Conoscere i principali tipi di spettrofotometro IR e le loro caratteristiche più importanti.
CONTENUTI
MODULO 1- ANALISI VOLUMETRICA
U.D. 1.1. PREREQUISITI
Reazioni redox e bilanciamento. Equilibrio chimico e principio di Le Chatelier. Equilibri acidobase. Moli ed equivalenti, concentrazione molare, concentrazione normale, attività di una
soluzione e calcoli stechiometrici. Calcolo del pH di acidi e basi forti, acidi e basi deboli,
soluzioni saline. I sistemi tampone.
U.D. 1.2. INTRODUZIONE
Classificazione dei metodi di analisi. Classificazione dal punto di vista tecnico: analisi per via
secca e per via umida, analisi macroscopica e microscopica, analisi distruttiva e non distruttiva,
analisi classica e strumentale, analisi sensoriale. Classificazione dal punto di vista dell’obiettivo:
analisi quantitativa e qualitativa. Principi generali dell’analisi volumetrica: il titolante, il punto di
equivalenza, il punto finale, gli indicatori e i requisiti delle reazioni nelle titolazioni. Standard
primari e soluzioni standard. Standardizzazioni e standard secondari.
U.D. 1.3. TITOLAZIONI ACIDO-BASE
Titolazioni acido forte-base forte, acido debole-base forte, acido poliprotico-base forte: aspetti
teorici, pratici e relativi calcoli stechiometrici. Calcolo del pH in una titolazione acido-base.
Esercizi e problemi.
U.D. 1.4. TITOLAZIONI COMPLESSOMETRICHE
I composti di coordinazione: atomo coordinante, leganti, numero di coordinazione e geometria
dei complessi. Leganti mono-, bi- e polidentati. Agenti chelanti e formazione di chelati.
Nomenclatura dei complessi. Costanti di formazione dei complessi. L’EDTA e le titolazioni
chelometriche: equilibri di dissociazione dell’EDTA; costanti di formazione dei chelati
metallo/EDTA; fattori che influenzano gli equilibri di formazione del complesso metallo/EDTA.
Determinazione del punto finale in chelometria: gli indicatori metallocromici. Uso del NET nelle
titolazioni con EDTA a pH 10,0. Esercizi e problemi.
U.D. 1.5. TITOLAZIONI DI PRECIPITAZIONE
Caratteristiche delle reazioni di precipitazione. Campi di applicazione. Condizioni per eseguire
una titolazione di precipitazione. Argentometria: metodo di Mohr, metodo di Volhard e metodo
di Fajans. Esercizi e problemi.
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U.D. 1.6. TITOLAZIONI REDOX
Il potere ossidante e riducente degli agenti titolanti. Le condizioni per eseguire una titolazione
redox. Agenti titolanti. Campi di applicazione: permanganometria, cerimetria, iodimetria e
iodometria, bicromatometria e bromatometria. Esercizi e problemi.
LABORATORIO:
- Standardizzazione di una soluzione di NaOH.
- Titolazione di un acido forte con una base forte.
- Titolazione di un acido debole (acido acetico) con una base forte.
- Titolazione di un acido poliprotico (acido citrico) con una base forte.
- Determinazione della durezza totale, permanente e temporanea di campioni di acque, mediante
titolazione chelometrica con EDTA.
- Determinazione del contenuto di ioni Ca2+ e Mg2+ di un’acqua oligominerale, mediante titolazione
chelometrica con EDTA.
- Preparazione e standardizzazione di soluzioni per argentometria.
- Determinazione dei cloruri in campioni di acqua e vino.
- Preparazione e standardizzazione di soluzioni per iodometria/iodimetria.
- Determinazione iodimetrica della SO2 libera e totale in campioni di vino.
MODULO 2 - ANALISI STRUMENTALE: METODI ELETTROCHIMICI
U.D. 2.1. INTRODUZIONE AI METODI ELETTROCHIMICI
Principi generali e classificazione: potenziometria, elettrogravimetria, coulombometria,
voltammetria e conduttimetria.
U.D. 2.2. POTENZIOMETRIA
Elettrodi e potenziali di elettrodo: classificazione degli elettrodi; calcolo dei potenziali di
elettrodo: legge di Nernst; polarizzazione degli elettrodi. Celle galvaniche o pile: potenziali
standard di ossidoriduzione; d.d.p. e f.e.m. di una pila; alcuni tipi di pile: pila Daniell e pila a
concentrazione. Elettrodi di riferimento: elettrodo ad Ag/AgCl; elettrodo a calomelano; altri
elettrodi di riferimento. Elettrodi per la misura del pH: elettrodo a vetro. Elettrodi per la misura
del potenziale redox. Elettrodi selettivi. Strumenti per la misura del potenziale, del pH e del
pIONE. Misura del pH: taratura del piaccametro. Misura del potenziale redox. Misura dell’attività
e della concentrazione. Titolazioni potenziometriche classiche. Problemi ed esercizi.
U.D. 2.3. INTRODUZIONE AI METODI ELETTROLITICI
I metodi elettrolitici. Elettrolisi: una teoria semplificata. La sovratensione. Meccanismi di
trasporto. Applicazioni.
U.D. 2.4. ELETTROGRAVIMETRIA E COULOMBOMETRIA
Principi e applicazioni. Strumentazioni e metodi di analisi (cenni).
U.D. 2.5. CONDUTTIMETRIA
Principi e applicazioni: conducibilità elettrica delle soluzioni. Conduttimetri. Metodi di analisi e
laboratorio: misure dirette e indirette;
LABORATORIO:
- Preparazione della Pila Daniel.
- Calcolo dei potenziali di elettrodo di una semipila e la f.e.m di una cella elettrochimica.
- Costruzione di una pila sperimentale.
- Taratura del piaccametro.
- Titolazioni potenziometriche.
- Titolazioni conduttimetriche.
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MODULO 3 - ANALISI STRUMENTALE: METODI OTTICI
U.D. 3.1. INTRODUZIONE AI METODI OTTICI
Atomi e molecole: modello orbitalico. Energia interna di atomi e molecole. La radiazione
elettromagnetica. Lo spettro elettromagnetico. Interazione fra radiazione e materia. Transizioni
energetiche. Regole di selezione. Distribuzione di Boltzmann. Assorbimento atomico e
molecolare. Emissione. Luminescenza, riflessione, rifrazione e diffusione. Polarizzazione.
Interferenza e diffrazione. Il colore.
U.D. 3.2. SPETTROFOTOMETRIA MOLECOLARE UV/VIS
Assorbimento nell'UV/VIS. Assorbimento dei composti organici e di coordinazione. Legge di
Lambert-Beer. Strumentazione: componenti fondamentali di uno spettrofotometro e loro relativa
funzione. Analisi qualitativa: cromofori e cromogeni. Fattori che influenzano la max. Fattori che
influenzano l'intensità delle bande di assorbimento. Deviazioni dalla legge di Lambert-Beer. Uso
della legge di Lambert-Beer nell’analisi quantitativa. Metodi di analisi quantitativa. Metodo della
retta di taratura e delle aggiunte.
U.D. 3.3. SPETTROFOTOMETRIA IR
L’assorbimento nell’IR. Vibrazioni molecolari. Spettri IR. Parametri caratteristici delle bande IR.
Strumentazione: tipi di spettrofotometro IR e componenti fondamentali. Analisi qualitativa.
LABORATORIO: Determinazioni di parametri chimici in matrici ambientali e/o alimentari
mediante spettrofotometria UV/Vis. Interpretazione degli spettri di assorbimento UV/Vis e IR.
TEMPI DI ESECUZIONE
MODULO
1
2
3
PERIODO
settembre-dicembre
dicembre-marzo
marzo-giugno
I tempi richiesti per lo svolgimento di ciascun modulo sono stati stabiliti sulla base del monte ore
complessivo e perciò non tengono conto di eventuali vacanze, assemblee e quant’altro possa
rallentare o modificare il normale percorso formativo.
METODOLOGIA
Gli argomenti teorici verranno affrontati sia attraverso lezioni frontali, che di tipo partecipato. La
lezione dialogata sarà comunque il metodo didattico privilegiato. Particolare rilievo verrà dato
agli esercizi e ai problemi, da svolgere sia in classe che a casa, individualmente o in gruppo
durante momenti di “cooperative learning”, allo scopo di favorire la comprensione e il
consolidamento dei concetti teorici e il loro utilizzo nella risoluzione di problemi reali. Il
laboratorio occuperà nel percorso formativo un ruolo centrale, rappresentando il luogo in cui i
principi teorici troveranno la loro applicazione sperimentale, il luogo privilegiato in cui poter
sviluppare tutte quelle competenze e abilità specifiche indispensabili alla formazione della figura
professionale del perito chimico. Tutte le esercitazioni saranno eseguite nel pieno rispetto delle
norme di sicurezza e di tutela dell’ambiente. Sarà fondamentale potenziare le qualità operative
degli allievi con esercitazioni individuali eseguite a piccoli gruppi, in cui gli studenti potranno
collaborare e confrontarsi. Procedure operative, elaborazione dei dati sperimentali e valutazione
dei risultati dovranno essere documentati da ciascuno studente nel Quaderno di laboratorio. Per
ciascuna attività analitica, gli studenti dovranno elaborare una relazione tecnica e/o un rapporto di
prova.
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STRUMENTI
SPAZI
libri di testo;
fotocopie e prodotti multimediali forniti dal docente;
lavagna classica e LIM;
pc;
attrezzature di laboratorio.
aula;
laboratorio;
sala computer.
VERIFICHE E CRITERI DI VALUTAZIONE
I processi di apprendimento degli studenti saranno monitorati sistematicamente in itinere,
attraverso verifiche formative, quali: domande dal posto, interrogazioni brevi, esercitazioni in
classe e attraverso l’osservazione del modo di lavorare in laboratorio. Il raggiungimento degli
obiettivi programmati, in termini di conoscenze e di abilità specifiche, sarà verificato per
ciascuna unità di apprendimento attraverso interrogazioni lunghe e/o prove scritte di varia
tipologia. L’assegnazione del voto seguirà la griglia di valutazione allegata al POF. Nella
valutazione delle verifiche orali e scritte si terrà conto anche delle capacità espositive, deduttive e
di sintesi dimostrate dallo studente.
Le conoscenze e le competenze pratiche saranno verificate attraverso la valutazione delle
relazioni di laboratorio, dei rapporti di prova, del quaderno di laboratorio e attraverso
l’esecuzione di prove pratiche.
La valutazione finale di ciascuno studente, inoltre, dovrà tener conto del suo specifico percorso di
apprendimento, della sua partecipazione al lavoro scolastico, del livello di attenzione, del grado
di interesse e dell’impegno profuso durante l’anno.
RECUPERO
Per quanto concerne il recupero, le strategie didattiche da utilizzare e le ore da destinare allo
scopo andranno valutate in funzione delle difficoltà riscontrate e del numero di studenti coinvolti.
Come supporto o in alternativa al classico recupero svolto durante l’orario di lezione,
l’insegnante potrà avvalersi delle attività di recupero eventualmente promosse dalla scuola al di
fuori dell’orario curricolare.
Monte orario settimanale: 6(5)
Iglesias, 15 novembre 2014
Le insegnanti
Silvia Chinedda e Francesca Casula
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