Il laboratorio di chimica

Il laboratorio di chimica
Il laboratorio
scientifico è un locale
che fornisce
condizioni controllate
nel quale possano
essere effettuati
esperimenti
scientifici, ricerche e
misure.
Michael Faraday fisico e chimico del XIX secolo nel suo laboratorio
(Fonte: Wikipedia)
Le attrezzature e le strumentazioni
NON GRADUATA
• Attrezzatura in vetro;
GRADUATA
• Attrezzature in porcellana;
• Attrezzature metalliche, in legno, gomma;
• Strumentazioni per la miscelazione;
• Strumenti per la misurazione;
• Strumenti per lo scambio termico;
VETRO
Solido amorfo ottenuto per solidificazione di un liquido senza cristallizzazione. Possono formare
vetri solo i materiali che hanno una velocità di cristallizzazione molto lenta.
COMPONENTI DEL VETRO COMUNE
Diossido di silicio (SiO2 ) Diossido di germanio (GeO2 ) Anidride borica (B2O3 ), Anidride
fosforica (P2O5 ), Anidride arsenica (As2O5 ).
Sostanze aggiunte:
- Fondenti: abbassano la temperatura di fusione e migliorano la fluidità del vetro durante la
sua produzione (ossidi di sodio e potassio);
- Stabilizzanti: migliorano le proprietà chimiche e meccaniche del vetro prodotto (ossidi calcio,
bario, magnesio e zinco);
- Affinanti: agevolano l'eliminazione di difetti
- Coloranti: modificano l'aspetto cromatico del vetro prodotto
- Decoloranti
- Opacizzanti
Proprietà del vetro
- Trasparenza alla luce visibile ma non all’UV
- Durezza
- Inerzia dal punto di vista chimico e biologico
- Fragilità
VETRO BOROSILICATO (PYREX, SCHOTT-DURAN)
Viene prodotto mediante sostituzione degli ossidi alcalini da parte del boro nel reticolo
vetroso della silice.
Il boro è aggiunto sotto forma di borace (Na2B4O7 ) o acido borico (H3BO3 ).
Quando l'ossido di boro entra nel reticolo della silice, ne indebolisce la struttura e ne abbassa
considerevolmente il punto di rammollimento.
Viene prodotto da una fusione a 1500 °C, lavorato e successivamente temprato con cottura
in forno a 600-650 °C.
CARATTERISTICHE:
- alta resistenza agli shock meccanici,
- non si rompe facilmente come il vetro normale per le sue caratteristiche intrinseche e per
la tempera
- basso coefficiente di dilatazione e quindi particolarmente resistente agli shock termici
(regge temperature fino a 300°C)
- alta resistenza alla corrosione per via della sua superficie non porosa quindi inattaccabile
dagli acidi
- si pulisce facilmente senza graffiarsi.
Attrezzature in vetro
Il vetro utilizzato per la costruzione di oggetti da laboratorio è in genere
resistente all’azione di acidi, alcali ed agenti chimici. Per oggetti che devono
essere riscaldati o sottoposti a sbalzi termici bruschi si usano vetri di tipo Pirex,
un vetro borosilicato con aumentate caratteristiche termiche ed elettriche.
Gli oggetti più comuni in uso nei laboratori chimici sono:
• provette
• bicchieri o becher
• beute
• palloni
• imbuti
VETRERIA NON GRADUATA
• imbuti separatori
• refrigeranti
•cilindri graduati
• pipette
• matracci
•buretta
VETRERIA GRADUATA
VETRERIA NON GRADUATA
Provette
La provetta è un recipiente tubolare di piccole
dimensioni (diam. 8 - 18 mm, alt. 80- 100 mm),
servonoper eseguire prove e reazioni su piccole
quantità di sostanza. Esistono anche graduate e sono
utilizzate per saggi quantitativi.
Fonte: www.yorkestitalia.com
Becher
Sono recipienti cilindrici di varie grandrezze (100 3000 ml), con o senza becco, generalmente in vetro
Pyrex. In essi si raccolgono e si scaldano soluzioni, si
sciolgono sostanze, si fanno avvenire reazioni e si
eseguono prove. Generalmente si trova graduato, ma
a causa di un diametro piuttosto grande le graduazioni
vengono utilizzate solo a scopo indicativo.
Fonte: http://static-a.blogo.it
Fonte: https://extranet.fisher.co.uk
Beuta
Sono recipienti di forma tronco-conica, con capacità
diverse (10 - 1000 ml) e collo cilindrico con orlo
normale o smerigliato. Si usano per raccogliere filtrati e
per scaldare soluzioni. Hanno il vantaggio che una
soluzione posta a bollire (lasciarvi sempre immerse
delle sferette di vetro per evitarne il surriscaldamento)
non si concentra troppo velocemente grazie alla loro
forma.
Palloni
Hanno forma sferica, con fondo
tondo o più raramente piano, con
capacità in genere da 5 a 1000
ml. Possono avere collo normale
o
smerigliato.
Sono
comunemente
utilizzati
per
l’evaporazione del solvente.
Fonte: www.wikipedia.it
Imbuto
Serve essenzialmente per effettuare filtrazioni, metodo
impiegato per separare un solido da un liquido. Il filtrato si
raccoglie in una beuta o un Becher. Con la carta da filtro si
preparano filtri lisci, se interessa recuparare il solido, o a
pieghe se interessa solo il filtrato. I filtri a pieghe
presentano una superficie utile maggiore di quelli lisci e
consentono un'operazione più veloce.
Fonte: www.microglass.it
Fonte: www.itispozzuoli.it
Filtro a pieghe
Fonte: www.itispozzuoli.it
Filtro liscio
RUBINETTO
Imbuto separatore
Servono a separare due liquidi o soluzioni tra loro
immiscibili. Le due fasi vengono introdotte nell'imbuto
separatore con un imbuto per la filtrazione attraverso il collo
superiore, chiudibile con un tappo di plastica; si attende
finche' le due fasi sono decantate e ben separate. Dopo di
che si leva il tappo, e la fase inferiore si cala attraverso il
rubinetto, mentre la fase superiore si versa attraverso il
collo superiore.
Fonte: www.itg-rondani.it
CAMICIA ALL’INTERNO
DELLA QUALE CIRCOLA
ACQUA
Refrigeranti
Sono tubi di vetro circondati da una
‘camicia’ pure di vetro saldata al tubo, in
modo che nell'intercapedine così formata
sia possibile fare circolare dell'acqua
proveniente da un rubinetto tramite un
tubo di gomma. I vapori che passano nel
refrigerante vengono così raffreddati e si
condensano.
Fonte: www.microglass.it
Unità di misura del volume
L’unità di misura del volume è il litro (L),
definito come 1 dm3; il millilitro è un
millesimo di litro, o un cm3.
Vetreria graduata
VETRERIA GRADUATA
Cilindri
Il cilindro graduato è uno degli strumenti di precisione media
che il chimico utilizza in laboratorio. Si tratta di un tubo con
una estremità chiusa e dotata di supporto e l'altra aperta con
un piccolo beccuccio per facilitare le operazioni di travaso.
È generalmente costruito con vetro borosilicato o vetro
pyrex e viene usato per misurazioni o dosaggi di volumi di
liquidi.
LINEA DI FEDE
Fonte: www.tecnomarket.it
Pipetta
Mediante una pipetta il quale è possibile prelevare
quantità definite o non definite di un liquido. Le pipette
tarate presentano una scala graduata che permette di
misurare la quantità esatta di liquido prelevato. Nella
misura è prevista dal costruttore una tolleranza, o errore
sistematico, che ne inficia la precisione e che è funzione
di vari fattori, come il grado di precisione della scala
graduata, la capienza della pipetta, la tipologia di
materiale usato.
Fonte: www.glasschimica.it
Fonte: http://galilei2d.altervista.org
Matraccio
Un matraccio è un recipiente tarato, provvisti di tappo
ermetico, sono contenitori il cui volume è fisso ed
indicato da una tacca sul collo. Vengono usati per la
preparazione di soluzioni a titolo noto. Sono tarati per
"riempimento" e generalmente, oltre al volume di
taratura viene indicata sul matraccio la tolleranza di
misura del volume (accuratezza, o sensibilità) e la
temperatura alla quale la taratura è stata effettuata
(normalmente 20°C). Per portare a volume la soluzione
in un matraccio occorre riempirlo fino a quando il
menisco inferiore della soluzione di riempimento diventa
tangente alla tacca di misura tracciata sul collo del
matraccio stesso.
Buretta
MENISCO
Fonte: http://chimica.unical.it
È uno strumento di misurazione
costituito da un tubo si vetro
graduato utilizzato nei laboratori
chimici per la misurazione accurata
di liquidi. Viene riempita caricandola
dall’alto e dosando esattamente il
volume di soluzione agendo sul
rubinetto posto in fondo. Viene
utilizzata di solito nelle titolazioni ed
in prove sperimentali in cui è
necessario dosare un liquido con
precisione.
Le
burette
sono
classificate per precisione, le burette
di classe A sono precise fino a 1/20
di millilitro (± 0,05).
Attrezzature in porcellana
• capsule in porcellana
• mortai in porcellana
Capsule in porcellana
Con pareti esterne verniciate o no, con fondo
piatto o tondo, servono a far bollire,
concentrare e/o portare a secchezza
soluzioni. Mantengono una massa costante,
entro i limiti dell’errore sperimentale.
Fonte: www.steroglass.it
Mortai in porcellana
Servono per pestare, polverizzare e
mescolare sostanze solide.
Fonte: www.steroglass.it
Attrezzature metalliche, in legno,
gomma
• sostegni metallici
• pinze da crogiolo
• spatole
• palle di peleo o propipetta
• altre attrezzature minute comprendono gli anelli di sughero o
di gomma per sostenere palloni o recipienti a fondo tondo.
Sostegno metallico
Sono costituiti da una sbarra verticale e da un basamento
pesante e servono per il montaggio delle apparecchiature.
Fonte: http://www.fmboschetto.it
Pinze da crogiolo
Servono ad afferrare oggetti caldi.
Fonte: www.microglass.it
Spatole
Le spatole di metallo, corno, ecc. vengono usate per
maneggiare sostanze solide.
Fonte: www.microglass.it
Fonte: www.difossombrone.it
Palla di Peleo
La palla di Peleo è uno strumento utilizzato nel prelievo
di liquidi. È composta da un piccolo palloncino di
gomma su cui sono state applicate tre valvole a sfera,
attivabili con la semplice pressione delle dita.
Si monta la palla di Peleo sull'estremità superiore della
pipetta; premendo la valvola "A" si sgonfia il palloncino
creando una depressione, la pipetta viene immersa nel
liquido da aspirare e si preme la valvola "S" (dall'inglese
suck) o "B". Non si deve mai usare la bocca per
aspirare perché c’è la possibilità di aspirare il liquido
che si sta pipettando.
Strumenti per la miscelazione
Agitatore magnetico
Fonte: www.directindustry.com
REGOLAZIONE
DELLA
TEMPERATURA
Sono piastre sotto le quali un’ancoretta magnetica può
essere fatta ruotare a velocità regolabile. La
dimensione e la forma dell’ancoretta magnetica
determinano l’efficacia dell’agitazione stessa a parità
di velocità di agitazione, per cui è opportuno scegliere
la più adeguata in relazione alla quantità e qualità di
liquido in lavorazione nonché al tipo di contenitore
utilizzato. Spesso questi apparecchi incorporano la
funzione di piastra riscaldante.
REGOLAZIONE
DELLA VELOCITA’
ANCORETTA MAGNETICA RIVESTITA
IN TEFLON
Fonte: www.glasschimica.it
Becco Bunsen
Il bunsen è un bruciatore per gas da laboratorio la cui funzione è quella di
produrre una singola fiamma dalla combustione di gas naturale.
Il bunsen è costituito dalle seguenti parti principali:
- un basamento abbastanza ampio;
- un tubo verticale metallico, o cannello, che
presenta due fori nella parte bassa per l’ingresso
dell’aria;
- una ghiera girevole, metallica, dotata di due
aperture circolari, che permette di chiudere o
lasciare aperti i fori del cannello;
- una manopola di apertura e regolazione del flusso
di gas;
- una valvola di sicurezza che blocca la fuoriuscita
del gas in caso di spegnimento della fiamma;
- una termocoppia di sicurezza che fa chiudere la
valvola se la fiamma si spegne
- un condotto di ingresso del gas cui si inserisce un
tubo in gomma che collega il bunsen all’impianto di
distribuzione del gas nel laboratorio.
Becco bunsen
La struttura del bunsen consente, attraverso una ghiera ruotabile, di variare il flusso dell’aria, e quindi
dell’ossigeno, durante la combustione, per cui si possono avere due tipi di fiamme:
-
fiamma ossidante, molto calda, fino a circa 1500
°C, di colore azzurro chiaro e forma regolare a
punta di lancia, poco visibile, conseguente alla
combustione completa del gas miscelato con
l’aria (figura a sinistra);
-
fiamma riducente, poco calda, con temperature
di circa 400 °C, di colore giallo-arancio e forma
fluttuante, ben visibile, prodotta dalla
combustione incompleta del gas per chiusura o
riduzione dell’afflusso d’aria (figura a destra).
La fiamma di lavoro è normalmente quella ossidante che, però, per le sue caratteristiche, comporta
maggiori rischi. Pertanto, quando nel laboratorio non sono disponibili sistemi che permettono, ad
esempio attraverso sensori o comandi a pedale, di attivare o meno la fiamma, conviene, nei momenti di
uso non diretto, chiudere l’afflusso d’aria regolato dalla ghiera girevole e mantenere la fiamma
riducente, che è più sicura, essendo meno calda e maggiormente visibile.
Procedura d’uso
-
-
-
-
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Becco bunsen
Posizionare il bunsen al centro del tavolo di lavoro, controllando
che il tubo di gomma sia ben inserito e fissato al condotto di
ingresso del bunsen;
attivare l’erogazione del gas nel laboratorio operando sui
dispositivi di apertura/chiusura, specifici dell’impianto istallato;
ruotare la ghiera del bunsen in modo da chiudere l’ingresso
dell’aria nel cannello e accenderlo con fiamma riducente;
aprire il rubinetto che regola l’afflusso del gas al proprio bunsen di
lavoro;
collocarsi a debita distanza e non con il viso, sopra al bunsen;
avvicinare un fiammifero o un accendino accesi all’imboccatura
del bruciatore (o avviare l’accensione piezoelettrica) e aprire
leggermente la manopola del bunsen per fare entrare il gas;
contemporaneamente tenere premuto, per alcuni secondi, il
pulsante della valvola di sicurezza, per far scaldare la
termocoppia ed evitare la chiusura della valvola stessa;
regolare, per mezzo della manopola, l’altezza della fiamma;
utilizzare la fiamma ossidante per lavorare e quella riducente nei
momenti di “riposo”;
appena terminato il lavoro chiudere, prima della manopola del
bunsen, il rubinetto di distribuzione, in modo da bruciare tutto il
gas presente nella tubazione.
La misura della massa
La massa inerziale mi di un corpo definita dalla seconda legge di Newton
come costante di proporzionalità tra la forza è l’accelerazione.
F=m*a
In fisica classica la forza peso agente su un corpo (oppure, più
brevemente, il suo peso) è la forza di attrazione che su di esso applica un
campo gravitazionale. Quindi:
m = P/g
P=m*g
Secondo il Sistema Internazionale la massa si misura in Kg, nel sistema
CGS l’unità di massa è il grammo.
Strumenti per la misurazione
Lo strumento per la misurazione della massa è la bilancia analitica, divisibile in tre
categorie:
 macrobilancia, ha una capacità massima che oscilla tra i 160 ed i 200 grammi,
le misure possono essere eseguite con una deviazione standard di ± 0,1 mg;
 bilancia semi-microanalitica, con un carico massimo da 10 a 30 g ed una
precisione di 0,01 mg,
 bilancia microanalitica, ha una capacità da 1 a 3 g ed una precisione di 0,001
mg.
MACROBILANCIA
Fonte: www.mt.com
MICROBILANCIA
Fonte: www.mt.com
Precauzioni nell’uso di una bilancia
analitica
1. Portare “a bolla” la bilancia prima di ogni operazione di pesatura.
2. Centrare il carico sul piatto;
3. Proteggere la bilancia dalla corrosione;
4. Tenere scrupolosamente pulite la bilancia e la sua custodia;
5. Lasciare sempre che un oggetto che è stato riscaldato torni a temperatura
ambiente prima di tentare di pesarlo;
6. Usare pinze o tamponi per le dita per evitare che gli oggetti prendano umidità;
Portare a bolla la bilancia vuol dire allineare la bilancia in
maniera tale che la bolla d’aria di trovi al centro della livella. Le
correzioni possono essere effettuate con piedini regolabili.
Fonte: www.good-weighing-practice.com
Parti base del pH metro
SONDA PER LA TEMPERATURA
SONDA PER LA MISURAZIONE DEL pH
DISPLAY
Fonte: www.geass.com
pH-metro
Un tipico pH-metro consiste di una sonda (elettrodo a vetro) collegata ad un dispositivo elettronico che raccoglie il segnale
della sonda, calcola il valore di pH corrispondente e lo rappresenta sul display. Spesso le sonde immerse nella soluzione sono
due: oltre all’elettrodo viene immersa anche una sonda di temperatura, il cui compito è correggere la lettura dell’elettrodo in
funzione dell’effettiva temperatura del campione. Il circuito del misuratore fondamentale è un voltmetro che mostra i risultati i
scala di unità di pH anziché in volt.
Prima di essere impiegato il pH-metro deve essere calibrato con due o tre soluzioni tampone standard. Nella calibrazione a
due punti si usa una soluzione tampone a pH 7,01 e una a pH 10,01; in quella a tre punti si aggiunge anche una terza
soluzione tampone a pH 4,01.
Terminata la calibrazione, l’elettrodo viene sciacquato con acqua distillata, asciugato e immerso nel campione. L’elettrodo a
vetro è generalmente conservato immerso in una soluzione a pH 3 per impedire che la membrana di vetro si secchi; si tende
ad evitare l’uso di acqua distillata perché potrebbe estrarre per osmosi gli ioni idrogeno presenti all’interno dell’elettrodo.
Pulizia della vetreria di laboratorio
Le superfici di vetro pulite mantengono uno strato sottile
uniforme, che garantiscono la fedeltà del volume
contrassegnato dalle ditte sulle attrezzature volumetriche.
Lo sporco e l’unto provocano l’interruzione di questo strato
sottile, per cui un breve ammollo in soluzione detergente
calda è normalmente sufficiente a rimuovere queste
impurezze. Dopo che la vetreria è stata abbondantemente
risciacquata con acqua di rubinetto, deve necessariamente
essere avvinata con acqua deionizzata. Raramente è
necessario asciugare il materiale volumetrico prima
dell’uso, in quanto questa operazione è uno spreco di
tempo oltre che una potenziale fonte di contaminazione.
LE DIMENSIONI DELLE STRUTTURE DEI VIVENTI
1 millimetro = 10-3 metri
CELLULE
1-100 μm
1 micrometro = 10-6 metri
1 nanometro = 10-9 metri
MICROSCOPI
Dimensione media cellula:
20-30 μm cellula
eucariotica
1-10 μm cellula eucariotica
Potere di risoluzione
dell’occhio umano:
Circa 100 μm
microscopio semplice
Immagine virtuale
Il
, ovvero la comune lente di
ingrandimento, è costituito da una singola lente convergente (biconvessa). Posto
l’oggetto tra la lente e il secondo fuoco, si forma un'immagine virtuale dell'oggetto,
ingrandita e non capovolta.
microscopio composto
Il
è costituito da due lenti convergenti
poste sullo stesso asse ottico. La prima, detta obiettivo, ha lo scopo di produrre
un'immagine reale e fortemente ingrandita dell'oggetto sulla quale la seconda lente,
detta oculare, agisce come un microscopio semplice, producendone un'immagine
virtuale ulteriormente ingrandita. Perchè ciò possa succedere, l'immagine reale
prodotta dall'obiettivo deve cadere tra il primo fuoco dell'oculare e l'oculare stesso.
L'immagine reale prodotta da una lente risulta capovolta rispetto all'oggetto.
Microscopio Stereoscopico
Microscopio ottico composto
Microscopio ottico composto
Tavola periodica degli elementi
La quantità di materia in chimica
La mole (mol) è la quantità di sostanza pura che
contiene un numero di unità elementari (atomi,
molecole, ioni, elettroni) esattamente uguale al
numero di atomi contenuti in 12 g di carbonio 12C.
La mole (simbolo mol) è l’unità di
misura della quantità di sostanza nel
Sistema Internazionale.
Una mole di una qualunque sostanza
contiene 6,022·1023 unità elementari.
37
§4.2
La costante di Avogadro
Il numero di unità elementari contenute in una mole
di sostanza è detto costante di Avogadro o
semplicemente, numero di Avogadro (NA):
NA = 6,022 · 1023 particelle / mol
Numero di particelle (Np) = n (mol) · NA (particelle/mol)
N (mol) = Np / NA
38
§4.2
La costante di Avogadro
La massa in grammi di una mole di una sostanza è
numericamente uguale al peso atomico o
molecolare della sostanza stessa.
La massa in grammi di una mole è detta massa
molare (M) e la sua unità di misura è grammi/mole
(g/mol).
numero di moli (mol) = m (g) / M (g/mol)
m (g) = n (mol) · M (g / mol)
39
§4.2
La costante di Avogadro
40