Giochi di Anacleto 2012/2013 Prova di Selezione della

Giochi di Anacleto 2012/2013
EUSO 2013 - testo della prova di selezione delle due squadre italiane
Giochi di Anacleto 2012/2013
Prova di Selezione della Squadra Italiana
EUSO 2013
Padova, 15 Febbraio 2013
tempo a disposizione
4 ore e 30 minuti
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Istruzioni
Mentre lavori in laboratorio indossa camice e occhiali protettivi .
È assolutamente proibito bere o mangiare all’interno del laboratorio.
Hai a disposizione guanti e occhiali protettivi che dovrai indossare quando
maneggi le sostanze chimiche. Fai particolare attenzione nel manipolare la soda
caustica.
Quando avrai finito dovrai consegnare i fogli delle risposte e tutti i fogli di carta
che hai usato per scrivere, anche quelli di brutta copia. Su tutti i fogli deve essere
riportato il nome della tua scuola.
Tutti i risultati dovranno essere riportati nel foglio risposte del tuo gruppo.
Attenzione!
Solo quello che avrai scritto sul foglio risposte vale per la valutazione.
Il gruppo può organizzare e distribuire il lavoro fra i tre componenti del gruppo nel
modo e nell’ordine che giudica più opportuno.
Leggendo il testo individua le informazioni che ti servono per condurre le attività e
dare le risposte alle domande. Tieni sempre conto del tempo che hai a disposizione.
Quando hai finito lascia tutto sul tavolo: non sei autorizzato a portare con te
nulla di ciò che hai trovato in laboratorio.
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TEMA 1.
L’acqua. Quanto è dura?
Già in tempi antichi era stato notato che alcune acque avevano la proprietà di sciogliere male il
sapone e di non essere adatte alla cottura dei legumi. A metà del 1700 venne scoperto che tali
proprietà erano causate dai sali di calcio e magnesio contenuti nell’acqua: le acque ricche di tali
sali vennero chiamate acque crude o acque dure. La durezza è quindi uno dei fattori che
determinano la qualità di un'acqua. Si definisce in base al contenuto in ioni di calcio e magnesio.
Si usa però misurare la durezza dell'acqua come contenuto equivalente in massa di carbonato di
calcio. Cioè la durezza derivante da un numero di moli di Ca++ e Mg++ viene espressa come se
quelle moli fossero moli di CaCO3. Ciò perché nell'analisi spesso non si distinguono gli ioni Ca2+
e Mg2+ e inoltre perché il contributo di gran lunga più importante alla durezza dell'acqua deriva
dai depositi di carbonato di calcio.
Sebbene i cationi Ca++ e Mg++ siano essenziali per l’uomo e per gli organismi viventi, il controllo
della loro concentrazione è importante nelle acque potabili o per uso industriale, date le
conseguenze pratiche prodotte dalla loro presenza. I cationi calcio e il magnesio formano
entrambi composti insolubili con l’anione carbonato, che costituiscono il calcare:
In una soluzione acquosa contenente tali cationi è presente un equilibrio dinamico tra l’anidride
carbonica atmosferica, il bicarbonato presente nell’acqua, ed i carbonati insolubili:
Tale equilibrio può essere spostato verso destra o verso sinistra in dipendenza della pressione,
dalla temperatura e dal pH della soluzione, per cui in certe condizioni si può avere la
precipitazione dei carbonati di calcio e/o magnesio. L’eccessiva presenza di tali ioni può quindi
comportare la formazione di calcare in elettrodomestici (lavastoviglie, lavatrici, caldaie, ecc.) o
alla ostruzione delle tubature di trasporto.
Analisi del Calcio e del Magnesio con la titolazione EDTA
Sui manuali di chimica si trova che la durezza dell'acqua può essere determinata facilmente per
titolazione complessometrica con l'agente EDTA (acido etilendiamminotetraacetico). Questo
reattivo è un acido debole e può perdere 4 H+ in ambiente basico; qua sotto è riportata la sua
formula di struttura.
Quando la molecola di EDTA è deprotonata (ossia in ambiente basico) può legare (complessare)
un catione di Ca++ o di Mg++ formando 6 interazioni leganti (come in figura). Questo complesso
è stabile e la stechiometria è 1:1 ossia una molecola di EDTA lega una molecola di catione
(Ca++ o Mg++).
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Come accennato in precedenza, le numerose unità con le quali si riporta generalmente la durezza
dell’acqua rappresentano la massa equivalente di ossido di calcio (CaO) o carbonato di calcio
(CaCO3) che, quando disciolta in un dato volume di acqua pura, darebbe luogo ad una
concentrazione (molare) di Ca++ uguale alla concentrazione (molare) complessiva di Ca++ e
Mg++ nell’acqua analizzata. Eccone alcune:
•
•
•
•
Parti per milione (ppm), definite come i mg di CaCO3 in un milione di mg di acqua.
Gradi Francesi (°F), i più utilizzati, definiti come i mg di CaCO3 in 100 mL.
Gradi Tedeschi (°dH, deutsche Härte), definiti come i mg di CaO in 100 mL.
Gradi Inglesi (°e), definiti come i grain (gr) di CaCO3 per gallone (gal).
Ad esempio, dopo aver calcolato il peso formula del CaCO3, potrai verificare che per un
campione che contiene 2 mmol/L di Ca++ e 1 mmol/L di Mg++, la durezza è pari a 30 °F.
Durezza °F
< 7.5
7.5-15
15-30
> 30
Classificazione acqua
Dolce
Media
Dura
Molto dura
Le acque minerali spesso possiedono valori di durezza molto elevati.
Per i tuoi calcoli, utilizza le seguenti masse atomiche relative:
Ar(Ca) = 40
Ar(Mg) = 24.3
Ar(O) = 16
Ar(C) = 12
Ar(H) = 1
Potrebbero tornarti utili le seguenti curiose equivalenze del sistema imperiale di misure:
Un grain (gr) equivale esattamente a 1/7000 di una libbra (lb).
Una libbra equivale a 16 once (oz; 1 oz = 28.349523125 g).
Un gallone imperiale (gal) equivale esattamente a 8 pinte imperiali (pt).
Una pinta imperiale a sua volta equivale a 20 once fluide (fl oz; 1 fl oz = 28.4130625 mL).
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Materiali a disposizione e loro utilizzo
Attrezzatura
Per ogni gruppo:
Matraccio tarato da 100 mL
Pipetta volumetrica da 10 mL
Beuta da 250 mL
Cilindro graduato da 50 mL
Buretta con supporto
Imbutino
Agitatore magnetico con ancoretta
Spatolina
A disposizione:
Pipette pasteur
Pipette di plastica
Spruzzette con acqua deionizzata
Reagenti
Per ogni gruppo:
Bottiglietta di plastica contenente il campione da analizzare
Soluzione di EDTA sale disodico, di concentrazione non nota
Soluzione di ioni Ca++ di concentrazione nota
A disposizione, in laboratorio o sotto cappa:
Soluzione concentrata di tampone ammoniacale a pH 10 (Irritante! Corrosivo!)
Soluzione di NaOH concentrata, al 50% (Fortemente corrosivo!!)
Cartine di tornasole
Indicatore Nero Eriocromo T
Indicatore Blu Idrossinaftolo
Acqua deionizzata
Come usare una buretta
Dovresti saperlo già, avendone usata una nella fase di istituto. Ti ricordiamo comunque:
1. dopo averla riempita aiutandoti con l’imbutino, rimuovi le bolle d’aria eventualmente
rimaste tra il becco e il rubinetto aprendo completamente quest’ultimo per qualche
istante.
2. per evitare di romperla non esercitare troppa forza laterale sulla buretta quando giri il
rubinetto. In caso di problemi o dubbi contatta un assistente.
Come usare la pipetta (volumetrica) tarata
Il volume nominale della pipetta corrisponde al liquido compreso tra i due segni. Di
conseguenza, per misurare un volume preciso, la pipetta va riempita fino al segno più in alto e
svuotata fino al segno in basso: non va svuotata del tutto! Il liquido viene prelevato e rilasciato
come con qualsiasi altra pipetta di vetro. In caso di dubbi sull’utilizzo del pipettatore, rivolgiti ad
un assistente.
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Come procedere
L’esperimento è costituito da due parti. Nella prima determinerai contemporaneamente sia la
concentrazione complessiva di ioni Ca++ e Mg++ nel campione di acqua minerale che la
concentrazione della soluzione di EDTA che ti è stata consegnata. Nella seconda parte farai
precipitare il magnesio sotto forma di Mg(OH)2 mentre il calcio resterà in soluzione. In questo
modo potrai quindi determinare la concentrazione del solo calcio.
1.1 – Misura della durezza totale del campione con il metodo delle aggiunte
L'EDTA è incolore in tutte le sue forme. Per identificare il punto finale della titolazione è quindi
necessario aggiungere un indicatore. Verrà utilizzato il Nero Eriocromo T. Anche il Nero
Eriocromo T è, come l'EDTA, un chelante (complessante che lega con più di un punto di
interazione) degli ioni Ca++ e Mg++ (principalmente con Mg++) ma a differenza dell'EDTA li lega
con soli 3 punti di interazione, questo risulta in un complesso più debole.
Il Nero Eriocromo T nella sua forma protonata (senza Ca++ né Mg++) è blu, mentre in forma
complessata è rosso vino. Quello che si farà è aggiungere l'indicatore al campione di acqua da
analizzare, in questo modo tutto il Nero Eriocromo T si complesserà (legherà) agli ioni calcio e
magnesio dando una colorazione rossa alla soluzione. Aggiungendo l'EDTA tramite la buretta
questo andrà a complessare prima tutto il Ca++ e Mg++ liberi, ossia non complessati dal poco
Nero Eriocromo T aggiunto. Dunque verso la fine della titolazione l'EDTA andrà a prendere
Ca++ e Mg++ sottraendoli al complessante più debole Nero Eriocromo T che cambierà colore a
blu.
In questa determinazione di ioni calcio e magnesio la concentrazione della soluzione titolante di
EDTA non è nota e non verrà determinata in anticipo bensì sarà determinata in corso d'opera.
Procedimento:
•
preleva 10.0 mL di acqua minerale dalla bottiglietta di plastica che ti è stata consegnata e
trasferiscili nel matraccio tarato
•
usando acqua deionizzata, porta a 100.0 mL il volume nel matraccio
•
trasferisci 10.0 mL di soluzione diluita dal matraccio alla beuta da 250 mL
•
aggiungi circa 50 mL di acqua deionizzata
•
vai sotto cappa e aggiungi circa 5 mL di tampone ammoniacale e una-due punte di
spatola di indicatore Nero Eriocromo T (è sufficiente che si distingua una colorazione
rossa della soluzione, non metterne troppo!!)
•
torna alla tua postazione e titola la tua miscela con la soluzione di EDTA fornita
(ricordati di continuare a mescolare la soluzione durante la titolazione usando l'ancoretta
magnetica), fino al viraggio completo al blu. Il punto finale corrisponde al momento in
cui non sono più presenti sfumature di rosso; se non sei sicuro segnati il volume e
aggiungi ulteriore EDTA: se il colore non cambia usa il volume che ti eri segnato.
•
Per evitare che l’ammoniaca del tampone evapori, è bene che la titolazione sia svolta
entro 15 minuti dall’aggiunta del tampone stesso. Se hai dubbi controlla che il pH non
scenda sotto 9-10, aiutandoti con la cartina tornasole. In caso di necessità, aggiungi un
altro mL di tampone e ricontrolla il pH.
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•
Segna nella tabella 1.1.1 nel foglio risposte la quantità in mL di soluzione di EDTA
utilizzata per la titolazione
•
Ripeti la titolazione altre 3 volte aggiungendo ora oltre ai soliti 10.0 mL di campione
incognito diluito, un volume noto e diverso per ogni titolazione (10.0, 20.0, 30.0,... mL,
non necessariamente in questo ordine) della soluzione di Ca++ a concentrazione nota. In
questo modo titolerai la somma di calcio e magnesio del campione incognito e calcio
proveniente dalla soluzione di Ca++ a concentrazione nota. Ti consigliamo di effettuare
ogni aggiunta di questo tipo prima delle operazioni sotto cappa. Per tutti i trasferimenti
precisi, utilizza la pipetta tarata.
•
Segna nella tabella 1.1.1 i volumi aggiunti di soluzione di Ca++ a concentrazione nota, le
corrispondenti quantità in millimoli e i risultati di queste titolazioni.
•
Partendo dai dati in tabella 1.1.1, traccia un grafico (1.1.2) che riporta in ascissa (x) le
millimoli di Ca++ aggiunte e in ordinata (y) i mL di soluzione di EDTA utilizzati in
ciascuna titolazione.
•
Traccia una retta che passi il più vicino ai punti così determinati, e prolungala verso
sinistra finché non incrocia l’asse delle ordinate (vedi esempio grafico a sinistra).
•
Utilizza per prima cosa il valore della pendenza della retta per ricavare la concentrazione
della soluzione di EDTA e quindi usa anche il valore della intercetta con l’asse delle
ordinate per ricavare la concentrazione complessiva di (Ca++ + Mg++) nel campione
diluito di acqua minerale. Riporta i calcoli al punto 1.1.3.
•
In alternativa, puoi fare riferimento all’esempio grafico di destra: prolunga la retta fino
ad incrociare questa volta l’asse delle ascisse. In questo modo potrai determinare
direttamente la quantità complessiva di (Ca++ + Mg++) nel primo campione (allo scopo ti
suggeriamo di immaginare di traslare il grafico verso destra di una quantità opportuna...).
Scegli tu il metodo che ritieni più preciso, eventualmente giustificando brevemente la tua
scelta sul foglio del grafico 1.1.2.
•
Calcola la durezza complessiva dell’acqua minerale contenuta nella tua bottiglietta ed
esprimila in: ppm, Gradi Francesi, Gradi Tedeschi e Gradi Inglesi. Per le conversioni
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utilizza le informazioni contenute nell’introduzione (per la conversione in gradi inglesi,
quando sarete in Lussemburgo sarete autorizzati a lamentarvi con i vostri colleghi
britannici). Riporta i calcoli al punto 1.1.4.
1.2 – Determinazione della concentrazione di calcio nel campione
Con le precedenti titolazioni è stata misurata la quantità di ioni calcio sommata alla quantità di
ioni magnesio. Per distinguere le concentrazioni dei due ioni è necessario un modo per
quantificare uno ione indipendentemente dalla presenza dell'altro. Dunque si potrà ricavare la
quantità dell'altro ione per differenza. È possibile eliminare dalla soluzione gli ioni magnesio
portando il pH a 13, ossia valori molto basici. In queste condizioni il magnesio precipita come
idrossido Mg(OH)2, un solido la cui presenza non influenzerà la titolazione.
A questi valori di pH è necessario utilizzare un indicatore diverso dal Nero Eriocromo T ma
molto simile nel comportamento: il blu di idrossinaftolo.
Le condizioni fortemente basiche impongono che la titolazione sia svolta rapidamente per evitare
che troppa anidride carbonica si disciolga causando la precipitazione degli ioni calcio sotto
forma di carbonato.
Procedimento:
• trasferisci 10.0 mL di soluzione diluita di acqua minerale (preparata precedentemente) dal
matraccio alla beuta da 250 mL;
• aggiungi circa 50 mL di acqua deionizzata
• vai sotto cappa e aggiungi 30 gocce (ca. 0.5-1 mL) di NaOH al 50% con una pipetta
Pasteur. Getta la pipetta nel recipiente apposito. FAI MOLTA ATTENZIONE! Se
dovessero caderti gocce di soluzione di NaOH fuori dai contenitori o sopra di essi,
avvisa un assistente. Se dovessero caderti sui guanti, ti consigliamo di lavarteli con
un po’ di acqua corrente. Agita la sospensione per 2 minuti, aiutandoti anche con
l'agitatore magnetico, per permettere la precipitazione dell’idrossido di magnesio e la
ridissoluzione di eventuale idrossido di calcio precipitato.
• (se non hai tempo puoi saltare questo punto) Aggiungi poco blu di idrossinaftolo solido e titola
rapidamente con EDTA per individuare approssimativamente il punto finale (viraggio
dal rosso al blu). Non riportare questo volume sulla scheda risultati, serve solo per
effettuare con più accuratezza le prossime titolazioni. (Un suggerimento che potrebbe aiutarti a
svolgere la titolazione più rapidamente: nel tuo campione gli ioni calcio sono almeno la metà del totale
degli ioni calcio e magnesio.)
•
•
•
•
•
Ripeti la titolazione con il blu di idrossinaftolo 3 volte (o più, se hai tempo) questa volta
con più accuratezza, ma sempre rapidamente. Quando viene raggiunto il viraggio di
colore, lascia sedimentare il campione per 5 minuti, agitando di tanto in tanto, in modo
che l’eventuale precipitato di Ca(OH)2 si ridisciolga. Se osservi un retroviraggio (ossia se
da blu la soluzione tornasse rossa), aggiungi lentamente nuovo titolante fino al viraggio al
blu.
Segna nella tabella 1.2.1 nel foglio risposte la quantità in mL di soluzione di EDTA
utilizzata per le titolazioni.
Calcola al punto 1.2.2 la quantità di Ca++ (in mg/L) presente nell’acqua minerale.
Calcola al punto 1.2.3 la quantità di Mg++ (in mg/L) presente nell’acqua minerale.
Se non dovessi riuscire a svolgere le titolazioni per mancanza di tempo, puoi lo stesso
calcolare i risultati (1.2.2 e 1.2.3) assumendo che il volume di EDTA necessario a
raggiungere il punto equivalente sia di __________ mL (chiedi il valore all’assistente di
chimica).
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TEMA 2.
A pelo d'acqua.
Probabilmentee hai visto qualche volta dei piccoli insetti muoversi agilmente
sulla superficie di stagni o laghetti. Non potrebbero farlo su un qualsiasi
liquido e nemmeno se l'acqua fosse inquinata da residui di detersivi. È la
tensione superficiale dell'acqua che rende possibile questo comportamento ed
altri particolari effetti illustrati nelle figure che seguono.
Insetti pattinatori, o gerridi, sulla
superficie di una vasca piena
d'acqua.
Deformazione caratteristica della
superficie dell'acqua ai bordi di un
bicchiere troppo pieno. Si noti il
sollevamento dell'acqua nel punto
in cui esce lo spillone.
Un fermaglio metallico
adagiato come su un cuscino
sulla superficie dell'acqua
in un bicchiere
Uno strumento per misurare la tensione
superficiale dei liquidi è stato studiato dal fisico
francese Pierre Lecomte du Noüy. In questo
strumento un anello di metallo sospeso a due fili
viene appoggiato sulla superficie del liquido in
esame: vedi la figura a lato. Un sistema a leva
misura la forza che permette di staccare l'anello
dalla superficie del liquido. Lo strumento
raffigurato si chiama tensiometro.
Il tuo
compito consisterà nell’assemblare una versione
semplificata del tensiometro
metro usando i materiali
che hai a disposizione.
Materiali a disposizione e loro utilizzo (vedi anche la figura seguente)
La bilancia ha un supporto in legno a. Il fulcro f è realizzato con uno spillone che attraversa
perpendicolarmente il sostegno e passa nel centro dell’asta b,, permettendole di oscillare nel
piano verticale. Sotto il centro dell’astina può essere fissato verticalmente un indice i di
riferimento. Per determinare
minare l’equilibrio della bilancia infatti bisogna accertarsi della perfetta
orizzontalità del giogo della bilancia. Questo si può fare mettendo un indice nel centro del giogo
della bilancia oppure appoggiando sul tavolo una squadra e controllare che l’estremità
l’es
dei bracci
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si trovi alla stessa altezza rispetto al tavolo. Questo secondo metodo è più preciso ma più
laborioso.
Per smorzare le oscillazioni vengono fissate due mollette m alle estremità della sbarretta. Su di
un braccio dell’astina si appende
append in h una piastrina di acciaio p,, sostenuta da un filo. Sull’altro
braccio si infilano un bullone e un cilindretto cavo di metallo c per equilibrare la piastrina p.
Sotto la piastrina si posiziona una vaschetta trasparente v.. Le masse campione si ottengono
tagliando tratti uguali di filo metallico. La massa di ognuno si ottiene determinando la massa di
tutti i fili con lo stesso diametro e dividendola per il numero di segmenti. Una bilancia per la
determinazione del peso dei fili è a disposizione
disposizione di tutti i gruppi. Le due bottiglie contrassegnate
con (1) e (2) contengono i liquidi di cui si vuole misurare la tensione superficiale. Il calibro ti
servirà alla fine per misurare le dimensioni della piastrina p.. Se non sai usare il calibro potrai,
potrai
quando ti serve, chiedere la misura ad uno degli assistenti.
Come procedere
Attenzione! Il bordo della piastrina che toccherà l'acqua deve essere perfettamente pulito: evita
quindi di toccarlo con le dita.
•
Si appende la piastrina p ad uno dei due bracci dell'asta mediante il filo sospeso in h e,
agendo delicatamente sul braccio della bilancia, si fa in modo che il suo lato inferiore
tocchi un piano orizzontale pulito e asciutto; si aggiusta eventualmente la sospensione
fino a quando il lato inferiore della piastrina non è orizzontale. Nell’altro braccio
dell'asta si inseriscono il cilindretto e il bullone c.. Facendoli scorrere si porta la bilancia
all’equilibrio.
•
Annota sul Foglio Risposte,
Risposte casella 2.1, la distanza di h dal fulcro, indicandola con d.
•
Annota sul Foglio Risposte,
Risposte casella 2.2, la massa delle tue masse campione, indicandola
con µ.
Ora indagherai il comportamento del tuo tensiometro usando il liquido della bottiglia
contrassegnata come <bottiglia
bottiglia n°1>:
n°1 NON scambiare l'ordine delle bottiglie nelle tue
misure.
•
Metti la vaschetta v sotto alla piastrina. Introduci in v del liquido dalla bottiglia n°
n 1 fino
a quando la superficie del liquido sfiora appena il bordo inferiore della piastrina. Regola
la piastrina in modo che il suo bordo sia immerso per circa 1 mm nel liquido. Sul
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braccio opposto, alla stessa distanza d dal fulcro del filo h, si appendono, una alla volta e
con la massima delicatezza, le masse campione fatte con i fili di metallo, fino a quando il
bordo della piastrina si stacca dalla superficie del liquido, squilibrando la bilancia.
•
Annota sul Foglio Risposte, Tabella 2.A, il numero di masse campione che hanno dato
luogo al distacco.
•
Asciuga accuratamente la piastrina di metallo e ripeti la misura precedente per altre due
volte. Completa con i dati la seconda e la terza colonna della Tabella 2.A del Foglio
Risposte.
•
Asciuga accuratamente la piastrina. Prendi un'altra vaschetta v pulita. Ora usa il liquido
della bottiglia n° 2 e ripeti le tre misure precedenti.
•
Riporta i risultati nella Tabella 2.A del Foglio Risposte nella parte relativa al liquido
della bottiglia n° 2.
Il calcolo della tensione superficiale.
Il peso delle masse campione che ha determinato il distacco della piastrina dalla superficie
dell’acqua è uguale alla forza di richiamo dovuta alla tensione superficiale F.
(
)
F = 2γ l + s p ;
γ=
F
.
2 l + sp
(
)
F è il modulo della forza con cui il liquido agisce sulla piastrina; γ è un parametro che dipende
dal liquido e dalla sua temperatura detto "tensione superficiale";
la lunghezza del bordo
inferiore della piastrina è l; lo spessore della piastrina è sp.
Riporta sul Foglio Risposte, casella 2.3, i valori che hai trovato per l e per sp.
Riporta sul Foglio Risposte, Tabella 2.A, il valore della tensione superficiale dei due liquidi;
scrivi l'unità di misura corretta di γ.
Uno dei due liquidi che hai esaminato è acqua distillata. Si sa che l'acqua ha una tensione
superficiale maggiore degli altri liquidi di densità comparabile. In base alle tue misure, in quale
bottiglia diresti che c'era acqua distillata? Su quale superficie di liquido pensi che gli insetti
pattinatori si sostengono con più efficacia? Motiva la tua risposta. Rispondi nella casella 2.4.
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TEMA 3.
Piante a confronto
3.1 Tassonomia: ogni cosa al suo posto!
Esamina attentamente le differenze fra una pianta di fragola (P1) e una pianta di pomodoro (P2).
Scopo dell’esercizio è assegnare ogni pianta alla corretta famiglia botanica. Una pianta di fragola
fiorita per osservarne i fiori è a disposizione del laboratorio.
Per classificare le due piante devi utilizzare il codice d’identificazione dicotomico stampato in
questa pagina: ti bastano al massimo tre passaggi. Ogni famiglia è identificata da un numero
romano da I a VIII (terza colonna della tabella), che dovrai scrivere nel Foglio Risposte (3.1.1).
Devi anche indicare quali passaggi hai seguito per arrivare al risultato finale. Puoi consultare
l’Appendice, dove ci sono le foto di un rappresentante tipico per ogni famiglia, contrassegnate
con un numero arabo compreso tra 4 e 7 (prima colonna della tabella), eventualmente seguito da
un asterisco. Es. famiglia Iridaceae: numero identificativo II, foto 4*.
1
1*
Foglie con venature parallele, semplici e non ramificate.
Foglie con venature nette
2
2*
Perianzio (calice e corolla del fiore) assente o uniforme
(cioè non strutturato in sepali e petali)
Perianzio strutturato in petali e sepali
3
3*
Petali completamente separati, si possono staccare uno a uno
Tutti i petali sono connessi, almeno alla base.
4
4*
5
5*
6
6*
7
7*
Foglie alternate, non divise, intere. Piccoli fiori in spiga cilindrica.
famiglia Araceae
Erbacea o bulbosa perenne, foglie lanceolate
famiglia Iridaceae
Foglie opposte, semplici, intere e lineari
famiglia Caryophyllaceae
Stelo strutturato a nodi, foglie alternate
famiglia Polygonaceae
Foglie alternate, quasi sempre pennate, fiore a simmetria bilaterale.
famiglia Fabaceae
Foglie ternate, fiore a simmetria raggiata
famiglia Rosaceae
Foglie opposte. Fiori allungati, non a stella.
famiglia Caprifoliaceae
Foglie alternate, pennate, fiori a stella.
famiglia Solanaceae
Materiale a disposizione
•
Pianta di fragola (etichettata con P1)
•
Pianta di pomodoro (etichettata con P2)
•
Immagini di piante (un rappresentante per ogni famiglia, Appendice)
•
Lente d'ingrandimento
•
Bisturi da dissezione
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4
2
►
►
5
3
►
►
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►
6
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[I]
[II]
[III]
[IV]
[V]
[VI]
[VII]
[VIII]
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di selezione delle due squadre italiane
italian
Indica un altro rappresentante della stessa famiglia del pomodoro,
pomodoro, scegliendo una delle risposte
possibili suggerite nel Foglio Risposte (3.1.2).
(
Nelle piante più evolute (Angiosperme
Angiosperme),
), il fiore è l'organo dove si sviluppano i gametofiti (le
cellule riproduttive), avviene la fecondazione e si sviluppa il seme. Inoltre, la struttura del fiore è
un carattere diagnostico molto importante per classificare correttamente una pianta. Osserva
attentamente il fiore di pomodoro; se necessario usa la
la lente d’ingrandimento.
Disegna uno schizzo del fiore di pomodoro sul Foglio Risposte (3.1.3).
(
Indica sul Foglio Risposte (3.1.4
3.1.4)) quanti organi compongono ciascuna delle quattro parti del
fiore: sepali - petali (sterili), stami - pistilli (fertili).
3.2 La cellula vegetale: che cos’hai tu che io non ho?
I tre compartimenti peculiari della cellula vegetale sono:
• PARETE CELLULARE
• PLASTIDI (es. cloroplasti)
• VACUOLO
Utilizzando cellule di cipolla rossa dovrai dimostrare
l'importanza del vacuolo per regolare i fenomeni osmotici.
osmotici
Dovrai descrivere le caratteristiche dei cloroplasti,
cloroplast quegli
organelli che si sono specializzati per rendere più efficiente
il processo della fotosintesi clorofilliana.
Materiale a disposizione
•
Vetrini porta-oggetto e copri-oggetto
copri
•
Pinzetta, lametta, para-dito
dito (preparazione cellule di cipolla rossa)
•
Microscopio ottico, olio
lio da immersione,
immersione alcol per pulire l’obiettivo
•
Pipette pasteur in plastica
•
Acqua distillata
•
Soluzione satura di KCl
•
Falcon da 15 ml con cellule di soia in cultura; porta provette.
Osservazione al microscopio ottico: regole essenziali
Quando usi la lametta per tagliare, proteggiti con il para-dito
para dito e lavora con attenzione!
Disponi il preparato al centro del vetrino porta-oggetto; ricordati
icordati di utilizzare sempre il
vetrino copri-oggetto per l’osservazione con gli oculari.
Utilizza prima l'obiettivo più piccolo, che permette un campo visivo più vasto. Usa la vite
macrometrica per una messa a fuoco grossolana, poi passa alla vite micrometrica.
microm
Passando agli obiettivi più grandi userai solamente la vite micrometrica per la messa a fuoco.
L’obiettivo ad immersione (100X) si usa per osservare strutture minute che richiedono un
ingrandimento molto alto. Dopo aver inquadrato l’oggetto da osservare,
osservare, sposta il revolver in
posizione intermedia e deposita una goccia dell’apposito olio nel punto che hai appena
osservato al centro del vetrino. Ruota il revolver e verifica che l’obiettivo 100X sia immerso
nella goccia. Fai attenzione a non scendere troppo
troppo con l’obiettivo, altrimenti potresti rompere
il vetrino! In caso di problemi o dubbi puoi chiedere aiuto a un assistente.
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Cambiamenti osmotici nel vacuolo
Il vacuolo è molto importante per mantenere l’equilibrio ionico. La parete di cellulosa e le
membrane cellulari si comportano come strati semipermeabili, quindi permettono il passaggio di
un solvente come l’acqua, ma impediscono il passaggio di sali (ad esempio il cloruro di potassio,
KCl) e altri soluti. Si osserva che la cellula vegetale in soluzione ipotonica (acqua) si gonfia e
diventa turgida, mentre in soluzione ipertonica (KCl saturo) perde liquidi e si affloscia. Entro
certi limiti questi fenomeni sono reversibili.
Il bulbo della cipolla contiene moltissime cellule vive ed è organizzato in strati di squame
carnose, ciascuna delle quali è protetta da una sottile epidermide. L’esperimento è costituito da
due parti. Prima devi preparare un vetrino a fresco di epidermide (Campione A). Osserverai che
in soluzione ipotonica (acqua) le cellule vive sono colorate di rosa-fucsia, per la presenza di
pigmenti solubili (antociani) all’interno del vacuolo. Nella seconda parte preparerai un secondo
vetrino (Campione B), per verificare che ponendo le cellule in soluzione ipertonica s’innescano
processi osmotici che ne cambiano radicalmente l’aspetto esteriore.
Campione A
1. Incidi con la lametta il bordo di una squama di cipolla rossa e solleva l’epidermide. Preleva
con la pinzetta il sottile strato esterno di epidermide colorata (per l’osservazione ne basta una
piccola porzione) e stendilo sul vetrino porta-oggetti. Fai attenzione a non prendere anche le
cellule degli strati inferiori, che non sono colorate!
2. Fai cadere 1 – 2 gocce di acqua sull’epidermide e appoggia lentamente il copri-oggetto.
3. Metti a fuoco il campione, inquadrando un punto in cui si osservano bene le cellule vive
colorate di rosa-fucsia. Passa all’obiettivo 40x e quando hai finito chiama un assistente che
certificherà il tuo lavoro (3.2.1).
4. Riporta le tue osservazioni sul Foglio risposte (Tabella 3.2.2).
Campione B
1. Preleva con la pinzetta una nuova porzione di epidermide, lavorando come sopra al punto 1.
2. Questa volta fai cadere sull’epidermide, al posto dell’acqua, 1 – 2 gocce di soluzione satura
di KCl; appoggia lentamente il copri-oggetto e osserva al microscopio cosa accade.
3. Metti a fuoco il campione, inquadrando una regione in cui si vedono bene le cellule in cui il
vacuolo ha cambiato dimensione. Passa all’obiettivo 40x e quando hai finito chiama un
assistente che certificherà il tuo lavoro (3.2.1).
4. Riporta le tue osservazioni sul Foglio risposte (Tabella 3.2.2).
Indica quali affermazioni interpretano correttamente i fenomeni osmotici che hai osservato,
scegliendo tra le risposte possibili suggerite nel Foglio Risposte (3.2.3).
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Osservazione dei cloroplasti
I cloroplasti si sono specializzati per catturare l’energia luminosa e convertirla in energia
chimica attraverso la fotosintesi. Questo processo richiede la presenza di pigmenti colorati (non
solo clorofilla) e di membrane interne. Poiché nei cloroplasti la clorofilla è molto abbondante, è
particolarmente facile identificare questi organuli colorati al microscopio ottico.
Campione C
1. Agita bene il tubo Falcon da 15 ml che contiene le cellule di soia in coltura (picchiettare con
il dito oppure risospendere con la pipetta), per evitare di raccogliere gruppetti di cellule
troppo numerosi per l’osservazione al microscopio.
2. Con la pipetta pasteur preleva 1 – 2 gocce di coltura cellulare e depositale sul vetrino portaoggetti, quindi appoggia lentamente il vetrino copri-oggetto.
3. Metti a fuoco il campione, inquadrando un punto in cui si osservano bene i cloroplasti.
Seguendo le istruzioni riportate all’inizio di questa sezione 3.2, passa all’obiettivo ad
immersione (100X). Chiama un assistente che certificherà il tuo lavoro (3.2.1).
4. Riporta le tue osservazioni sul Foglio risposte (Tabella 3.2.2).
Indica sul Foglio Risposte qual è il numero medio di cloroplasti presenti in questo tipo di cellule
vegetali in cultura, osservando almeno 10 cellule con cloroplasti ben visibili (3.2.4).
Rispondi alla domanda sul ruolo dell’acqua nella fotosintesi, scegliendo tra le risposte possibili
suggerite nel Foglio Risposte (3.2.5).
3.3 Esame fotometrico dei pigmenti estratti dalle foglie.
Nel seguente esperimento dovrai estrarre i pigmenti fotosintetici dalle foglie di pomodoro e di
fragola. Il procedimento è identico nei due casi, tuttavia la resa finale potrebbe essere diversa.
Per identificare quali pigmenti sono presenti nelle foglie, dovrai usare lo spettrofotometro e
aiutarti con gli spettri di assorbimento che trovi in Appendice.
Nota dell'esperto: Come s’identifica una sostanza mediante esame fotometrico.
La sostanza colorata da esaminare deve essere in soluzione. Utilizzando un fotometro che emette
un fascio di luce monocromatica, si può misurare la frazione di luce assorbita dalla soluzione.
Nel fotometro il fascio di luce monocromatica attraversa un recipiente di materiale trasparente
(cuvetta) che contiene la soluzione colorata. Conoscendo l'intensità della luce che entra nella
cuvetta (I0) e misurando l'intensità della luce che ne esce (I), si ricava il valore di assorbanza (A),
che è definito dalla seguente equazione:
I 
A = log10  0 
 I 
Le sostanze colorate assorbono luce visibile e, quando la concentrazione del pigmento aumenta,
aumenta anche la frazione di luce assorbita. Con buona approssimazione ed entro certi limiti
l’assorbanza A è proporzionale alla concentrazione c di sostanza presente nella soluzione.
In questo caso vale la seguente legge, detta di Beer-Lambert:
A = ε ⋅c⋅d
dove d rappresenta la lunghezza del percorso della luce nella sostanza, mentre ε è una costante
che dipende dalla sostanza in esame.
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Materiale a disposizione
•
Carbonato di calcio in una provetta Eppendorf (etichettato con CaCO3)
•
Spatola di metallo
•
Mortai, pestelli, sabbia
•
100 ml di etanolo in bottiglia di vetro (etichettato con Etanolo C2H5OH)
•
Pipette graduate (10 mL) con propipette per l'aspirazione e l’erogazione di liquidi
•
2 filtri di carta, 2 imbuti di plastica
•
4 provette Falcon da 15 mL con tappo a vite (etichettate con 1, 2, 1s, 2s)
•
Pipette da 1 mL, da utilizzare con puntali blu
•
Cuvette di plastica, pezzi di pellicola parafilm
•
Righello millimetrato
Estrazione del pigmento dalle foglie: procedimento
•
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•
•
•
Stacca alcune foglie dalla pianta P1 (fragola) e pesa esattamente 1.5 g.
Ripeti la stessa operazione per la pianta P2 (pomodoro).
Trasferisci le foglie di fragola che hai pesato nel primo mortaio e quelle di pomodoro nel
secondo mortaio. Aggiungi ad ognuno una punta di spatola di carbonato di calcio.
Aggiungi in ogni mortaio 5 ml di etanolo. Lavorando col pestello per circa 5 minuti cerca
di frammentare il più possibile le foglie, possibilmente in modo omogeneo.
Aggiungi ancora 5 ml di etanolo ed omogeneizza ancora per 2 minuti.
Filtra il contenuto di ciascun mortaio in una provetta diversa (es. fragola tubo 1). Per farlo
metterai un filtro di carta nell'imbuto e introdurrai l'imbuto nella provetta. Verserai nel
filtro il contenuto di un mortaio e lascerai scendere tutto il liquido (circa 5 minuti).
Infine allontana l'imbuto con il filtro e il residuo. Chiudi la provetta con il tappo.
Analisi spettrofotometrica dei pigmenti della fotosintesi: procedimento
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•
•
Diluisci il filtrato della pianta 1 in ragione di 1:10. Trasferisci 1 ml di filtrato in una nuova
provetta (es. fragola tubo 1s) e poi aggiungi 9 ml di etanolo.
Trasferisci 1 ml di questa nuova soluzione nella cuvetta di plastica. La parte trasparente
della cuvetta non si deve toccare con le dita, per evitare di sporcare la superficie.
La cuvetta ora è pronta per l'analisi fotometrica. Contrassegna la parte superiore della
cuvetta con la cifra <1>. Ripeti il procedimento per il filtrato della pianta 2 e prepara la
cuvetta contrassegnata con <2>.
Vai alla postazione con lo spettrofotometro per eseguire lo spettro (chiedi aiuto). Segnati i
valori di lunghezza d’onda in cui lo spettro mostra un massimo locale di assorbanza.
Cerca di riprodurre sulla carta millimetrata gli spettri che hai prodotto. Non serve essere
precisi in tutti i punti dello spettro, ma concentrati sulle regioni dove hai misurato un
massimo locale di assorbanza.
Completa la tabella che trovi sul Foglio Risposte (3.3.1).
Confrontando i tuoi dati con lo spettro di assorbimento che trovi in Appendice, indica sul Foglio
Risposte quali pigmenti hai identificato (3.3.2).
Indica sul Foglio Risposte per quale ragione la soluzione estratta appare di colore verde (3.3.3).
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APPENDICI
Immagini per determinare la famiglia delle piante in esame
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FINE.
BUON LAVORO E IN BOCCA AL LUPO!!!
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