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“Galileo Galilei” - CREMA
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PIANO DI PROGRAMMAZIONE DIDATTICA
Insegnanti: Balduzzi Gianluigi, Grassi Guido
Anno scolastico:2010/2011
Materia: Complementi di chimica e analisi
Appr. in R.d.M. in data: 07/09/2010
Indirizzo scolastico: Tecnologia Alimentare
Appr. in C.d.C. in data:
Classe: 5TA/A
Quadro orario (ore settimanali): 9 = 3 + (6)
Finalità
La finalità principale del corso di tecnologie alimentari è la formazione di tecnici in possesso di conoscenze, sia teoriche che pratiche, idonee allo svolgimento di
determinate mansioni nell’industria alimentare quali:
la corretta interpretazione degli schemi di processo,
la conduzione ed il controllo degli impianti,
i controlli analitici delle materie prime e dei prodotti.
Nei contenuti formativi occorre tenere conto dei seguenti aspetti:
importanza della qualità degli alimenti
attenzione alla complessità di composizione delle materie prime
conoscenza e rispetto degli standards merceologici, nutritivi e legali.
A questo scopo nella riunione di settore si sono individuati alcuni alimenti principali, rispetto ai quali organizzare le attività dei vari laboratori; gli alimenti scelti sono:
ACQUA, VINO, OLIO, LATTE.
Per ogni prodotto alimentare da studiare verrà proposto un certo numero di determinazioni analitiche fra le più importanti nel caratterizzare anche la qualità merceologica
degli alimenti stessi, in riferimento alle norme di legge.
Analisi della situazione di partenza
Profilo generale della classe (caratteristiche cognitive, comportamentali, atteggiamento verso la materia, interesse, partecipazione):
Discrete le caratteristiche cognitive e comportamentali
Positivo l’atteggiamento verso la materia, discreto l’interesse e buona la partecipazione
Fonti di rilevazione del profilo generale della classe:
griglie e questionari conoscitivi del progetto accoglienza
colloqui con gli alunni
colloqui con le famiglie
Livelli di profitto:
colloqui con gli insegnanti delle scuole medie (classi prime)
colloqui con gli insegnanti dell’anno precedente (classi successive)
X altro: classe in proseguimento
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LIVELLI
Gravemente Insufficiente
Insufficiente
Sufficiente
Buono
Ottimo
NUM. ALLIEVI
Fonti di rilevazione dei livelli di profitto:
test d’ingresso
lavoro individuale estivo
valutazione dello studio autonomo
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%
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% AGGREGATE
risultati dell’anno precedente
altro: ……………………………………………………………………..
Obiettivi di Competenza (competenze da acquisire)
Obiettivi specifici di analisi sono:
A fare assumere allo studente la capacità di effettuare analisi chimiche su materie prime, prodotti intermedi e finiti di sostanze di tipo alimentare,
B saper usare correttamente gli strumenti di laboratorio
C saper fare scelte autonome nell’organizzare l’attività di laboratorio per l’esecuzione di una metodica analitica.
D fornire all’allievo le basi chimico-fisiche necessarie per poter seguire, con maggior profitto, i contenuti dell’analisi chimica
Per raggiungere questi obiettivi si forniranno allo studente, da una parte conoscenze di chimica teorica, dall’altra indicazioni metodologiche sulle principali tecniche
analitiche e nozioni sui principi di funzionamento degli strumenti.
Obiettivi specifici di chimica fisica sono di mettere in evidenza l'importanza dell'applicazione dei concetti della termodinamica chimica per:
A il calcolo delle costanti relative ai diversi equilibri
B risolvere i problemi teorici legati alla conversione dell’energia chimica in energia elettrica e viceversa.
C utilizzo dei metodi elettrochimici in analisi
MODULI DIDATTICI: articolazione degli obiettivi di competenza in abilità e conoscenze
Num.
Titolo
COMPETENZE1
1
Analisi
Introduzione alle
tecniche
cromatografiche
A,D
1
Far riferimento agli obiettivi di competenza del punto precedente
CAPACITA’/ABILITA’
Affrontare e risolvere situazioni problematiche
basilari, teoriche e/o praticosperimentali,inerenti le tecniche
cromatografiche
CONTENUTI/CONOSCENZE
Principi generali cromatografia
Meccanismi chimici e fisici della separazione
Tecniche cromatografiche
Classificazione dei metodi cromatografici
Fasi stazionarie, fasi mobili
Selettività`, efficienza, risoluzione, capacità,selettività, H,
Teoria del non equilibrio di Giddings , teoria dei piatti e delle
velocità, equazione di Van Deemter , rappresentazione grafica
e matematica, significato dei parametri A, B, C, u.
Deformazione dei picchi cromatografici, tailing e fronting
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2
Cromatografia su
strato sottile e su
colonna
A,D
3
Cromatografia liquida
ad alte prestazioni
A,B,D
4
Gascromatografia
A,B,D
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Principi ed applicazioni
Affrontare e risolvere situazioni problematiche Parametri e prestazioni: selettività e fattore di ritenzione,
efficienza, risoluzione, capacità, riproducibilità.
basilari, teoriche e/o praticosperimentali,inerenti la cromatografia su strato Materiali di sostegno; criteri per la scelta della fase stazionaria
e della fase mobile.
sottile e su colonna
Tecniche operative:
Lastrine, deposizione del campione, camera di eluizione,
rivelazione delle sostanze separate. Preparazione della
colonna per la cromatografia di assorbimento e ripartizione,
scambio ionico.
Analisi qualitativa e quantitativa
Affrontare e risolvere situazioni problematiche Principi ed applicazioni
Classificazioni delle tecniche HPLC
basilari, teoriche e/o pratico-sperimentali,
Schema di funzionamento e caratteristiche strumentali:
inerenti la cromatografia liquida ad alte
riserva della fase mobile, pompe, filtri, sistemi di iniezione,
prestazioni
misuratori di flusso, rivelatori, sistema di elaborazione dei
segnali
laboratorio: separazione acetofenone, benzene, tuolene
Affrontare e risolvere situazioni problematiche
Principi ed applicazioni.
basilari, teoriche e/o pratico-sperimentali,
Grandezze, parametri e prestazioni: tempo e volume di
inerenti la gascromatografia
ritenzione, coefficiente di distribuzione, fattore di ritenzione,
selettività, efficienza e risoluzione; capacità
Il significato del parametro H
Teoria dei piatti; teoria della velocità.
Schema di funzionamento e caratteristiche strumentali
Criteri per la scelta della fase stazionaria e del tipo di colonna
Fase mobile
Bombole, iniettori per colonne impaccate, camera
termostatica
Rivelatori
Dispositivi accessori: misuratori di flusso programmazione
della temperatura
Registrazione del cromatogramma
Ottimizzazione delle separazioni in GC
laboratorio: determinazione del metanolo nel vino, analisi dei
metilati negli oli
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Laboratorio
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A,B,C
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Affrontare e risolvere situazioni problematiche analisi dell’acqua: NO3- , Fe3+ , PO4 3- , conducibilità specifica;
ph ; temperatura; durezza; ossidabilità; alcalinità; Na+ e K+ in
basilari e pratico-sperimentali inerenti le
emissione.
tecniche di analisi sugli alimenti
analisi del vino: grado alcolico; metanolo con
gascromatografo; pH; acidità totale; acidità volatile; zuccheri
riducenti; estratto secco; ceneri; alcalinità ceneri; Cu2+ con
assorbimento atomico, analisi dei fondi in I.R; limite di
gessatura.
analisi del latte: grasso; proteine; freschezza; acidità; lattosio;
peso specifico; densità del siero; grado rifrattometrico del
siero; abbassamento crioscopico; ph; residuo secco; ceneri;
alcalinità ceneri; determinazione del Ca2+ e del Mg2+
assorbimento atomico.
6
Chimica-Fisica
Energia libera
E
Affrontare e risolvere situazioni problematiche
basilari e teoriche,inerenti gli scambi
energetici nelle reazioni chimiche
analisi delle materie grasse: saggio di rancidità; acqua nel
burro; numero di perossidi; numero di iodio; grado di
acidità ; numero di saponificazione; indice di rifrazione;
analisi U.V. dell’olio d’oliva; analisi al gascromatografo dei
metilati.
Energia libera
Energia libera e lavoro utile
Condizioni termodinamiche per l'equilibrio chimico
Relazione tra energia libera, entalpia ed entropia
Calcolo della variazione dell’energia libera in una reazione
chimica
Energia libera molare standard di formazione
Equazione di Van't Hoff; isobara di Van’t Hoff
Importanza della funzione energia libera
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Conversione
dell’energia chimica in
energia elettrica
E,F
Applicazione degli
elementi galvanici
E,F
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Affrontare e risolvere situazioni problematiche Potenziale dell'elettrodo
Potenziale di diffusione
basilari e teoriche, inerenti l’elettrochimica
Aspetti termodinamici , equazione di NERNST
Calcolo del potenziale relativo dell'elettrodo
La pila DANIELL
Tipi di elettrodi
La serie dei potenziali normali di riduzione degli elettrodi
Calcolo teorico della F.E.M. di una pila
Proprietà` ossidanti e riducenti dei sistemi redox
Limiti di applicazione dei potenziali standard di riduzione
Calcolo della costante di equilibrio di una reazione redox
Deduzione del potenziale standard di riduzione dai dati
tabellati
Elettrodi di riferimento e di misura
Affrontare e risolvere situazioni problematiche Potenziometria diretta
Taratura del piaccametro per misure di pH con l'elettrodo a
basilari, teoriche e/o pratico-sperimentali,
vetro
inerenti la potenziometria
Titolazioni potenziometriche e relativa rappresentazione
grafica
Potenziale dell'elettrodo all'equivalenza nelle reazioni redox
Laboratorio: taratura dello strumento, misure di pH, titolazioni
acido-base, titolazioni di ossidoriduzione
9
Conduttivita’ delle
soluzioni
F,G
Affrontare e risolvere situazioni problematiche Passaggio di corrente elettrica nei conduttori
Misura della conduttanza delle soluzioni degli elettroliti
basilari, teoriche e/o pratico-sperimentali,
Correzione della misura di conduttanza in funzione della
inerenti la conduttività delle soluzioni
temperatura
Misura della conduttanza specifica
Conduttanza specifica e grado di dissociazione
Conduttanza equivalente degli elettroliti
Conduttanza equivalente limite e grado di dissociazione
Legge di Kohlrausch sull'indipendente mobilità degli ioni
Rappresentazione grafica della legge di Onsager
Calcolo del grado di dissociazione e della costante di
ionizzazione degli elettroliti deboli
Limiti di validità` della formula di Arrhenius
Calcolo del prodotto di solubilità da misure di conducibilità
Titolazioni conduttimetriche
Numero di trasporto
Laboratorio: misura della conducibilità, titolazioni acido-base
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Elaborazione dati
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A,C
Elaborare e trattare statisticamente i dati
sperimentali
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Fonti di errore nell’analisi chimica: esattezza ed accuratezza,
precisione, attendibilità, riproducibilità e ripetibilità; precisione
degli strumenti analitici
Raccolta e sintesi dei dati: registrazione dei dati, cifre
significative,scelta del valore centrale di una serie di dati;
presentazione ed elaborazione dei dati; trattamento dei dati
aberranti
Probabilità e statistica: distribuzione di frequenza e di
probabilità; frequenza e probabilità; curve di distribuzione di
probabilità; test statistici; controllo delle caratteristiche di una
serie di dati; test di significavità
Relazioni lineari fra due variabili: correlazione; regressione
Applicazione della statistica alle misure effettuate nell’analisi
chimica
Modalità di lavoro
La parte teorica del programma di analisi verrà condotta tenendo come riferimento fondamentale il trattamento dei dati analitici e il controllo di qualità nel laboratorio di
analisi chimica, trattando dal punto di vista teorico gli strumenti in dotazione al laboratorio.
Per ogni strumento si forniranno agli studenti le seguenti conoscenze:
principi chimico fisici teorici che stanno alla base del funzionamento dello strumento,
schemi di funzionamento,
parametri strumentali.
Prima di iniziare una serie di analisi relative ad un alimento, verrà insegnato agli studenti come utilizzare gli strumenti necessari per l’esecuzione delle stesse.
Agli studenti saranno fornite le metodiche analitiche che dovranno saper interpretare ed eseguire correttamente e nell’attività di laboratorio verranno suddivisi in 5 gruppi
e ciascun gruppo, a rotazione, eseguirà tutta la serie di analisi per l’alimento in questione: il tempo necessario per le analisi di ogni alimento sarà quindi di 5 settimane.
Questa impostazione dell’attività di laboratorio permette di raggiungere i seguenti risultati:
far acquisire manualità sugli strumenti
imparare a lavorare in gruppo,
imparare a valutare criticamente i risultati di un’analisi.
Il programma del corso di chimica fisica si innesterà sul programma del 4o anno con il quale gli studenti hanno affrontato lo studio delle funzioni di stato e del 1 o e 2o
principio della termodinamica. Per completare le conoscenze termodinamiche degli studenti si introdurrà il concetto di energia libera, strumento indispensabile per
prevedere la spontaneità delle reazioni chimiche e supporto teorico allo studio dell'elettrochimica dove, oltre agli aspetti teorici, verrà dato ampio spazio all'applicazione
dei fenomeni elettrochimici all'analisi chimica. L’attività di laboratorio riguarderà la potenziometria e la conduttimetria
Strumenti di lavoro
Pasquetto-Patrone - CHIMICA FISICA vol. 3 - Zanichelli: tutti gli argomenti relativi alla termodinamica chimica e all’elettrochimica teorica trattati nella
disciplina si trovano sul testo adottato, la suddivisione delle unità didattiche rispecchia la sequenza dei capitoli.
Cozzi-Protti-Ruaro – ELEMENTI DI ANALISI CHIMICA STRUMENTALE – Zanichelli: tutti gli argomenti relativi alla cromatografia, elaborazione dati ed
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elettrochimica applicata si trovano nel testo adottato in modo molto esteso. Le unità didattiche estrapolano dai corrispondenti capitoli gli aspetti principali.
Guido Grassi - Dispense di laboratorio: riportano le metodiche relative alle analisi di acqua, vino, latte, materie grasse
materiale di laboratorio: necessario per la corretta esecuzione delle analisi chimiche che è obiettivo fondamentale del corso
Tipologie di verifica
F: formative: per controllare l'acquisizione dei concetti, saranno effettuate frequenti e brevi verifiche orali, non necessariamente con voto, durante lo svolgimento delle
varie unità didattiche.
S: sommative: con frequenza mensile e/o alla fine di un’unità didattica, saranno effettuate verifiche scritte comprensive degli ultimi argomenti e con possibilità di
collegamenti ad argomenti precedentemente affrontati.
L: laboratorio: valutazione dell’accuratezza dei risultati delle analisi
Griglia di valutazione / descrittori
Le verifiche sia dell’attività di laboratorio che della teoria utilizzano i seguenti descrittori:
a) Seguire una corretta procedura in laboratorio nell’esecuzione dell’analisi, in particolare:
- Comprensione della metodica
- Predisposizione del materiale occorrente
- Utilizzo corretto delle attrezzature e degli strumenti di misura nel rispetto delle norme di sicurezza;
- Elaborazione delle misure ed esito delle prove
- Eventuale valutazione critica
b) Elementi di logica concreta:
- Saper classificare;
- Saper correlare;
- Saper confrontare;
c) Capacità di responsabilizzazione del proprio operato:
- Necessità di documentare il risultato analitico dell’attività svolta sul quaderno di laboratorio;
- Esplicitazione delle difficoltà incontrate e delle acquisizioni fatte;
d)
-
Capacità di progettazione:
Scelta ed uso corretto degli strumenti di lavoro;
Saper portare a termine il lavoro nei tempi assegnati;
Cercare informazioni, prendere decisioni, calcolare, realizzare.
Peso
10%
10%
10%
10%
e) Quantità e qualità delle informazioni possedute
30%
f) Capacità di comprensione, di esposizione, di analisi, di sintesi
30%
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Valutazione
Misura del profitto nelle singole prove
Impegno e partecipazione
Progressi in itinere
Modalità di recupero
L’orario settimanale è di 6 ore di laboratorio e 3 ore di teoria: nel momento della compresenza , gli insegnanti si rendono disponibili per il recupero individualizzato;inoltre
si prevede attività di recupero curricolare e sportello didattico.
Saperi minimi che devono essere raggiunti per poter affrontare il programma dell’anno successivo
riconoscere e descrivere le diverse tecniche cromatografiche
conoscenza dello schema di funzionamento del gascromatografo e HPLC
classificazione delle analisi significative
capacità di eseguire correttamente una tecnica analitica
principi teorici fondamentali che stanno alla base del funzionamento degli strumenti usati in laboratorio
saper applicare le condizioni termodinamiche per l’equilibrio chimico;
saper fare il bilancio energetico di una reazione chimica;
saper prevedere la spontaneità di una reazione chimica dai potenziali di riduzione
Saper eseguire analisi potenziometriche
SEQUENZA DI LAVORO
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Attività / Moduli
Periodo
Ore
didattiche
Prev.3
Cons.
Prev.
Cons.
Ore
verifiche
Prev.
Cons.
Totale ore
Prev.
Sett-Ott
9
1
F-S
2
12
2
Ott-Nov
9
1
F-S
2
12
3
Nov-Dic
8
1
F-S-L
1
10
4
Dic-Gen
9
1
F-S-L
2
12
5
Ott- Mag
176
4
180
6
Febbraio
4
4
F-S
2
10
7
Marzo
6
1
F-S
2
9
8
Aprile
6
1
F-S-L
1
8
9
Maggio
9
1
F-S-L
2
12
10
-Giu
3
1
F-S
1
5
9
30
Ore totali 270
Da compilare in sede di consuntivo di fine anno
Prev. = definito in sede di programmazione
4
Cons. = valutato in sede di consuntivo di fine anno
3
Prev.
Tipologia
verifiche
1
Ore settimanali
Settimane disponibili
2
Cons.4
Ore
recupero/
progetto
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Cons.
Pag.
9 di 9
Contenuti non trattati/aggiunti2
