TITOLO: PH SOLUZIONE TAMPONE (Esempio di un Tampone acetato) BREVE DESCRIZIONE DELL'ATTIVITÀ: L’esperienza di laboratorio potrà essere trattata suddividendola in: - fase motivazionale: in cui ci sarà la ricognizione e definizione del problema e formulazione di una teoria risolutiva; - fase sperimentale: che vedrà gli studenti direttamente impegnati in piccoli gruppi (2/3 persone per gruppo); - fase di spiegazione: dialogata o lezione socratica con elaborazione delle osservazioni. Tempo previsto: 1 ora CLASSE DI DESTINAZIONE DELL'ESPERIENZA LABORATORIALE: La prova di laboratorio può essere indirizzata ad una classe del secondo biennio di un Liceo Classico, poiché la trattazione di chimica generale ed inorganica è in linea con le Indicazioni Nazionali per i licei. Gli studenti, infatti, possiedono tutti i prerequisiti necessari per affrontare l’esperienza di laboratorio presentata (elementari cognizioni di chimica, atomo, molecole, reazioni chimiche, concetto di acido e base, bilanciamento, pH e calcoli stechiometrici). PREREQUISITI: ● conoscere la definizione di pH e del potere tamponante; ● sapere come funziona il meccanismo di azione ed equazione di Henderson-Hasselbalch per i tamponi; ● conoscere la dissociazione degli acidi e delle basi e il fenomeno dell’idrolisi salina; ● conoscere le norme di sicurezza in laboratorio (è necessario l’utilizzo del camice, di guanti in lattice e di occhiali protettivi poiché si maneggeranno sostanze acide, seppure a concentrazioni differenti). CONTENUTI TEORICI/NUCLEI FONDANTI: Le soluzioni tampone sono costituite da una soluzione contenente un acido debole e il suo sale con una base forte, per esempio acido acetico (CH3COOH, acido debole) e acetato di sodio (CH3COONa, base forte), o una base debole e il suo sale con un acido forte, per esempio ammoniaca (NH3, base debole) e cloruro di ammonio (NH4Cl, acido forte). L’equazione di Henderson-Hasselbalch descrive la relazione tra il pH e la concentrazione dell’acido impiegando la sua pKa, ovvero il logaritmo negativo della sua costante di dissociazione acida. Data la relazione: HA + H2O ↔ A- + H3O+ essa può essere espressa secondo l’equazione di Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log (cb/ca) L’equazione è utile anche nel caso si debba calcolare il pH di una soluzione tampone. Il pH è definito come una scala di misura utilizzata per esprimere il carattere acido o basico delle soluzioni: un pH inferiore a 7 indica una soluzione acida, mentre un pH maggiore di 7 indica una soluzione basica. EVENTUALI COLLEGAMENTI INTERDISCIPLINARI: OBIETTIVI: ● ● ● ● apprendere l’utilizzo del materiale fornito per l’attività; rispettare le norme di sicurezza che regolamentano l’attività di laboratorio; comprendere e dimostrare la teoria sviluppando un punto di vista critico; cooperare per raggiungere l’obiettivo finale facendo confronti con le attività svolte in precedenza; ● acquisire maggiore consapevolezza sull’argomento. SCHEMA E/O DISEGNO DESCRITTIVO: Piaccametro da laboratorio MATERIALI E STRUMENTI: ● ● ● ● ● ● ● ● ● soluzione di acetato di sodio (0,1 M) soluzione di acido acetico (0,1 M) soluzione di acido cloridrico (0,1 M) soluzione di idrossido di sodio (0,1 M) spruzzetta contenente acqua deionizzata cilindro da 25 mL cilindro da 10 mL tre becher da 50 mL piaccametro METODI=DESCRIZIONE DELLA PROVA: FASE 1) Con il cilindro da 25 mL, prelevare per tre volte 25 mL di acetato di sodio (0,1 M) e versarli nei tre becher. Misurare e annotare il pH mediante il piaccametro. Aggiungere nel primo becher 5 mL di acqua e misurare il pH. Aggiungere nel secondo becher 1 mL di acido cloridrico (0,1 M) e misurare il pH. Aggiungere nel terzo becher 1 mL di idrossido di sodio (0,1 M) e misurare il pH. Annotare i valori, dopodiché vuotare i becher per poi lavarli e asciugarli. FASE 2) Con il cilindro da 25 mL, prelevare per tre volte 25 mL di acido acetico (0,1 M) e versarli nei tre becher. Misurare e annotare il pH mediante il piaccametro. Ripetere le operazioni con acqua, acido cloridrico e idrossido di sodio (come nella Fase 1) FASE 3) Versare in ciascun becher 15 mL di acetato di sodio (0,1 M) e 15 mL di acido acetico (0,1 M). Misurare e annotare il pH mediante il piaccametro. Aggiungere nel primo becher 5 mL di acqua e misurare il pH. Aggiungere nel secondo becher 1 mL di acido cloridrico (0,1 M) e misurare il pH. Aggiungere nel terzo becher 1 mL di idrossido di sodio (0,1 M) e misurare il pH e annotare i valori ottenuti. RACCOLTA DATI: Nel proprio quaderno di laboratorio organizzare i dati ottenuti per ogni soluzione, riguardanti le variazioni del pH, in una tabella come quella riportata di seguito. ELABORAZIONE (eventuali calcoli) /ANALISI DEI RISULTATI (eventuale grafico): CONCLUSIONI/OSSERVAZIONI SUI RISULTATI-CONTENUTI: In questa esperienza gli studenti osservano il diverso comportamento di acidi e basi deboli rispetto alle relative soluzioni tampone, in presenza di uguali aggiunte di acqua, acidi forti e basi forti. Nel testo le soluzioni tampone sono state trattate in maniera qualitativa senza ricollegare il valore del pH a quello delle costanti acida e basica. Tuttavia, si può partire da questa osservazione per affrontare l’argomento delle soluzioni tampone in modo più approfondito, giungendo alla trattazione quantitativa con l’impiego dell’equazione di Henderson-Hasselbalch. L’esperienza di laboratorio permette di determinare il pH delle diverse soluzioni attraverso l’utilizzo del piaccametro. Gli studenti dovranno porsi interrogativi e saper argomentare su: 1. Che cosa provoca l’aggiunta di acqua nei tre casi? 2. Che cosa provoca l’aggiunta dell’acido nei tre casi? 3. Che cosa provoca l’aggiunta della base nei tre casi? 4. Quali comportamenti, tra quelli che hai osservato, non ti aspettavi? 5. Quale delle tre soluzioni è un tampone? MODALITA’ DI VERIFICA: Le modalità di verifica proposte riguarderanno la stesura di una relazione di laboratorio svolta in modo individuale e sarà atta ad individuare le conoscenze teoriche dell’alunno per quanto riguarda i concetti di acidi e basi forti o deboli e di variazione del pH nelle soluzioni tampone.
