ANALISI DELLA FUSIONE E DELLA SOLIDIFICAZIONE DI UNA SOSTANZA PURA
La materia può presentarsi sotto tre aspetti diversi che vengono chiamati stati di aggregazione. Essi sono: lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme.
Ad esempio l’acqua che beviamo si trova allo stato liquido, ma possiamo trovare anche l’acqua allo stato solido (ghiaccio) o allo stato aeriforme (vapor d’acqua).
Lo stato solido è caratterizzato da volume e forma definiti.
Una sostanza allo stato liquido, invece, ha un volume definito, ma la sua forma è variabile: assume la forma del recipiente che la contiene.
Una sostanza allo stato aeriforme ha sia il volume che la forma variabili.
Tutte le sostanze sono costituite da particelle: quasi sempre si tratta di Molecole, ma, nel caso di elementi semplici, si tratta di atomi.
Nello stato solido, le particelle, tenute insieme da forze molto intense, occupano posizioni ben definite, attorno alle quali possono compiere oscillazioni più o meno accentuate, a seconda della temperatura del solido.
Nello stato liquido le particelle sono tenute insieme da forze meno intense, per cui sono più libere di muoversi e “scivolano” una sull’altra.
Nello stato aeriforme le particelle sono quasi completamente libere di muoversi e le reciproche forze attrattive sono trascurabili.
PASSAGGI DI STATO:
Le trasformazioni da uno stato di aggregazione ad un altro si chiamano “passaggi di stato”.
Essi hanno un nome ben definito:
FUSIONE: passaggio dallo stato solido a quello liquido.
EVAPORAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme.
CONDENSAZIONE: passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido.
SOLIDIFICAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello solido.
SUBLIMAZIONE: passaggio diretto dallo stato solido a quello aeriforme.
BRINAMENTO: passaggio diretto dallo stato aeriforme a quello solido.
Guarda il video descrittivo 1 (clicca qui )
OBIETTIVO:
1. Studiare il passaggio di stato da solido a liquido (fusione) e da liquido a solido (solidificazione) della sostanza pura tiosolfato di sodio [Na2S2O3]
2. Costruire la curva di riscaldamento e successivamente quella di raffreddamento sulla base dei dati sperimentali (tempo/temperatura).
3. Determinare l’intervallo di fusione o meglio il punto di fusione della sostanza campione.
PRINCIPIO:
La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido per somministrazione di calore.
Ogni sostanza pura ha una determinata e caratteristica temperatura di fusione.
Durante la fusione, la temperatura della sostanza rimane costante per tutto il tempo in cui sono presenti contemporaneamente le due fasi (solido + liquido) .
Questo può essere evidenziato in un grafico (curva di riscaldamento) che mostra l’andamento della temperatura (in °C) al variare del calore fornito (espresso come tempo di riscaldamento in secondi).
Quando si fornisce calore al solido , la temperatura aumenta in maniera proporzionale; durante il passaggio di stato la temperatura non varia e la curva mostra un tratto orizzontale (stasi termica) che coincide con la temperatura di fusione della sostanza pura solida.
La temperatura di fusione varia a seconda della purezza della sostanza; pertanto si determina un intervallo di fusione se la sostanza non è perfettamente pura.
MATERIALE:
- Becco bunsen
- Treppiedi e reticella
- Sostegno con pinza
- Becher da 250 ml con acqua (circa metà)
- Provetta grande con 1 cucchiaino di [Na2S2O3]
- Termometro
- Cronometro
- Carta millimetrata
PROCEDIMENTO:
Curva di riscaldamento - fusione
1. Montare il sistema a “bagnomaria” ( attenzione la provetta non deve toccare il fondo del becher e il bulbo del termometro deve essere ben ricoperto dalla sostanza ) ; prima di accendere il bunsen leggere la temperatura iniziale della sostanza in provetta e annotarla nella tabella di raccolta dati.
2. Accendere il bunsen sotto al becher e iniziare il riscaldamento a fiamma bassa.
3. Quando la temperatura della sostanza inizia a salire, iniziare a leggere a intervalli regolari, ogni 30s, la temperatura del termometro e riportare i dati nella tabella di riscaldamento: tempo(s), temperatura (°C) e osservazioni.
4. Quando il termometro segna circa 40°C abbassare la fiamma e leggere la temperatura ogni 10s.
5. Continuare a registrare le temperature fino a circa 60°C , quando tutta la sostanza è ormai completamente liquida ; poi spegnere il bunsen.
6. Descrivere nella tabella di riscaldamento anche le osservazioni e i cambiamenti della sostanza durante il riscaldamento.
Curva di riscaldamento - fusione
1. Estrarre la provetta dal "bagnomaria".
2. Quando la temperatura della sostanza inizia a scendere, iniziare a leggere a intervalli regolari, ogni 30 s, la temperatura del termometro e riportare i dati nella tabella di raffreddamento: tempo(s) , temperatura (°C) e osservazioni.
3. Continuare a registrare le temperature fino a circa 30°C.
4. Descrivere nella tabella raffreddamento anche le osservazioni e i cambiamenti della sostanza durante il raffreddamento .
RACCOLTA E ELABORAZIONE DATI:
Impostare due tabelle, una per i dati di riscaldamento e l'altra per quella di raffreddamento,
Tempo(s) / Temperatura(°C) come quella riportata sotto
| Dati di riscaldamento | |||
| Tempo(s) | Temperatura(°C) | Osservazioni |  |
| 0 | .... | ..... | |
| 30 | .... | ..... | |
| 60 | .... | ..... | |
| ... | .... | ..... | |
Tracciare su carta millimetrata un grafico che riporti in ascisse il tempo t (s) , in ordinate la temperatura (°C).
Riportare sul grafico i punti corrispondenti alle coppie di valori della tabella dati e unire i punti tracciando la curva di riscaldamento .