Un'asta metallica con sostegno e pinze a ragno;

Una buretta; portata: 50ml

sensibilità: 0,1 ml.

q   Acido cloridrico - HCl - 0,1M;

q   Idrossido di sodio - NaOH - 0,097M;

q   Acqua distillata;

q   Arancio metile.

Descrizione della prova

Prendere una buretta e mettervi 50ml di acido cloridrico, stando attenti a fare una misurazione esatta; poi versare una quantità incognita di idrossido di sodio nella b 515e45f euta, portare in soluzione con dell'acqua e aggiungere due gocce di arancio metile. Osservando immediatamente che la soluzione basica varia il proprio colore diventando giallina a causa dell'indicatore, porre la beuta sotto la buretta precedentemente fissata ad un asta di sostegno. Aprire leggermente il rubinetto della beuta facendo scendere goccia a goccia l'acido cloridrico. Agitando continuamente la beuta per mischiare la soluzione, osservare attentamente il viraggio di colore, e appena questo avviene chiudere il rubinetto della beuta. Prendere nota del volume dell'acido che è stato introdotto nella soluzione basica e delle molarità delle sostanze utilizzate, quindi procedere a calcolare il volume incognito dell'idrossido di sodio.

Annotazioni

q   L'analisi volumetrica consiste nella determinazione sperimentale della quantità di una o più sostanze note, presenti in una soluzione, per mezzo di una soluzione a concentrazione nota di un adatto reagente. Questo tipo di analisi prende anche il nome di titolazione e le soluzioni a concentrazione nota, utilizzate allo scopo, sono dette soluzioni titolate.

q   Titolare una soluzione significa calcolarne la concentrazione.

q   Quando si fanno reagire quantità equivalenti di un acido forte con una base forte si hanno reazioni di neutralizzazione complete. Queste reazioni, che vengono utilizzate comunemente nei laboratori per scoprire le quantità di un acido o di una base presenti in una determinata soluzione, vengono denominate titolazioni acidimetriche.

q   Nella titolazione di una base forte, ad esempio l'idrossido di sodio, la quantità di base libera in soluzione si determina aggiungendo un acido forte, a titolo noto, fino al punto di equivalenza, riconoscibile perché avviene il viraggio dell'indicatore scelto precedentemente (per noi l'arancio metile).

q   Con il nome di indicatori si intendono particolari sostanze che, aggiunte in piccola quantità (per noi 2 gocce) ad una soluzione, assumono colore differente a seconda che la soluzione si acida o basica.

q   L'indicatore è un acido o una base molto debole, che in presenza di una base o di un acido più forte cede un protone. Il cambiamento di colore, viraggio, si deve al fatto che l'indicatore, con al perdita o l'accettazione del protone, modifica al propria struttura chimica. Ciascun indicatore vira per una certa concentrazione di ioni idrogeno H⁺, che gli è caratteristica.

q   Reazione dell'indicatore con una base: H Ind + :B Ind- + H-B

q   Reazione dell'indicatore con un acido: Ind- + HA    H Ind + A-

q   L'indicatore utilizzato in questa prova, l'arancio metile, diviene rosso se la soluzione in cui è stato aggiunto è acida, e giallo se è basica.

q   L'aggiunta della soluzione titolante viene effettuata mediante una buretta, costituita da un tubo di vetro calibrato e tarato in 0,1 ml, dotato di rubinetto.

q   Si può definire acido qualsiasi sostanza che in soluzione acquosa dà cationi idronio H O⁺, e base qualunque sostanza che in soluzione acquosa dà ioni ossidrili OH^-. Ovvero è acida quella sostanza che può cedere protoni a qualsiasi altra sostanza, e basica invece quella che può accoglierli.

q   L'acido cloridrico allo stato puro non è una sostanza acida perché l'H⁺ e il Cl^- sono uniti da un legame covalente, ma in acqua si ionizzano dando origine a H⁺ e Cl^-.

q   L'idrossido di sodio solido, è una sostanza che nel cristallo è in forma di ioni i quali, sciogliendosi in acqua, si separano e disperdono uniformemente (Na⁺ +  OH^-).

q   Aggiungiamo l'acqua alla soluzione d'idrossido di sodio per aumentarne il volume, consci del fatto che la quantità di soluto presente rimarrà invariata.

Dati e tabelle

q   Dalla mia prova individuale è risultato che per il verificarsi di un viraggio di colore nella soluzione basica sono stati necessari 12,3 ml di acido cloridrico.

q   Abbiamo utilizzato così 12,3 ml di acido cloridrico 0,1 molare, quindi:

volume HCl = 12,3 ml e M=0,1.

q   Abbiamo utilizzato x ml di idrossido di sodio 0,097 molare, quindi:

volume NaOH = x e M=0,097.

q   Facciamo corrispondere le due molarità di cui siamo a conoscenza alle due concentrazioni; rispettivamente avremo:  C1=0,1 M e C2= 0,097 M.

q   Partendo dalla formula C1 * V1= C2 * V2, ricaviamo il volume incognito.

q   V2= (C2 * V1) / C1 quindi V2= (0,097 M * 12,3 ml) / 0,1 M => V2= 11,93 ml.

q   Dai calcoli fatti risulta che il volume d'idrossido di sodio era di circa 11,93 ml.

Grafici e conclusioni

q   La reazione verificatisi in questa prova è: HCl + NaOH NaCl + H O, dove l'acido cloridrico è un acido forte, l'idrossido di sodio è una base forte, e il sale che viene prodotto è un sale che non subisce idrolisi.

q   La reazione si può scrivere anche in quest'altra forma:

(H⁺ +Cl^-) + (Na⁺ + OH^-)    (Na⁺ + Cl^-) + H O

q   La reazione reale che si è verificata è: H⁺ + Cl^-  H O, perché sono solo queste due le parti che reagiscono, gli altri, Na⁺ e Cl^-, restano invariati durante la reazione.

q   Detto ciò si capisce perché aggiungendo H⁺ il pH scende e la soluzione diviene più acida.

q   La reazione di un acido con una base si chiama reazione di neutralizzazione; i prodotti di reazione sono un sale e acqua. Nella reazione di un acido forte con una base forte, totalmente ionizzati, reagiscono gli ioni H O⁺, ossia H⁺, e OH^- e non intervengono ne gli anioni dell'acido ne i cationi della base.

q   La reazione di neutralizzazione è: H⁺ + OH^-    H O

q   Secondo la definizione di Brønsted-Lowry, un acido si trasforma nella corrispondente base cedendo un protone; analogamente una base che acquista un protone si trasforma nell'acido coniugato. Si definisce "forte" un acido che dona velocemente tutti i protoni a una base, cosicché un acido è tanto più forte quanto più è debole la sua base coniugata. Alla luce di quanto detto, si consideri la reazione di equilibrio fra un generico acido (1) e una generica base (2):    i Acido (1) + Base (2)    Acido (2) + Base (1)

q   Secondo la definizione di Arrenius, la forza di un acido o di una base può essere valutata attraverso la misura della concentrazione degli ioni H O e OH-, che saranno stati prodotti in soluzioni acquose rispettivamente acide o basiche per cessione o sottrazione di protoni. Sulla base di questo criterio, sono state messe a punto due scale, note come pH e pOH, i cui valori corrispondono rispettivamente al logaritmo, cambiato di segno, della concentrazione dello ione idrogeno e dello ione idrossido in soluzione acquosa: pH = -log [H O pOH = -log [OH^-]

q   All'acqua pura corrisponde pH uguale a 7,0; l'aggiunta di un acido produce un aumento della concentrazione dello ione ossonio [H O ] e una conseguente riduzione del valore del pH che fornisce una misura della forza dell'acido in analisi.

q   La prova realizzata, che aveva lo scopo di trovare il volume incognito di una soluzione basica, ovvero di realizzarne la titolazione, terminava nel momento in cui avveniva il viraggio di colore. La difficoltà unica di quest'esperimento consisteva quindi nel chiudere il rubinetto della buretta quando la soluzione basica cambiava il suo colore, passando da giallina a rosa.

q   Gli errori presenti nei calcoli sono quindi da imputarsi interamente ad imprecisioni fatte nelle osservazioni, sia per quanto riguarda il momento del viraggio, sia per l'utilizzo coretto delle tacche presenti sulla buretta, che indicano la quantità di liquido presente in essa.