Leggi dei Gas e Calcimetria

1. Progetto “Lauree Scientifiche” Leggi dei Gas e Calcimetria Dott. Mattia Mercuriali DIPARTIMENTO DI CHIMICAUNIVERSITÀ DI FERRARA

2. Progetto “Lauree Scientifiche” Leggi dei Gas Legge di Boyle Legge di Avogadro Legge di Charles Legge di Stato dei Gas Ideali

3. Progetto “Lauree Scientifiche” • p è il valore della pressione del gas • V è il volume occupato dal gas • nè il numero di moli del gas • R è la costante universale dei gas, il cui valore è funzione delle unità di misura adottate per esprimere le altre grandezze nell'equazione. (Il valore di R nel Sistema Internazionale è 8,314472 J/mol·K; nei calcoli si utilizza spesso anche il valore di 0,0821 L·atm/mol·K). • Tè la temperatura assoluta del gas, generalmente espressa in Kelvin L'equazione di stato dei gas perfetti descrive bene il comportamento dei gas reali per pressioni non troppo elevate e per temperature non troppo vicine alla temperatura di liquefazione del gas. In questi casi, una migliore descrizione del comportamento del gas è dato dall'equazione di stato di Van der Waals.

4. Progetto “Lauree Scientifiche” Legge di Van der Waals La legge di Van der Waals è una legge fisica che descrive il comportamento dei gas. Rappresenta un'estensione della legge dei gas perfetti (o ideali), rispetto alla quale consente una migliore descrizione dello stato gassoso per le alte pressioni e in prossimità del punto di ebollizione.

5. Progetto “Lauree Scientifiche” Calcimetro

6. Progetto “Lauree Scientifiche” È una apparecchiatura che consente di determinare la quantità di gas che si sviluppa in una reazione chimica di spostamento. Dal volume di gas misurato, ammettendo valide le leggi dei gas ideali, si risale alla quantità di composto presente nel campione di partenza. A) Boccia di livello B) Buretta graduata per gas. C) Rubinetto T) Recipiente termostatico R) Camera di reazione P) Provetta per HCl

7. Progetto “Lauree Scientifiche” PROCEDIMENTO GENERALE • Si pesano esattamente circa 0,6 g di un campione contenente una quantità incognita di CaCO3. • Si mette in contatto il campione pesato con un eccesso di HCl al 6%. • Il CaCO3 reagisce con l'HCl e il volume di CO2 formatosi viene raccolto e misurato con il calcimetro.

8. Progetto “Lauree Scientifiche” • Con il recipiente R aperto e con il rubinetto C aperto, manovrando la boccia A si porta a zero il livello del liquido battente, (solitamente acqua acidulata cui si è aggiunto un indicatore). • Si mette una quantità esattamente pesata di campione in R. • Si introduce cautamente in R la provettina riempita fino al segno con HCl al 6% stando attenti che l’acido non venga ancora a contatto con il campione. • Si chiude il tappo di R e il rubinetto C. • A questo punto l'apparecchio è pronto per la misura. • Scuotendo R si fa in modo che l'acido contenuto in P venga in contatto con la polvere del campione determinando quindi lo svolgimento di CO2. • La CO2 sposterà un equivalente volume di aria che farà abbassare il liquido battente in B. • Manovrando la boccia di livello, si faranno corrispondere i livelli in A e in B. • In queste condizioni si può dire che in B è contenuto il gas alla pressione atmosferica letta sul barometro al momento dell'esperienza.

9. Progetto “Lauree Scientifiche” Il processo che avviene in R sarà: CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O Carbonato di Calcio Acido Cloridrico Cloruro di Calcio Anidride Carbonica Acqua

10. Progetto “Lauree Scientifiche” CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O Puro, a temperatura ambiente è un solido bianco poco solubile in acqua. Come gli altri carbonati, subisce decomposizione per riscaldamento o per contatto con sostanze acide, liberando anidride carbonica (CO2). Il carbonato di calcio è il maggiore componente del calcare e, sciolto nell'acqua è il principale responsabile della sua durezza. In natura, il carbonato di calcio è il materiale che costituisce, in tutto o in parte, una grande varietà di tipi di rocce: il marmo, il gesso, le rocce calcaree, il travertino. I minerali costituiti da carbonato di calcio sono l'aragonite e la calcite. È inoltre usato come colorante alimentare, identificato dalla sigla E 170 CaCO3

11. Progetto “Lauree Scientifiche” CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O L'acido cloridrico (nome IUPAC: cloruro di idrogeno; commercialmente noto anche come acido muriatico) è un acido minerale forte, gas a temperatura ambiente, incolore, dall'odore e dall'azione irritante. I suoi sali vengono chiamati cloruri e sono quasi tutti solubili in acqua, un'eccezione (comunemente sfruttata in analisi chimica) è il cloruro d'argento, bianco. Il cloruro più universalmente noto è il cloruro di sodio, il normale sale da cucina. HCl Come additivo alimentare, è classificato col numero E 507. Negli esseri umani e negli animali è il componente principale dei succhi gastrici che si formano nello stomaco durante la digestione. È molto solubile in acqua con reazione esotermica, in forma concentrata può causare gravi ustioni per contatto con la pelle, specie se quest'ultima presenta lesioni.

12. Progetto “Lauree Scientifiche” CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O A temperatura ambiente si presenta come polvere cristallina bianca, molto igroscopica, molto solubile in acqua e abbastanza solubile in etanolo. Uno degli impieghi del cloruro di calcio è, in soluzione acquosa, quello di liquido non congelante, di largo impiego nelle salamoie degli impianti frigoriferi. Per queste sue proprietà è anche usato come antigelo superficiale, ad esempio sulle strade : sparso in forma solida, a contatto col ghiaccio scambia acqua, fonde, e crea una salamoia a basso punto di congelamento. CaCl2

13. Progetto “Lauree Scientifiche” CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O CO2 L'anidride carbonica (nota anche come diossido di carbonio o biossido di carbonio) è una sostanza fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali. È inoltre il principale gas serra presente nell'atmosfera terrestre. A temperatura e pressione ambiente è un gas incolore e inodore. La sua formula chimica è CO2. Nel suo stato di solido è comunemente chiamato "ghiaccio secco", ed ha numerose applicazioni in questa forma. Sublima ad una temperatura di -78°C. L'anidride carbonica solida, ossia il ghiaccio secco, viene usata per raffreddare e, negli effetti speciali, per creare la nebbia. In un'atmosfera di anidride carbonica il fuoco si spegne, per questo alcuni tipi di estintore contengono anidride carbonica liquida sotto pressione. Anche i giubbotti salvagente spesso contengono capsule di anidride carbonica liquida, usate per ottenere un rapido gonfiaggio in caso di emergenza. Le acque minerali frizzanti e le bibite gassate devono la loro effervescenza all'aggiunta di anidride carbonica.

14. Progetto “Lauree Scientifiche” CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O H2O L'acqua assume molte forme in natura. Allo stato solido è nota come ghiaccio, allo stato aeriforme è nota come vapore acqueo. Sono note anche altre due forme solide, quella del ghiaccio vetroso e quella del solido amorfo, non cristallino, simile al vetro. L'acqua pura è un buon isolante elettrico (cioè un cattivo conduttore). Ma, essendo anche un buon solvente, spesso reca in sé tracce di sali disciolti in essa, che, con i loro ioni la rendono un buon conduttore di elettricità. Chimicamente l'acqua è un buon solvente. Le proprietà solventi dell'acqua sono essenziali per gli esseri viventi, dato che consentono lo svolgersi delle complesse reazioni chimiche che costituiscono le basi della vita stessa (ad esempio, quelle che avvengono nel sangue o nel citoplasma della cellula). Il nome sistematico IUPAC dell'acqua dovrebbe essere monossido di diidrogeno, oppure idrossido di idrogeno o acido ossidrilico se se ne vuole enfatizzare il comportamento basico o acido.

15. Progetto “Lauree Scientifiche” Determinazione della percentuale di CaCO3 presente nella miscela incognita di partenza Esempio: Massa del campione (m) = 0.5852 g Peso molecolare del CaCO3 (PM) = 100.0 g/mol. Volume del gas (V) = 45.2 mL = 0.0452 L Temperatura a cui avviene la reazione (T) = 20 °C (295 K) Pressione totale (p) = 738.2 Torr Costante dei Gas ideali (R) = 0.0821 atm*L/K*mol

16. Progetto “Lauree Scientifiche” Formule utili • Legge di stato dei Gas ideali p = Pressione V = Volume n = Numero di moli R = Costante dei gas ideali T = Temperatura m = massa PM = Peso Molecolare • Calcolo delle moli

17. Progetto “Lauree Scientifiche”

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19. Progetto “Lauree Scientifiche” Conclusioni • La percentuale (%) di CaCO3 presente nella miscela di campione inziale è pari al 30.76% • Tramite una semplice reazione chimica e l’applicazione di una comune legge fisica, siamo riusciti a determinare la purezza di un campione incognito.

20. Progetto “Lauree Scientifiche”