Tensione superficiale dei fluidi

Tensione superficiale dei fluidi

La tensione superficiale è la tensione meccanica di coesione tra le molecole sulle superfici esterne dei fluidi.
Le molecole interne alla massa del fluido hanno una risultante delle forze di attrazione circostanti nulla mentre quelle sulla superficie sono attratte verso il centro della massa.
La superficie dei fluidi tende a contrarsi e perciò a ridurre al minimo lo spazio occupato dalle molecole superficiali. La tensione superficiale inoltre determina una forza tangenziale alla superficie che la tende come una membrana elastica.

Questa forza è responsabile sia del fenomeno della capillarità sia della forma delle bolle di sapone.

Tensiometro casalingo*

La tensione superficiale si può misurare in casa con un tensiometro casalingo

    • 1 cannuccia
    • 2 spilli
    • 2 graffette
    • 1 bicchiere
    • filo di cotone
    • nastro adesivo
    • foglietto di carta

Costruiamo una bilancia a bracci uguali trafiggendo al centro della cannuccia uno spillo. Usiamo un bicchiere capovolto come piedistallo per fissare verticalmente due graffette con dello scotch. Poniamo la cannuccia e lo spillo in equilibrio sulle graffette e leghiamo alle due estremità della cannuccia dei fili di cotone.
Ad una estremità legheremo uno spillo mentre all’altra un cestino di carta per reggere i pesi. Lo spillo legato nel suo centro dovrà rimanere completamente sospeso ed orizzontale. Il cestino è ricavato ripiegando in quattro un foglietto di carta.
Bilanciamo il tutto attaccando dello scotch alle due estremità della cannuccia. Il braccio della bilancia dovrà essere orizzontale lasciando sia lo spillo che il cestino sospesi da terra.

Misurazione

La tensione superficiale dei fluidi può essere definita come la forza che agisce su un taglio sulla superficie del fluido. La tensione superficiale nel S.I. si misura in N/m e si esprime con la lettera gamma.
Poniamo un recipiente pieno del fluido da misurare sotto l’ago del tensiometro, caliamo l’ago sulla superficie del fluido e aspettiamo che la cannuccia sia stabile. Aggiungiamo gradualmente e con delicatezza dei pesetti (chicchi di riso o granelli di sabbia) sul cestino della bilancia fino a che l’ago non si staccherà dalla superficie del fluido. Noteremo che il fluido tenderà a trattenere lo spillo sulla superficie fino a che la massa dei pesi nel cestino non supererà la tensione superficiale. Pesiamo a parte con una bilancia digitale da cucina i pesi aggiunti e ricaviamo la tensione superficiale del fluido con la seguente formula:

γ tensione superficiale (N/m)
m massa dei contrappesi (Kg)
g accelerazione di gravità (m/s*s)
L lunghezza dello spillo sulla superficie del fluido (m)

Direzione della tensione sulle superfici

Si può verificare che la tensione superficiale si distribuisce in modo uniforme in tutte le direzioni di una superficie di un fluido.

    • acqua e sapone
    • cannucce o fil di ferro
    • filo di cotone fine
    • stuzzicadenti
    • pinzette (opzionali)

Costruiamo con delle cannucce o del fil di ferro una cornice chiusa (la forma è indifferente) ed immergiamola in acqua e sapone. Tolta la cornice dalla soluzione saponosa si formerà una membrana molto sottile ed elastica al suo interno. Leghiamo il filo di cotone per formare un piccolo anello che andrà bagnato nella soluzione saponata. Con l’aiuto di un paio di pinzette (bagnate) appoggiamo l’anello di cotone sulla membrana di sapone all’interno della cornice. L’anello rimarrà sospeso e potrà muoversi liberamente. Con l’aiuto di uno stuzzicadenti buchiamo la membrana di sapone all’interno dell’anello di cotone. Si noterà che l’anello verrà tirato immediatamente in tutte le direzioni formando un cerchio perfetto. Questo conferma che la tensione superficiale dei fluidi agisce tangenzialmente alla membrana di sapone e in modo uguale in tutte le direzioni.

Effetto Marangoni

È il trasferimento di materia lungo una superficie dovuto ad un gradiente di tensione superficiale.
Il fenomeno fu osservato per la prima volta negli “archetti del vino” da James Thomson  nel 1855. L’effetto fu studiato da Carlo Marangoni che ne pubblicò i risultati nel 1865.
Il fluido con più alta tensione superficiale attrae a se con più forza il fluido circostante perciò in regioni con bassa tensione superficiale il fluido scorre via.

Inchiostro magico

    • latte o acqua
    • stuzzicadenti
    • sapone
    • piatto
    • colorante alimentare o pepe in polvere

Versiamo del latte in un piatto e facciamo cadere qualche goccia di colorante al centro evitando che si propaghi per tutta la superficie. Intingiamola punta dello stuzzicadenti nel sapone e successivamente pizzichiamo con tale punta il centro della macchia di colorante sulla superficie del latte. Si nota una rapida propagazione del colorante dal centro verso l’esterno.
Il sapone è una sostanza (tensioattivo) che diminuisce la tensione superficiale dei fluidi, nel nostro caso lo usiamo per creare una differenza (gradiente) di tensione sulla superficie del latte. Dato che la tensione superficiale al centro del latte è inferiore a quella circostante la superficie viene allungata verso l’esterno evidenziata da un chiaro spostamento del colorante.

Barchetta a propulsione

Per osservare in modo più divertente l’effetto Marangoni e la terza legge di Newton si può costruire una barchetta a reazione. Intagliamo con un paio di forbici un piccolo pezzo di carta a forma di “casa con il tetto a V”.

Tagliamo un canale che parte dal centro e finisce nella parte posteriore della barca largo qualche millimetro. Poniamo il foglio di carta opportunamente tagliato sul pelo dell’acqua e intingiamo uno stuzzicadenti con la punta sporca di sapone nell’acqua all’interno del canale al centro della barchetta. Il pezzo di carta subirà una propulsione in avanti molto rapida.

Bolle di sapone e legge di Laplace

La bolla di sapone è uno strato sottile di acqua e sapone ma racchiude in se una miriade di misteri matematici, fisici e chimici.
Le bolle di sapone sono degli esempi concreti di complessi problemi matematici di minimizzazione di superficie in un dato volume.

I film di sapone rappresentano superfici minime che sono state sfruttate da matematici, ingegneri e architetti.
La legge di Laplace correla la pressione interna di una bolla con il suo raggio è può essere verificata con un semplice esperimento

ΔP differenza di pressione esterna/interna (Pa)
γ tensione superficiale (N/m)
R raggio della bolla (m)

    • 2 cannucce
    • nastro adesivo
    • acqua e sapone
    • forbici

Pratichiamo un foro non passante sul centro di una cannuccia con le forbici ed inseriamo una estremità della seconda cannuccia formando un raccordo a T. Sigilliamo tutte le giunzioni con del nastro adesivo per evitare perdite.
Immergiamo e rialziamo le due estremità laterali del giunto appena costruito nella soluzione saponosa e soffiamo nella cannuccia centrale.
Per avere due bolle di grandezza differente si strozza momentaneamente una delle due estremità laterali mentre si insuffla. Formeremo due bolle di sapone di grandezza differente attaccate alle due estremità della T e chiuderemo con il dito l’estremità superiore dove abbiamo soffiato.

Risultato

Le due bolle saranno a contatto come due vasi comunicanti perciò ci aspetteremo che l’aria passi da quella più grande alla più piccola fino ad equilibrare il sistema ,formando due bolle della stessa dimensione. In realtà la bolla più piccola si rimpicciolirà ancora di più gonfiando quella più grande. Questo fenomeno avviene perché l’aria tende a spostarsi verso le regioni a pressione più bassa perciò deduciamo che nella bolla più grande ci sia una pressione minore rispetto a quella più piccola. Questo esperimento conferma la Legge di Laplace che afferma che la pressione interna di una bolla è inversamente proporzionale al suo raggio.

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Spettroscopia infrarossa

Spettroscopia infrarossa

La spettroscopia infrarossa è una tecnica di analisi che si basa sull’interazione tra la luce e la materia. Questa tecnica sfrutta una regione dello spettro elettromagnetico compresa tra 2,5 µm e 25 µm degli infrarossi.
La spettroscopia studia l’assorbimento di energia radiativa da parte delle molecole che raggiungono uno stato eccitato.

Modi vibrazionali


L’eccitazione (di spin, elettronica, vibrazionale, ecc…) dipende dalla quantità di energia quindi anche dal tipo di radiazione. In particolare l’IR è associata ad una eccitazione vibro-rotazionale delle molecole. I due principali moti vibrazionali sono lo stretching e il bending.
Lo stretching è la variazione della lunghezza dei legami tra gli atomi mentre il bending è la variazione dell’angolo di legame tra gli atomi. L’energia dei moti di stretching è più alta di quella dei bending.

L’assorbimento di energia molecolare è quantizzato perciò ci aspetteremo uno spettro con delle righe tuttavia la radiazione infrarossa eccita sia livelli vibrazionali che rotazionali (a più bassa energia) perciò lo spettro presenta delle bande.

Interazione luce-materia e variazione del momento di dipolo

Il campo elettrico alternante prodotto dalla variazione della carica elettrica molecolare, accoppia la vibrazione della molecola al campo elettrico oscillante della radiazione.
Sono visibili in uno spettro IR solo vibrazioni che cambiano il momento di dipolo netto della molecola.

In spettroscopia IR si usa il numero d’onda piuttosto che la frequenza perciò bisogna saper convertire le diverse unità di misura della frequenza e dell’energia.

E energia [J]
h cost. Planch [J/m]
c velocità luce [m/s]
T periodo [s]
λ lunghezza d’onda [m]
v frequenza [Hz]
˜ν numero d’onda [cm-1 ]

Energia dei livelli vibrazionali

I livelli energetici si calcolano in modo approssimato secondo il modello dell’oscillatore armonico e della forza di Hooke.

Approssimiamo gli atomi a delle sfere dotate di massa e il legame chimico come una molla perciò la vibrazione legata alla molecola è

v è la frequenza fondamentale di risonanza (numero d’onda)
µ è la massa ridotta che dipende dalla massa degli atomi
k è la costante di forza della molla che dipende dal tipo di legame
c è la velocità della luce

Spettroscopia Raman

La spettroscopia infrarossa non percepisce i moti vibrazionali simmetrici perciò si deve ricorrere ad un’altra tipologia di analisi spettroscopica. Questa tecnica è la spettroscopia Raman, sfrutta la luce diffusa da un campione sottoposto ad un fascio laser incidente.

Strumento*

Lo spettrofotometro ad infrarossi è costituito da vari componenti che dividiamo in blocchi concettuali e rappresentiamo in una filiera strumentale.
Esistono due tipi di spettrofotometri: dispersione e trasformata di Fourier.
Oggigiorno il modello più utilizzato è a trasformata di Fourier (FTIR) in quanto riesce a garantire maggiori prestazioni: risoluzione costante lungo tutto lo spettro, tempi di analisi brevi e alto rapporto segnale/rumore.

La filiera strumentale di uno FTIR è costituita da:

  • sorgente
  • interferometro
  • cella porta campione
  • rivelatore
  • computer

Sorgente

Le sorgenti per spettrofotometri IR sono molteplici e si scelgono valutando lo spettro di emissione, la robustezza operativa e il costo. Le principali sono lampade con filamenti di: carburo di silicio, ossidi fusi, nichel-cromo e tungsteno.

Interferometro

L’interferometro di Michelson è la configurazione di interferometro più utilizzata negli FTIR. Questo apparecchio è costituito da uno specchio semitrasparente che divide un fascio luminoso proveniente dalla sorgente in due fasci secondari di uguale intensità. I due fasci secondari vengono riflessi da due specchi e fatti collimare su uno stesso punto. Uno dei due specchi è mobile e permette di variare la lunghezza del cammino ottico di uno dei due raggi secondari.
L’interferometro permette di convertire lo spettro di emissione della sorgente in un interferogramma perciò non c’è più necessità di dividere il fascio luminoso nelle sue componenti monocromatiche come avviene in uno spettrofotometro a dispersione.
Per monitorare lo spostamento dello specchio mobile si contano le frange di interferenza di un fascio laser He-Ne fatto entrare nell’interferometro parallelamente al fascio della sorgente.

Cella porta campione

Esistono diversi modi per introdurre un campione negli spettrofotometri IR che dipendono dallo stato fisico del campione, dalla composizione chimica e dal costo.

Campione solido

pastiglia:  si mescolano con un mostaio di agata 1mg di campione e 300mg di KBr e si forma una pastiglia con una pasticcatrice a 10Ton per 2 min.
ATR: è una tecnica che sfrutta un particolare inserto che permette di premere il campione solido contro un cristallo tramite un morsetto. Il raggio IR rimbalza ripetutamente tra il cristallo e la superficie del campione per poi rientrare nello strumento.
nujol: si mescola il campione solido con una paraffina ad alto peso molecolare(nujol) e si pone il miscuglio tra due pastiglie di NaCl o AgBr puri (come un sandwich).

Campione liquido

pastiglie: si pone qualche goccia di campione tra due pastiglie di NaCl  o AgBr puri (come un sandwich)
ATR: si pone qualche goccia di campione sul cristallo e si chiude senza serrare il morsetto

Campione gassoso

cella: si spurga una cella per campioni gassosi con un flusso di gas inerte e tramite un sistema pneumatico si introduce il campione gassoso avvinando la cella.

Rivelatore

Esistono vari tipi di rivelatori per spettrofotometri IR, i principali sono: bolometri, termocoppie, cristalli piroelettrici, cella di Golay e semiconduttori. Ognuno di essi viene valutato secondo i tempi di risposta, limite di rivelabilità, costo e molto altro.

Computer

Il ruolo del computer oltre che monitorare, gestire l’ottica e collezionare i segnali dal rivelatore è quello di convertire l’interferogramma in uno spettro attraverso la trasformata di Fourier.
Esistono algoritmi per svolgere questa operazione complessa che hanno permesso in passato di ottenere un risultato in tempi più rapidi come l’algoritmo di Cooley e Tukey.
Il computer restituisce lo spettro sulle periferiche di uscita (monitor e stampante) e può contenere un database con una serie di molecole per eseguire il riconoscimento automatico di molecole comuni, ciò non toglie però che l’operatore deve saper eseguire l’analisi di uno spettro di una sostanza incognita che potrebbe non essere contenuta all’interno della memoria del computer.

Spettri

Gli spettri sono grafici che mostrano la % trasmittanza del campione in funzione della frequenza della radiazione espressa in cm-1
Solitamente gli spettri IR hanno un intervallo di frequenza sull’asse X compreso tra 4000 e 400 cm-1
Per ogni tipologia di gruppo funzionale presente nelle molecole esiste una serie di bande caratteristiche utili ad identificare il campione incognito.

La regione dello spettro compresa tra 400 e 1500 cm-1 è detta delle impronte digitali ed è caratteristica dello scheletro carbonioso di ogni singola molecola. Non esistono molecole diverse tra loro che possiedono la stessa regione delle impronte digitali.

Di seguito sono riportate le principali famiglie di composti organici con le loro bande caratteristiche.

alcani
alcheni
alchini
nitrili
alcoli
acidi carbossilici
aldeidi
chetoni
esteri
eteri
ammine
ammidi
composti aromatici

Molecole complesse saranno costituite dall’insieme delle varie bande tipiche di ogni gruppo funzionale precedentemente mostrate.

Gli intervalli di frequenza delle bande dei vari gruppi funzionali possono variare perché dipendono da molti fattori come la concentrazione del campione, la presenza di isotopi, ecc…
La spettroscopia IR non è sufficiente da sola a identificare la struttura di una molecola incognita perciò deve essere accompagnata da altre tecniche analitiche (HNMR,CNMR e MS), tuttavia è la più veloce per identificare i vari gruppi funzionali di un composto.

spettri scaricati da:
SDBSWeb : https://sdbs.db.aist.go.jp (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology,25/12/2020)

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Davide Di Stasio
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Luci Subacquee per barca

Luci Subacquee per la barca

Occorrente:

  • Stampo in plastica per la forma dei led
  • 1 led da 50W (36V)
  • Resina Epossidica Trasparente Atossica
  • Fili elettrici bipolari
  • 1 Contenitore in plastica per mescolare la resina
  • Una bacchetta di legno per girare la resina
  • Step-up Boost Converter per alimentazione del led 
  • Pasta termica
  • Olio di vasellina spray

Realizzazione dello stampo in plastica

Per la realizzazione dello stampo in plastica per la forma dei led, ho utilizzato due tecnologie :

  1. La stampante 3D
  2. Termoformatura

Stampante 3D:

Sm Studio ed io abbiamo progettato e stampato in 3D la forma della Luce subacquea.

Termoformatura :

Per la realizzazione dello stampo in plastica del negativo delle luci, io ed Sm Studio, ci siamo rivolti alla ditta FLOW easy thermoforming. 

 

Forma Luce Subacquea
Stampo in plastica realizzato da FLOW easy thermoforming

Realizzazione della Luce subacquea

Preparazione del LED:

  1. Saldare due fili sulle piazzole del led. In particolare si evidenzia il polo POSITIVO (blue in foto) e NEGATIVO (marrone in foto).
  2. Ritagliare una piastra sottile 2 mm di acciaio, dove fissare il led.
  3. Ricoprire la superficie del led a contatto con la piastra con della pasta termica, per favorire la conduzione di calore dal led alla piastra.
Fase 1
Fase 2
Fase 3

Preparazione della Resina Epossidica per un led:

*Seguire attentamente le istruzioni riportate nel retro della confezione.

  1. Pesare 120 gr del componente A.
  2. Pesare 72 gr del componente B.
  3. Mescolare il tutto in un contenitore pulito, prestando attenzione a evitare di inglobare le bolle d’aria.

Colatura della Resina nello stampo  ed inserimento del led:

  1. Spruzzare dell’olio di vasellina sullo stampo.
  2. Fare una prima colata nello stampo.
  3. Inserire il led nello stampo.
  4. Finire il tutto ricoprendo con la resina rimanente il led.
Fine del processo

Collegamento elettrico:

Per il controllo del led è necessario uno Step-up Boost Converter che permette di “alzare” la tensione d’ingresso da 12V a 36V, diminuendo così la corrente di controllo.

Di seguito è riportato lo schema elettrico di collegamento. Tramite i due Potenziometri blu, posti nella parte destra del circuito, è possibile regolare la tensione e corrente d’uscita.

Risultato finale:

Dopo aver aspettato circa due giorni per far solidificare la resina, i led sono pronti per essere montati sulla barca nella parte immersa.

In bianco evidenziati i due led

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La curcumina è fluorescente

La curcumina è fluorescente

La curcumina è un pigmento fluorescente contenuto nella curcuma, ha molti utilizzi in chimica organica, inorganica e analitica.

La pianta Curcuma Longa può contenere dal 2-9% di curcuminoidi che includono: la curcumina, demetossicurcumina, bis-demetossicurcumina e curcumina ciclica.
La prima estrazione della molecola risale al 1815 mentre la sintesi viene raggiunta 100 anni dopo dal chimico Wiktor Lampe.

Struttura

La curcumina è una molecola simmetrica che presenta 2 gruppi funzionali principali: dichetone α-β insaturo e due o-metossi fenoli.
Nello stato cristallino la molecola assume una configurazione cis-enolica, mentre in soluzione prevale la configurazione trans.

Estrazione*

La curcumina si estrae con un estrattore Soxhlet ed un solvente polare : acetone, etanolo, ecc…

L’estrattore Soxhlet è un estrattore discontinuo in vetro per estrazioni solido-liquido perciò è uno strumento molto usato ed utile nei laboratori di chimica.

Funziona in modo autonomo attraverso dei cicli di riempimento e svuotamento da parte di un sifone laterale tuttavia è sempre bene accertarsi che il solvente non fugga dal condensatore.

Una volta conclusa l’estrazione si procede allontanando il solvente per evaporazione.

Reattività e proprietà chimiche

È una molecola poco solubile in acqua e cambia colore da giallo a rosso se il pH aumenta. Assume inoltre un colore rosso intenso se addizionata con acido solforico concentrato.

Questa molecola può partecipare a reazioni di ossidazione, addizione 1-4 di Michael ed idrolisi.

La curcumina è fluorescente

La curcumina è fluorescente

La curcumina è una molecola fluorescente che assorbe sia nel visibile che nell’UV perciò molte tecniche di analisi spettrofotometriche sfruttano questa molecola per la determinazione di elementi come il Boro. La tecnica di analisi più sensibile è la spettroscopia di fluorescenza (400-450 nm) che arriva fino ad 1ng/mL.
È un forte legante bidentato che complessa metalli con stechiometria 2:1, 3:1 (legante:metallo) formando complessi planari quadrati e ottaedrici perciò è studiata anche nella chimica dei complessi.

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Attrezzature chimiche

Attrezzature chimiche

Centrifuga

      • ALC centrifugette 4206

Colorimetro

      • BAUSCH & LOMB spectronic 20

Bilancia

      • Steinberg System SBL 2000A bilancia tecnica
      • Mettler 5 bilancia analitica

pHmetro

      • Pometer pH009(I)  portatile
      • Pometer pHs3C da banco

conduttimetro

      • Crison 2210
      • Crison 525
      • Crison 522

Bagno ad ultrasuoni

      • bagno ad ultrasuoni Medion md 18061

Microscopio

      • Biolux Bresser

Riscaldatori

      • becco Bunsen
      • becco Teclu
      • fornello
      • piastra riscaldante in ghisa
      • bagnomaria acciaio

Agitatori magnetici

      • Dr.Ing. G.Vittadini s.p.a. flat model
      • Velp scientifica microstirrer

Termometri digitali

      • termometro digitale ad infrarossi
      • termometro digitale con termocoppia K

Vetreria

      • becher: 500, 250,150,100,50 mL
      • beute: 3000,2000,250,100,50 mL
      • imbuto vetro semplice 60mm
      • imbuto gambo lungo per fltrazioni
      • crogiolo in porcellana
      • navicella in porcellana
      • mortaio e pestello in porcellana, marmo
      • vetrini d’orologio
      • ansa in vetro e nichel-cromo
      • bacchette di vetro
      • provette
      • giunto T per distillatore
      • collo di cigno
      • giunto per vuoto distillatore
      • refrigerante Liebig colli normalizzati
      • refrigerante Liebig classico
      • colonna di Vigreaux
      • colonna a piatti in vetro bicasa
      • termometro a mercurio: 
      • termometro a mercurio:
      • glencometro Guyot
      • colonna cromatografica
      • burette: 50,25 mL
      • burette di Pellet tarate e graduate: 50,25 mL
      • pipette tarate: 20,15,10 mL
      • pipette graduate: 10,1 mL
      • matracci: 2000,1000,500,250,200,150,50 mL
      • cilindri vetro: 250,100,50,25,10 mL
      • cilindri PE:250,100,10 mL
      • pinze varie
      • anelli
      • sostegni (aste)
      • gorgogliatori
      • tubi essiccatori
      • siringhe
      • bottiglie di vetro e plastica
      • cuvette in plastica
      • bottiglie di lavaggio di gas
      • dewar
      • piastre di Petri plastica e vetro
      • palloni fondo tondo: 250,50 mL
      • pallone fondo piatto 100mL
      • condensatore di Allhin (a bolle)
      •  estrattore Soxhlet 100mL
      • pallone di Kjeldahl: 1000,800 mL
      • imbuti di carico: 500,250 mL
      • imbuti separatori: 500,250,200,100,50,10 mL
      • Essiccatore 5L con gel di silice

Titolatori

      • titolatore di Karl-Fischer 103A

Apparecchiature auto-costruite

      • cappa aspirante
      • apparecchio per il punto di fusione
      • bagno di sabbia riscaldante controllo PID della temperatura
      • spettrometro ad emissione atomica
      • potenziostato
      • conduttimetro
      • polarimetro
      • tensiometro

Il test del Biureto

Il test del Biureto

Il test del biureto serve per la determinazione delle proteine. Ma a cosa ci serve identificare le proteine? Lo studio delle proteine mutate nell’organismo può portarci ad una diagnosi precoce delle patologie tumorali.

Le proteine sono macromolecole formate da amminoacidi, sono di importanza cruciale per il nostro corpo in quanto svolgono molte funzioni:

    • strutturale
    • catalitico / enzimatico
    • di neurotrasmettitori
    • per la risposta immunitaria

Cos’è il biureto?

Il biureto è un composto chimico risultante dalla condensazione di due molecole di urea. È un solido bianco, solubile in acqua calda, che si ottiene riscaldando l’urea a 180 °C. Durante la sintesi si libera ammoniaca sotto forma di gas.

Sintesi del biureto*

Si pone una punta di spatola di urea in una provetta e si riscalda su un bunsen. Per controllare la conversione della reazione si pone una cartina tornasole inumidita con acqua sull’imboccatura della provetta che assumerà una colorazione blu a contatto con l’ammoniaca prodotta.

Reattivo per il test

Il reattivo per il test del biureto è composto da una soluzione basica di ioni rame Cu2+. Per stabilizzare il reattivo impedendo la precipitazione di composti di rame si può aggiungere del tartato di sodio. In presenza di peptidi si osserva una colorazione viola dovuta alla formazione di un complesso di rame.

Eseguiamo il test del biureto

Si aggiunge 1mL di NaOH 0,2M e qualche goccia di CuSO4 1% alla provetta contenente il campione da analizzare, se la soluzione si colorerà di viola il test sarà positivo. Sia per il collagene (foglio di colla di pesce) che per il biureto il test sarà positivo indicando la presenza di gruppi peptidici mentre in una provetta contenente zucchero il test sarà negativo.

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La materia ruota la luce

La materia ruota la luce

“La materia ruota la luce” può sembrare l’inizio di una lezione di fisica ma in realtà parliamo di chimica.

Alcuni tipi di sostanze sono in grado di ruotare il piano della luce polarizzata, in chimica sono definite sostanze otticamente attive.
Le sostanze otticamente attive hanno le stesse proprietà fisiche (ebollizione, fusione, ecc…) ma differiscono nelle proprietà direzionali (rotazione della luce polarizzata, ecc…).

Dal punto di vista chimico le molecole delle sostanze otticamente attive non presentano né un centro né un piano di simmetria e le loro immagini speculari non sono sovrapponibili.
Solitamente le molecole di questo tipo hanno un atomo legato a sostituenti diversi.


Un esempio di “oggetti” speculari non sovrapponibili sono le mani (dal greco χείρ, chìr) per questo le molecole otticamente attive sono dette chirali. Il comportamento delle molecole chirali si distingue solo in presenza di altre entità chirali. Questo è importante perché il mondo naturale è ricco di molecole chirali (enzimi, recettori, …) noi compresi!

Storia

Nel ‘800 Jean Baptiste Biot  osserva che il piano della luce polarizzata ruota quando attraversa una soluzione di zucchero o di acido tartarico. Queste due sostanze vengono cristallizzate dalla produzione del vino.

Nel 1848 Louis Pasteur osserva che il sodio ammonio tartrato forma due differenti tipi di cristallo, immagini speculari l’uno dell’altro. Li separa manualmente ed osserva una rotazione opposta della luce polarizzata.

Esperimento*

Materiale per l’esperimento:

      • acqua
      • zucchero
      • bilancia
      • polarimetro
      • bicchieri
      • cucchiaio

In un bicchiere di acqua sciogliamo dello zucchero fino a formare una soluzione satura. La soluzione concentrata va diluita di metà perciò poniamo metà di questa soluzione in un nuovo bicchiere e aggiungiamo un egual volume di acqua. Ripetiamo il processo di diluizione delle soluzioni per altre 2 volte. Le 4 soluzioni di acqua e zucchero a concentrazione decrescente verranno misurate con il polarimetro e si annoterà su un grafico l’angolo misurato vs la concentrazione della soluzione.

Osservazioni

Dal grafico si osserva che l’angolo di rotazione della luce polarizzata delle 4 soluzioni preparate cambia. In particolare aumenta all’aumentare della concentrazione.

Applicazioni

Noi chimici sfruttiamo questa tecnica per misurare la concentrazione di molecole chirali nei campioni alimentari (vino, succhi di frutta, bibite, ecc…). Esistono in commercio dei polarimetri portatili chiamati saccarimetri che forniscono direttamente la concentrazione di zucchero negli alimenti.

La materia ruota la luce

Molte sostanze chirali normalmente trasparenti se osservate al polarimetro presentano dei colori particolari, che conferiscono all’oggetto un particolare effetto caleidoscopico (nastro adesivo, urea, minerali, ecc…).

*Makers ITIS Forlì non si assumono alcuna responsabilità per danni a cose, persone o animali derivanti dall’utilizzo delle informazioni contenute in questa pagina. Tutto il materiale contenuto in questa pagina ha fini esclusivamente informativi.

Davide Di Stasio
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L’alcol è veramente rosa? Decolorazione dell’alcol

L’alcol è veramente rosa? Decolorazione dell’alcol

Se qualcuno ci dice alcol non possiamo non pensare all’alcol rosa che si trova al supermercato. Ma qual’è il vero colore dell’alcol? Affronteremo insieme la decolorazione dell’alcol etilico denaturato.

L’alcol etilico o etanolo è una molecola organica composta da 2 carboni, 1 ossigeno e 6 idrogeni ( C2H6O ).

Si ricava dalla fermentazione alcolica da parte dei lieviti di materia organica contenente zuccheri.

È una sostanza volatile, infiammabile ed incolore che brucia con una fiamma azzurra*.

In commercio è reperibile sia come alcol per uso alimentare che come alcol denaturato di colore rosa.

Decolorazione dell’alcol rosa

Una bottiglia di alcol denaturato contiene i seguenti composti:

    • alcol
    • acqua
    • metil-etilchetone (denaturante)
    • tiofene (maleodorante)
    • reactive red (colorante)
    • benzoato di denatonio (inasprente)

Per allontanare il colorante che dona il tipico colore rosa si ricorre alla tecnica dell’adsorbimento. Si disperde nell’alcol un solido inerte (che non reagisce) che possiede una grande superficie, il più comune è la polvere di carbone attivo. Le particelle di carbone attivo presentano un enorme quantità di insenature e pori che intrappolano le molecole molto grandi di colorante e lasciano indisturbate le molecole più piccole come l’alcol, l’acqua ed il tiofene. Una volta filtrato il liquido si presenterà incolore mentre  la polvere di carbone conterrà il colorante. L’alcol decolorato può essere usato per molti esperimenti di chimica come la cromatografia.

La decolorazione dell’alcol etilico secondo i makers.

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Cromatografia

Cromatografia

Nei laboratori di chimica analitica si cerca di separare i componenti da miscele complesse, questo per facilitare le analisi. Le tecniche di separazione sono molte, una di queste è la cromatografia.

La cromatografia fu inventata da botanico Russo Tsvet all’inizio del ‘900, con questa tecnica lo scienziato riuscì a separare la clorofilla da un estratto vegetale di foglie. Tsvet fece macerare la materia vegetale in un solvente a base di etere di petrolio e percolò il solvente attraverso una colonna riempita di polvere di gesso anidra. Con il passare del tempo questa nuova tecnica separativa fu introdotta in tutti i laboratori chimici ed oggi sono state sviluppate numerose tecniche cromatografiche differenti che permettono di separare le sostanze in base a svariate proprietà chimico-fisiche.

La cromatografia si basa sulla diversa affinità di un analita per una fase stazionaria ed una fase mobile. Se si prende una miscela di analiti trasportati da una fase mobile attraverso una fase stazionaria i componenti di questa miscela percorreranno la fase stazionaria in tempi diversi, questi tempi vengo denominati tempi di ritenzione. Maggiore sarà l’affinità di un componente per la fase stazionaria e maggiore sarà il suo tempo di ritenzione. Esistono vari tipi di cromatografia e queste possono essere classificate in base ai processi di separazione o allo stato fisico della fase mobile impiegata.

I principali processi di separazione sono quattro:

    • adsorbimento
    • ripartizione
    • scambio ionico
    • esclusione dimensionale

Lo stato fisico della fase mobile può essere liquido o gassoso. Inoltre possiamo fare un’ulteriore discriminazione In base allo stato fisico della fase stazionaria, essa potrà essere liquida o solida.

Cromatografia

Un esempio di cromatografia liquido-liquido è la cromatografia su carta.

Come mai la cromatografia su carta (che sfrutta un supporto solido) dovrebbe avere una frase stazionaria liquida?

Perché la carta contiene una percentuale di umidità che compone la vera e propria fase stazionaria mentre la cellulosa funge da impalcatura.

Per saperne di più e vedere qualche esperimento* sulla cromatografia guardate il video

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pH del cavolo!!!

pH del cavolo!!!

Molti studenti di chimica i primi anni avranno pronunciato la stessa frase riportata nel titolo con una accezione diversa da quella che affronteremo in questa pagina.

Per chi non lo sapesse il pH è la misura dell’acidità di una soluzione, in particolare è l’opposto del logaritmo della concentrazione di ioni H+ (protoni) presenti in essa. Non scendiamo in ulteriori dettagli di teoria risparmiando ai lettori molte formule matematiche soporifere.

I chimici per misurare il pH ricorrono a delle sostanze chiamate indicatori, essi hanno la particolarità di cambiare il proprio colore a seconda della concentrazione di H+ che le circondano. Queste sostanze riescono a percepire i protoni in soluzione in quanto esse stesse sono degli acidi o delle basi, ma sono molto deboli. Gli indicatori usati nei laboratori chimici sono solitamente sostanze sintetiche come ad esempio la fenolftaleina e il metilarancio.

pH del cavolo!!!

Esistono però anche molecole biologiche che si comportano da indicatori, alcune di esse forniscono il caratteristico colore ad alcuni ortaggi come il cavolo rosso. Tutti almeno una volta ci siamo resi conto che spremendo del succo di limone nel tè questo si schiariva, ciò avviene perché il tè si comporta da indicatore.

Si può perciò usare il colorante estratto dal cavolo rosso per ottenere un indicatore di pH casalingo con cui testare tutte le sostanze che ci circondano.

Esperimento

Tagliamo* il cavolo rosso in pezzi piccoli e facciamolo bollire in acqua per almeno 10 minuti. Con questa operazione estrarremo parte delle sostanze coloranti dal cavolo che andranno a solubilizzarsi in acqua. Passato il tempo necessario si lascia raffreddare il tutto e si procede allontanando il liquido dai pezzi di cavolo mediante una filtrazione, per questo passaggio si può usare un colino o uno scolapasta. Da questo momento il liquido potrà essere usato come indicatore di pH. In base alla quantità di acqua e di cavolo usati in partenza si può decidere se diluire o meno il liquido filtrato nell’ ultimo passaggio.

Per verificare il pH di una sostanza basterà porne una piccola quantità in un bicchiere ed aggiungere qualche goccia di indicatore. L’ intensità del colore dipenderà dalla quantità di indicatore miscelata con il campione analizzato. In questo caso il succo di cavolo assumerà un colore rosso a contatto con sostanze acide (pH basso) ed un colore blu-verde a contatto con sostanze basiche(pH alto).

Lo stesso esperimento può essere ripetuto con altri tipi di ortaggi colorati e i petali di geranio.

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