Fusione e solidificazione

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Fusione e solidificazione

Continuiamo a studiare le sostanze pure attraverso le loro specifiche caratteristiche fisiche.

Dopo aver osservato la temperatura di ebollizione e la densità, adesso studiamo la fusione e la solidificazione, le cui temperature stanno in un’ interfaccia dove i valori coincidono ( ad esempio a 0°C il ghiaccio fonde e l’acqua solidifica ).

Dividiamo la nostra esercitazione in due fasi distinte: costruzione della curva di fusione e di solidificazione; determinazione del punto di fusione con la provetta di Thiele.

La sostanza che utilizzeremo, il tiosolfato sodico pentaidrato (Na₂S₂O₃·5H₂O) è un sale con cinque molecole di acqua di cristallizzazione che ne provocano la diminuzione della temperatura di fusione e solidificazione rispetto al sale anidro (Na₂S₂O₃₎ tanto da rendere utilizzabile, come liquido riscaldante, l’acqua di rubinetto che ha, come già visto, una temperatura di ebollizione di circa 100 °C.

CURVA DI FUSIONE E DI SOLIDIFICAZIONE

DEL TIOSOLFATO DI SODIO PENTAIDRATO.

Materiale occorrente:

una provetta di grosse dimensioni (provettone)
un becher da 400 mL
un termometro
aste, morsetti e pinze metalliche
becco bunsen con treppiede e reticella
imbuto per sostanze solide.

Sostanze:

- tiosolfato sodico pentaidrato.

Procedimento:

Avvalendoci di un imbuto di plastica, immettiamo dentro un protettone di vetro pirex una quantità di sostanza in esame tale da poter coprire interamente il bulbo del termometro, il quale sarà collocato al suo interno senza pinze che lo sorreggano.

Il provettone deve poi essere calato, sorretto da una pinza, dentro un becher da 400 mL riempito fino a ~ 300 mL di acqua di rubinetto.

Si prepara su apposito foglio uno schema tempo-temperatura, si registra la temperatura ambiente al tempo zero e si inizia il riscaldamento col bunsen a fiamma media, segnando i valori della temperatura ogni 60 s.

A un certo punto, intorno ai 48-50 °C, osserviamo che la sostanza inizia ad ammollarsi e la temperatura sale più lentamente, ma non si verifica alcuna sosta termica perché la parte già fusa non viene allontanata ed il riscaldamento è piuttosto consistente (ricordiamo che la temperatura della fiamma, con questa intensità, è circa 1000 °C). Continuiamo a riscaldare fino a fusione completa, agitando col termometro. A questo punto si spenge il bunsen, si alza la provetta dal bagnomaria e con cautela si allontana il becher.

Dopo un po’ inizia la fase di raffreddamento e si continua a segnare la temperatura ogni 60 s e agitando con il termometro. Intorno ai 48-49 °C dovrebbe iniziare la solidificazione, questa volta con sosta termica essendo il raffreddamento all’aria (~ 20 °C) molto blando. Ma nel nostro caso è estremamente improbabile che ciò avvenga perché la solidificazione avviene in un sistema cristallino in cui le particelle trovano difficoltà collocarsi, pertanto la temperatura si abbassa sotto la soglia prevista, fino a temperatura ambiente, senza che si verifichi la solidificazione. Vi è quindi un rallentamento della velocità delle particelle senza che queste riescano ad aggregarsi stabilmente intorno al loro modulo cristallino.

Adesso lasciamo cadere dentro il provettone un piccolo cristallo solido e agitiamo.

Intorno al cristallo (che rappresenta una sorta di suggerimento organizzativo) si verifica una reazione del sistema che assume rapidamente la sua struttura naturale, e quindi le particelle riprendono la loro velocità e la temperatura risale rimanendo quella peculiare (~ 48 °C) fino a che tutta la sostanza non si è solidificata.

Al termine dell’esperienza avremo registrato una serie di dati che ci permetterà di costruire un grafico tempo-temperatura e quindi osservare quella che si chiama la curva di fusione e solidificazione.

DETERMINAZIONE DELLA TEMPERATURA DI FUSIONE

CON LA PROVETTA DI THIELE.

Materiale occorrente:

una provetta di Thiele
un termometro
un capillare con gommino
un’asta metallica con morsetti e pinze
un becco bunsen

Sostanze:

- tiosolfato sodico pentaidrato.

L’ apparecchio di Thiele è costituito da una grossa provetta di forma particolare, con un anello laterale ove poter effettuare il riscaldamento del liquido in maniera da provocare il movimento circolare delle sue molecole e quindi la distribuzione omogenea del calore ed evitare schizzi.

E’ evidente che usando come liquido riscaldante l’acqua, si possono studiare sostanze che hanno una tf inferiore o uguale a 100 °C; per sostanze con tf superiore occorrono liquidi più altobollenti; uno dei più usati è l’olio di vasellina.

Per ottenere valori precisi del punto di fusione si dovrà utilizzare una provetta così piccola da poter contenere una quantità di sostanza talmente esigua da fondersi tutta, appena raggiunta la temperatura specifica, prima che questa cominci a risalire.

Pertanto bisognerà usare un capillare di vetro e con pazienza inserirci la sostanza finemente suddivisa con un mortaio per un’altezza di circa un centimetro.

Tramite un gommino, ricavato da un tubo di gomma tagliato, faremo aderire il capillare al termometro ponendolo in coincidenza del bulbo con la sostanza bianca a contrasto.

Con un’apposita pinza si collocherà il termometro dentro la provetta di Thiele riempita di acqua di rubinetto fin poco sopra la deviazione laterale e si accenderà il Bunsen a fiamma bassa sotto l’estremità dell’anello in maniera che il riscaldamento sia più leggero possibile, al fine di poter osservare adeguatamente il momento della fusione.

Ripeteremo la prova più volte facendo al termine la media fra queste. Utilizzeremo un foglio per gli appunti di laboratorio per registrare tutti questi dati e riporteremo il risultato medio dietro al foglio dove abbiamo redatto il grafico precedente.

Attraverso il punto di fusione, tramite le tabelle, si può risalire, in molti casi, al riconoscimento della sostanza in esame, o comunque all’individuazione di un numero ristretto di possibilità; e in ogni caso a capire se siamo di fronte ad una sostanza pura oppure ad un miscuglio.

Fonte: http://www.itipedia.org/images/c/c8/Fusione_solidificazione.doc

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