Verifica sperimentale de “La legge di conservazione
della massa” di Lavoisier
OBIETTIVO:
Separare un miscuglio binario composto da ioduro di potassio (KI) e nitrato di piombo (Pb(NO3)2) attraverso la tecnica naturale della filtrazione e dimostrare che la somma delle masse utilizzate nella trasformazione è uguale alla somma delle masse dopo la reazione, dimostrare quindi la legge di conservazione della massa di Lavoisier.
PREREQUISITI:
IODURO DI POTASSIO = (KI)è il sale di potassio dell'acido iodidrico. A temperatura ambiente si presenta come un solido da incolore a bianco inodore. È un composto irritante.
NITRATO DI PIOMBO = (Pb(NO3)2) è il sale di piombo (II) dell'acido nitrico. A temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore. È un composto tossico per la riproduzione, nocivo, pericoloso per l'ambiente, molto solubile.
LEGGE di LAVOISIER= Nel XVIII secolo il chimico, naturalista francese Antoine Lavoisier scoprì che in una reazione chimica la massa complessiva dei reagenti è uguale alla massa complessiva dei prodotti. Questa osservazione venne resa pubblica come Principio di Conservazione della Massa, comunemente conosciuta come Legge della Conservazione della Massa, che può essere espresso nel seguente modo: in una reazione chimica,la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotti
La CRISTALLIZZAZIONE = è una metodica utilizzata per purificare ed isolare composti chimici. La sostanza impura in oggetto viene portata in soluzione in poco solvente e viene sottoposta a riscaldamento. Man mano la soluzione si concentra cominciano a formarsi i primi germi di cristallizzazione che via via aumenteranno di dimensione agglomerando altri ioni. Il risultato finale consiste nella separazione di una fase solida che viene filtrata. Durante la cristallizzazione solidifica, in determinate condizioni di solventi e temperature utilizzate, solamente il composto in esame mentre le impurità restano in soluzione. La ricristallizzazione si effettua perché esiste sempre una certà quantità di impurezze inglobate nel solido, in seguito ad adsorbimento, absorzione o occlusione cristallina.
La FILTRAZIONE = è una pratica di laboratorio che può essere utilizzata sia per scopi separativi, volendo eliminare impurezze solide da liquidi o soluzioni, che per scopi sintetici volendo isolare un composto precipitato da una soluzione o cristallizzato.
Durante l’esecuzione dell’esperimento ci sono state date alcune informazioni sull’elaborazione dei dati, per meglio aiutarci nella verifica della legge di Lavoisier: noi sappiamo che i due Sali di partenza il nitrato di piombo (Pb(NO3)2) e lo ioduro di potassio (KI) reagiscono tra di loro formando rispettivamente altri due Sali secondo una reazione ben precisa:
KI + Pb(NO3)2 KNO3 + PbI2
Questa reazione va però prima di tutto bilanciata:
2KI + Pb(NO3)2 2KNO3 + PbI2
All’inizio dell’esperimento inoltre ci sono state date due misure precise da pesare: 1,66g di KI e 1,65g di Pb(NO3)2. Dovevamo pesare questi due Sali nelle rispettive quantità affinchè il primo reagente potesse reagire con il secondo senza che ne rimanesse niente, secondo il preciso rapporto di moli, infatti:
1, 66 g di KI 0,010 moli
1,65 g di Pb(NO3)2 0,005 moli
2KI + Pb(NO3)2 2KNO3 + PbI2
2 : 1 = 2 : 1
Sapendo il numero di moli è possibile calcolare il valore teorico delle masse del nitrato di potassio e ioduro di piombo ottenuti dalla reazione:
Numero Moli Pb(NO3)2 = 0,005 mol
KI = 0,010 mol
PbI2 = 0,005 mol
KNO3 = 0,010 mol
Massa Molare Pb(NO3)2 = 331,2 g/mol
KI = 166 g/mol
PbI2 = 461 g/mol
KNO3 =101,1 g/mol
Massa totale Pb(NO3)2 = N mol * M = 331,2 g/mol * 0,005 mol = 1,65 g
(teorica) KI = N mol * M = 166 g/mol * 0,010 mol = 1,66 g
PbI2 = N mol * M = 461 g/mol * 0,005 mol = 2,30 g
KNO3 = N mol * M = 101,1 g/mol * 0,010 mol = 1,01 g
Calcolate le masse “teoriche”, le abbiamo confrontate con le masse ottenute o “masse pratiche”, e calcolandoci l’errore possiamo concludere se l’esperimento è stato eseguito correttamente.
STRUMENTI E MATERIALI:
° 2 bacchette di vetro per mescolare il miscuglio
° 2 becher (portata 20ml e 25ml, sensibilità ± 0,1ml)
° bilancia elettronica (sensibilità 0,1g)
° carta da filtro (x2)
° contenitore con ioduro di potassio (KI)
° contenitore con nitrato di piombo (Pb(NO3)2
° cristallizzatore
° dispositivi di protezione
° fornelletto elettronico
° imbuto
° 2 palettine di plastica per mescolare i due sali
° pipetta
DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO
FASE 1
Dopo aver indossato le attrezzature di protezione da laboratorio (mascherina, occhiali e guanti) abbiamo cominciato l’esperimento ponendo nella bilancia elettronica un becher vuoto, tarandolo con 1,66 g di ioduro di potassio (KI), una sostanza irritante immessa nel becher tramite una palettina di plastica.
Abbiamo aggiunto in questo becher circa 20 ml di acqua e poi mescolato la soluzione con una bacchetta di plastica.
Stesso procedimento con 1,65 g di nitrato di piombo (Pb(NO3)2), introdotto nel becher con la seconda palettina di plastica; l’abbiamo tarato e poi sciolto con circa 20ml di acqua.
Unite le due soluzioni in un unico becher si osserva che si forma una soluzione di colore giallo, avviene così una reazione di scambio ionico con la formazione di due nuovi Sali:
il nitrato di potassio (KNO3 ), solubile in acqua e lo ioduro di piombo(PbI2 ), insolubile in acqua e dal tipico colore giallo intenso.
Ki + Pb(NO3)2 KNO3 + PbI2
Contemporaneamente abbiamo pesato la carta da filtro (due fogli di carta da filtro perché uno si sarebbe rotto e perché la filtrazione fosse più efficace) e posto sulla bilancia anche il
cristallizzatore.
Conclusa questa fase abbiamo proceduto alla filtrazione per separare nuovamente i due Sali
Il nitrato di potassio (KNO3) filtra e termina nel cristallizatore (filtrato) mentre lo ioduro di piombo (PbI2) rimane nella carta da filtro (residuo).
Terminata la filtrazione abbiamo recuperato il cristallizzatore con il filtrato e la carta da filtro con il residuo e li abbiamo sottoposti alla cristallizzazione di cui si è occupato il tecnico di laboratorio
FASE 2
Dopo una settimana, tornati in laboratorio, abbiamo ripesato il cristallizzatore con il filtrato e la carta da filtro con il residuo
Elaborando i dati ottenuti a termine dell’esperimento, abbiamo unito le masse dei sali e verificato che la loro somma è identica a quella delle masse dei reagenti.
DATI OTTENUTI IN LABORATORIO:
MASSA IODURO DI POTASSIO (KI) = 1,66g
MASSA NITRATO DI PIOMBO (Pb(NO3)2) = 1,65g
MASSA CRISTALLIZATORE = 90,23g
MASSA CARTA DA FILTRO (x2) = 3,00g
MASSA CARTA DA FILTRO + RESIDUO = 5,20g
MASSA CRISTALLIZATORE + FILTRATO = 91,25g
DATI ELABORATI:
MASSA FILTRATO (KNO3)
(MASSA CRISTALLIZATORE + FILTRATO) - MASSA CRISTALLIZATORE
MASSA RESIDUO (PbI2 )
(MASSA CARTA DA FILTRO(x2) + RESIDUO) - MASSA CARTA DA FILTRO(x2)
SOMMA MASSE REAGENTI
MASSA IODURO DI POTASSIO (KI) + MASSA NITRATO DI PIOMBO
Pb(NO3)2
SOMMA MASSE SALI OTTENUTI
MASSA RESIDUO(PbI2) + MASSA FILTRATO(KNO3)
MASSA TEORICA FILTRATO
(VEDI PREREQUISITI)
MASSA TEORICA RESIDUO
(VEDI PREREQUISITI)
ERRORE PERCENTUALE SOMMA PRODOTTI
SOMMA MASSE REAGENTI – SOMMA MASSE PRODOTTI x 100
SOMMA MASSE REAGENTI
ERRORE RESIDUO(KNO3)
MASSA(TEORICA) – MASSA(PRATICA) x 100
MASSA(TEORICA)
ERRORE FILTRATO (PbI2 )
MASSA(TEORICA) – MASSA(PRATICA) x 10
MASSA(TEORICA)
OSSERVAZIONE:
Dai dati possiamo vedere che la somma delle masse dei reagenti e la somma delle masse dei prodotti è uguale (3,31 g), questo vuol dire che durante l’esecuzione dell’esperimento non è andato perduto alcun materiale e non ci sono impurità. Osservando meglio i dati però vediamo che la massa teorica del KNO3 e del PbI2 non corrispondono ai dati da noi ottenuti: abbiamo un errore rispettivamente dello 0,89% e dello 0,65%. Deduciamo quindi che durante la filtrazione, anche se non sono state perse sostanze, un pò di residuo (0,015g) è finito nel cristallizzatore. Nel nostro caso abbiamo meno PbI2 di quello che dovevamo avere perché è trapassato nella carta da filtro ed è andato a mescolarsi con il KNO3 di cui ne abbiamo una massa maggiore di quella che teoricamente dovevamo avere (0,015g in più). La perdita del residuo si può notare anche dal fatto che nel momento in cui noi siamo tornati in laboratorio per effettuare le pesate a circa una settimana di distanza, il liquido contenuto nel cristallizzatore,che doveva avere un colore biancastro, aveva delle sfumature giallognole proprio dovute dalla presenza di PbI2 nel cristallizzatore contenente KNO3.
CONCLUSIONE:
Concludiamo dicendo che la filtrazione (nei limiti di errore) è avvenuta correttamente e che la legge di conservazione della massa è stata verificata visto che la somma delle masse dei Sali reagenti (KI + Pb(NO3)2 = 3,31g) è uguale alla somma delle masse dei Sali prodotti dalla reazione (KNO3 + PbI2 = 3,31g ): la massa quindi è invariabile.
