Istituto Statale di Istruzione Superiore Paolo Carcano

Ho preferito non modificare l'impostazione di questa pagina, che avevo già aggiornato e qui e là corretto, per facilitare la lettura di chi l'aveva già guardata bene. C'è ancora qualche piccola correzione lessicale, qualche frase che mi sembrava un po' zoppicante, e ci sono un po' di righe in più che tengono conto di alcune cose che ho notato dai contributi che mi sono arrivati.

Del resto, il programma svolto è quello lì, le prove sappiamo che verteranno sui nuclei fondamentali di quello, per cui...

Fra i punti meritevoli di attenzione avevamo visto, ad esempio, questi.

1) Come affrontare una relazione.

Nel blog ci sono molte indicazioni su come redigere una relazione di laboratorio chimico. È vero che sono state scritte per i, e insieme ai, tessitori di 3T, ma forse anche i chimici di 4C1 ce la possono fare .

Il suggerimento, che ho già proposto ad alcuni, è di ricercare, sul testo di Crea e Falchet o altrove, le procedure per l'esecuzione delle prove che abbiamo condotto in laboratorio, dopodichè supporre di aver eseguito la prova realmente, ottenendo come risultati dei valori numerici compatibili con quel che c'è scritto (p. es.: se ci fosse scritto "pesare esattamente circa 0.15 g", dire "ho pesato 157 mg").

Ovviamente alcune condizioni da ipotizzare saranno indipendenti le une dalle altre, mentre in altri casi i gradi di libertà diminuiranno e, dato un valore, anche gli altri ne saranno conseguenze. Indicare quindi i vari volumi, le varie pesate "virtualmente" risultanti. In base ai valori così simulati, svolgere una relazione completa di reazioni, calcoli e grafici. Se si suppone di fare qualche passaggio in modo differente (cfr. il proprio quaderno), precisare e motivare soprattutto tali differenze. Inutile dire che questo tipo di lavoro è particolarmente consigliato a chi ha visto il suo voto schiantarsi sulle relazioni non fatte o fatte con trasandatezza.

Correggersi le relazioni in maniera incrociata fra un paio di compagni può essere utile. Le relazioni, se-e-solo-se scritte al pc, possono anche essere inviate a me via e-mail per una ulteriore valutazione; cercherò di rispondere compatibilmente con il periodo estivo. Anche se, non essendomene ancora arrivate a meno di 10 giorni dall'esame, penso che potrò mettermi il cuore in pace

2) Non andremo in crisi sui calcoli fatti in terza?!

Un punto rilevante è la difficoltà di impostare dei calcoli relativi a sistemi all'equilibrio, difficoltà che ho riscontrato in diversi fra voi.

Attenzione: ho detto sistemi all'equilibrio. In effetti, nella chimica fisica di quinta verranno affrontati, sia pure in maniera necessariamente ridotta rispetto quello che potrete fare all'università, gli aspetti di termodinamica e di cinetica degli stati di equilibrio e degli stati che possono andare verso l'equilibrio, e allora vi renderete conto (ammesso che già non abbiate fatto) che i calcoli apparentemente "titanici" che abbiamo svolto fino ad adesso sono solo il primo assaggio dell'antipasto, rispetto ai veri calcoli che un vero chimico deve sapere sbrigare.

E, non per insistere su frasi già dette: non solo gli aspiranti periti chimici di qualche anno fa, se volevano andare in quinta, queste cose dovevano bersele d'un fiato insieme a tutti gli altri calcoli sugli equilibri di complessazione, su quelli redox, sui sistemi con equilibri multipli, eccetera (e allora si faceva tutto nel corso di analisi, non c'era il parallelo corso di chimica fisica!), ma anche i "normali" periti chimici attuali (e persino i brocchi in senso stretto) devono saper fare ben altro e anche in ben altri campi.

In terza, ben sapendo che in quarta il tempo sarebbe stato troppo poco, avevo anticipato con un ampio dettaglio l'uso dei calcoli per soluzioni acquose diluite; non è che tali calcoli debbano essere sempre e solo riferiti alle titolazioni, ma ci sono delle buone ragioni per farlo: primo, perché rientrano nella pratica di laboratorio più comune, mediante l'uso di strumentazione di misura facilmente disponibile. Secondo, perché si tratta di calcoli abbastanza facili da impostare e da risolvere; terzo, perché calcoli analoghi li troveremo più o meno in qualsiasi campo tecnologico, anche se lì si tratterà di risolvere spesso uno o due casi particolari, e non in generale tutti i punti che partono dall'inizio e arrivano alla fine della titolazione e oltre.

Per seguire l'esempio che ho usato di recente, ricavare per punti consecutivi l'andamento di una curva di titolazione è un po' come disegnare le varie tavole di un fumetto o di un cartone animato: se li consideriamo nell'ambito di un certo lavoro complessivo (la titolazione, appunto) ha un senso anche la loro successione nel giusto ordine e con i giusti intervalli, ma ogni tavola deve essere un disegno a sé stante, completo di tutti i particolari, anche se lo togliamo dal contesto. E viceversa, ovviamente: solo se tutte le tavole sono disegnate in modo ordinato e omogeneo, ovvero su tutti i punti sono stati calcolati usando bene le approssimazione del caso, potremo metterli uno in fila all'altro e trovare una curva molto verosimile.

Dobbiamo ricordarci che tutta la teoria degli equilibri acido base (e non soltanto di quelli, ma quelli li abbiamo trattato più nel dettaglio) vale solo per sistemi particolarmente diluiti e semplificati. Per fare la sequenza delle ipotesi a volte veramente difficili da rispettare, che avevamo elencato e discusso nel dettaglio, avevo usato l'esempio della scena finale di un celebre film [1]. Il "nobody's perfect" si riferisce al fatto che, se noi consideriamo le concentrazioni e non le effettive attività dei singoli ioni, tutti i nostri calcoli fanno un po' la fine di Jack Lemmon.

Ma supponiamo che sia trascurabile un particolare come il fatto che lui sia un uomo, pardon, che i coefficienti di attività possano essere enormemente diversi da uno: allora per esempio diventa abbastanza semplice impostare e risolvere le equazioni relative alla concentrazione di H3O+ in una soluzione acquosa contenente un acido debole. Si scrive l'espressione di Ka,  e ci troviamo davanti ad un'equazione in tre variabili.
Con una prima approssimazione diventa un'equazione di secondo grado completa in una variabile, con una seconda diventa un'equazione di secondo grado a un solo termine e si risolve estraendo una radice.

Il buon vecchio Freiser-Fernando (che per ragioni a me ignote a scuola pare non si trovi più) usava, per le approssimazioni, la famosa soglia del 5% che corrisponde circa all'errore che si fa con un piaccametro che abbia l'incertezza sulla seconda cifra decimale. Sul vostro Crea-Falchet tutta la faccenda diventa largamente e inutilmente complicata.

Un suggerimento: io(-che-sono-io-) cerco di NON ricordarmi mai a memoria la formulina che si usa qua o là: OGNI VOLTA mi metto lì calmo per 3 minuti e mi riscrivo da capo tutti i passaggi, così mi ricordo le approssimazioni e evito di scambiare un più con un meno. E al tempo stesso ripasso, tengo allenato il cervello, evito di fare errori stupidi... Ma certo, se voi siete più bravi e più sicuri di me, e non avete cose più utili e divertenti a cui dedicare le vostre meningi, imparatevi pure tutto a memoria!

Il lavoro che abbiamo fatto nella seconda parte di quest'anno riguardava, appunto, l'ottenimento di una estesa serie di dati sperimentali da confrontare con quelli teorici che avevamo già discusso lo scorso anno, proprio per capire analogie, differenze, possibili cause di errori ecc. Oltre, naturalmente, a capire i principi e i modi di esecuzione di una titolazione, ma su quello ci torneremo.

Per calcolare i vari punti della curva di pH, vedere per esempio tutte le esercitazioni su un foglio elettronico che avevamo fatto l'anno scorso: avevamo usato un foglio preparato da me, che avevamo vivisezionato in aula proiezione, e poi alcuni di voi avevano proposto delle variazioni sulle formule da inserire (ovviamente la sintassi è leggermente diversa se usate Excel, OpenOffice o altri fogli: io ovviamente mi sforzo di usare il più possibile OpenOffice perché lo potete avere tutti su licenza gratuita - W l'opensource, abbasso i pirati).

Ricordate che avevo scelto il metodo di quel vecchio libro perché risaliva ad un periodo in cui:

(1) gli strumenti di laboratorio erano quasi una rarità e bisognava capirne molto bene potenzialità e limiti; (2) non esistevano le calcolatrici ma i calcoli si facevano a mano, con il regolo o le tavole dei logaritmi (gli ultimi a lavorare in questo modo più o meno fino al momento del diploma siamo stati noi della nostra generazione, che non siamo poi così ordoviciani!); (3) di conseguenza, era estremamente importante usare buonsenso e logica per puntare alla sostanza ragionando molto bene sul trattamento analitico delle ipotesi e delle approssimazioni; (4) il "modello didattico" alle spalle era semplificarsi la vita nel comprendere ciò che esiste nella realtà, e non al contrario inventare esercizi sballati e cervellotici che ti complichino la vita, come tanto spesso capita con i "libri di testo scolastici". Eccetera.

Quindi, vedete che gran vantaggio avere la possibilità di fare tutti i calcoli non con i vecchi diagrammini logaritmici semplificati che usava quel libro (e che avevamo guardato un po' distrattamente senza approfondirli), o impiegando una o due ore per ogni curva su carta millimetrata sia pur usando la calcolatrice, rispetto a poter vedere tutto istantaneamente sul foglio elettronico: ci permette di confrontare con agilità i dati sperimentali con le ipotesi, le varie approssimazioni eccetera eccetera eccetera. Il primo è più importante vantaggio è poter cambiare a piacere concentrazioni e costanti di equilibrio del titolante e del titolato, guardando come cambiano le curve e magari introducendo delle celle di verifica delle approssimazioni.
Ma, ahimè, è ovvio che per poter costruire il tutto su un foglio elettronico in maniera sensata, PRIMA è indispensabile saper costruire a mano le equazioni relative ai diversi punti, e l'uso della carta millimetrata, anche se un po' noioso, è uno dei migliori esercizi per verificare se le nostre ipotesi e i nostri calcoli ci sembrano plausibili.

Ah, dimenticavo: spero sia chiaro che, in una soluzione di un acido debole (o di una base debole), negli intervalli di concentrazione che di solito consideriamo, la specie acida (o basica) che è presente in maggiore concentrazione, e quindi quella su cui dobbiamo fare i calcoli, non è H3O+ (o OH-), ma l'acido (o la base) che, all'equilibrio, si trova tal quale. H3O+ (o OH-) saranno una conseguenza del rapporto fra le concentrazioni dei due componenti di una coppia coniugata.

Dici, vale la pena di ripetere una simile banalità, che dovrebbe essere la prima cosa che uno capisce (cfr. anche la mia spiegazione da scuola elementare [2])? Non so perché, ma mi sono sentito di farlo.

Anche nei casi in cui fossero presenti acidi, o basi, differenti, miscelati però in modo che le loro concentrazioni non siano troppo diverse, il più delle volte vale il principio che il componente più forte è quello che fa muovere il gioco e, quindi, contribuisce interamente o quasi a determinare il valore di pH.
Se in una soluzione, tanto per dire, ci sono concentrazioni simili di acido cloridrico e acido acetico, quest'ultimo - che già contribuisce poco di per sé - tende ad essere ancora meno deprotonato a causa del forte ambiente acido.
Se dovessimo titolare questa miscela, fino a pochissimo prima del punto di equivalenza dell'acido cloridrico ci sembrerebbe assolutamente simile a quella dell'acido cloridrico puro di pari concentrazione; immediatamente dopo quel punto di equivalenza, vedremo riproporsi la curva di titolazione dell'acido acetico, fino al suo rispettivo punto di equivalenza.
Lo stesso vale con gli acidi poliprotici a condizione che le loro rispettive Ka siano sufficientemente spaziate (è sufficiente che una sia almeno un migliaio di volte più grande dell'altra): titolando un acido di questo tipo, sui libri l'esempio classico è quello dell'acido fosforico, ci sembra semplicemente di vedere le tre curve raccordate dei tre diversi acidi. L'unica particolarità sarà il valore di pH nei punti di equivalenza, che avevamo visto si può tenere con una formulina del tutto curiosa e particolare (avevo confessato che è l'unica che mi ricordo a memoria perché ogni volta mi dimentico uno dei passaggi che serve per costruirla!).

Comunque, queste apparenti complicazioni che non complicano quasi nulla, così come le vere complicazioni che si hanno quando le concentrazioni o le forze dei rispettivi acidi siano troppo simili per poterli considerare completamente indipendenti, sono interessanti come approfondimento ma, se uno ha capito il succo del discorso, le potrebbe ricavare e gestire anche da solo.

3) e tutti i discorsi sulla significatività dell'analisi?

Oh, gente bella, il grosso lavoro da fare in quarta avrebbe dovuto essere questo! L'analisi chimica non è pastrugnare in laboratorio, o fare dei calcoli teorici su cose che poi non si mettono in pratica, ma è soprattutto impostare una prova, scegliendo il principio e la tecnica da adottare, ragionando sulle concentrazioni dell'analita che ci interessa, su tutte le interferenze (comprese quelle che chiamiamo “effetto matrice”), e ovviamente saper interpretare i risultati con una analisi delle incertezze (oggi si preferisce questo termine, rispetto quello di “errore” che porta a un po' di confusione a seconda della lingua in cui lo utilizzate).
Paradossalmente, con la quarta dell'anno scorso, avendo un'ora in meno nel laboratorio perché la dedicavamo alla compresenza con l'inglese, eravamo riusciti a fare molto di più, proprio perché era il lavoro che svolgevamo con letture scritte in inglese.
Non c'è problema: ci toccherà di recuperare anche gli arretrati l'anno prossimo in quinta.