Esperimento sulla DENSITA’

LA DENSITA’

Prof. Angela Fanti Liceo Scientifico Statale Francesco d’Assisi

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Esperimenti effettuati nella classe I

I N D I C E

Esperimento 1: la densità dei solidi

Esperimento 2: la densità dei liquidi

Esperimento 3: la densità dei liquidi: liquidi che stratificano

Esperimento 4: la densità dei gas

Esperimento 5: la densità dell’aria

 

N.B. le note in rosso sono per gli insegnanti

Esperimento 1:

La densità dei solidi

Scopo: 

– Misurare la densità di oggetti di diverso materiale e di diversa forma

– Osservare che la diversa forma non influisce sulla densità

– Osservare che, pur avendo forma diversa e massa diversa, ci sono oggetti che  hanno la stessa densità e che quindi sono fatti della stessa sostanza

– Il grafico che si ottiene è una linea retta uscente dall’origine: m e V sono      direttamente proporzionali e la costante di proporzionalità (coefficiente      angolare) è d.

 – Al variare del coefficiente angolare variano le sostanze

Prerequisiti:

– uso degli strumenti, formule del volume, propagazione degli errori nella    divisione, cifre significative nel prodotto e nel rapporto

Procedimento:

Si misurano i volumi dei solidi regolari con metodo diretto (spostamento d’acqua) ed indiretto (misura degli spigoli con il calibro).

N.B. Gli oggetti di metallo sono pesanti e pur inclinando il cilindro graduato possono battere sul fondo, provocandone la rottura, quindi è opportuno legare gli oggetti ad un filo e farli scivolare all’interno.

Si misurano le masse con la bilancia dinamica

Grafici: le densità degli oggetti di uguale sostanza devono trovarsi allineati (a meno dell’errore) su una retta passante per O.

Nel calcolo della densità bisogna ricordare la propagazione degli errori nella divisione (somma degli errori relativi) e bisogna ricordare che nella misura va messo l’errore assoluto e non quello relativo.

Fare attenzione alla lettura: la misura del volume va presa al “menisco”, in più si devono evitare gli errori di parallasse.

E’ opportuno far verificare agli studenti (ancora inesperti nella misura delle masse) la misura con la bilancia elettronica, anche se è meno sensibile + 0,1g la misura deve trovarsi all’interno dell’intervallo d’errore.

 

 

Esperimento 2:

La densità dei liquidi

 

 

 

 

 

Scopo: 

• Misurare le densità di tre o più liquidi, due dei quali incolori, con metodo indiretto.
• Studio del grafico.

 

Esano: C₆  H₁₄ idrocarburo saturo ALIFATICO della serie degli ALCANI formato da sei atomi di carbonio , liquido volatile (infiammabile) non mescibile, (d = 0,66) usato come solvente delle sostanze grasse.                                                                                                                                                                        

                                                                                  H H H H H H

Formula di struttura:                                       H-C-C-C-C-C-C-H

                                                                                  H H H H H H

N.B.1 Ogni gruppo prende quantità diverse di liquido A e le stesse quantità di liquido B/C/D: è più spontanea la deduzione quantità uguali densità diverse mentre con quantità diverse gli alunni possono pensare che la diversa densità sia dovuta alla diversa quantità.

N.B.2 Devono essere dati per primi i liquidi che non sporcano i cilindri (acqua ed alcool), quindi quelli oleosi (glicerina e olio), dopo di che i cilindri andranno lavati con acqua saponata ed asciugati oppure se ne useranno altri puliti.

Esaminare i campioni di liquido a disposizione: si può affermare con un esame oggettivo (eventualmente annusando ma senza bagnarsi le mani e senza assaggiare!) se sono lo stesso liquido o liquidi differenti?

Si può  rispondere alla domanda misurando la loro densità.

N.B. non comunicare agli altri gruppi i risultati, per evitare di influenzarsi reciprocamente.

Procedimento liquido A)

1) Prendere il cilindro graduato e prepararlo con elastico e graffetta per poterlo massare appeso al gancio del braccio della bilancia.

2) Massare il cilindro vuoto.

3) Versare …….. cc di liquido A (v. in tabella la quantità).

           Toccare meno possibile il cilindro graduato con le mani.

4) Massare il cilindro + il liquido A.

5) Calcolare la massa del liquido.

6) Calcolare la densità con l’errore assoluto

A questo punto o nella lezione precedente occorre ripetere la propagazione degli errori e la scelta delle cifre significative nella divisione.

7) Recuperare il liquido versandolo nel contenitore messo a disposizione dall’insegnante.

8) Lavare ed asciugare il cilindro graduato.

1. B) Ripetere i punti 1 ® 8 per il liquido B.
2. C) Ripetere i punti 1 ® 8 per il liquido C.
3. D) Ripetere i punti 1 ® 8 per il liquido D.

Alla fine riempire la tabella e con i dati di tutti i gruppi a disposizione disegnare i punti sperimentali su un diagramma (m,V). Sul diagramma devono comparire: titolo e numero dell’esperimento, cognomi degli alunni del gruppo, variabili asse x ed asse y ed unità di misura.

TABELLA

 

 

Dalla tabella e dal grafico dedurre le osservazioni, infine controllando sulla tabella delle densità del libro di testo potete stabilire di quali liquidi si tratta.

Guardando la densità teorica dei liquidi suddetti, si può anche tracciare la retta teorica per vedere quanto si discosta da quella dei dati sperimentali.

Dal grafico si deduce che le sostanze usate hanno diversa densità e sono, quindi, diverse; ma mentre la massa ed il volume dipendono dalla quantità di sostanza, il loro rapporto, cioè d, non vi dipende e può quindi essere considerata una proprietà caratteristica della sostanza.

Esperimento 3:

 La densità dei liquidi: liquidi che stratificano

(dimostrativa)

 

 

 

 

 

 

 

 

Scopo:

• verificare i risultati ottenuti nell’esperimento sulla densità dei liquidi
• vedere una proprietà dei liquidi: la mescibilità

                                   1. acqua ed alcool si

                                   2. acqua ed esano no

Procedimento:

Si può mostrare inizialmente che acqua ed alcool si possono mescolare, successivamente si mettono in una provetta nell’ordine:

1. esano;
2. acqua + colorante (già preparata);
3. olio;
4. alcool .

Si otterrà la disposizione dei liquidi a seconda della loro densità  ( il  colorante  serve  per  distinguere l’acqua dall’esano).

Esperimento 4:

La densità dei gas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La densità di un gas è più difficile da misurare di quella di un liquido o di un solido: i gas non sono maneggevoli e generalmente sono invisibili.

Procedimento:

Il gruppo si dividerà in due per accelerare i tempi di esecuzione.

Fase A

Versare 10 cc di acqua nella provetta, sistemarla sul piattello della bilancia utilizzando il fermaglio e l’elastico.

ATTENZIONE che la provetta non tocchi il braccio della bilancia, altrimenti la pesata risulta falsata.

Prendere, con le mani asciutte e senza sbriciolarla, la pastiglia di Alka Seltzer e sistemarla sul piattello della bilancia.

Massare il sistema provetta + H₂ O + pastiglia (I pesata) eventualmente controllare la massa con la bilancia elettronica.

Fase B

Gli altri ragazzi prepareranno il sistema di raccolta del gas:

Riempire d’acqua 2/3 di secchio e riempire completamente il cilindro graduato. Coprire l’imboccatura del cilindro con un foglietto di carta da quaderno e premere leggermente

Capovolgere il cilindro (sul secchio!) delicatamente (per le forze di coesione il foglio rimane attaccato alla bocca e l’acqua non cade) ed introdurre il cilindro capovolto nell’acqua del secchio (non si devono formare bolle d’aria)

Preparare il tubo di gomma collegandolo da un capo al tubicino di vetro ad L situato nel tappo forato ed inserire l’altro capo nel cilindro, facendogli raggiungere il fondo (il gas è solubile in acqua): il sistema di raccolta del gas è pronto.

Inclinare la provetta, poggiare sulla parete interna la pastiglia senza farla scivolare, chiudere  rapidamente il tappo.

Lasciare produrre il gas finché la pastiglia non sia tutta sciolta (circa 15 ‘)

N.B. 1 non bagnare il tappo: una volta tolto si perderebbe massa del sistema

N.B. 2 mantenendo il cilindro immerso, sfilare prima il tubo poi stappare la provetta

Misurare il volume di gas prodotto attenzione alla lettura il cilindro è capovolto!

Misurare la massa della provetta (II pesata)

La massa del gas si otterrà facendo la differenza tra la prima e la seconda pesata

 

Fare un valore medio: si dovrebbe trovare d = 1,8 · 10^-3  g/cc. Il gas prodotto è biossido di carbonio CO₂ .

E’ importante che gli alunni trovino almeno l’ordine di grandezza 10^-3  che è caratteristico di molti gas.

Esperimento 5:

La densità dell’aria

 

 

Presa la sfera con i rubinetti aperti, se ne misura la massa con la bilancia elettronica, in seguito si chiude un rubinetto e si collega l’altro al tubo della pompa pneumatica. Messa in funzione la pompa, si attende il tempo necessario per svuotare la sfera dell’aria in essa contenuta, si chiude il secondo rubinetto, si stacca il tubo e quindi si procede di nuovo alla misura della massa dell’ampolla senz’aria. Si ottiene il seguente risultato 1 litro d’aria ha una massa di circa 1,3 g (dipende dalla sensibilità della bilancia).

Problema:

Quant’è la massa d’aria contenuta in un’aula dalle dimensioni (5 x 10 x 4)m³?

Se per i solidi ed i liquidi la densità varia pochissimo al variare della temperatura, per i gas si ha una situazione molto diversa, in quanto al variare della temperatura essi si dilatano notevolmente ed oltre a ciò a differenza dei soliti e dei liquidi i gas possono essere facilmente compressi. Di conseguenza per misurare la densità di un gas si deve stabilire a quale temperatura e a quale pressione si effettua la misurazione.