Nicole Zocchi Classe 4 G Laboratorio di fisica

Nicole Zocchi Classe 4° G Laboratorio di fisica 26/02/2011 Curva di fusione e solidificazione dell’ acido stearico

Indice • Materiale utilizzato • Premessa teorica • Montaggio dell’ esperienza • Dati e loro elaborazione • Conclusioni

Materiale utilizzato • Pattina di plastica per evitare possibili scottature causate dal vetro caldo • Treppiede metallico con reticella rompi fiamma • Cronometro

• Fornelletto ad alcool • 2 becher • Acqua

• Fiammiferi per accendere il fornelletto • Agitatore di vetro • Treppiede dotato di pinza per provetta

• Provetta contenente un termometro e acido stearico

Premessa teorica La TERMODINAMICA è lo studio della dinamica dei sistemi complessi, ovvero formati da un grandissimo numero di particelle. L‘ACIDO STEARICO è un acido carbossilico con formula CH 3(CH 2)16 COOH, ovvero è un composto organico che contiene il gruppo carbossilico o carbossile (-COOH), ovvero un gruppo ossidrilico (-OH) legato ad un gruppo carbonilico (C=O). A temperatura ambiente si presenta come un solido, a scaglie bianche più o meno grandi, dall'odore rancido. Insolubile in acqua, poco solubile in alcool, solubile in acetone ed etere. Insieme all'acido palmitico forma la stearina utilizzata per la produzione di candele. E’ una molecola a 18 atomi di carbonio appartenente alla categoria degli acidi grassi saturi. Come tale, lo si ritrova incorporato in molecole di trigliceridi - all'interno di alimenti ricchi di grassi, sia animali, dov'è più rappresentato, che vegetali, dove abbonda soprattutto nel burro di cacao ed in quello di karité. La sua temperatura di fusione è tra i 53° e 59° C. Struttura dell’acido Stearico.

Una TRANSIZIONE DI FASE (o passaggio di stato o cambiamento di stato) è la trasformazione di un sistema termodinamico da uno stato di aggregazione ad un altro. La caratteristica distintiva di una transizione di fase è il brusco cambiamento di una o più proprietà fisiche, in particolare la capacità termica, alla minima variazione di variabili termodinamiche come la temperatura. La transizione di fase è l’unico caso in cui fornendo calore ad un corpo la temperatura rimane costante e quindi non aumenta.

Con STATO DELLA MATERIA o stato di aggregazione si intende una classificazione convenzionale dello stato di aggregazione della materia a seconda delle sue proprietà meccaniche. Variando la temperatura oppure la pressione ( o entrambe ) , ogni elemento può mutare il suo stato fondamentale. Aumentando la temperatura e diminuendo la pressione si ottiene, di regola, un passaggio solido liquido gassoso. Ovviamente il percorso inverso lo si ottiene diminuendo la temperatura ed aumentando la pressione. Stato solido: le particelle costituenti la materia sono strettamente unite una all'altra in modo più o meno geometricamente ordinato. Dette particelle sono dotate di energia propria ed oscillano intorno al proprio punto di applicazione; da questo non possono, però, muoversi in quanto sono circondate da altre particelle. Stato liquido: le particelle hanno una energia cinetica maggiore di quella dello stato solido, possono muoversi disordinatamente ed urtarsi tra loro. Minori rispetto allo stato solido sono le forze coesive, tanto che nell'interfaccia un certo numero di particelle, può sottrarsi del tutto all'attrazione delle altre, passando allo stato gassoso. I liquidi, infatti, esistono sempre in presenza del loro gas. Stato gassoso: le particelle si muovono in maniera caotica e le forze di coesione sono del tutto trascurabili. Esistono altri stati di aggregazione della materia che affronteremo successivamente. La SOSTA TERMICA è il fenomeno per cui la temperatura resta costante durante la transizione di fase.

Montaggio dell’esperienza • Agganciare la provetta alla pinza per provetta (operazione precedentemente svolta dal tecnico di laboratorio). • Versare nel primo becher una quantità di acqua compresa tra 300 e 400 ml.

• Accendere con i fiammiferi il fornelletto ad alcool e porlo sotto il treppiede metallico. • Porre il becher contenente acqua sulla reticella rompi fiamma e immergere la provetta nel becher. L’acido stearico, contenuto nella provetta, deve essere completamente immerso nell’acqua, ma la provetta non deve toccare il fondo del becher. Misurare ogni 60 secondi la temperatura con il cronometro.

• Contemporaneamente alla fusione dell’acido stearico a bagnomaria, versare 250 ml di acqua a temperatura ambiente nel secondo becher e successivamente verranno versati, nel medesimo becher, 50 ml di acqua calda contenuta nel primo becher. • Attendere fino a 65° C per la fusione dell’acido stearico, per avere un margine nel caso in cui l’acido non si fosse fuso totalmente.

• Durante la fusione dell’acido stearico, esso si presenta in diversi modi:

• Quando l’acido stearico fonde completamente assume una colorazione trasparente, simile all’acqua. • Intorno ai 65° - 70 °C, estrarre la provetta dal becher e spegnere il fornelletto ad alcool. • Versare 50 ml di acqua calda dal primo becher al secondo becher con l aiuto della pattina. • Con l’ausilio di un agitatore di vetro, rendere omogenea la temperatura dell’acqua nel secondo becher.

• Immergere la provetta, contenente l’acido stearico fuso, nel secondo becher contenente 300 ml di acqua e misurare la temperatura ogni 30 secondi con il cronometro. L’acido stearico solidifica

Dati e loro elaborazione Tempo [s] Fusione dell’acido stearico Le celle colorate in giallo indicano la sosta termica. 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 Temperatura [°C] 18 19 19 22 25 28 32 35 39 42 45 48 51 52 54 54 55 56 56 56, 5 61 77

Temperatura [°C] 90 Fusione dell’acido stearico 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 200 400 600 Tempo [s] 800 1000 1200 1400

Tempo [s] Solidificazione dell’acido stearico Le celle colorate in giallo indicano la sosta termica. 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 Temperatura [°C] 72 60 56 54 53 53 52 52 51 50 50 49 47, 5 46 43 43 41 38, 5 36 34 33 32 31 30

80 Solidificazione dell’acido stearico 70 60 50 Temperatura [°C]40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Tempo [s] In questi grafici si può notare il cosiddetto “pianerottolo”, ovvero la sosta termica che è il fenomeno per cui la temperatura resta costante durante la transizione di fase. 800

Conclusioni Con questo esperimento abbiamo potuto verificare la curva di fusione e solidificazione dell’acido stearico, evidenziando principalmente le transizioni di fase.