Edició 2011 revisada per:

Francesc A. Centellas MasuetJosep J. Centelles SerraErnesto Nicolás GalindoElisabet Rudé Payró

Fem química al laboratoriRecull d’experiments

Fem

quí

mic

a al

lab

orat

ori

Recu

ll d’

expe

rim

ents

9 788447 535439

Mides: 170 x 240 mm. Llom: 8 mm

Taula periòdica dels elements

ISBN 978-84-475-3543-9

Edició 2011 revisada per:

Francesc A. Centellas MasuetJosep J. Centelles SerraErnesto Nicolás GalindoElisabet Rudé Payró

Fem química al laboratoriRecull d’experiments

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 3 21/12/11 08:37

Universitat de Barcelona. Dades catalogràfiques

Fem química al laboratori : recull d'experiments

A la contracoberta: Facultat de Química. Universitat de Barcelona ISBN 978-84-475-3543-9

I. Centellas Masuet, Francesc A. II. Universitat de Barcelona Facultat de Química III. Títol: Recull d'experiments 1. Química 2. Batxillerat 3. Manuals de laboratori

Reserva de jornadesPersona de contacte: Jaume Granell (jaumegranell@ub.edu)

Pàgina web de les jornades «Fem química al laboratori»http:/www.ub.edu/futursinousestudiants/http:/www.ub.edu/quimica/

© Publicacions i Edicions de la Universitat de BarcelonaAdolf Florensa, s/n08028 BarcelonaTel.: 934 035 530Fax: 934 035 531comercial.edicions@ub.eduwww.publicacions.ub.edu

Disseny Quim DuranFotografia de la coberta Jaume Farràs

ISBN 978-84-475-3543-9Dipòsit legal B-40.741-2011Impressió i relligat Gráficas Rey

És rigorosament prohibida la reproducció total o parcial d’aquesta obra. Cap part d’aquesta publicació, inclòs el disseny de la coberta, no pot ser reproduïda, emmagatzemada, trans-mesa o utilitzada per cap mitjà o sistema, sense l’autorització prèvia per escrit de l’editor.

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 4 21/12/11 08:37

ÍNDEX

Pròleg 7

L’activitat«Femquímicaallaboratori» 9

Relaciódelprofessoratientitatscol·laboradores 11

Laquímicailavida 13

ElsensenyamentsalaFacultatdeQuímica 17•GraudeQuímica 18•Graud'EnginyeriaQuímica 20•Graud'EnginyeriadeMaterials 22

Laseguretatallaboratoriquímic 25

Materialdelaboratori 29

Lagestiódelsresidusallaboratoriquímic 33

Reculld’experiments 37 1.Femreaccionsapetitaescala 39 2.Aigüesdures,aigüesblanes 43 3.Treureunataca 50 4.Eldetectiuquímic 53 5.Elracódelfred 62 6.Elracódelcolor 67 7.Caigudalliureenunmediviscós 75 8.Destil·laquedestil·laràs 80 9.Posa’tlespiles 87 10.Electronsenacció 95 11.Delsmineralsalsmetalls 104 12.Identifiquemanalgèsics 112 13.Il·lumineml’escenadelcrim 119 14.Colorants 126 15.Materialssintètics 131

Entreteniments 139

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 5 22/12/11 08:19

Pròleg

Aquest llibre presenta diversos experiments de química pensats específicament per a l’alumnat de batxillerat i de primer curs de facultat.

Després d’una primera part en la qual es fa un breu esment de l’interès i la im-portància de la química en la vida quotidiana, es comenten els aspectes bàsics de la seguretat al laboratori, i també la gestió i el tractament dels residus que es generen en el decurs del treball experimental.

Feta aquesta introducció, el llibre presenta un conjunt d’experiments de labo-ratori pensats per a estudiants de primer any de facultat que igualment poden ser adequats per a estudiants de batxillerat de les modalitats de Tecnologia i de Ciències de la Naturalesa i de la Salut. Aquests experiments han estat concebuts d’acord amb els criteris següents:

• que els puguin realitzar els estudiants de manera autònoma, • que es puguin realitzar en un temps relativament curt (uns 30 minuts), • que tinguin una perillositat molt baixa, • que, en la mesura del possible, permetin relacionar els productes químics em-prats amb productes d’ús quotidià.

La nostra experiència personal de deu anys consecutius, realitzant pràctiques de laboratori amb més de 12.000 estudiants de primer i segon de batxillerat a la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona, ens ha demostrat que el nivell dels expe-riments proposats en el llibre és prou adequat i que són suficientment atractius per apropar els estudiants a la química experimental.

En aquest sentit, volem donar les gràcies al professorat de la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona i al professorat i a l’alumnat dels centres de batxillerat que han visitat la nostra Facultat per fer l’activitat Fem química al laboratori, atès que els seus comentaris i suggeriments ens han ajudat a millorar els continguts d’aquest llibre i a ampliar el nombre d’experiments proposats.

Els autors

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 7 22/12/11 08:20

9

l’ACTIVITAT «FEM QUÍMICA Al lABOrATOrI»

L’activitat «Fem química al laboratori» va néixer el gener del 2001 a partir d’una ini-ciativa de la Gemma Fonrodona i en Jaume Granell. Per aquelles dates, aquests pro-fessors, juntament amb la Montse Corbella, la Carme González, l’Ernesto Nicolás i en Francesc Centellas, amb el suport del Deganat de la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona, van adaptar quatre pràctiques de laboratori de primer any de llicenciatura amb la finalitat d’oferir als centres de secundària de Barcelona i el seu àmbit metropolità la possibilitat que els estudiants de batxillerat poguessin visitar i conèixer la nostra facultat, viure per una jornada l’ambient universitari i, de passada, realitzar unes quantes pràctiques de química, tot aprofitant els recursos que es posa-ven al seu abast.

L’any 2004, amb la finalitat de mantenir ben viva l’activitat Fem química al labo­ratori, potenciar una nova via de comunicació entre el professorat de secundària i col·laborar amb la Facultat en la millora del procés d’incorporació dels estudiants de primer any, la majoria dels professors que interveníem en l’activitat vam preparar la documentació per ser reconeguts com a grup d’innovació docent (GID). El reconei-xement s’obtingué l’any 2005 i des de l’any 2007 el nostre grup és un dels grups d’in-novació docent consolidats (GIDC). Darrerament, un bon nombre dels professors del nostre GIDC han col·laborat de manera molt decisiva, al costat del nostre Deganat i d’altres professors, en el disseny i la posada en marxa de les matèries que es cursen en el primer any dels nous graus de la nostra Facultat.

Passats més de deu anys del seu naixement, gràcies a la il·lusió dels més de trenta professors que ara porten a terme l’activitat i a la bona feina feta, Fem química al labora­tori ha esdevingut una fecunda realitat. En l’actualitat ja són més de 1.300 els alumnes de batxillerat que ens visiten a començament d’any per realitzar l’activitat i els princi-pals mitjans de comunicació del país se n’han fet ressò. D’altra banda, diverses univer-sitats catalanes i de la resta de l’Estat han començat a organitzar activitats semblants.

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 9 21/12/11 08:37

fem química al laboratori

10

Quan s’iniciï l’activitat Fem química al laboratori al mes de gener, els estudiants de batxillerat tindran al seu abast aquest llibre, amb les catorze pràctiques de labo-ratori que hem anat realitzant en el decurs dels anys, i una més que hem incorporat enguany. Com hem fet fins ara, al llarg de l’activitat l'alumnat de batxillerat que ens visitin, en una sessió d’unes tres hores i amb l’ajut del professorat de la Facultat, rea-litzaran per si mateixos quatre pràctiques de laboratori, se’ls introduirà en les normes més elementals de seguretat i en la gestió i el tractament correctes dels residus ge-nerats al llarg de l’activitat.

Ens agradaria que tots els que vingueu a passar una jornada amb nosaltres mar-xéssiu pensant que Fem química al laboratori us ha resultat una activitat profitosa i interessant i que, en qualsevol cas, ens indiquéssiu les mancances detectades i tam-bé els vostres suggeriments per tal de poder millorar en els propers anys. També ens agradaria, de passada, que us emportéssiu a casa vostra una idea de la química molt més ajustada a la realitat de la que, sovint, es presenta en alguns mitjans de comuni-cació social.

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 10 21/12/11 08:37

recull d’experiments

57

4. El detectiu químic

Identificació de solucions desconegudesPràctica dissenyada i preparada per: Francesc A. Centellas, Montserrat Corbella, Gemma Fonrodona, Jaume Granell, Carmen González i Ernesto Nicolás

IntroduccióA vegades ens podem trobar ampolles o flascons que, pel fet que els ha saltat l’eti-queta o per culpa d’haver perdut el marcatge del retolador de vidre, no sabem el que contenen. En aquests casos, cal fer una tasca detectivesca per poder identificar-ne el contingut o, almenys, conèixer-ne les propietats i poder manipular els productes de la manera més adequada i amb seguretat. Per tal d’evitar problemes posteriors a l’hora de reconèixer els flascons no etiquetats, és molt important etiquetar sempre el material de laboratori.

Davant d’un producte desconegut, cal seguir unes normes de seguretat amb la finalitat de protegir-nos i prevenir accidents.

a) Mai no tastarem cap producte desconegut. b) Evitarem el contacte del producte desconegut amb la pell.c) Quan olorem un producte desconegut, ho farem amb molta precaució, ja que

no sabem si l’olor és molt forta o si el producte pot ser irritant o perjudicial per a la salut.

Les eines bàsiques que ha d’utilitzar un bon detectiu químic per identificar el contin-gut d’una ampolla mal etiquetada, o no etiquetada, són les següents:

Observació de les característiques físiques de la solució: aspecte físicL’aspecte físic és el conjunt de propietats que podem identificar amb els nostres sen-tits, sense la intervenció d’aparells de mesura:

• Color i olor • Fluïdesa / espessor • Transparència / opacitat • Altres propietats: per exemple, si en sacsejar-lo suaument es veuen petites bombolles vol dir que hi ha un gas dissolt.

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 57 21/12/11 08:38

fem química al laboratori

58

Anàlisi de les característiques químiques de la solucióUn cop feta l’observació inicial de l’aspecte físic del producte, el pas següent consisti-rà a fer un estudi més detallat de les seves propietats químiques:

• Establir el caràcter àcid / bàsic / neutre de la solució:

Ho podem fer amb l’ajut del paper indicador, amb un pHmetre o per addició d’indi-cadors (substàncies que presenten un color diferent en funció del pH del líquid). En cas que vulguem conservar la mostra per tal d’efectuar altres estudis, cal utilitzar mètodes conservatius (pHmetre) o bé utilitzar una alíquota de la mostra per mullar el paper indicador o afegir l’indicador.

• Determinar la conductivitat elèctrica de la solució:

Si la solució és conductora voldrà dir que té ions que fan possible el pas del corrent elèctric. Els conductímetres mesuren aquesta capacitat de conducció i ens indiquen la presència d’ions en la solució.

• Estudiar l’efecte de la llum UV:

Hi ha alguns compostos que manifesten el fenomen de la fluorescència (emissió de llum visible) quan es posen sota llum UV. Aquests compostos es poden identificar sota una làmpada de llum UV.

ObjectiusIdentificar el contingut de diverses ampolles amb solucions desconegudes. Per identi-ficar les solucions d’aquestes ampolles ens basarem en l’observació d’algunes propie- tats físiques (color, fluïdesa, transparència, gasos dissolts) i en les propietats quími-ques (pH, conductivitat, fluorescència sota la llum UV).

Per tal d’assolir aquest objectiu disposarem d’un pHmetre, un conductímetre i una làmpada UV.

Procediment experimentalTenim vuit ampolles (numerades de l’1 al 8), amb vuit solucions desconegudes, i les vuit etiquetes que us indiquem a continuació per retolar-les:

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 58 21/12/11 08:38

recull d’experiments

59

Hem de fer correspondre cada etiqueta amb la corresponent solució problema de cada ampolla.

Algunes dades útils per realitzar la identificació

• El vinagre és una solució aquosa d’àcid acètic (pH àcid). • Les begudes de cola contenen àcid fosfòric que, de fet, és l’additiu E-338 (pH àcid). • El lleixiu és una solució bàsica d’hipoclorit de sodi (pH bàsic). • L’aigua de mar conté sals en solució, sobretot clorur de sodi, cosa que fa que presenti una conductivitat elèctrica elevada. • L’aigua tònica conté àcid cítric (pH àcid) i quinina, un alcaloide que manifesta fluorescència. • Molts refrescos contenen CO2 dissolt.

Com identificaríeu les vuit solucions de les ampolles?

Una de les tasques de l’investigador és planejar els experiments per tal d’assolir els objectius que pretén. Per això els components d’un grup de recerca discuteixen entre ells quina és la millor estratègia per assolir el resultat final.

L’objectiu del detectiu químic és identificar les vuit solucions desconegudes. Amb les dades anteriors i els aparells de què disposeu, discutiu entre vosaltres per tal de trobar conjuntament un esquema que permeti identificar les vuit solucions desconegudes.

Possible esquema per identificar les vuit solucions

A continuació, presentem un possible esquema per identificar les vuit solucions des-conegudes. Identifiqueu en l’esquema quina etiqueta hauria de tenir cada una de les solucions numerades de l’1 al 8:

aigua destil·lada aigua amb gas

aigua tònica te lleixiu

vinagre aigua de mar beguda de cola

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 59 21/12/11 08:38

fem química al laboratori

60

Qüestions1. Entre els dos esquemes (el que heu pensat vosaltres i el proposat a la pràcti-

ca), quin dels dos té un nombre més petit de passos?

2. Indiqueu el pH de les solucions següents:Llet:

àcid oneutre obàsic o

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 60 21/12/11 08:38

recull d’experiments

61

Aigua amb gas:àcid oneutre obàsic o

Aigua sense gas:àcid oneutre obàsic o

3. A què és degut el pH de l’aigua amb gas (solució de CO2 en aigua)?

Seguretat i residusEn aquest experiment no es generen residus que requereixin una gestió o un tracta-ment especials.

13875_Interior Fem Quimica maquetat.indd 61 21/12/11 08:38