LEGGE DELLE PROPORZIONI DEFINITE O DI PROUST

Cenni storici

Nel 1799 un chimico francese di nome Joseph Proust, fece degli studi approfonditi sulla composizione chimica della pirite. In particolare, trovò che i due elementi contenuti nel minerale erano il ferro e lo zolfo e che questi due erano presenti secondo un rapporto di massa fisso e costante. Nei campioni di pirite proveniente da diverse località, infatti, osservò che per ogni grammo di ferro erano sempre presenti 0,57 grammi di zolfo. Alle stesse conclusioni giunse determinando i rapporti di combinazioni in altri tipi di minerali constatando la stessa regolarità di comportamento. Tali considerazioni lo condussero ad enunciare la legge delle proporzioni definite (chiamata anche legge di Proust) ovvero:

Quando due sostanze si combinano per formare un composto, le loro masse si combinano in proporzioni definite e costanti “.

Vediamo, lavorando con diversi gruppi di alunni, come può essere verificata la legge delle proporzioni definite con una esperienza di laboratorio. A tal proposito si sfrutta la seguente reazione chimica:

Zn + 2 HCl → H2↑ + ZnCl2

Obiettivo

Verifica sperimentale della legge di Proust.

Materiali

  • Bilancia tecnica (sensibilità 0,01g e portata 1,4 Kg);
  • Beuta in vetro pyrex da 100 ml;
  • Piastra termica;
  • Pipetta da 10 ml;
  • Spatola.

Reagenti

  • Zinco in polvere;
  • Acido cloridrico 6M.

Valutazione dei rischi

L’uso di acido cloridrico concentrato (di cui è linkata la scheda di sicurezza) e di piastre riscaldanti prevede l’impiego dei principali dispositivi di protezione individuali come il camice, gli occhialetti protettivi, guanti termici. Lavorare utilizzando una cappa aspirante e in presenza degli insegnanti di laboratorio.

Procedimento

  •  Pesare una beuta da 100 ml, in vetro pyrex, vuota su di una bilancia tecnica e annotare il risultato della  misurazione su di una tabella;
  • Nella stessa beuta, dopo averla tarata su di una bilancia tecnica, versare, con una spatola, un quantitativo in grammi compreso tra 0,50 e 1,50 di zinco in polvere e riportare il valore in tabella;

    zinco-pesata
    Pesata dello zinco in polvere
  • Sotto cappa aspirante versare con una pipetta da 10 ml, facendo molta attenzione, circa 30 ml di acido cloridrico 6M e attendere che la reazione avvenga completamente. Si noterà sviluppo di bollicine di gas idrogeno e lo zinco lentamente passerà tutto in soluzione come cloruro di zinco (ZnCl2);
  • Avvenuta la reazione chimica, scaldare la beuta su di una piastra termica in modo da far evaporare completamente l’acqua e l’eccesso di acido cloridrico che non ha reagito;

    proust-essiccazione-2
    Evaporazione dell’acqua e dell’HCl in eccesso
  • Dopo qualche minuto si noterà sul fondo della beuta una polvere bianca di cloruro di zinco di cui si dovrà determinarne la massa;

    zncl2-a
    Formazione di zinco cloruro dopo evaporazione dell’acqua
  • Pesare di nuovo la beuta, ancora calda, contenente ZnCle riportare anche questo valore in tabella.

Tabella

Gruppo massa (g) beuta massa (g) zinco massa (g) (beuta + ZnCl2) massa (g) ZnCl2 massa (g) Cl Zn % Cl % rapporto massa Zn/Cl
1 54,93 0,52 56,05  1,12 0,60  46,43  53,57  0,866
 2  53,23 0,87  55,07  1,84 0,97  47,28  52,72  0,925
 3  58,78 0,98  60,93  2,15 1,17  45,58  54,42  0,838
 4  49,33  1,14  51,72  2,39 1,25  47,70  52,30  0,912
 5  47,44 1,20  49,97  2,53 1,33  47,43  52,57  0,902
 6  51,23 1,42  54,25  3,02 1,60  47,02  52,98  0,934
  • I valori riportati nella colonna “massa (g) ZnCl2” si ottengono sottraendo la massa della beuta (tara) alla massa della beuta + ZnCl2 (peso lordo).
  • La massa del cloro si ottiene dalla differenza tra la massa in grammi dello ZnCl2 (ottenuta dopo la reazione chimica) e la massa in grammi dello zinco pesata all’inizio dell’esperienza.
  • Le percentuali di Zn% si ottengono dal seguente calcolo:

Zn% = (massa Zn x 100) / massa ZnCl2 ;

stesso calcolo per la determinazione della percentuale del cloro:

Cl% = (massa Cl x 100) / massa ZnCl2.

Osservazioni

Come si può notare dai valori riportati in tabella, i rapporti tra la massa dello zinco e la massa del cloro, ottenuta dai vari gruppi di lavoro, oscilla da un minimo di 0,838 e un massimo di 0,925 con un valore medio di 0,896 che non si discosta molto dal valore teorico di 0,922. Tale considerazione è più evidente se si esamina il grafico nella figura sottostante.

grafico-rapp-comb-teo-sperim-b
Rapporti di combinazione sperimentali confrontati con quello teorico (0,922)

 Il valore 0,838, ottenuto dal gruppo 3, è leggermente più basso di quello teorico (0,922), probabilmente dovuto a qualche errore commesso durante lo svolgersi dell’esperienza, ma nel complesso possiamo affermare che i dati ottenuti sono accettabili per dimostrare la veridicità della legge di Proust.

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