ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Leonardo da Vinci con sez. Commerciale annessa BORGOMANERO (NO) PIANO DI LAVORO. Anno Scolastico

Transcript

1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Leonardo da Vinci con sez. Commerciale annessa BORGOMANERO (NO) pag. 1 di 8 PIANO DI LAVORO Anno Scolastico Materia: ANALISI CHIMICA E STRUMENTALE Classe: V Sez. A Ind. CHIMICA, MATERIALI e BIOTECNOLOGIE Data di presentazione: 17/10/18 DOCENTE Catia Pantusa DOCENTE Fabrizio Leonardi OBIETTIVI D APPRENDIMENTO STANDARD MINIMI IN TERMINI DI CONOSCENZE E DI ABILITÁ:

2 - Conoscere le fondamentali norme di sicurezza. - Conoscere le caratteristiche e le modalità di impiego della vetreria di uso comune. - Conoscere le fondamentali metodiche analitiche. - Essere in grado di svolgere correttamente le operazioni legate alla preparazione degli standard e alle determinazioni quantitative e saper svolgere i calcoli stechiometrici. - Conoscere il principio di funzionamento e lo schema a blocchi degli strumenti utilizzati (con riferimento all analisi strumentale). pag. 2 di 8 OBIETTIVI TRASVERSALI E RUOLO SPECIFICO DELLA DISCIPLINA NEL LORO RAGGIUNGIMENTO: - Sapersi esprimere e comunicare nel linguaggio specifico della disciplina. - Saper analizzare la realtà che ci circonda. - Saper organizzare e collaborare nella esecuzione di un lavoro. - Saper sviluppare autonomia di giudizio e sapersi verificare e confrontare con gli altri. Gli obiettivi minimi sono indicati in carattere grassetto nella voce obiettivi. UNITA DIDATICA N 1 ANALISI DELLE ACQUE Prerequisiti Conoscenza dei concetti di: equivalente, normalità e molarità. Capacità di impostare e risolvere esercizi stechiometrici. Conoscenza della radiazione elettromagnetica e dello spettro elettromagnetico, dell interazione materia-energia, dell assorbimento e dell emissione. Conoscenza della spettrofotometria visibile ed UV nei suoi aspetti fondamentali. Teoria e legge di Lambert Beer. Strumentazione (schema a blocchi dello strumento, caratteristiche principali di sorgenti, monocromatori, rivelatori; strumenti mono e doppio raggio). Analisi qualitativa e particolare approfondimento dell analisi quantitativa. Metodo di analisi: retta di regressione anche con il metodo delle aggiunte Laboratorio: uso dello spettrofotometro UV-visibile e del PC; determinazione spettrofotometrica di uno o di due cationi; preparazione degli standard per analisi e costruzione della retta di regressione. Conoscenza della spettrofotometria UVvisibile nei suoi aspetti fondamentali test di Dixon costruzione della retta di taratura con il metodo dei minimi quadrati. CONTENUTI: - CLASSIFICAZIONE: modalità di classificazione delle acque ( idrologica, chimica, d utenza ) - CAMPIONAMENTO: modalità di campionamento e di conservazione delle acque - LEGISLAZIONE: normative sulla tutela delle acque; saper confrontare tra loro criticamente i limiti massimi consentiti per le diverse specie chimiche nelle acque potabili, minerali e reflue. - ANALISI CHIMICA: determinazione di parametri analitici aspecifici, specifici e microbiologici; in particolare parametri aspecifici associabili a processi redox visti in laboratorio (COD e BOD 5 ). DEFINIZIONE OBIETTIVI Conoscere le modalità di classificazione delle acque e le modalità di campionamento e di conservazione. Saper confrontare tra loro criticamente i limiti massimi consentiti per le diverse specie chimiche nelle acque potabili, minerali e reflue. Conoscere e saper eseguire le analisi relative alla determinazione dei parametri chimici, chimico-fisici e microbiologici delle acque minerali naturali. Conoscere le metodiche riferite alla determinazione dell ossigeno disciolto, del COD e del BOD 5 negli aspetti fondamentali. Saper spiegare e motivare le modalità d esecuzione. Saper interpretare le reazioni chimiche inerenti le metodiche trattate. Saper svolgere i calcoli stechiometrici e l elaborazione dei dati. Saper spiegare e motivare le modalità d esecuzione di tali metodiche. Saper interpretare le reazioni chimiche inerenti le analisi condotte. Saper elaborare matematicamente i dati acquisiti. Saper risolvere gli esercizi di stechiometria relativi agli argomenti trattati. Saper interpretare grafici e tabelle. Saper motivare le scelte riguardanti le condizioni sperimentali adottate. LABORATORIO - Metodi di campionamento - Determinazione volumetrica di O2 disciolto (metodo di Winkler) - Determinazione strumentale di O2 disciolto (misurazione con ossimetro) - Determinazione volumetrica e spettrofotometrica del COD di campioni incogniti (scelta della lunghezza d onda di lavoro, curva cinetica, preparazione campioni a C.O.D. noto e costruzione dell equazione di regressione in Excell) - Determinazione del BOD 5 - Misure di conducibilità specifica

3 pag. 3 di 8 - Indicazioni per lo smaltimento del cromo (VI) -Trattamento statistico dei dati e confronto fra i risultati ottenuti con il metodo volumetrico e quelli ottenuti con il metodo spettrofotometrico -Determinazione di NO 3, PO 3-4, Cr +6 in un campione di acqua. -Determinazione/identificazione di metalli pesanti in campioni di acqua mediante spettrofotometria di fiamma (esperienza dimostrativa) Tempo di attuazione : 50 ore UNITA DIDATTICA N 2 CROMATOGRAFIA Prerequisiti Conoscenza del concetto di equilibrio chimico, di polarità/apolarità delle molecole e interazioni intermolecolari; conoscenza delle proprietà e caratteristiche chimico-fisiche delle soluzioni e del principio della dissoluzione; conoscenza del concetto di idrofilicità e lipofilicità delle sostanze: la ripartizione di un soluto fra liquidi non miscibili; il coefficiente di riparizione K O/W. Saper esprimere la concentrazione di una soluzione in ppm. Conoscenze di base di chimica organica e di chimica/fisica. CONTENUTI: - Cromatografia: principio del metodo; tipi generali di cromatografia; utilizzo e descrizione della cromatografia - Meccanismi di separazione: descrizione delle separazioni cromatografiche (adsorbimemto, ripartizione, scambio ionico, esclusione) - Parametri fondamentali: t M,t R, V R, V M, t R, V R, fattore di ritenzione k. Relazione Vr /Tr, Kc, K - Selettività - Parametri che condizionano l analisi cromatografica: selettività, efficienza, risoluzione. Determinazione del numero dei piatti teorici di una colonna (N), determinazione di HETP (o H). Cause di allargamento delle bande. - Teoria della velocità - Teoria del non equilibrio di Giddings - Equazione di Van Deemter H = A + (B/u) + Cu e significato dei termini A,B,C. - Ottimizzazione dei parametri operativi per il miglioramento dell efficienza. - Controllo delle separazioni cromatografiche. - Determinazione dell asimmetria dei picchi (Fronting e Tailing) - Fasi stazionarie e fase mobile: criteri di scelta per la fase stazionaria e quella mobile - Tecniche di eluizione - Aspetti generali della cromatografia di adsorbimento e di scambio ionico DEFINIZIONE OBIETTIVI Conoscere i vari meccanismi di separazione cromatografia ed il principio del metodo e saper scegliere la metodica cromatografica appropriata all analisi quali e quantitativa di una matrice incognita. Conoscere i parametri fondamentali che caratterizzano la separazione cromatografica. Conoscere il concetto di selettività; comprendere il concetto di efficienza, le teorie e le equazioni correlate. Conoscere le caratteristiche delle principali fasi stazionarie e delle fasi mobili ed essere in grado di scegliere la coppia fase mobile-fase stazionaria in funzione delle caratteristiche della miscela da separare. Conoscere le tecniche di eluizione e gli aspetti fondamentali della cromatografia di adsorbimento e di scambio ionico. Tempo di attuazione : 20 ore UNITA DIDATTICA N 3 GASCROMATOGRAFIA Prerequisiti Riferirsi alla precedente U.D. CONTENUTI: - Generalità. Fattori che influenzano la gascromatografia: volatilità e stabilità termica; derivatizzazione chimica. - Fattori che determinano la ritenzione in gascromatografia. - Fasi stazionarie solide e liquide (legate e non); gas carrier.

4 pag. 4 di 8 - Colonne cromatografiche e criteri per la scelta della fase stazionaria e del tipo di colonna - Schema a blocchi - Sistemi d iniezione; forno e programmazione della temperatura - Rivelatori: TCD, FID, NPD, SCD, ECD - Trattamento del campione - Analisi qualitativa: identificazione dei componenti di una miscela. Indici di ritenzione di Kováts - Analisi quantitativa: metodo dell' altezza dei picchi, dell'area dei picchi (metodo semiquantitativo), taratura diretta, normaliz zazione interna; Standardizzazione Esterna e Standard Interno (metodo quantitativo). Curve di calibrazione. DEFINIZIONE OBIETTIVI: Conoscere il principio di funzionamento della tecnica analitica e lo schema a blocchi. Saper descrivere i componenti fondamentali e saper indicare le differenze che intercorrono tra uno strumento dotato di colonna tradizionale rispetto a quello dotato di colonna capillare aperta. Saper indicare vantaggi e svantaggi rispetto all'hplc e saper scegliere, in base alla matrice da analizzare, la tecnica cromatografica appropriata. Conoscere e saper utilizzare la metodica per l analisi quantitativa in GC. Saper interpretare grafici e cromatogrammi. Tempo di attuazione : 20 ore UNITA DIDATTICA N 4 HPLC Prerequisiti. Riferirsi alle U.D. 2 e 3 CONTENUTI: - Generalità. Fattori che influenzano la cromatografia liquida: requisiti dell analita ed efficienza della colonna - Caratteristiche generali della fase stazionaria e della fase mobile. Cromatografia di ripartizione, a scambio ionico, di esclusione dimensionale, di affinità. - Strumentazione: schema a blocchi - Pompe, sistemi di eluizione, colonne, rivelatori. - Analisi qualitativa e quantitativa (vedi GC). DEFINIZIONE OBIETTIVI Conoscere il principio di funzionamento della tecnica analitica e lo schema a blocchi. Saper descrivere i componenti fondamentali e saper indicare le principali differenze che intercorrono tra la gascromatografia e la cromatografia liquida. Saper mettere a punto una metodica HPLC in base alla matrice da analizzare. Saper interpretare grafici e cromatogrammi. Tempo di attuazione : 10 ore UNITA DIDATTICA N 5 ANALISI ELETTROCHIMICA Prerequisiti Riconoscere, in una reazione chimica, l agente ossidante e la specie riducente. Saper bilanciare equazioni chimiche di ossidoriduzione CONTENUTI - Chimica ed Elettricità. Introduzione ai metodi elettrochimici: principi generali, classificazione. - Celle Galvaniche - Potenziale dell elettrodo; potenziale di diffusione; potenziali standard. - Equazione di Nernst-. Calcolo del potenziale relativo dell elettrodo. Calcolo teorico della f.e.m. di una pila - Tipi di elettrodi - Calcolo della costante di equilibrio di una reazione redox; deduzione del potenziale standard. - Potenziometria: elettrodi di riferimento, elettrodi per la misura del ph, elettrodi per la misura del potenziale redox, elettrodi selettivi, dispositivi di giunzione liquida, strumenti per la misura del potenziale, del ph e del pione; misura dell attività e della concentrazione; misura del potenziale - titolazioni potenziometriche classiche, titolazioni potenziometriche con il metodo di Gran DEFINIZIONE OBIETTIVI

5 pag. 5 di 8 Conoscere fondamenti e fini dell elettrochimica. Saper motivare il funzionamento della pila Daniel con i modelli particellari. Sapere spiegare l utilità dell equazione di Nernst, conoscere il significato di ciascun termine, ricavarla a partire da ΔG. Saper classificare gli elettrodi di prima, seconda e terza specie; saper interpretare ed utilizzare la serie dei potenziali standard di riduzione. Calcolare la f.e.m. di un pila qualsiasi in condizioni standard e non; conoscere le proprietà ossidanti e riducenti dei sistemi redox ; saper calcolare la costante di equilibrio di una reazione redox; conoscere le caratteristiche degli elettrodi di misura e di riferimento più comuni e dell elettrodo a vetro. Conoscere quali sono i limiti di applicabilità dei potenziali standard di riduzione; saper spiegare il funzionamento di una pila chimica e di una pila a concentrazione. Conoscere il principio di funzionamento di una cella elettrolitica e le differenze esistenti con la cella galvanica. Conoscere le due leggi di Faraday. Saper spiegare come varia la tensione di decomposizione in funzione delle caratteristiche della cella elettrolitica; saper spiegare che cosa si intende per polarizzazione chimica; saper comprendere i fattori che influiscono sulla sovratensione; saper spiegare come si determina la tensione di scarica; saper determinare il potenziale catodico ed anodico di scarica. Conoscere alcune applicazioni dell elettrolisi in campo industriale; conoscere quali sono i tipi di corrosione e da cosa sono provocati, saper spiegare il meccanismo che sta alla base della corrosione galvanica e come può essere evitata; saper spiegare i processi di protezione dalla corrosione. Conoscere il principio di funzionamento di un phmetro portatile e relative funzioni (Ph, Mv, C). Saper utilizzare al meglio la strumentazione richiesta e saper titolare un campione incognito LABORATORIO -Taratura del phmetro -Titolazione potenziometrica classica con determinazione grafica di Ve -Determinazione dello ione bicarbonato in acque minerali e ambientali: principio del metodo, curva di titolazione Mv/ml; determinazione di p.e. con il metodo della derivata prima e della derivata seconda. Elaborazione dati: determinazione dell errore % nella misurazione del contenuto di ione bicarbonato in campioni a concentrazione nota. Calcolo della precisione della misura. -Determinazione dei fosfati idrosolubili in un concime -Titolazione di 10 ml di soluzione acquosa di HCl 0,1N con una soluzione acquosa di NaOH; determinazione dell esatto titolo di una soluzione acquosa di NaOH circa 0,5N con una soluzione acquosa di HCl 1,0N -Determinazione conduttimetrica degli ioni Cl - con soluzione di AgNO 3 preventivamente standardizzata con soluzione a ti tolo noto di NaCl. Tempo di attuazione: 20 ore Sono previste, inoltre, alcune tra le seguenti esperienze di laboratorio (per un totale di circa 100 ore) che verranno intercalate alla trattazione teorica delle unità didattiche 2, 3 e 4. POTENZIOMETRIA E CONDUTTIMETRIA - Misura del ph - Determinazione del contenuto di bicarbonato in un campione di acqua mediante titolazione potenziometrica con individuazione del punto di equivalenza utilizzando il metodo della derivata prima e seconda - Determinazione dei cloruri in un campione di acqua mediante titolazione conduttimetrica SPETTROFOTOMETRIA UV-VISIBILE - Determinazione dei fosfati idrosolubili e citrosolubili in un concime - Determinazione del Ferro in un campione di caffè, cioccolato o cacao. GASCROMATOGRAFIA - Determinazione del metanolo nei distillati alcolici e nei vini - Separazione di due coloranti (blu di metilene/fluoresceina) - Separazione degli acidi del burro ANALISI DEI VINI - Determinazione dell acidità totale (vedi titolazioni potenziometriche) - Determinazione del titolo alcolometrico mediante ebulliometro di Malligand - Determinazione del titolo alcolometrico mediante aerometria ( alcolometro di Gay-Lussac )

6 pag. 6 di 8 METODI DI INSEGNAMENTO APPROCCI DIDATTICI, TIPOLOGIA DI ATTIVITÁ E MODALITÁ DI LAVORO: - Lezione frontale - Attività di laboratorio (operazioni individuali e a gruppi) - Discussione situazioni pratiche - Esercizi applicativi di calcolo legati alla verifica delle quantità di reagenti impiegati - Discussione collettiva assistita dei procedimenti analitici proposti; esercizi di calcolo legati alla preparazione delle soluzioni analitiche; verifica attraverso il calcolo stechiometrico delle quantità di reagenti impiegati nell'esecuzione dei procedimenti; interpretazione del testo delle metodiche analitiche; verifica dei dati. - Interpretazione del testo - Ricerca autonoma STRUMENTI DI LAVORO LIBRI DI TESTO: - " ELEMENTI DI CHIMICA STRUMENTALE- ANALISI CHIMICA DEI MATERIALI. Cozzi, Protti, Ruaro. Zanichelli editore. - " ELEMENTI DI CHIMICA STRUMENTALE- TECNICHE DI ANALISI CON ESTENSIONE DIGITALE Cozzi, Protti, Ruaro. Zanichelli editore. - " Tabelle per analisi chimiche e chimico fisiche. Kuster Thiel. Hoepli editore. - FONDAMENTI DI CHIMICA FISICA. Pasquetto, Patrono. Zanichelli editore. - " LE BASI DELLA CHIMICA ANALITICA Rubino, Venzaghi, Cozzi. Zanichelli editore. TESTI DI LETTURA, DI CONSULTAZIONE, DISPENSE, FOTOCOPIE TESTI DELLA BIBLIOTECA SCIENTIFICA, MANUALI, METODICHE E CATALOGHI SPECIALI- STICI APPUNTI SUSSIDI AUDIOVISIVI, INFORMATICI E/O LABORATORI (modalità e frequenza d uso: sussidi audiovisivi : per la presentazione di tematiche e/o approfondimenti). LABORATORIO: uso sistematico del laboratorio per la realizzazione delle attività precedentemente indicate e comunque previste per il corso di analisi. VERIFICA E VALUTAZIONE STRUMENTI PER LA VERIFICA FORMATIVA (controllo in itinere del processo di apprendimento): - Durante lo svolgimento di ciascuna U.D. si prevedono verifiche formative orali la cui valutazione sarà di tipo orientativo. - Esercizi di calcolo con correzione collettiva - Esposizione da parte di alcuni studenti dei contenuti essenziali della lezione precedente. STRUMENTI PER LA VERIFICA SOMMATIVA (controllo del profitto scolastico ai fini della valutazione): - Prove scritte e/o orali riguardanti gli aspetti teorici ed esercizi di calcolo.

7 pag. 7 di 8 - Prove pratiche: determinazioni quali/ quantitative. Misurazioni dell'apprendimento di abilità procedurali e acquisizione di capacità di interpretazione. Stesura di schede tecniche relativa alle analisi proposte. NUMERO DELLE VERIFICHE SOMMATIVE PREVISTE PER OGNI PERIODO: - primo quadrimestre: n 3 verifiche di teoria (in forma scritta o orale) e n 3 verifiche pratiche -secondo quadrimestre: n 3 verifiche di teoria (in forma scritta o orale) e n 3 verifiche pratiche. Per la valutazione seguire lo schema allegato. Le valutazioni sommative di fine quadrimestre si baseranno sulla conoscenza e comprensione di più della metà degli argomenti proposti e si fonderanno anche sui seguenti elementi di giudizio: - apprendimento: livello di partenza e "attuale"; - partecipazione; - metodo di studio; - impegno e rispetto delle scadenze; - atteggiamento nei confronti del lavoro didattico (attenzione alle lezioni, impegno e puntualità nel lavoro), frequenza alle attività scolastiche CRITERI SEGUITI PER LA VALUTAZIONE DELLE PROVE: CRITERI DI VALUTAZIONE Il livello di apprendimento conseguito è misurato usando l intera scala da 1 a 10, seguendo le indicazioni fornite qui di seguito Variabile: CONOSCENZA. Indicatori: - contenuti; - argomenti trattati; - principi; - linguaggio, terminologia. Livelli - nessuna conoscenza o conoscenze gravemente errate voto: 13 - conoscenze frammentarie e lacunose voto: 4 - conoscenze carenti e superficiali voto: 5 - conoscenze complete con qualche imperfezione voto: 6 - conoscenze complete ma non approfondite voto: 7 - conoscenze complete e approfondite voto: 8 - conoscenze complete, approfondite e ampliate voto: 9-10 Variabile: COMPRENSIONE. Indicatori: - capacità di cogliere il senso e di interpretare; - ridefinire un concetto; - cogliere implicazioni; - determinare correlazioni; - utilizzare dati o idee contenuti nella informazione. Livelli: - non ha alcuna capacità di comprensione o commette gravi errori voto: 13 - commette errori diffusi voto: 4 - commette qualche errore anche nella esecuzione di compiti semplici voto: 5 - sa cogliere il senso e interpretare correttamente i contenuti semplici voto: 6 - sa interpretare e ridefinire un concetto voto: 7 - sa cogliere implicazioni e determinare correlazioni ma è impreciso voto: 8 - sa cogliere implicazioni e determinare correlazioni con precisione voto: 9-10 Variabile: APPLICAZIONE E GENERALIZZAZIONE. Indicatori: - saper applicare le conoscenze in situazioni note; - collegamenti-classificazioni;

8 - argomentazioni (saper dimostrare); - capacità di passare dal particolare all'universale; - attuare astrazioni. Livelli: - non riesce ad applicare le conoscenze minime voto: 13 - commette gravi errori nell'applicazione voto: 4 - sa applicare le conoscenze in compiti semplici ma commette errori voto: 5 - sa applicare le conoscenze in compiti semplici senza errori voto: 6 - sa applicare i contenuti e le procedure in compiti complessi ma con imprecisioni voto: 7 - sa applicare i contenuti e le procedure in compiti complessi in modo corretto voto: 8 - sa applicare i contenuti e le procedure acquisiti anche in compiti complessi e in modo ottimizzato (procedure migliori) voto: 9-10 pag. 8 di 8 -ANALISI: 1) non è in grado di effettuare alcuna analisi voto: 13 2) è in grado di effettuare analisi parziali voto: 45 3) sa effettuare analisi complete ma non approfondite voto: 67 4) sa effettuare analisi complete e approfondite ma con incertezze voto: 89 5) è capace di cogliere in modo autonomo gli elementi di un insieme e di stabilire relazioni tra essi voto: 10 - SINTESI: 1) non ha la conoscenza e le capacità operative per effettuare alcuni sintesi voto: 13 2) è in grado di effettuare una sintesi parziale e imprecisa voto: 45 3) sa sintetizzare ma con incertezze voto: 67 4) ha acquisito autonomia nella sintesi che però risulta incompleta voto: 89 5) sa organizzare in modo completo e autonomo le conoscenze e le capacità operative acquisite voto: 10 - VALUTAZIONE: 1) non è capace di autonomia di giudizio voto: 13 2) orientato è in grado di effettuare valutazioni non argomentate voto: 45 3) orientato è in grado di effettuare valutazioni argomentate voto: 67 4) è in grado di effettuare valutazioni autonome con argomentazioni parziali voto: 89 5) è capace di valutazioni autonome con argomentazioni esaurienti voto: 10