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1 Laboratorio di chimica La goccia che scava il sasso Tutti i materiali esposti all aperto subiscono un lento degrado per opera degli agenti atmosferici. Negli ultimi decenni la presenza crescente nell atmosfera di sostanze inquinanti ha provocato una notevole accelerazione del degrado dei materiali naturali e delle opere realizzate dall uomo. I monumenti di Atene si sono deteriorati molto più negli ultimi anni, che non nei 2400 anni precedenti. Anche in Italia i danni alle opere d arte e agli edifici storici sono visibili a tutti: colonne e capitelli corrosi, busti di marmo privi di naso e di orecchi, ecc. Le cause del degrado delle opere in pietra sono di tipo diverso: chimico, meccanico, biologico. Alcuni monumenti, pur essendo stati realizzati nella stessa epoca, presentano livelli di degrado diversi. Per spiegare la diversa velocità della corrosione della pietra, esamineremo l aspetto chimico della corrosione dei monumenti. Molti edifici, monumenti e statue sono realizzati in marmo e altre pietre calcaree, che sono sensibili all attacco di sostanze acide. La loro corrosione è dovuta alla reazione tra il carbonato di calcio e le sostanze acide presenti nell acqua piovana e dovute all emissione di gas inquinanti nell atmosfera. Se la velocità di questa reazione aumenta, si avranno danni più rapidi e maggiori costi di manutenzione. Questa reazione, eseguita in laboratorio versando per esempio dell acido cloridrico al 5% sul carbonato di calcio, appare assai veloce; naturalmente i monumenti non si corrodono così velocemente. Perché? Quali fattori possono influire? Siete incaricati di studiare gli effetti nel tempo delle piogge acide su monumenti realizzati in pietra. Quali fattori possono influire sulla velocità del degrado? AVVERTENZE: indossare gli occhiali protettivi; lavarsi subito le mani, nel caso di contatto accidentale con le soluzioni acide; seguire le istruzioni dell insegnante nell utilizzo della bilancia tecnica; al termine della reazione, raccogliere le soluzioni acide nella caraffa dei reflui; 1

2 Fattori da prendere in esame: il la concentrazione dell acido la superficie di contatto tra la pietra e l acido la temperatura Prima parte: il Vengono presi in esame i due principali tipi di pietra impiegati nella realizzazione di monumenti: pietra calcarea (marmo), il cui costituente principale è il carbonato di calcio (CaCO 3 ), e pietra silicica (granito), il cui costituente principale è il diossido di silicio (SiO 2 ). Ponete un becher sulla bilancia tecnica e azzeratene la tara. Quindi inseritevi un piccolo pezzo di marmo, pesatelo e annotate il nell apposita tabella. Ripetete le stesse operazioni con un pezzo di granito, posto in un altro becher. Versate sulla prima pietra 50 ml di soluzione di acido cloridrico al 5%, misurati con il cilindro graduato e iniziate a cronometrare il tempo. Ogni tanto agitate la soluzione con la bacchettina. Trascorsi 4 minuti, estraete la pietra utilizzando il colino, lavatela con acqua distillata, asciugatela e ripesatela, per determinare quanta pietra è stata corrosa in quel determinato tempo. Annotate il nella tabella. Versate sulla seconda pietra la stessa quantità di acido e procedete come per la prima. Calcolate la velocità di reazione. Seconda parte: la concentrazione dell acido Operate in modo analogo a quello descritto nella sezione precedente, pesando due pezzetti di marmo, posti in due becher. Nel primo becher aggiungete 50 ml di acido cloridrico al 5%. Trascorsi 6 minuti, estraete la pietra utilizzando il colino, lavatela con acqua distillata, asciugatela e ripesatela. Annotate il in tabella. Nel secondo becher aggiungete 50 ml di acido cloridrico al 2% e procedete come per il primo. Terza parte: la superficie di contatto Per aumentare la superficie di contatto con l acido, il marmo viene spezzettato in frammenti sempre più piccoli. Avete a disposizione dei granuli di marmo e della polvere finissima di marmo. Ponete un becher sulla bilancia tecnica e azzeratene la tara. Quindi inseritevi 0,5-1 g di marmo in granuli, annotando il nella tabella. Aggiungete 50 ml di acido cloridrico al 5%, e cronometrate il tempo che intercorre tra l aggiunta dell acido e la fine della reazione (la reazione è terminata quando è cessata l effervescenza). 2

3 Pesate in un altro becher 0,5-1 g di polvere di marmo e procedete come per i granuli. La goccia che scava il sasso - Tabella dei risultati PROVA N. 1 (pietra consumata/tempo) PROVA N. 2 PROVA N. 3 suddivisione () 3

4 Quarta parte: la temperatura (prova condotta dall insegnante) L insegnante prepara due becher con 50 ml di acido cloridrico al 5% ciascuno. Riscalda una soluzione fino a circa 60 C, mentre l altra rimane a temperatura ambiente. Pesa (eventualmente incaricando uno studente) due pezzi di marmo. Il viene annotato dagli studenti. Misura con il termometro le temperature delle due soluzioni, le fa annotare agli alunni. Inserisce i pezzetti di marmo nell acido e cronometra il. Dopo 2 minuti, separa con il colino i pezzetti di marmo, li lava, asciuga e ripesa. Gli studenti annotano i pesi finali e calcolano le velocità di reazione. PROVA N. 4 suddivisione temperatura 4

5 La goccia che scava il sasso Informazioni aggiuntive per il docente di Scuola Media Attività In relazione all effetto delle precipitazioni acide sui materiali lapidei, viene studiata la velocità della reazione tra campioni di pietre e soluzioni acide. Obiettivi conoscere alcuni strumenti e operazioni tipici del laboratorio chimico; imparare ad osservare e ad effettuare misure relative a semplici fenomeni chimici; svolgere esperimenti in condizioni controllate, guidati dalle indicazioni poste dal problema; imparare a mantenere separate le variabili in gioco, in modo da poter studiare l effetto di ciascuna. La tematica affrontata si presta inoltre ad essere ripresa e sviluppata presso la scuola media, sia per l aspetto inquinamento/piogge acide, sia per la parte chimica (velocità di reazione), sia infine per l aspetto metodologico (studiare una variabile alla volta). Prerequisiti Compilazione di tabelle a doppia entrata. Percentuali. Grandezze e loro unità di misura (, volume, tempo, temperatura). Alcune norme generali di comportamento (es.: compiere soltanto le prove autorizzate, utilizzare soltanto le attrezzature previste, collaborare nel gruppo ecc.). Materiale utilizzato 1 cilindro graduato da 50 ml; 2 becher da 250 ml; 2 capsule di Petri in plastica contenenti pezzetti rispettivamente di marmo e di granito; 1 boccetta da 250 ml contenente acido cloridrico al 5% in ; 1 boccetta da 100 ml contenente acido cloridrico al 2% in ; una bacchettina-agitatore di vetro; un colino di plastica; una spruzzetta con acqua demineralizzata; bilancia tecnica; orologio / cronometro 5