Studio della fusione e della solidificazione di una sostanza

Materiali occorrenti:

Tiosolfato di sodio - Termometro 0-100 °C, div. 0.1 °C - Cronometro - Bunsen - Sostegni - Vetreria.

Esecuzione dell'esperienza:

Scopo dell'esperienza è lo studio analitico della fusione e della solidificazione di una sostanza e la graficazione dei risultati ottenuti. Si utilizza il tiosolfato di sodio
( Na₂S₂O₃ · 5H₂O ) per il suo basso punto di fusione, 47.5 °C.

Parte prima: fusione:

Si riempe a metà un provettone con il tiosolfato di sodio e nel sale si immerge completamente il bulbo del termometro; si fissa il termometro con un sostegno, in modo che il bulbo non possa toccare le pareti del provettone, si immerge questo in un becker da 800 mL pieno di acqua, sospendendolo con altro idoneo sostegno. Si pone il tutto su un treppiede con reticella amiantata posto sopra un bunsen, si accende questo con fiamma bassa, portando il sale alla temperatura di 40 °C. Giunti a questo valore si fa partire il cronometro, si agita costantemente l'acqua con una bacchetta e si rileva la temperatura ad intervalli di 30 secondi, annotandola sul foglio di esercitazione. Arrivati ad una temperatura di 60 °C si spegne il bunsen e si procede alla seconda parte dell'esperienza.

Parte seconda: solidificazione:

Si procede esattamente come nella prima parte, facendo partire il cronometro quando il termometro indica che il tiosolfato fuso ha una temperatura di 60 °C, ed effettuando rilevazioni ogni 30 secondi, fino a che la massa del sale non avrà raggiunto una temperatura di circa 30-35 °C. Si annotano anche questi valori sul foglio di esercitazione.

Parte terza: graficazione dei risultati:

Si prendono i risultati dell'esperienza di fusione e si riportano nelle ascisse di un grafico cartesiano i valori del tempo trascorso e nelle ordinate i valori delle temperature raggiunte dal sale. Si osserva che nel grafico la temperatura sale rapidamente, ma presenta una sosta, con appiattimento del grafico, in corrispondenza del valore di 47.5 °C ; in questo punto, infatti, pur continuando a somministrare calore, la temperatura resta costante. Infatti coesistono ancora gli stati solido e liquido e l'energia fornita serve a rompere le forze che formano il reticolo cristallino del sale; questa parte del grafico corrisponde alla sosta termica. Non appena tutto il tiosolfato di sodio si è liquefatto, la temperatura riprende a salire e con essa la curva del grafico.

Si prendono, infine, i valori dell'esperienza di solidificazione e si trattano in modo eguale; il grafico risultante è esattamemte il contrario del precedente, o, meglio, ne è l'immagine speculare; anche questo grafico presenta, al valore di 47.5 °C la sosta termica durante la quale l'energia termica ceduta dal sale fuso serve per riorganizzare il reticolo cristallino.

Nota operativa: per una buona riuscita dell'esperienza è necessario che termometro, provettone e becker siano assicurati in modo tale da non venire direttamente a contatto, che il riscaldamento sia lento e costante e che le letture siano tempestive e precise. Al posto del bunsen si può utilizzare una piastra riscaldante elettrica.

Grafico della fusione

Grafico della solidificazione

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