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I.T.I.S. “G.GALILEI” AREZZO

AREA di PROGETTO

Classe V Chimici a.s. 2009-2010

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I.T.I.S. Galileo Galilei, Arezzo

Anno Scolastico: 2009-2010

AREA di PROGETTO:

partecipazione al “Progetto Ponte Scuola-Università”

In collaborazione con: Università degli Studi di Firenze Dipartimento di Scienze della Terra Referente dell’ Università degli Studi di Firenze: Prof. Giannini Luciano Classe partecipante al progetto: V A specializzazione “Chimica” Docenti della classe partecipanti al progetto: Prof.sa Maria Luisa Cangeloni Prof. Oreste Scopanova. Studenti partecipanti al progetto: Annetti Luca

Balestri Giulio Benassi Francesca Capaccioli Luca Conti Jessica Crestini Giulia Gasparini Giovanni Geppetti Luca Guerrieri Alessandro Innocenti Riccardo Leprini Michela Maccherini Giacomo Manneschi Mattia Marzani Luca Picchioni Stefano Renzetti Amedeo Screnci Lorenzo Sorini Michele

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Il Progetto I destinatari del progetto Il progetto era aperto alle classi 4° e 5° delle 5 specializzazioni presenti nell’Istituto: Chimica, Elettrotecnica, Meccanica per i corsi di ordinamento ed Elettronica-Informatica e Biologia-Sanitaria per i corsi sperimentali. Descrizione del progetto e relativa finalità generale Il progetto ha avuto una duplice finalità: quella di accompagnare gli studenti ad una transizione più consapevole verso i corsi universitari e quella di offrire loro ulteriori opportunità. Il progetto prevedeva attività in parte comuni a tutti i corsi e in parte specifici per specializzazione. Obiettivi specifici Il contatto con la realtà universitaria è stato utile per mostrare sotto una luce diversa il problema del “conoscere”. È stato perseguito così l’obiettivo di mettere lo studente nella condizione di valutare le proprie conoscenze in relazione a quelle utili a livello universitario. È stato dunque stimolato il formarsi di “un’autonomia nell’approfondimento” attraverso un processo di consolidamento di ciò che hanno studiato al fine di accedere ad argomenti presentati come campi aperti di ricerca. Ciò che è stato proposto dal docente universitario aveva poi lo scopo di suggerire all’insegnante di scuola superiore quale tipo di preparazione ci si aspetta dallo studente matricola universitaria e,

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di rimando, il contatto del docente universitario con gli studenti al di fuori dei corsi istituzionali ha contribuito a chiarire come rimodulare i corsi iniziali per meglio accompagnare lo studente neo-iscritto. Attività Il progetto ha voluto rispecchiare le finalità dei corsi biologico-sanitario e chimico. Le attività previste tendevano a stimolare la curiosità e l’interesse alla prosecuzione degli studi, mettendo alla prova le capacità, le conoscenze e le attitudini degli studenti attraverso: -l’individuazione di un ambito attinente al corso di studi; -la costruzione di un breve percorso di lavoro/ricerca su indicazione dei docenti universitari; -lo svolgimento del lavoro sia in istituto che nel luogo oggetto di studio; -la conclusione con un prodotto finito presentato dagli studenti. Nell’ambito di studio del territorio, rivolto agli studenti dei corsi biologico-sanitario e chimico, il progetto prevedeva campionamenti ed analisi di fonti idriche, allo scopo di valutare e monitorare il loro stato esistenziale. Il lavoro è stato svolto in concomitanza in quanto, pur operando ogni gruppo nei propri campi, le conclusioni sono state frutto di interazione reciproche. In questa area di progetto è stato riportato solo il lavoro effettuato dalla classe V specializzazione “Chimica”.

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Scheda di campionamento acque superficiali

Data: 4 febbraio 2010

Condizioni ambientali:

Parametri esaminati

Monitoraggio delle acque del fiume Arno

in località:

Monitoraggio

fonte di Montione

Buon Riposo

Monte sopra Rondine

Monte sopra Rondine

( Arno-Chiana)

Posizione GPS

N 43°31’11” E 11°40’43”

N 43°30’10” E 11°47’33”

N 43°30’6” E 11°47’34”

N 43°28’46” E 11°50’57”

Altitudine

203,60 metri

248,47 metri

249,18 metri

280,96 metri

Pressione

998mmBar 998 mmBar 998 mmBar 994mmBar

Temperatura dell’acqua

6°C 7°C 9,7°C 12,8 °C

Temperatura dell’ambiente

11°C 12°C 12°C 13,4 °C

Condizioni

meteorologiche

nuvoloso nuvoloso nuvoloso nuvoloso

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Analisi Chimiche

Parametri esaminati

Località Montione

Conducibilità 3770 µS

pH 6,56

Solfati 14 ppm

Nitriti 0,058 ppm

Nitrati 12,8 ppm

Ammonio 3,6 ppm

Fosfati 2,35 ppm

Cloruri 98,75 ppm

Ferro 8,6 ppm

Rame 0,34 ppm

Durezza 7,25 °F

Alcalinità (HCO3

-) 45,3 ppm

COD 54,94 ppm

O2 42,4 ppm

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Analisi Chimiche

Affluenza Canale Maestro della Chiana nell’Arno

Canale Maestro della Chiana.

Parametri esaminati

Località

Monte Sopra

Rondine (Arno)

Monte Sopra

Rondine (Chiana)

Conducibilità 890 µS 890 µS

pH 8,28 8,23

Solfati 80 ppm 90 ppm

Nitriti 0,019 ppm 0,073 ppm

Nitrati 2,6 ppm 8,5 ppm

Ammonio 0,92 ppm 1,86 ppm

Fosfati 0,45 ppm 1,74 ppm

Cloruri 63,479ppm 63,479ppm

Ferro 1,2 ppm 0,91 ppm

Rame 0,44 ppm 1,09 ppm

Durezza 10,4 °F 9,35 °F

Alcalinità (HCO3

-) 326,3 ppm 349,2 ppm

COD 18,3 ppm 18,3 ppm

O2 6,47 ppm 81,5 ppm

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Analisi Chimiche

Parametri esaminati

Località

Buon Riposo

Conducibilità 420 µS

pH 8,46

Solfati 33 ppm

Nitriti 0,021 ppm

Nitrati 0,5 ppm

Ammonio 0,10 ppm

Fosfati 0,76 ppm

Cloruri 17,633 ppm

Ferro 0,07 ppm

Rame 0,02 ppm

Durezza 5,3°F

Alcalinità (HCO3

-) 217,7 ppm

COD 25, 64 ppm

O2 89,6 ppm

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Comparazione analisi chimiche

Parametri esaminati

Monitoraggio delle acque nel fiume Arno

in località:

Monitoraggio

fonte di Montione

Buon Riposo

Monte sopra Rondine

Monte sopra Rondine ( Arno - Chiana)

Conducibilità 420 µS 890 µS 890 µS 3770 µS

pH 8,46 8,28 8,28 6,56

Solfati 33 ppm 80 ppm 90 ppm 14 ppm

Nitriti 0,021 ppm 0,019 ppm 0,073 ppm 0,058 ppm

Nitrati 0,5 ppm 2,6 ppm 8,5 ppm 12,8 ppm

Ammonio 0,10 ppm 0,92 ppm 1,86 ppm 3,6 ppm

Fosfati 0,76 ppm 0,45 ppm 1,74 ppm 2,35 ppm

Cloruri 17,633 ppm 63,479 ppm 63,479 ppm 98,75 ppm

Ferro 0,07 ppm 1,2 ppm 0,91 ppm 8,6 ppm

Rame 0,02 ppm 0,44 ppm 1,09 ppm 0,34 ppm

Durezza 5,3°F 10,4 °F 9,35 °F 7,25 °F Alcalinità (HCO3

-) 217,7 ppm 326,3 ppm 349,2 ppm 45,3 ppm

COD 25, 64 ppm 18,3 ppm 18,3 ppm 54,94 ppm

O2 89,6 ppm 6,47 ppm 81,5 ppm 42,4 ppm

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Scheda di campionamento acque superficiali

Data: 31 maggio 2010 Monitoraggio delle acque nel fiume: Arno

Condizioni ambientali:

Parametri esaminati

Monitoraggio delle acque del fiume Arno

in località:

Monitoraggio

Chiana in località:

Buon Riposo Monte sopra

Rondine

Monte sopra Rondine

(Arno – Chiana)

Presso lago di Montepulciano

Ora prelievo 17:11 18:15 18:30 15:35

Posizione GPS N 43°31’11” E 11°49’42,5”

N 43°30’8,7” E 11°47’33,4”

N 43°31’11” E 11°49’42,5”

N 43°05’53,7” E 011°35’03.4”

Altitudine 202 m

205 m 205 m 251 m

Pressione

980 mmBar 981 mmBar 981 mmBar 975 mmBar

Temperatura dell’acqua

20,4 °C 21,7 °C 21,5 °C 25,8 °C

Temperatura dell’ambiente

25 °C 23 °C 23 °C 26 °C

Condizioni meteorologiche

Tempo sereno parzialmente

ventilato

Tempo sereno parzialmente

ventilato

Tempo sereno parzialmente

ventilato

Tempo sereno parzialmente

ventilato

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Analisi Chimiche

Parametri esaminati

Località Chiana-

Montepulciano

Conducibilità 665 µS

pH 7,59

Solfati 112 ppm

Nitriti 0,006 ppm

Nitrati 1,8 ppm

Ammonio 0,18 ppm

Fosfati 0,00 ppm

Cloruri 49,54 ppm

Ferro 0,31 ppm

Rame 0,10 ppm

Durezza 22,63 °F

Alcalinità (HCO3

-) 266,57 ppm

COD 235,57 ppm

O2 76,7 ppm

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Analisi Chimiche

Parametri esaminati

Località

Monte Sopra

Rondine (Arno)

Monte Sopra

Rondine (Chiana)

Conducibilità 306 µS 881 µS

pH 8,04 8

Solfati 60 ppm 66 ppm

Nitriti 0,096 ppm 0,090ppm

Nitrati 0,9 ppm 2,9 ppm

Ammonio 0,15 ppm 0,11 ppm

Fosfati 0,58 ppm 2,57 ppm

Cloruri 58,22 ppm 52,43ppm

Ferro 0,14 ppm 0,16 ppm

Rame 0,19 ppm 0,07 ppm

Durezza 24 °F 24 °F

Alcalinità (HCO3

-) 323,3 ppm 317,2ppm

COD 65,24 ppm 24,94ppm

O2 113,7 ppm 127 ppm

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Analisi Chimiche

Parametri esaminati

Località

Buon Riposo

Conducibilità 344 µS

pH 7,85

Solfati 28 ppm

Nitriti 0,010 ppm

Nitrati 1,9 ppm

Ammonio 0,03 ppm

Fosfati 0,03 ppm

Cloruri 11,75 ppm

Ferro 0,08 ppm

Rame 0,00 ppm

Durezza 14,6 °F

Alcalinità (HCO3

-) 167,75 ppm

COD 21,28 ppm

O2 97,8 ppm

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Comparazione analisi chimiche

Parametri esaminati

Monitoraggio delle acque del fiume Arno

in località:

Monitoraggio Chiana presso

il lago di Montepulciano

Buon Riposo Monte sopra

Rondine

Monte sopra Rondine ( Arno - Chiana)

Conducibilità 344 µS 306 µS 881 µS 665 µS

pH 7,85 8,04 8 7,59

Solfati 28 ppm 60 ppm 66 ppm 112 ppm

Nitriti 0,010 ppm 0,096 ppm 0,090ppm 0,006 ppm

Nitrati 1,9 ppm 0,9 ppm 2,9 ppm 1,8 ppm

Ammonio 0,03 ppm 0,15 ppm 0,11 ppm 0,18 ppm

Fosfati 0,03 ppm 0,58 ppm 2,57 ppm 0,00 ppm

Cloruri 11,75 ppm 58,22 ppm 52,43ppm 49,54 ppm

Ferro 0,08 ppm 0,14 ppm 0,16 ppm 0,31 ppm

Rame 0,00 ppm 0,19 ppm 0,07 ppm 0,10 ppm

Durezza 14,6 °F 24 °F 24 °F 22,63 °F

Alcalinità (HCO3

-) 167,75 ppm 323,3 ppm 317,2ppm 266,57 ppm

COD 21,28 ppm 65,24 ppm 24,94ppm 235,57 ppm

O2 97,8 ppm 113,7 ppm 127 ppm 76,7 ppm

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Metodiche utilizzate

Parametri esaminati

Strumenti o Metodiche

- Solfati - Nitriti - Nitrati - Ammonio - Fosfati - Ferro - Rame

Spettrofotometro portatile a monoraggio modello HACH

DR / 2010 precalibrato per oltre 120 misure colorimetriche

- Conducibilità

Conducimetro portatile

- pH

pHmetro portatile Hanna Instruments

- Cloruri - Durezza totale - Alcalinità - COD

Vedere metodiche allegate

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Determinazione dei cloruri

Metodo volumetrico secondo Mohr Reattivi: 1. Soluzione standard di AgNO3 0,01 N. La soluzione si prepara diluendo

una soluzione 0,1 N di nitrato di argento. 2. Indicatore: soluzione di K2CrO4 al 5%. Si prepara sciogliendo 50

grammi di cromato di potassio in un litro di acqua distillata. Procedimento: A 100 mL di acqua da analizzare si aggiungono 5 gocce della soluzione al 5% di cromato di potassio e si titola con la soluzione di nitrato d’argento 0,01 N fino a viraggio da giallo a giallo-rossastro. N.B. Il pH del campione da analizzare deve essere compreso tra 7,0 e 8,3. I risultati si esprimono in mg/L di ione cloruro.

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Determinazione della durezza totale

Esprime il contenuto dei sali di calcio e di magnesio contenuti nel campione di acqua. Reattivi occorrenti: 1. Soluzione titolata di E.D.T.A. 0,01 M. Si prepara sciogliendo 3,77 g di

EDTA sale bisodico in un litro di acqua distillata e determinandone il titolo usando MgSO4.7H2O come sostanza madre.

2. Soluzione tampone a pH 10. Sciogliere 70 g di cloruro di ammonio in acqua distillata, aggiungere 550 mL di soluzione di ammoniaca (d=0,92 g/mL) e portare il tutto ad un litro.

3. Indicatore: Nero Eriocromo T (NET) all’1%. Soluzione solida ottenuta mescolando intimamente 1 g di indicatore con 99 g di cloruro di sodio.

Procedimento A 100 mL di acqua in esame si aggiungono 10 mL di soluzione tampone a pH 10 ed una puntina di spatola di NET, si titola con la soluzione di EDTA 0,01 M fino a viraggio dell’indicatore da rosa ad azzurro. Se l’acqua in esame non contiene lo ione magnesio il viraggio dell’indicatore non è facilmente distinguibile per cui è necessario aggiungere un volume noto di una soluzione di solfato di magnesio 0,01 M tenendone poi conto nei calcoli finali. Calcoli Il risultato si esprime in gradi francesi (°F) che indicano i grammi di CaCO3 in 100 litri di acqua per cui: 1°F = 10 ppm di CaCO3. mg/L = V*M *PM*10 °F = V*M *PM = V*M *100 dove: V è il volume di EDTA usato nella prova M è la molarità dell’EDTA PM è la massa molare del carbonato di calcio (=100 g/mol)

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Determinazione del COD

Il COD rappresenta la misura dell’ossigeno necessario ad ossidare chimicamente le sostanze presenti in un campione, per mezzo di un ossidante forte in ambiente acido a caldo. 1. Principio del metodo

Il metodo prevede l’ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche, presenti in un campione d’acqua, mediante una soluzione di dicromato di potassio in presenza di acido solforico concentrato. L’eccesso di dicromato viene titolato con una soluzione di solfato di ammonio e ferro (II). La concentrazione delle sostanze organiche ed inorganiche ossidabili è proporzionale alla quantità di dicromato di potassio consumato. 4. Campionamento e conservazione del campione Per evitare eventuali perdite conseguenti ad ossidazione biologica delle sostanze organiche, il campione deve essere acidificato fino a pH=1÷2 con acido solforico conc. In ogni caso è consigliabile effettuare l’analisi il più presto possibile. Reattivi occorrenti: - Soluzione concentrata di dicromato di potassio (0,25 N)

Sciogliere 12,259 g di dicromato di potassio (K2Cr2O7), previamente essiccato per 2 ore a 105 °C, in acqua e diluire a 1000 mL in matraccio tarato.

- Acido solforico concentrato, H2SO4 (d=1,84) - Soluzione di 1,10-fenantrolina-solfato di ferro (II) (ferroina)

Sciogliere 1,485 g di 1,10-fenantrolina monoidrato, C12H8N2·H2O, in circa 80 mL di acqua. Aggiungere 0,695 g di solfato di ferro (II) eptaidrato, FeSO4·7H2O. Agitare sino a completa dissoluzione e diluire a 100 mL con acqua.

- Soluzione concentrata di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,25 N) Sciogliere 98 g di solfato di ammonio e ferro (II) esaidrato, FeSO4(NH4)2SO4·6H2O, in 500 mL di acqua. Aggiungere 20 mL di acido solforico concentrato, raffreddare e diluire a 1000 mL.

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Il controllo del titolo di questa soluzione viene effettuato con una soluzione di bicromato di potassio 0,25 N impiegando come indicatore una soluzione di fenantrolina.

- Soluzione diluita di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,025 N). Diluire a 1000 mL in matraccio tarato 100 mL della soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) 0,25 N. Il controllo del titolo della soluzione viene effettuato con una soluzione di dicromato di potassio 0,025 N

Procedimento Procedimento per acque con COD>50 mg/L Porre in un recipiente di vetro da 500 mL un campione di acqua di 50 mL, 5 mL di H2SO4 concentrato ed alcune sferette di vetro da ebollizione. Il recipiente deve essere raffreddato onde evitare eventuali perdite di sostanze volatili. Aggiungere 25 mL della soluzione 0,25 N di dicromato di potassio. Inserire il refrigerante ed iniziare la circolazione dell’acqua. Infine, lentamente ed agitando, versare 70 mL di acido solforico concentrato. Iniziare il riscaldamento e lasciare bollire per 2 ore. Interrotto il riscaldamento, lasciare raffreddare, lavare bene il refrigerante con acqua in modo da diluire il contenuto del recipiente fino ad un volume di 350-400 mL. Aggiungere 2-3 gocce di soluzione indicatrice di fenantrolina e titolare l’eccesso di dicromato con la soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) 0,25 N fino a viraggio del colore da blu-verde a bruno-rosso. Eseguire in parallelo una prova in bianco sostituendo i 50 mL di campione con 50 mL di acqua distillata. Calcoli La richiesta chimica di ossigeno (COD) viene calcolata applicando la seguente espressione (valida nel caso di assenza di diluizione del campione): COD = (v1 –v2)*N*8000/V dove: COD = richiesta chimica di ossigeno (mg/L); v1 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati nella prova in bianco;

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v2 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati per il campione; N = normalità della soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) impiegata; 8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il dato al volume di un litro; V = volume (mL) di campione di acqua usato per l’analisi.

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Determinazione dell’alcalinità

L’alcalinità è data da quelle sostanze che rendono il pH superiore a 7. L’alcalinità di un’acqua naturale è rappresentata fondamentalmente dal suo contenuto in carbonati, bicarbonati ed idrossidi; questa caratteristica dell’acqua viene determinata per mezzo della titolazione con un acido forte usando indicatori particolari a vari pH. Sono indicatori adatti il metilarancio il quale ha un punto di viraggio a pH 4,5 e la fenolftaleina a pH 8,3. Alcalinità alla fenolftaleina Esprime il contenuto di idrossidi e di metà dei carbonati. Reattivi: 1. Soluzione titolata di HCl 0,01 N 2. Indicatore: soluzione di fenolftaleina 0.1% in alcool etilico al 70% Procedimento A 100 mL di acqua in esame (oppure ad un’aliquota) si aggiungono due gocce di fenolftaleina e si titola con HCl 0,01 N fino a viraggio dell’indicatore da rosa ad incolore. Espressione del risultato Nelle nostre analisi non erano presenti idrossidi e carbonati perché il campione di acqua non si è colorato con la fenolftaleina.

Alcalinità al metilarancio L’alcalinità al metilarancio è quella totale, essendo dovuta a idrossidi, carbonati e bicarbonati. Reattivi: 1. Soluzione titolata di HCl 0,01 N 2. Indicatore: soluzione di metilarancio (sale sodico) 0,1% in acqua

distillata

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Procedimento A 100 mL di acqua in esame (oppure ad un’aliquota) si aggiungono due gocce di metilarancio e si titola con HCl 0,01 N fino a viraggio dell’indicatore dal giallo al rosso-arancio. Espressione del risultato Il risultato della prova si esprime in ppm di HCO3

-.

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Riflessioni sui risultati ottenuti

Dopo aver effettuato le varie analisi sui campioni di acque prelevate a Buon Riposo, Monte Sopra Rondine, Montione e Montepulciano, abbiamo comparato i vari risultati ottenuti, riscontrando notevoli differenze tra i prelievi del 4 febbraio 2010 e il 31 maggio 2010. Il valore più discusso è stato il COD, si può notare che c’è una notevole differenza nei vari campioni, in particolare in quello di Monte Sopra Rondine, dove il valore è aumentato di circa 3 unità in soli 3 mesi di differenza. La discordanza è forse dovuta alle diverse condizioni climatiche (il periodo antecedente al prelievo del 4 febbraio è stato molto piovoso e questo può aver favorito la diluizione delle acque), inoltre la flora è aumentata e il materiale organico nell’acqua è maggiore. Il COD del canale Maestro della Chiana alla sorgente al lago di Montepulciano risulta essere più alto del valore ipotizzato e del valore ottenuto alla foce. Alla sorgente del canale non sono presenti gli scarichi delle sostanze immesse dalle aziende, le quali generalmente rilasciano notevoli quantità di sostanze ossidabili. Dopo varie discussioni siamo giunti alla conclusione che questo valore “anomalo” è forse dovuto all’acqua rafferma per la presenza di una diga artificiale, inoltre durante il campionamento abbiamo notato un alone schiumoso che indica la presenza di materiale organico. Al momento del campionamento, di fatto erano presenti alcuni pescatori i quali, per far abboccare i pesci utilizzavano delle esche che possono aver alterato il valore del COD. Il valore anomalo della quantità di ossigeno disciolto nel campione di Monte Sopra Rondine del 4 febbraio è dovuto ad un errore dello strumento.