Determinazione della percentuale di ossigeno nell'aria

L'aria che respiriamo è una miscela gassosa composta da vari elementi: l'azoto e l'ossigeno, rispettivamente pari al 78% e al 20,95% in volume, sono i due componenti principali dell'atmosfera. L'azoto è un gas incolore, inodore e inerte, in quanto non partecipa ai processi vitali, a differenza dell'ossigeno, necessario per la respirazione degli esseri viventi. L'ossigeno presente nell'aria è quasi interamente di origine biologica, in quanto viene prodotto dagli organismi autotrofi grazie alla fotosintesi clorofilliana. Il restante 1% è costituito da argon, anidride carbonica, altri gas quali neon, kripton, xenon, idrogeno ed altri ancora. L'elemento dell'aria che più ci riguarda è l'ossigeno che prende posto in uno dei processi fondamentali alla vita, la respirazione.

Durata: 45'

Scopo:

Verificare sperimentalmente la percentuale di ossigeno presente nell'aria.

Teoria:

L'ossigeno presente all'interno del pallone di vetro reagisce con l'alcol etilico durante la combustione secondo la seguente reazione:

C₂H₅OH + 3O₂ + 12N₂ → 2CO₂ +3H₂O + 12N₂

L'ossigeno consumato nella prima parte di reazione lascia uno "spazio vuoto" all'interno del pallone che sarà quindi occupato dalla risalita dell'acqua colorata lungo il tubicino e poi nel pallone. Il volume del liquido risalito sarà quindi equivalente al volume di ossigeno consumato e facilmente misurabile mediante un cilindro graduato.

Materiale:

• Cotone 
• Alcol etilico 
• Acqua colorata

Strumenti:

• Pallone di vetro da 500 ml 
• Cilindro graduato 
• Beuta da 250 ml 
• Pinza di Mohr 
• Tappi di gomma forati 
• Tubicini di vetro 
• Raccordo in gomma 
• Fiammiferi

Procedimento:

1. Determinare il volume del pallone misurando con il cilindro graduato la quantità d’acqua che può contenere. 
2. Asciugare perfettamente l’interno del pallone (se possibile con un getto d’aria compressa). 
3. Montare il pallone sulla beuta contenente l'acqua colorata utilizzando due tappi di gomma forati connessi da due tubicini di vetro uniti nel mezzo dal tubicino in gomma dove andrà posizionata la pinza di Mohr 
4. Togliere il pallone per posizionare un batuffolo di cotone imbevuto d’alcol all'estremità del tubicino di vetro. 
5. Riposizionare il pallone e chiudere la pinza di Mohr 
6. Accendere il cotone imbevuto di alcol con un fiammifero e posizionare immediatamente in modo ermetico il pallone di vetro 
7. Attendere lo spegnimento della fiamma 
8. Aprire la pinza di Mohr permettendo la risalita dell'acqua colorata lungo il tubo e nel pallone 
9. Quando il liquido non salirà più dalla beuta al pallone richiudere la pinza 
10. Smontare con cautela il pallone senza versare il liquido 
11. Determinare il volume di acqua colorata salita nel pallone utilizzando il cilindro graduato 
12. Ripetere la prova almeno una volta per avere una maggiore precisione

Risultato:

Il volume di liquido colorato che salirà per differenza di pressione all'interno del pallone sarà equivalente al volume di ossigeno consumato durante la combustione e quindi dell'ossigeno totale presente nell'aria inizialmente contenuta nel pallone. Si può costruire una tabella per confrontare le diverse prove effettuate e la differenza di volume misurata, calcolando così la percentuale di ossigeno nell'aria.