Alla scoperta del vero “naso” del sensore – Parte 2

Dove: Istituto Tecnico Tecnologico “Michelangelo Buonarroti” (Via Brigata Acqui, 15 – Trento)

Quando: Lunedì 5 dicembre 2016, dalle ore 13.30 alle ore 16.30

Chi: Gli studenti della classe 4^ALS della scuola “Marie Curie” di Pergine Valsugana, accompagnati dalla professoressa di scienze naturali Lorenza Viola.

Cosa: Secondo di tre incontri esplicativi riguardo alla preparazione e al funzionamento della “pasta” chimica da applicare sul sensore per rilevare un’eventuale presenza di gas; gli studenti collaborano oggi con la terza classe dell’indirizzo biotecnologie sanitarie dell’istituto “Buonarroti”.

Anche in questo secondo incontro, che rappresenta la prosecuzione del precedente del 28 novembre, l’obiettivo principale di noi studenti del “Marie Curie” sarà quello di comprendere, tramite specifiche attività laboratoriali, il lavoro compiuto dall’istituto “Buonarroti” nell’ambito della realizzazione della parte chimica del progetto (si veda: WP4, “La base chimica”, in particolare T4.1, “La realizzazione della pasta sensibile”). Tale attività risulterà fondamentale per noi ragazzi per svolgere al meglio il compito a noi assegnato, cioè la realizzazione del manuale d’uso del sensore che verrà commercializzato (si veda: WP6, “Prototipo del prodotto”, in particolare T6.4, “Manuale d’uso del nuovo prodotto”).

Obiettivi dell’attività laboratoriale di oggi:
Separare il solido formatosi in seguito alla reazione avvenuta nell’esperimento precedente (cioè il diossido di stagno, SnO2) dal liquido in cui si trova in sospensione. Tale processo di separazione permetterà di ottenere la completa eliminazione degli ioni cloruro dal diossido di stagno, che ai fini della realizzazione della pasta del sensore non deve presentare al suo interno e sulla sua superficie alcuna impurità.
Modalità di lavoro:
Operiamo divisi negli stessi otto gruppi formati per l’esperimento svolto nell’incontro precedente; ogni gruppo lavorerà sulla base del proprio risultato ottenuto nella scorsa attività.
Materiale (strumenti):
• Beuta (la stessa utilizzata nell’incontro precedente)
• Pipetta graduata con sistema aspirante
• Becher
• Provette
• Porta provette
• Parafilm
• Tappi di gomma
• Centrifuga
• Spruzzetta contenente acqua distillata
• Bacchetta in vetro
• Pennarello per plastica

Materiale (sostanze):
• SnO2 (diossido di stagno, nel nostro caso in soluzione acquosa contenente ioni cloruro)
• Acqua distillata (nelle quantità necessarie al risciacquo di provette e beuta)
• AgNO3 (nitrato d’argento, in soluzione; ne utilizziamo alcune gocce)
Protocollo operativo
• Preleviamo la beuta lasciata a decantare al termine dell’incontro precedente.
• Osserviamo come si presenta il prodotto della reazione avvenuta presente nella beuta.
• Rimuoviamo il film protettivo posto a sigillare la beuta.
• Prendiamo alcune provette (nel nostro caso ne sono servite dieci) e un porta provette in cui inserirle.
• Servendoci di una pipetta graduata con sistema aspirante preleviamo il liquido contenuto nella beuta e lo versiamo nelle provette, con l’accortezza di ottenere una pari quantità di liquido in ognuna di esse.
• Essendo presente del deposito sul fondo della beuta, utilizziamo una spruzzetta contenete acqua distillata per risciacquare del tutto il sistema, in modo tale da recuperare tutte le sostanze in origine contenute nella beuta.
• Preparate le provette, ne inseriamo sei nella centrifuga, posizionandole nei siti appositi.
• Azioniamo la centrifuga per circa 3-5 minuti.
• Al termine della centrifuga estraiamo le provette e le posiamo sul porta provette.
• Ripetiamo il processo di centrifuga ugualmente per le altre quattro provette a nostra disposizione.
• Prendiamo il becher e versiamo al suo interno il liquido presente in tutte le provette centrifugate.
• Utilizzando la spruzzetta con l’acqua distillata e, servendoci di una bacchetta in vetro, risciacquiamo il contenuto solido di quattro provette per versarlo nelle altre sei.
• Aggiungiamo un egual quantitativo di acqua distillata in tutte le provette.
• Con la bacchetta mescoliamo il più possibile il contenuto di ogni provetta, in modo tale da creare una sospensione del solido in esse contenuto.
• Prendiamo le sei provette e le inseriamo nella centrifuga.
• Azioniamo la centrifuga (con gli stessi parametri utilizzati in precedenza).
• Al termine della centrifuga preleviamo le provette e svuotiamo il liquido in esse contenuto nel becher già precedentemente utilizzato.
• Ripetiamo le azioni eseguite precedentemente a partire dal risciacquo con l’acqua distillata della spruzzetta fino al versamento del liquido centrifugato nel becher per altre quattro volte.
• Giunti al termine della quinta centrifuga, una volta prelevate le provette le sistemiamo nel porta provette, senza eliminare il liquido in esse contenuto.
• Prendiamo una provetta pulita e versiamo al suo interno dell’acqua distillata.
• Aggiungiamo alcune gocce di nitrato d’argento (AgNO3) nella provetta e verifichiamo che l’operazione non mostri alcuna reazione.
• Preleviamo una provetta tra quelle sottoposte da noi a centrifuga.
• Utilizzando una provetta pulita, versiamo al suo interno il liquido contenuto nella provetta centrifugata.

• Aggiungiamo alcune gocce di AgNO3 al liquido e osserviamo se l’operazione dà luogo ad una reazione o meno.
• Nel caso in cui osserviamo l’avvenire di una reazione, sottoponiamo il contenuto della provetta ad ulteriori risciacqui e centrifughe (con lo stesso procedimento finora utilizzato).
• Nel caso in cui nella provetta non avviene alcuna reazione, la svuotiamo completamente del liquido in essa contenuto (versandolo nel becher).
• Chiudiamo la provetta con un tappo di gomma e la sigilliamo utilizzando del parafilm.
• Svuotiamo le altre cinque provette del liquido in esse contenuto (versandolo sempre nel becher), le tappiamo con i tappi di gomma e le sigilliamo con il parafilm.
• Con un pennarello apposito scriviamo su tutte le provette il numero del nostro gruppo e la composizione della soluzione di acqua distillata e alcol isopropilico utilizzata nell’esperimento dell’incontro precedente.
Osservazioni:
Il prodotto ottenuto dalla reazione avvenuta nella scorsa attività laboratoriale si presentava come un liquido trasparente e giallognolo; depositato sul fondo della beuta si osservava inoltre la presenza di un solido (giallognolo anch’esso).
Osservando le beute di alcuni degli otto gruppi, rileviamo che in esse non è presente alcun deposito solido sul fondo, bensì soltanto un liquido giallognolo trasparente.
Per quanto riguarda l’aggiunta di nitrato d’argento ai vari liquidi, abbiamo osservato che:
• Nel caso in cui nella provetta fosse presente dell’acqua distillata, l’aggiunta di AgNO3 non aveva determinato la formazione di alcun composto all’interno del sistema.
• Nel caso in cui nella provetta fosse contenuto il liquido ottenuto dopo la centrifuga, l’aggiunta del nitrato d’argento ha sortito diversi effetti nei vari casi: in certi la situazione osservata era analoga a quella ottenuta con l’acqua distillata; in altri invece si osservava la formazione di un solido biancastro.
Conclusioni:
Nei casi in cui il gruppo ha osservato nella propria beuta all’inizio dell’attività di oggi l’assenza di qualsiasi deposito solido sul fondo, ciò potrebbe essere dovuto alle condizioni dell’ambiente sperimentale succedutesi nel corso della settimana in cui il prodotto è stato lasciato a decantare; infatti tale prodotto è particolarmente sensibile alle condizioni esterne. L’assenza di solido sul fondo potrebbe dunque essere dovuta a delle condizioni ambientali sfavorevoli, che hanno portato il solido anziché a decantare a solubilizzarsi.
In tal caso quindi, non potendo procedere con l’attività di centrifuga e lavaggio prevista, i gruppi in cui tale problema si è verificato hanno tentato di sottoporre la propria beuta ad uno shock termico; la beuta con il liquido, dopo che è stato tolto il film protettivo che la sigillava, è stata posta, controllando che essa contenesse l’ancoretta magnetica, su un agitatore, dove è stata portata alla temperatura di 70°C circa, per poi essere immersa nel ghiaccio immediatamente.
Il tentativo, che era volto a far incorporare ulteriore ossigeno alla sostanza contenuta nella beuta, tuttavia non ha sortito il risultato sperato, poiché non si è formata alcuna sospensione né deposito.

I gruppi quindi che hanno avuto tale problema hanno dovuto ripetere l’esperimento compiuto nell’incontro precedente, invertendo tra loro le quantità di acqua distillata e di alcol utilizzate la volta precedente. Il risultato ottenuto dall’esperimento nel suo complesso, tuttavia, non sarà quello ottimale: al fine della stesura uniforme della pasta per il sensore, i cristalli di diossido di stagno dovranno infatti avere delle dimensioni ridotte (dovranno quindi essere “nanocristalli”); tuttavia, per ottenere nanocristalli piccoli ed omogenei, i tempi di reazione necessari sono lunghi (al minimo servirebbe un paio d’ore). Non disponendo i gruppi presi in considerazione di una tale quantità di tempo, la sostanza è stata lasciata reagire soltanto per 15 minuti, con il conseguente effetto che i cristalli che si otterranno non avranno le caratteristiche richieste.
L’aggiunta di nitrato d’argento al liquido ottenuto dopo la centrifuga serviva per verificare la totale assenza di ioni cloruro nel sistema: se essi non fossero stati presenti, il risultato ottenuto visivamente sarebbe stato identico a quello ottenuto con l’acqua distillata e l’aggiunta di AgNO3, cioè non si sarebbe formato alcun solido nella provetta. Nel caso in cui fossero stati ancora presenti, all’interno del sistema, degli ioni cloruro, essi, con l’aggiunta di AgNO3, avrebbero causato l’innesco di una reazione con l’argento, dando origine così alla formazione del cloruro d’argento (AgCl), facilmente riconoscibile in quanto si presenta come un solido biancastro.
Quale sarà la prossima operazione da compiere?
Il diossido di stagno in questa attività purificato dall’eventuale presenza di ioni cloruro dovrà essere sottoposto ad un trattamento termico, che lo renderà più omogeneo al fine di stenderlo in modo migliore sul sensore.
Tale attività tuttavia non sarà contemplata nella prossima attività da noi svolta: nel prossimo incontro infatti verificheremo come la pasta ottenuta da questi esperimenti 9 verrà depositata sul sensore e come essa reagirà in presenza di gas.
Durante questa attività, svolta nel laboratorio di elettrotecnica dell’istituto “Buonarroti”, osserveremo inoltre come la reazione ottenuta in risposta alla presenza di gas vari al variare della composizione della soluzione di acqua distillata e alcol isopropilico utilizzata nell’esperimento del primo incontro e come, in base ad essa, vari il segnale elettrico trasmesso.
Tale esperimento ci consentirà inoltre di valutare quale composizione sia la migliore, per poter infine stabilire in definitiva le condizioni ottimali per la realizzazione della pasta sensibile più adatta ai nostri scopi.

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