Come misurare liquidi negli esperimenti
Prima pubblicazione Maggio 2020 - © Felice Placenti
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Premessa
Il volume del liquido che può essere contenuto in un recipiente si dice CAPACITA' del recipiente.
La capacità di un recipiente la puoi misurare con le stesse unità di misura che usi per gli spazi, quindi con il metro cubo (m3) e i suoi multipli e sottomultipli. Osserva la seguente tabella:
| Multipli | km3 | Chilometro cubo | 1 km3 = 1.000.000.000 m3 |
hm3 | Ettometro cubo | 1 hm3 = 1.000.000 m3 | |
dam3 | Decametro cubo | 1 dam3 = 1.000 m3 | |
m3 | Metro cubo | ||
| Sottomultipli | dm3 | Decimetro cubo | 1 dm3 = 0.001 m3 |
cm3 | Centimetro cubo | 1 cm3 = 0.000001 m3 | |
mm3 | Millimetro cubo | 1 mm3 = 0.000000001 m3 |
Tuttavia per la misura delle capacità sono state introdotte altre unità di misura molto più pratiche. Così l'unità principale della capacità è il litro (l). Nella vita quotidiana usiamo molto i suoi sottomultipli, un po' meno i suoi multipli. Osserva la tabella sottostante:
| Multipli | kl | Chilolitro | 1 kl = 1.000 l |
hl | Ettolitro | 1 hl = 100 l | |
dal | Decalitro | 1 dal = 10 l | |
l | Litro | ||
| Sottomultipli | dl | Decilitro | 1 dl = 0.1 l |
cl | Centilitro | 1 cl = 0.01 l | |
ml | Millilitro | 1 ml = 0.001 l |
Solitamente il sottomultiplo da utilizzare dipende dalle quantità in gioco. Per esempio, per piccolissime quantità si usa il millilitro (ml).
Devi sapere che 1 litro corrisponde a 1 decimetro cubo (1 l = 1 dm3). Per avere una idea di quanto sia "voluminoso" 1 litro devi pensare che corrisponde al volume di un cubo con spigoli di 10 centimetri (1 dm).
Si dice che il litro è una unità di misura derivata, in quanto discende dalla definizione di decimetro e, quindi, dalla definizione di metro lineare. Anche il metro cubo è una unità di misura derivata, poiché deriva dalla definizione di metro lineare: infatti è il volume di un cubo che ha uno spigolo lungo 1 metro.
Per misurare il volume di un liquido è sufficiente mettere il liquido in un recipiente graduato o in un recipiente di cui si conosce la capacità.
Ti ricordo che questa operazione è possibile perché i liquidi hanno volume proprio ma non hanno una forma propria e, quindi, assumono la forma del recipiente che li contiene.
Ma come si fa a misurare il volume dei liquidi?
Fatta questa doverosa premessa, ora voglio darti alcune idee su come misurare il volume dei liquidi per i tuoi esperimenti. Già, perché quando si fanno esperimenti capita frequentemente di dover usare ben precise quantità di sostanze liquide (per esempio 2 ml di glicerina, 2.3 cl di acqua distillata, 50 ml di alcool etilico a 70°, etc.).
1a soluzione:
hai un laboratorio attrezzato (o vuoi attrezzarlo) con le giuste attrezzature.
In un laboratorio bene attrezzato non possono mancare i bicchieri graduati (becher), i cilindri graduati, pipette graduate e contagocce . Solitamente sono questi i mezzi che userai per preparare e misurare le giuste quantità di sostanze liquide.
Becher
I becher sono bicchieri graduati, con un beccuccio. Non sono molto precisi, perciò si impiegano per misurare i volumi in maniera grossolana, quando non è richiesta una grande precisione. E' bene avere becher di diverse capacità. Negli esperimenti si lavora spesso con piccoli quantitativi di sostanze; per tale motivo troverai molto comodi i becher di piccola capacità, come quelli da 50 ÷ 100 ml. I becher possono essere di vetro o di plastica, bassi o alti.
Io ho attrezzato il mio laboratorio con becher da 50, 100, 150, 250 e 400 ml (vedi foto), tutti in vetro resistente alle alte temperature.
Becher di differenti capacità.
Cilindri graduati
I cilindri graduati sono recipienti cilindrici con una base larga, una graduazione e un beccuccio. Possono essere di vetro o di plastica. Alcuni hanno anche un tappo. Sono molto più precisi dei becher poiché sono realizzati con una maggiore accuratezza e hanno una sensibilità maggiore.
Qualora non l'avessi studiata, la sensibilità di un apparecchio di misura (ma anche della vetreria graduata da laboratorio) è il valore più piccolo che l'apparecchio consente di rilevare, ovvero la più piccola divisione della sua scala graduata.
Anche per i cilindri graduati vale quanto detto a proposito dei becher sull'opportunità di averne più di uno con diversa capacità. Per prepararmi i reagenti per microscopia, per esempio, lavoro molto con i cilindri graduati. Io ho trovato conveniente acquistare un set completo di quattro cilindri graduati in vetro; ecco la dotazione del mio laboratorio:
Cilindri graduati di differenti capacità.
- Cilindro graduato da 5 ml, con sensibilità di 0.1 ml (un decimo di millilitro) e un'incertezza di ± 0.1 ml a 20 °C;
- Cilindro graduato da 10 ml, con sensibilità di 0.2 ml e un'incertezza di ± 0.2 ml a 20 °C;
- Cilindro graduato da 50 ml, con sensibilità di 1 ml e un'incertezza di ± 0.5 ml a 20 °C;
- Cilindro graduato da 100 ml, con sensibilità di 1 ml e un'incertezza di ± 1 ml a 20 °C.
Come puoi vedere dalle sensibilità posso misurare anche frazioni di millilitro. La sensibilità e l'incertezza sono due dati indicati su ogni cilindro.
L'incertezza indicata nel cilindro indica di quanto può scostarsi la misura dal valore più probabile. Per esempio, con il mio cilindro da 100 ml la misura che faccio può discostarsi anche di 1 ml, in più o in meno, dalla misura "vera". Il valore indicato sul cilindro è riferito alle cosiddette condizioni standard: nel caso in esame, una temperatura di 20 °C.
Adesso fai molta attenzione. Quando si fa la lettura della misura sulla scala graduata dei cilindri sorge un problema: devi considerare le forze di adesione.
Le forze di adesione possono fare aderire un liquido alle pareti del recipiente che lo contiene. Ciò avviene se tali forze sono superiori alle forze di coesione che tengono insieme le molecole del liquido. Per tale motivo il liquido tende ad "arrampicarsi" e salire sulle pareti. Questo effetto è più evidente nei recipienti più stretti (come i cilindri graduati). All'interno del cilindro, la superficie del liquido assume la forma di un menisco con la concavità rivolta verso l'alto. Il liquido che bagna le pareti risale un po' e raggiunge un livello più alto, ma il vero livello del liquido è quello raggiunto dalla superficie inferiore del menisco. Solitamente i liquidi con cui abbiamo a che fare sono soggetti a questo fenomeno.
Menisco e lettura del livello.
Per fare una lettura corretta del volume contenuto nel cilindro graduato devi mantenere gli occhi all'altezza del livello vero, cioè all'altezza della superficie inferiore del menisco. Quindi la misura vera è quella corrispondente alla superficie inferiore del menisco.
Voglio darti un altro consiglio: per mettere facilmente il liquido all'interno di un cilindro usa un piccolo imbuto.
Pipette graduate e contagocce
In un laboratorio attrezzato non possono mancare nemmeno le pipette graduate. Nel mio laboratorio vi è un buon quantitativo di pipette graduate da 3ml, di plastica. Si tratta di pipette usa e getta, ma le riutilizzo tante volte lavandole accuratamente. Quando non si possono lavare, oppure quando diventano eccessivamente vecchie, le butto (costano pochissimo). Sono molto utili per "dosare" piccole quantità di liquidi.
Lo stesso si può dire dei contagocce. Anche quando non sono graduati, sono molto utili per dosare, goccia a goccia, piccole quantità di liquidi (per esempio quando si deve riempire un cilindro graduato fino ad un certo livello, con estrema precisione, quindi goccia a goccia).
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2a soluzione:
non hai un laboratorio attrezzato (o non ti serve).
Se non hai un laboratorio attrezzato, se non vuoi fartelo perché non ti serve o perché non hai spazio, oppure se fai pochi esperimenti, di tanto in tanto, allora puoi improvvisare con oggetti casalinghi. Te ne elenco alcuni:
- caraffe graduate, di vetro o di plastica, di varie capacità;
- misurini graduati di sciroppi e di collutori;
- siringhe di varie capacità.
A meno che non si tratti di acqua e altri liquidi innocui, per evitare contaminazioni non usare gli oggetti che poi utilizzerai per gli alimenti o per i medicamenti. Ricorda che molte sostanze possono alterare le materie plastiche o essere assorbite da esse!
In molti oggetti di uso quotidiano, così come nelle siringhe di una volta, la capacità è indicata in centimetri cubi (cc). Osservando le tabelle sopra riportate e facendo semplici equivalenze puoi verificare che 1 cc corrisponde a 1 ml.
Caraffe graduate
Molte caraffe sono graduate non solo per i liquidi ma anche per le sostanze in polvere (farina, zucchero, etc.). Ciò può essere conveniente per alcuni esperimenti. Procurati caraffe di varie capacità, preferibilmente con beccuccio.
Misurini
Molti medicinali e collutori hanno in dotazione un misurino di plastica, graduato. Solitamente consentono di misurare piccoli volumi (poche decine di ml). Alcuni hanno anche un manico, altri un piccolo beccuccio. Sono molto utili, quindi non buttarli.
Siringhe
Premetto che le siringhe possono essere molto utili anche in un laboratorio bene attrezzato. Possono essere di diverse capacità; solitamente sono da 2 ÷ 2.5 ml, 5 ml e 10 ml e possono essere molto precise. Ve ne sono alcune da 1 ml (per esempio quelle per l'insulina) o anche da 60 ml.
Un tempo erano di vetro ma oggi sono tutte di plastica. Nel mio laboratorio ve ne sono tante e di tutte le capacità. Ne ho anche due di vetro da 5 ml.
Per alcuni esperimenti si possono usare senza ago, per altri è utile inserire l'ago.
Siringhe di diverse capacità e pipetta graduata.
Ma se non ho nulla di tutto ciò?
Se vuoi improvvisare ancora di più perché, magari, non ti trovi nulla di ciò che ti ho descritto nelle righe precedenti, ecco altre idee:
- un cucchiaino può contenere circa 3 ÷ 5 ml;
- un cucchiaio può contenere circa 12 ÷ 15 ml;
- il classico bicchiere di plastica può contenere 200 ml;
- una goccia d'acqua equivale, grossomodo, a 0.05 ml;
- quindi dieci gocce d'acqua equivalgono, grossomodo, a 0.5 ml;
- quindi venti gocce d'acqua equivalgono, grossomodo, a 1 ml.
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