Determinazione del contenuto energetico di una noce
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Chimica
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Classi: 2° biennio
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Laboratorio "povero"
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Misura o verifica
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1 h
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Min. 4 persone
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Richiede precauzioni
Riassunto / Abstract
L'attività si propone di misurare le calorie derivanti dalla combustione di un alimento (noce) attraverso l’utilizzo di un rudimentale calorimetro ad acqua. L' esperienza che si contestualizza nel modulo "scambi di energia nelle reazioni chimiche", è molto interessante perché permette di fare esperimenti sulla calorimetria in un contesto (le calorie degli alimenti) molto intrigante per i ragazzi.
Scheda sintetica delle attività
L’energia rilasciata da un alimento si può misurare con uno strumento chiamato “bomba calorimetrica”. L’alimento viene pesato e quindi posto nel calorimetro in un contenitore, a sua volta circondato da acqua. Dall’esterno viene fornita energia che comporta la completa combustione dell’alimento con liberazione di calore. Un termometro misura la variazione di temperatura dell’acqua intorno alla camera di combustione. Poiché il sistema è isolato, la variazione di temperatura dell’acqua corrisponde all’energia liberata dall’alimento, che si misura in chilocalorie.
Risorse necessarie
- ¼ di gheriglio di noce;
- un fermaglio metallico;
- contenitore in alluminio con 4 fori alla base, ad esempio un barattolo di pomodori da 1Kg (figura 1);
- beuta da 100-125 ml che entri nel contenitore con 2-3 mm di margine;
- termometro da 0-100°C;
- cilindro graduato da 100ml;
- bilancia tecnica al centesimo di grammo.
Prerequisiti necessari
- Possedere il concetto di energia;
- conoscere le unità di misura del SI;
- possedere il concetto di calore e temperatura;
- possedere il concetto di fabbisogno energetico;
- possedere il concetto di reazione esotermica endotermica.
Obiettivi di apprendimento
- Conoscere la differenza tra cal/Kcal e J/KJ;
- saper trasformare nelle diverse grandezze;
- saper calcolare le calorie assorbite dall’ $H_2O$;
- sapere qual è il fabbisogno energetico di una persona;
- saper calcolare il contenuto energetico di un alimento nota la sua composizione percentuale.
Dotazioni di sicurezza
Oltre all'uso di guanti ed occhiali occorre fare attenzione ai fumi pertanto è opportuno farlo in un locale areato.
Svolgimento
INTRODUZIONE
L'attività si propone di misurare le calorie derivanti dalla combustione di un alimento (noce) attraverso l’utilizzo di un rudimentale calorimetro ad acqua. L'esperienza che si contestualizza nel modulo "scambi di energia nelle reazioni chimiche", è molto interessante perché permette di fare esperimenti sulla calorimetria in un contesto (le calorie degli alimenti) molto intrigante per i ragazzi. L'approccio all'attività è stato di tipo deduttivo, cioè dalla premessa alla conseguenza, sono state messe a confronto le schede calorimetriche di numerosi alimenti per poi arrivare a verificare la veridicità di quanto dichiarato. Dato che per individuare la natura esotermica o endotermica di una reazione non servono apparecchiature sofisticate ma è sufficiente controllare l'andamento della temperatura dell'ambiente in cui avviene la reazione di combustione, tale controllo risulta semplice.
Gli studenti, precedentemente stimolati ad un dibattito sul fatto che una parte delle sostanze alimentari viene consumata per produrre energia in quanto, la crescita, lo sviluppo e il funzionamento del nostro corpo sono processi che non possono avvenire senza l'energia necessaria, sperimentano che la combustione di un alimento determina una variazione del contenuto termico del sistema, misura tale variazione in cal/g., converte tale contenuto termico in Joule (1 cal.= 4,186 Joule).
Gli studenti divisi in gruppi di due hanno predisposto tutto materiale necessario, hanno effettuato le pesate e successivamente hanno rilevato la temperatura dell’ $H_2O$ nella beuta prima e dopo la combustione del gheriglio, hanno calcolato quindi il contenuto energetico in cal/g. ed effettuano la trasformazione in Joule.
PROCEDURA
- Con il fermaglio si prepara un sostegno stabile per la noce;
- si pesa accuratamente il fermaglio, si inserisci il quarto di gheriglio di noce sul fermaglio e si pesa di nuovo il tutto; per differenza si determina il peso della noce;
- si introduce nella beuta 100ml di $H_2O$ misurati con il cilindro, rilevando la temperatura dell’ $H_2O$ (figura 2);
- appoggiando sul piano di lavoro noce e sostegno, si incendia la noce con un fiammifero, coprendola rapidamente con il barattolo abbassando la beuta facendola entrare un poco nel barattolo;
- all' esaurirsi della combustione si rileva nuovamente la temperatura dell’ $H_2O$ nella beuta.
REGISTRAZIONE DEI DATI OTTENUTI SUL QUADERNO
- Calcolare le calorie prodotte con la combustione della noce sapendo che: $c_s(H_2O) = 1\ cal = 4,18 J;\ m(H_2O)=100g;\ T_i=22°C;\ T_f=53°C$ ed applicando la formula $Q=c_s \times m \times \Delta t$ (il residuo non bruciato della noce è stato di 0,09g).
- Calcolare i grammi di grasso capaci di liberare tale quantità: peso grasso = $Q (cal)/9000\ cal/g$.
- Ricavare la percentuale di grasso dalla noce bruciata.
N.B: Il contenuto percentuale di grassi di una noce è pari al 67%, e il contenuto calorico dei grassi è 9Kcal/g. Il dato da noi ottenuto è stato inferiore, i ragazzi hanno notato la discrepanza ed hanno discusso circa le cause delle inevitabili perdite (errore sperimentale, combustione parziale, vapore acqueo ).
A questo punto:
- pesando le ceneri residue,
- supponendo una completa combustione,
- ipotizzando che la noce sia composta di soli grassi
hanno calcolato approssimativamente la quantità di grasso presente nella noce bruciata.
RIFLESSIONI
- Motivare la differenza tra resa teorica e resa effettiva.
- La combustione è una reazione endotermica o esotermica?
- Se mangi 56 g di banana, quante calorie assumi?
- Prendendo in esame quantità variabili e casuali di altri alimenti prevalentemente grassi, calcola le calorie sviluppate.
Note e storia
L'esperienza, semplice da realizzare, ha consentito di evidenziare come sia importante l'isolamento termico anche nel quotidiano.
L'esperienza è stata fatta in una IV dopo aver affrontato i concetti di Entalpia ed Entropia e loro misurazione.
Quest'anno ho affrontato l'esperienza in modo diverso, infatti gli studenti sono stati semplici osservatori di quanto veniva fatto, dovevano registrare tutti i dati e le domande che scaturivano durante l'esperienza e ciò mi ha permesso di verificare i concetti appresi .
Le domande che hanno posto sono:
perché il barattolo è inserito in una struttura di cartone pressato(vedi foto)?
perché il barattolo è inserito in una struttura di cartone pressato(vedi foto)?
Perché la beuta non è aperta?
Perché la noce deve essere secca?
Hanno subito individuato la motivazione dell'esperienza e la relazione matematica necessaria al calcolo delle calorie.
Hanno fatto ognuno la relazione con degli spunti anche originali. L'aspetto maggiormente sottolineato è la differenza tra resa teorica e resa effettiva che tutti hanno debitamente motivato.
Autori
Vagnetti Daniela