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“Reazioni alla frutta” Reazioni di ossidoriduzione e pile Destinatari: Classe 2A IT Chimico indirizzo chimica materiali e biotecnologie Collocazione: inizio.

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1 “Reazioni alla frutta” Reazioni di ossidoriduzione e pile Destinatari: Classe 2A IT Chimico indirizzo chimica materiali e biotecnologie Collocazione: inizio del secondo pentamestre per consolidare le competenze sul bilancio di reazione, le reattività in matrici reali e introdurre aspetti essenziali come la valenza, il bilanciamento elettronico e una introduzione ai processi biochimichi osservando i potenziali redox delle specie coinvolte. Introduzione alla relazione tra reazioni ed energia e alle pile attraverso l'equazione di Nernst.

2 Prerequisiti Specifici delle disciplina Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale ed artificiale e riconoscere nelle varie forme i concetti di sistema e di complessità. Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di materia ed energia a partire dall’esperienza. Essere consapevoli delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale in cui vengono apllicate. riconoscere che un miscuglio è costituito da componenti diversi, ciascuno dei quali risponde in modo specifico alle tecniche di separazione; mettere in relazione le proprietà chimico fisiche dei composti con le tecniche atte a separarli dal miscuglio effettuare conversioni di unità di misura semplici e composte classificare le sostanze pure sulla base dello stato di aggregazione, riconoscere la differenza fra atomi e molecole riconoscere che la combinazione degli atomi è determinata da regole di valenza ed utilizzare il concetto di valenza; utilizzare il comportamento chimico delle sostanze per riconoscerle e per organizzarle in categorie, riferendosi, per quanto è possibile, a quelle di uso comune; descrivere la struttura degli atomi in termini di protoni, neutroni ed elettroni, distinguendo queste particelle subatomiche in base alla massa ed alla carica e collocandole opportunamente all'interno dell'atomo Struttura di Lewis e Vsepr

3 Competenze specifiche minime richieste Saper definire la Configurazione elettronica di ogni elemento e saperla ricondurre a proprietà empiriche elettroniche Essere in grado tramite il comportamento chimico stabilire la natura dei Legami chimici e delle interazioni intra e infra molecolari Individuare attraverso sperimentazione su formule brute e correlazione ad aspetti laboratoriali e pratici le applicazioni di PI,AE e elettronegatività Avere la capacità di gestire le regole del dipolo di legame per individuare una scala di Polarità dei composti tramite le formule studiate In base all’evidenza sperimentale e quotidiana sasper definire le Soluzioni elettrolitiche Avere chiaro il concetto di acido e di base (applicato a sistemi reali)

4 Creazione del gruppo classeXX Acquisizione delle capacità di socializzazioneXX Acquisizione delle capacità di collaborazione interpersonaleXX Sviluppo dell’atteggiamento di rispetto della persona e delle opinioni altruixX Motivazione allo studioxX (60%) OBIETTIVI (P = Programmati, R = Raggiunti) EducativiPR Comprensione del testoxX(90%) Potenziamento ed arricchimento delle capacità espressiveXX(80%) Potenziamento e sviluppo delle capacità logichexX Acquisizione di una sufficiente autonomia nello studioxX(60%) Rielaborazione dei contenutixX(70%) Acquisizione di capacità di trasferimento dei contenuti appresi in contesto interdisciplinareXX 60%) Acquisizione di strumenti di chiara comunicazione verbale, scritta e graficaXX(60%) Acquisizione del lessico specifico delle disciplineXX 60% Trasversali.

5 Punto elenco per la definizione degli obiettivi essenziali di apprendimento valutati per competenze dalla tabella seguente consegnata prima di iniziare il modulo e utilizzata per le valutazioni in itinere: Concetto di trasformazione chimica e suo impiego per caratterizzare elementi e composti. Conservazione della massa e dell'energia. Suddivisione delle reazioni per tipologie. Bilancio di reazione. numero di ossidazione. bilanciamento REDOX. Potenziali redox. Le pile e i processi elettrochimici.

6 Modulo “Reazioni alla frutta” - Dalla produzione di corrente elettrica agli elettroni liberi a bilancio stechiometrico di reazioni redox Competenza di lavoro del profilo in uscita da sviluppare: Utilizzare i concetti, i principi e i modelli della chimica fisica per interpretare la struttura dei sistemi e le loro trasformazioni. Classe 2A IT - Scienze integrate Chimica - Periodo Marzo-Aprile Griglia di valutazione per competenze Alunna/o Valutazione sommativa competenze generali __/50 Competenza e riferimento numerico. Pianifica le attività e i tempi Lavora in modo coordinato con gli altri e nel rispetto degli impegni assunti Organizzazione, rispetto delle consegne nei compiti preparatori. Utilizza i diversi strumenti che conosce in modo finalizzato per raggiungere l’obiettivo Produzione di relazioni, rielaborazione. Nullo 3 (impreparato o non partecipe 2) Nessuno o rifiuta il confronto. Nessuna o rifiuta il confronto. Non ha cognizione delle attività pianificate. Non riesce a focalizzare l'obiettivo.Nessuna o rifiuta il confronto. Inesperto 4 Nessuno, ma esercita un generico buon senso. Minima, ma esercita un generico buon senso. E' a conoscenza delle linee generali dell'attività, segue passivamente la classe. Segue passivamente quello che fanno gli altri senza utilizzare i propri strumenti logici e concettuali. Produzione personale assente o trascurabile. Copia dai compagni. Principiante 5 Tracce di apprendimento dal testo o dalle lezioni. Superficiale, con lacune, manca di organicità. Cognizione superficiale di come l'attività sia organizzata. Partecipazione minima al lavoro di gruppo. In grado di applicare i propri strumenti a problemi semplici e scollegati. Produzione personale limitata, fa riferimento ai compagni per colmare le lacune nel materiale e nelle conoscenze acquisite. Adeguato 6 Saltuario ricorso al testo, media attenzione alle lezioni. Perlopiù corretta nei principi generali, assenza di dettagli. Cognizione superficiale di come l'attività sia organizzata. Partecipa al lavoro di gruppo se stimolato. Segue l'attività in laboratorio e in classe ragionando logicamente e utilizzando adeguatamente gli strumenti volta per volta ma non finalizzando tutto al conseguimento dell'obiettivo. Produzione personale limitata. Mostra tuttavia di avere quasi tutto il materiale e di averci lavorato sopra. Contribuisce al lavoro di gruppo se stimolato. Avanzato 7 Studia sul testo, segue e prende appunti durante la lezione. Corretta nei principi generali, perlopiù corretta nei dettagli. Comprende la struttura e l'organizzazione dell'esperienza. Partecipazione attiva al lavoro di gruppo. Ha una conoscenza del percorso discreta e apporta sporadicamente contributi logico-deduttivo utili alla classe Produzione personale adeguata alle consegne. Ha tutto il materiale e ne comprende il significato. Partecipa attivamente al lavoro di gruppo. Esperto 8 Studia il testo nei dettagli, prende e rielabora gli appunti. Corretta nei principi generali e nei dettagli. Comprende la struttura e l'organizzazione dell'esperienza, nonché le sue interconnessioni con altri argomenti. Assume un ruolo di guida nel lavoro di gruppo. Conosce il materiale preparatorio nel dettagli e lo organizza attraverso una struttura logica ben organizzata. Produzione completa e chiara. Completa padronanza del materiale. Assume un ruolo di guida nel lavoro di gruppo. Ottimo 9 Studia il testo e approfondisce su materiale aggiuntivo. Corretta nei principi generali e nei dettagli, con approfondimenti personali. Comprensione completa, aiuta e motiva i compagni. Organizza il proprio lavoro cercando di ottimizzare i propri strumenti al raggiungimento della meta con successo. Produzione completa, chiara, ricca di spunti personali, arricchita da materiale aggiuntivo. Aiuta e motiva i compagni. Eccellente 10 Studia essenzialmente su materiale aggiuntivo che ha selezionato con senso critico. Ampia ed esaustiva, con approfondimenti personali e una significativa rielaborazione critica. Partecipa in maniera critica alla definizione degli scopi e della struttura dell'esperienza. Organizza il proprio lavoro cercando di ottimizzare i propri strumenti al raggiungimento della meta con successo. Arricchisce l'esperienza della classe con un contributo personale significativo utile all'ambiente classe Produzione completa, chiara, ricca di spunti personali e materiale aggiuntivo. Significativa elaborazione personale.

7 Competenza e riferimento numerico. Saper gestire il quaderno di laboratorio evidenziando i risultati significativi Utilizzare trasformazioni matematiche per ricavare dati utili alla comprensione del fenomeno Estrapolare informazioni sui rapporti ponderali dal bilancio di reazione Saper identificare i reagenti redox in eccesso e in difetto e i prodotti che si ottengono Essere in grado di relazionare il risultato numerico del bilancio in quantità di sostanza (mole e/o grammi) anche di reazioni non quantitative e reagenti non puri Nullo 3 (impreparato o non partecipe 2) Nessuno o rifiuta il confronto.Nessuna o rifiuta il confronto.Non ha cognizione delle conoscenze apprese. Non riesce a focalizzare l'obiettivo. Inesperto 4 Descrive l'attività disordinatamente perdendo informazioni. Minima, ma esercita un generico buon senso. E' a conoscenza delle linee generali della relazione in modo superficiale. Segue passivamente quello che fanno gli altri senza utilizzare i propri strumenti logici e concettuali. Principiante 5 Descrive l'attività disordinatamente identificando alcuni di risultati chiave Superficiale, con lacune, manca di correlazione. Riesce a capire il senso dell'informazione ma non ad estrapolarne un significato legato ai rapporti stechiometrici. In grado di applicare i propri strumenti a problemi semplici e scollegati. Adeguato 6 Descrive l'attività disordinatamente identificando i risultati chiave corretta nei principi generali, assenza di dettagli. Cognizione adeguata a relazionare le informazioni raccolte al sistema studiato Segue l'attività in laboratorio e in classe ragionando logicamente e utilizzando adeguatamente gli strumenti. Avanzato 7 Descrive l'attività in modo coerente identificando i risultati chiave Corretta nei principi generali e con alcune correlazioni. Comprende la struttura e l'organizzazione dell'esperienza riuscendo negli opportuni collegamenti. E' in grado di identificare le incognite del problema stechiometrici ma senza relazionarli alle esperienze pratiche Esperto 8 Descrive l'attività in modo logico e intuisce le correlazioni tra i risultati ottenuti Corretta nei principi generali e adeguatamente correlata. Comprende la struttura e l'organizzazione dell'esperienza, nonché le sue interconnessioni con altri argomenti. E' in grado di identificare le incognite del problema stechiometrici Ottimo 9 Descrive l'attività in modo logico e individua le correlazioni tra i risultati ottenuti Corretta nei principi generali e nei dettagli, con approfondimenti personali. Comprensione completa delle informazioni e capacità di relazionarle ai fenomeni osservati. E' in grado di identificare le incognite del problema stechiometrici anche in sistemi non affrontati Eccellente 10 Descrive l'attività in modo logico e individua le correlazioni tra i risultati ottenuti costruendone di nuove Ampia ed esaustiva, con approfondimenti personali e una significativa rielaborazione critica. Comprensione completa delle informazioni e capacità di relazionarle ai fenomeni osservati estrapolando corrette deduzioni E' in grado di identificare le incognite del problema stechiometrici anche in sistemi non affrontati, arricchendo l'esperienza della classe con un contributo personale significativo utile all'ambiente classe Griglia di valutazione per competenze Alunna/o Valutazione sommativa competenze specifiche __/50 Valutazione sommativa FINALE __/100 ovvero __/10

8 Elementi salienti dell’approccio metodologico: Attraverso l'utilizzo di foto, filmati ed esperienze di laboratorio è stato possibile attivare il dibatto nella comunità classe cercando il più possibile di lasciare i docenti teorici e di laboratorio solo come anelli di congiunzione e auditori di un discorso che il più delle volte si è mostrato articolato, pregnante e sorprendente specialmente nella definizione di esempi utili a costruire un percorso logico di avvicinamento alla competenza richiesta. Non sempre il linguaggio si è dimostrato da subito adeguato e la forma colloquiale del dibattito ha caratterizzato molti incontri; le discussioni hanno portato spesso a risolvere quesiti, problem solving e esperienze strutturate che sono state preparate e gestite al momento ad esempio per introdurre il concetto di reazione a scambio elettronico è stato necessario ricondurre gli alunni ad uno studio sulla fotografia che non era stato previsto e che ha prodotto buoni risultati nel raggiungimento di competenze generali e specifiche come mostrato nelle successive slide. La chiave per l’autovalutazione si è avuta nello studio e condivisione di concetti quali di elettrolita forte e debole, conduzione di prime e seconda specie e di corrente elettrica, che la classe ha ritenuto necessari introdurre per spiegare ciò che sono stati stimolati ad osservare, valutare e Il percorso virtuale e labortoriale ha contestualmente consentito di recuperare alcuni concetti attraverso l'applicazione concreta della nomenclatura chimica di sali e acidi e ha permesso un riscontro diretto sulla legge di Coulomb e il legame ionico ponendo l'attenzione sulle differenze tra le varie tipologie di legame. Attraverso esperienze audio-visive-pratiche, la classe è stata quindi accompagnata alle reazioni redox di formazione di sali riuscendo ad interrogarsi su due aspetti fondamentali: l’impossibilità di avere elettroni liberi e la capacità di alcune reazioni di fornire energia. Attraverso l'intuizione di come sia possibile ottenere energia dalle reazione e di come gli elettroni si possano bilanciare in un areazione redox, è stato possibile introdurre il metodo di bilanciamento di reazioni attraverso le semireazioni scritte in forma ionica. Attraverso esperienze virtuali e pratiche si arriva a comprendere come l'ambiente di reazione possa influenzare la reattività e come alcune reazioni senza il giusto ambiente (acido o basico) non possano avvenire. Ciascuno studente (a gruppi) ha quindi escogitato un proprio metodo utile a considerare la presenza di bilanciamenti acidi e basici concludendo di fatto che il meccanismo di bilanciamento redox è uguale a prescindere dal metodo logico utilizzato. Inoltre attraverso semplici osservazioni e esperimenti si è giunti a comprendere che sia tra due metalli che tra due molecole organiche esiste una differente "tendenza" a cedere elettroni e come questa sia l'inizio di processi ossido riduttivi biochimici utili a produrre un complesso passaggio elettronico dedicato alla riduzione dell’ossigeno e all’ossidazione del glucosio (o viceversa). Inoltre, considerando che in questo “passaggio” si produce (o si perde) energia è stato sorprendente aver intuito come nel nostro corpo vi siano reazioni classificabili allo stesso modo di quelle che avvengono nella pila. Quindi l’osservazione di fenomeni energetici comuni nella vita di tutti i giorni è stato possibile introdurre la relazione tra energia e concentrazione e quindi introdurre l’equazione di Nernst. In laboratorio sono state costruite dell e pile Daniel a setto poroso che messe in serie e parallelo hanno avuto potenziale e amperaggio utile ad accendere un led e le simulazioni al computer hanno trovato riscontro con i dati ricavati in laboratorio, misurando infine il voltaggio di alcuni tra frutti e ortaggi. Infine è stato posto il problema energetico globale, lo smaltimento delle pile e attraverso una discussione guidata e una serie di problem posing sono state trattate tematiche quali elettrolisi, pile batterie e fenomeni collaterali della ricarica (effetto memoria), la produzione di energia da idrocarburi, le fonti rinnovabili, i fotovoltaico, pile alcaline, e a litio-PEG e i polimeri ora più utilizzati.

9 Materiali, apparecchi e strumenti impiegati In classe: Proiettore pc e LIM, modellini molecolari. In laboratorio: piaccametri, elettrodi, soluzioni saline, elettrodi metallici vari, soluzioni di zinco, rame, piombo, argento, generatori DC, elettrodi, ponti in agarosio, micropipette e propipette, modellini molecolari, frutta, volmetri e amperometri, fili elettrici e morsetti, vetreria varia (becker, beute, propipette) e agitatori, micropipette e puntali. https://www.dropbox.com/sh/pj7kxmc70ltuz6w/AAD6GEcFx1bYKMvx85og50YQa?dl=0

10 Reazioni Redox Posti davanti a queste foto, attraverso una discussione libera, gli alunni hanno dovuto riconoscere e classificare le tipologie di reazioni chimiche coinvolte discutendo di energia, esotermicità e endotermicità, di trasferimento elettronico e di combustibile, comburente, classificazioni delle reazioni chimiche ricavando infine (con qualche aiuto di chi aveva già studiato in anticipo l’argomento) che sono tutte accumunate da un passaggio di alettrodi e da reazioni redox..

11 Input e output discussione libera, guidata, problem posing La sorpresa!: l’andamento della discussione vira Sulle lastre fotografiche e le reazioni Fotoindotte sulla lastra fotografica Ci siamo duvuti inventare Qualcosa……

12 La sorpresa!: l’andamento della discussione vira Sulle lastre fotografiche e le reazioni Fotoindotte sulla lastra fotografica Ci siamo duvuti inventare Qualcosa…… Reazioni Redox – La storia della fotografia! La curiosità degli alunni ha portato a inserire alcuni concetti sulla storia della fotografia dai primi utilizzi di materiali fotosensibili agli attuali dispositivi CMOS delle macchine fotografiche in astronomia e di uso comune. E’ stato possibile eseguire alcuni esperimenti sulla radiazione luminosa in luce bianca e i vapori di magnesio studiandone lo spettro attraverso un semplice diffrattometro utilizzato per i saggi alla fiamma. E’ stato scaldato del magnesio e prodotto il flash che rendeva le foto del vecchio west giallastre! E’ stato possibile seguire i principi basilari di fissaggio e di utilizzo delle prime pellicole colori intuendo come i processi redox non siano solo presenti nei sali ama anche in molecole organiche e polimeri- Si sono potute fare le differenze tecniche sull’utilizzo della luce nelle Nuove e vecchie macchine fotografiche introducendo il concetto di “sensibilità” legata al significato più nascosto di “reattività” Di “risoluzione e quindi “pixel”, “fotoni” e concentrazione delle specie Ridotte e ossidate e quindi importanza di materiali e quantità nele redox!!!

13 Reazioni Redox DO NOT EVEN CONSIDER EATING THE FRUIT after this exercise! Some of these toxic metals will have dissolved in the fruit. E’ stato chiesto come mai dopo gli Esperimenti con la frutta DO NOT EAT THE FRUIT! Gli alunni stessi hanno posto quesiti sul fenomeno e loro stessi hanno fatto delle ipotesi. Come docente ho selezionato alcune ipotesi per “PROVARE sul campo” se potevano essere quelle giuste

14 Da qui la discussione sull’evidenza sperimentale della frutta che si annerisce all’aria che si “ossida” Bella la domanda posta da una alunna Chi GENERA elettroni? Posta a confronto con Chi CHIUDE il circuito…i sali conducono? Ha dato modo alla classe di ragionare tra conduzione e generazione della carica concludendo che.-…. E’ stato chiesto come mai dopo gli Esperimenti con la frutta DO NOT EAT THE FRUIT!

15 Composti ionici - elettroliti Dopo aver visto il video (cliccando l’icona accanto) si è molto discusso Cosa è successo? L’inglese è sto un primo problema ma giusto per qualche minuto Perché ho chiesto loro di effettuare una tecnica di skimming ovvero cercare di comprendere il significato generale e non il termine specifico. Il risultato è che l’inglese è stato adoperato Come uno strumento e non come un fine, e tutta la classe è riuscita a discutere del’accaduto Giungendo a classificare la reazione di formazione specifica In una redox e a trovare ossidante e riducente. E’ stato opportuno indirizzare la conclusione del discorso Sul passaggio elettronico e la cessione energetica-

16 Formazione NaCl Na Na + + e - Cl 2 + e - Cl - Cl e - 2 Cl - ? Cl 2 ossidazione riduzione Quindi al bilancio elettronico. Immediata la risposta che servono Due atomi di sodio per bilanciare la molecola di cloro Ma non dal punto di vista del bilancio di massa La classe autonomamente ha compreso che il bilancio di elettroni Decide questo bilanciamento!!!

17 Formazione NaCl Na + + e - Cl 2 + 2e - 2Cl - 2 x ( ) 2Na 2Na + 2e - OK! + Cl 2 + 2e - + 2Cl - 2Na 2Na + 2e NaCl 2 Na + Cl 2 2 NaCl ossidazione riduzione Quindi al bilancio elettronico. Immediata la risposta che servono Due atomi di sodio per bilanciare la molecola di cloro Ma non dal punto di vista del bilancio di massa La classe autonomamente ha compreso che il bilancio di elettroni Decide questo bilanciamento!!!

18 + Cl 2 + 2e - + 2Cl - 2Na 2Na + 2e NaCl 2 Na + Cl 2 2 NaCl E’ stato possibile concentrare l’attenzione sulle Distinzioni tra legami ionici e covalenti utilizzando il filmato Nell’icona grigia ponendosi il quesito di come mai lo zucchero non conduce come il sale Conclusione di un alunno gli elettroni si elidono perché non ne esistono di liberi?? YES!

19 ZnO ossido di zinco & Fe 2 O 3 triossido di ferro Zn  Zn e - O 2 + 4e-  2O -2 Non formano un composto ionico come NaCl, ma un OSSIDO!!! ZnO Metallo + ossigeno Si formano tra loro legami COVALENTI. 2 Zn + O 2 + 4e-  2 ZnO + 4e- 4 x ( ) 2 x ( )

20 Fe  Fe e - O 2 + 4e-  2O -2 ? ? 3 4 x ( ) 4 Fe + 3O e -  (4Fe O -2 ) + 12e - 2Fe 2 O 3 ZnO ossido di zinco & Fe 2 O 3 triossido di ferro OSSIDO!!! Metallo + ossigeno Si formano tra loro legami COVALENTI.

21 Come capire se è una reazione Redox? Zn + SnCl 2  Sn + ZnCl 2 HCl + NaOH  NaCl + H 2 O Fe 2 O 3 + Al  Al 2 O 3 + Fe

22 Numero di ossidazione Zn + SnCl 2  Sn + ZnCl 2 HCl + NaOH  NaCl + H 2 O Fe 2 O 3 + Al  Al 2 O 3 + Fe La classe ha risposto molto bene e una buona parte ha anche saputo classificare le reazioni per tipologia

23 Numero di ossidazione Perossidi Un po’ di ripaso… gli alunni hanno fatto lezione

24 Numero di ossidazione O O Na + +1 Cl – –1 00 Na 0

25 Numero di ossidazione Problem solving: “correlare il numero di ossidazione alle proprietà periodiche” Lavoro di gruppo ed individuale iniziato con difficoltà- necessaria introduzione (e ripasso veloce su TP) del docente. Conclusioni autonome corrette!

26 H2SO4H2SO4 -2 x +1 2(+1)+x+4(-2)=0 Atomi di H n° ox. H Atomi di O n° ox. O n° ox. S x=6 Numero di ossidazione CO 3 2- x+3(-2)=-2 x=4 -2 x n° ox. C Atomi di O n° ox. O carica anione

27 Zn (s) + SnCl 2(aq)  Sn (s) + ZnCl 2(aq) Ambiente di reazione Diverse ipotesi sono scaturite dai fenomeni osservati Come mai si sprigiona sempre prima del gas? È ossigeno o idrogeno?... l’ambiente è acido….. Poi perché tutti i giorni ci sono metalli a contatto e Queste cose non succedono? C’è un “ordine” di reattività…. Tutta carne al fuoco in Questa fase “esplorativa” che ci ha portato nuovamente a INVENTARE

28 Determinazione sperimentale potenziali redox e verifica numerica Riporto una delle relazioni individuali (errori compresi)dopo un lavoro in gruppi per la preparazione delle soluzioni, lavoro di gruppo classe per la realizzazione dell’esperimento, investigazione del fenomeno, conduzione AUTONOMA dell’esperimento. In questo problem solving i docenti sono stati solo spettatori e valutatori esterni all’ambiente classe

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32 L’ordine dei potenziali era già scaturito in laboratori in modo Condiviso tra gli alunni I valori numerici credo li abbia ripresi dal testo o da wikipedia o altre fonti E’ stata necessaria una breve lezione frontale per Introdurre e rettificare il concetto di potenziale Standard di riduzione Determinato empiricamente ma senza uno “zero” Di riferimento

33 Fe 2 O 3(s) + 2Al (s)  Al 2 O 3(s) + 2Fe (s) Domanda di alcuni alunni Perché abbiamo usato dell’acido? Perché non succede nulla prima? Ambiente di reazione

34 Fe 2 O 3 + Al  Al 2 O 3 + Fe Semireazioni Fe 2 O 3 + 6e - 2Fe +3 riduzione 0 L’ossigeno non è bilanciato!!! Le cariche non sono bilanciate!!!

35 Fe 2 O 3 + Al  Al 2 O 3 + Fe Semireazioni Fe 2 O 3 + 6e - + 2Fe +3 riduzione 0 Se metto un po’ di acido ho a disposizione ioni H + 6H + Gli H + non sono bilanciati!!! 3H 2 O + Senza acido la reazione non avviene, con l’acido tutto è bilanciato!!! Ambiente di reazione

36 Reazioni Redox ambiente di reazione Fe 2 O 3 + Al  Al 2 O 3 + Fe Semireazioni Fe 2 O 3 + 6e - + 2Fe +3 riduzione 0 6H + 3H 2 O + 2Al Al 2 O 3 + 6e - 0 ossidazione +3 6H H 2 O Fe 2 O 3 + 2Al  Al 2 O 3 + 2Fe

37 Problem posing “Cosa succede accoppiando due metalli in soluzione se collegati da un filo conduttore ??” A questa fase ci siamo arrivati dopo che alcuni alunni della classi mi chiedevano più di una volta come fosse possibile “utilizzare l’energia delle redox in soluzione…. o nel pomodoro… per accendere qualcosa…” (se non ricordo male la frase!) Per introdurre il concetto di pile ho adoperato un programma di laboratorio virtuale di “enciclopedia della scienza rizzoli In cui è possibile calcolare “sperimentalmente o teoricamente” il voltaggio di una pila Daniel cambiando elettrodi e concentrazioni. Alunne e alunni hanno avuto modo di capire le proporzionalità tra concentrazione del riducente e dell’ossidante con il potenziale oltre che capire che il potenziale varia se si cambiano gli elettrodi e diviene nullo con elettrodi uguali. Non ho ricavato la Nernst per mancanza di tempo ma l’ho introdotta per grandi linee grazie a queste proporzionalità. Costruita la pila daniel in laboratorio abbiamo ricercato in internet i vari tipi di pile cerando di spiegarne il funzionamento. Imbattendoci nell’elettrolisi è stato opportuno riordinare le idee e schematizzarle attraverso mappe concettuali e anche temporale

38 Cella galvanica “PILA” (spontanea) –+ Anodo Catodo

39 Cella elettrolitica (non spontanea) il catodo è l'elettrodo sul quale avviene una reazione di riduzione L’anodo è l’elettrodo dove avviene l’ossidazione Nel caso della cella galvanica CATODO ANODO – + Ps. Definizione di anioni e cationi

40 Cella elettrolitica (non spontanea) Anodo Catodo – +

41 Una pila di Alessandro Volta conservata al Tempio Voltiano di Como Un supporto di legno posto verticalmente su una base circolare Dischetti di rame e zinco Panno imbevuto di una soluzione acida formata da acqua e acido solforico Due fili di rame 1799!!!

42 Pila Daniell 1836!!!!

43 BATTERIE PRIMARIE (non ricaricabili) Pile a secco (Leclanché) 1866!!

44 Anche queste pile sono alcaline e vengono costruite utilizzando: polvere di zinco, ossido di mercurio HgO+C (5%) e, come elettrolita, (KOH) al 40%. (ox) Al catodo (+), invece, avviene la reazione di riduzione Questo tipo di pila ha un voltaggio di 1,34 V. Se al posto dell’HgO utilizziamo l’ossido di argento Ag 2 O, il voltaggio sarà superiore. (1,5 V). Pile a bottone (orologio-calcolatrice, etc..) (ox)

45 BATTERIE SECONDARIE (ACCUMULATORI) I più diffusi accumulatori di questo tipo sono le batterie al nichel-cadmio dove il cadmio (Cd) costituisce l’elettrodo negativo, l’ossido di nichel (NiO2) quello positivo mentre, come elettrolita, KOH. Questi accumulatori vengono comunemente impiegati per i dispositivi elettrici ed elettronici portatili. NiCd

46 Batterie a ioni litio Le più usate per i cellulari A matrice polimerica

47 Batteria al piombo (batteria dell’automobile) Sono costituite esternamente da un contenitore di plastica dal quale escono due morsetti metallici che costituiscono gli elettrodi. Vi sono inoltre dei tappi svitabili attraverso i quali è possibile aggiungere alla batteria, acido solforico (H2SO4) e acqua distillata. Internamente questa batteria è costituita da lamine di piombo che si alternano a lamine di diossido di piombo (PbO2). Queste lamine sono immerse nella soluzione di acido solforico. Le lamine di piombo, collegate tra di loro costituiscono il polo negativo della batteria mentre quelle di diossido di piombo, anch’esse collegate tra di loro, quello negativo.

48 LA FUEL CELL- Celle a combustibile a ossidi solidi Secondo me il futuro, purchè H2 sia prodotto da fonti “rinnovabili” e “pulite”.

49 Valutazione Nel corso del progetto si è lavorato su una griglia di valutazione specifica utile alla valutazione in itinere, da parte dell'insegnante, del coinvolgimento dei singoli studenti, delle loro partecipazione alle attività in classe e studio autonomo e in gruppo. I risultati delle macroaree delle competenze generali sono percentualizzati nella slide n.4slide n.4 Ho notato e valutato positivamente il coinvolgimento di quasi tutta la classe ma purtroppo, anche interessando tutti i soggetti, il 40% si impegna poco nello studio autonomo e associa la lezione laboratoriale ad un modo per non studiare il pomeriggio di fatto rallentando di molto il cammino anche di chi la lezione ha avuto modo di anticiparla autonomamente perché stimolato e incuriosito a risolvere i problemi e a capire ciò che aveva visto o che vedrà. Differenti le risposte per DSA e BES. Il primo caso ha trovato più logicoe sequenziale il lavoro poiché ha avuto modo di costruire insieme ai compagni le mappe reali e virtuali che sono servite da riferimento anche per il resto della classe. Il BSE ha dimostrato molto interesse nelle attività pratiche ma scarsa organizzazione, intraprendenza e voglia di approfondire i concetti osservati. Altro punto dolente di una esperienza positiva è l’utilizzo del linguaggio che tende sempre ad essere colloquiale costringendo inizialmente gli insegnanti a non correggere per non inibire il dibattito, ma dovendo poi recuperare termini appropriati nelle fasi di debriefing e organizzazione del discorso. Positiva l’esperienza anche nell’introdurre concetti complessi e, da quello emerso nel gruppo dell’LSS, sciolta la riserva di un utilizzo anche su concetti e argomenti squisitamente teorici. Il limite maggiore resta il tempo e lo svolgimento di attività così complesse e articolate in più sedi/laboratori con più personale coinvolto e con molto più spazio alle elaborazioni personali degli studenti anche in classe. Tutto ciò determina un utilizzo differente del monte orario che per moduli più lunghi risulta insufficiente relativizzando l’efficacia dell’intervento. Per chi ha avuto uno studio individuale curioso e costante questa metodologia risulta molto efficace costruendo le competenze; di contro riesce a tenere alta l’attenzione in classe anche di chi non ha un cammino adeguato alle competenze da costruire, anche se gli sforzi effettuati in casse non sono concretizzati neanche nel breve periodo C’è più tempo per il recupero in itinere visto che molti concetti si intrecciano ripetutamente.


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