L’acqua e i suoi stati

La presente U.A. fa parte di un percorso didattico che mira a promuovere la cultura scientifica e una didattica della scienza attiva e sperimentale, e che vuole sviluppare la capacità di argomentare e formulare ipotesi. Il problema che si pone all’inizio di ogni percorso,è sempre lo stesso: come fare a trattare argomenti così complessi con bambini così piccoli? Il primo approccio è sicuramente prevalentemente sensoriale: i bambini scoprono le prime proprietà e caratteristiche della materia acqua a partire soprattutto dalla loro esperienza, dall’osservazione e manipolazione.

PREMESSA Il tema scelto, l’acqua, permette agli alunni di affrontare lo studio della materia e le sue trasformazioni partendo dalla loro esperienza personale, per arrivare a comprendere le proprietà chimiche e fisiche che caratterizzano i materiali. Infatti, dalle osservazioni sensoriali e dai giochi che hanno per protagonista la “ materia/ acqua”, gli allievi arriveranno a scoprire le principali caratteristiche dell’acqua, i suoi stati di aggregazione, i diversi passaggi di stato.

Scheda didattica DESTNATARI: classe 3^ della scuola primaria. TEMPI: 4 ore ( 2 di laboratorio + 2 di discussione e teoria). PREREQUISITI: conosce il concetto di materia, conosce il significato della parola stato nel linguaggio della scienza. OBIETTIVI: conoscere e comprendere le principali proprietà fisiche dell’acqua; saper riprodurre in laboratorio i passaggi di stato dell’acqua; conoscere il modello particellare dei tre stati della materia. MATERIALI: pentolino con coperchio, fornello, acqua, vaschetta per il ghiaccio.

METODOLOGIA L’approccio sarà di tipo fenomenologico. Partendo dall’esperienza, dalle idee che i ragazzi già hanno, dall’osservazione e dall’analisi di fenomeni evidenti, emergeranno i concetti fondamentali. Durante il percorso non mancheranno momenti di brainstorming attraverso domande-stimolo per stuzzicare la curiosità e l’ interesse cognitivo dei bambini; momenti di problem- posing per concettualizzare il problema e formulare ipotesi; momenti di problem- solving per sviluppare l’abilità di risolvere problemi. Si avrà cura di usare la terminologia scientifica per abituare gli alunni alla proprietà di linguaggio.

FINALITA’ Gli allievi impareranno a osservare e interpretare il mondo che li circonda, ad usare il metodo scientifico.

SVILUPPO DELLA METODOLOGIA Esperienze con i sensi: sperimentiamo e comunichiamo le nostre sensazioni a contatto con l’acqua; sperimentiamo le sue proprietà e impariamo ad utilizzare il linguaggio specifico. Gioco: trasportiamo l’acqua con le mani. Gioco: trasportiamo una matita con le mani. Gioco: gonfiamo un palloncino. Brainstorming Discutiamo insieme e facciamo le nostre ipotesi. Con questi semplici giochi i bambini sono facilmente pervenuti al concetto di liquido, solido e gassoso

Abbiamo già imparato che i diversi tipi di materia si chiamano sostanze e che queste sostanze si presentano in natura in uno dei tre stati: solido, liquido o gassoso.

Ma da che cosa dipende lo stato di una sostanza? Gli scienziati hanno scoperto che questo dipende dal modo in cui le molecole stanno unite tra di loro: se sono unite da un legame molto forte non possono muoversi e quindi non possono cambiare forma; se le molecole sono unite tra loro da un legame debole si possono muovere scorrendo le une sulle altre e quindi la sostanza non ha una forma definita; se le molecole non sono legate tra loro, si possono muovere in ogni direzione occupando tutto lo spazio che hanno a disposizione.

IL GIOCO DEI TRE STATI Per rendere più chiaro l’argomento trattato, si propone ai bambini il gioco dei tre stati. Con semplici esperienze mimano i tre tipi di legami delle molecole che determinano lo stato della materia.

Si dispongono in cerchio tenendosi per mano strettamente: è difficile muoversi e far cambiare forma al gruppo. Stanno mimando una sostanza allo stato solido.

Ora allentano la stretta e si tengono per mano debolmente: riescono a muoversi e a disporsi in modo diverso. Stanno mimando una sostanza allo stato liquido.

Non si tengono più per mano: ognuno può muoversi liberamente e occupare lo spazio che vuole. Stanno mimando una sostanza allo stato gassoso.

Ogni sostanza, quindi, tende a presentarsi in natura in uno stato definito. Tuttavia, se vengono scaldate o raffreddate a sufficienza, le sostanze possono passare da uno stato all’altro. Questo si può facilmente osservare nel caso dell’acqua. Scopriamolo con un semplice esperimento.

Sperimentiamo i passaggi di stato dell’acqua

L’ACQUA CHE SCOMPARE

Mettiamo un pentolino d’acqua sul fuoco. Attendiamo qualche minuto. Cosa succede? Dopo un po’ l’acqua comincia a bollire e dalla sua superficie s’innalza una nuvoletta: è vapore acqueo, ossia acqua allo stato gassoso. Il passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso si chiama evaporazione.

Avviciniamo, ora, un coperchio freddo alla nuvoletta, solleviamolo e osserviamo. Cosa notiamo? Sul coperchio ci sono tante goccioline: il vapore acqueo si trasforma in goccioline di acqua allo stato liquido. Il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido si chiama condensazione.

Riempiamo d’acqua una vaschetta per i cubetti di ghiaccio e mettiamola nel freezer. Attendiamo qualche ora e togliamola dal freezer. Cosa è successo? L’acqua è diventata solida, si è trasformata in ghiaccio. Il passaggio dallo stato liquido allo stato solido si chiama solidificazione.

Prendiamo ora dei cubetti di ghiaccio, mettiamoli nel pentolino, poniamo quest’ultimo sul fuoco e attendiamo qualche minuto. Cosa succede? Il ghiaccio inizia a fondere e torna ad essere acqua allo stato liquido. Questo passaggio si chiama fusione.

Conclusioni Con questo esperimento abbiamo capito che i passaggi di stato sono determinati dal calore. Esso agisce come un “agitatore di molecole”: se si fornisce calore, le molecole si muovono più velocemente; se si sottrae calore, rallentano. Quando si scalda una sostanza solida, le sue molecole iniziano a muoversi e allentano i legami che le tengono unite: la sostanza passa allo stato liquido. Continuando a fornire calore, il movimento delle molecole aumenta ancora, fino a rompere del tutto i legami e trasformare la sostanza in un gas.

Togliendo calore, avviene il processo inverso: le molecole rallentano sempre più e la sostanza passa dallo stato gassoso a quello liquido e infine a quello solido. L’acqua è l’unica sostanza a compiere i passaggi di stato con quantità di calore modeste. Per questo motivo sulla Terra c’è acqua allo stato solido, liquido e gassoso.

Attività di verifica

FINE a.s Ins. Gallè Anna