H2O una molecola ‘piena’ di energia LICEO SCIENTIFICO “F. P. di CALBOLI” FORLì CLASSE 1 A

Il problema energia!!!! Trovare energia è una delle necessità principali di ogni vivente: senza energia non esisterebbe la vita!!! Ma dov’è? Come ottenerla? Come non danneggiare il nostro ambiente?

Lo studio degli ecosistemi ci ha insegnato che i viventi si ‘passano’ l’energia l’un con l’altro, dando origine alla catena alimentare: estraggono cioè l’energia contenuta nella materia di cui si nutrono.

In realtà le cose sono molto più complicate di quanto sembra……… E dalla catena si passa alla rete alimentare

Resta però il problema di come l’energia entra in una qualunque rete alimentare…. Abbiamo studiato che tutta l’energia proviene dal Sole!!!! E che sono le piante a renderla disponibile a tutti gli altri organismi, uomo compreso!

Attraverso la fotosintesi clorofilliana le piante possono sfruttare energia pulita (la luce del sole) per produrre l’alimento base di ogni organismo, il glucosio. Per far ciò sfruttano le proprietà dell’acqua! Vediamo come fanno e cerchiamo di ‘copiare’ da loro.

La  fotosintesi è un processo biochimico alquanto complicato che si può riassumere nel modo seguente :   6  CO2   +  12 H2O +   luce    C6H12O6   +  6 O2   +  6  H2O Glucosio allo scopo di mettere in evidenza che l'ossigeno che si libera durante la fotosintesi deriva dalla scissione di molecole d'acqua e non è quello contenuto nelle molecole dell'anidride carbonica.

E’ divisa in due fasi: Fase luminosa, dove l’energia solare scinde la molecola dell’acqua in idrogeno e ossigeno; l’ossigeno viene liberato nell’aria che respiriamo, mentre l’idrogeno viene utilizzato nella fase successiva. Fase oscura, in cui il carbonio della CO2 viene organicato utilizzando l’idrogeno della fase precedente, cioè viene trasformato in glucosio, fonte energetica indispensabile per la vita di tutti i viventi.

Allora scindiamo anche noi l’H2O!!! Si può usare uno strumento antico….. Il voltametro di Hofmann che richiede però il consumo di elettricità: una forma di energia molto costosa!!!

Ma possiamo farlo anche in maniera più economica e con materiali ‘poveri’!!!! MATERIALI, STRUMENTI E ATTREZZATURE. Acqua del rubinetto Recipiente 2 Provette o bicchiere da vodka 2 fili elettrici da 30 cm Pila da 9 volt Fiammifero Matita PROCEDIMENTO Prendere un recipiente di plastica trasparente e versarvi dell’acqua. Prendere due bicchieri da vodka (le nostre provette!!) e riempirle d’acqua. Posare una mano sopra ai bicchieri e immergerli rovesciati nell’acqua vicino al bordo. Togliere la mano una volta toccato il fondo. Nel contempo prendere due fili elettrici e spellare il filo per una lunghezza di 1cm da una parte e di 3 cm dall’altra; arrotolare il rame rimasto attorno a una matita. Una volta attorcigliato sfilare la matita e annodare la parte con un centimetro di rame di un filo a un polo della pila da nove volt. Fare lo stesso processo con l’altro filo. Inserire l’estremità ‘a spirale’ all’interno dei bicchiere e osservare.

MA NOI VOGLIAMO PRODURRE ENERGIA E NON CONSUMARLA!! Dopo circa due ore si comincia a notare qualche cambiamento: si formano delle bollicine all’interno delle provette e il livello dell’acqua all’interno diminuisce. Nella provetta, il cui filo è collegato al polo positivo della pila, il volume dell’acqua è maggiore rispetto a quello dell’altra provetta, mentre lo spazio rimasto vuoto è minore. Nella provetta dove il volume è minore, la fiamma di un fiammifero si ravviva (chiara prova della presenza dell’ossigeno!!!), mentre nell’altra provetta si sente un piccolo scoppio (è l’idrogeno!!!). MA NOI VOGLIAMO PRODURRE ENERGIA E NON CONSUMARLA!!

ABBIAMO SCOPERTO LE FUELL CELL Queste celle sono composte da due elettrodi separati da un’ elettrolita. Gli elettrodi hanno una struttura porosa a base di carbone su cui è disperso un catalizzatore costituito da leghe di platino. Un catalizzatore è una sostanza, fonte o dispositivo che interviene in una reazione chimica aumentandone la velocità ma rimanendo inalterato al termine della stessa. L’elettrolita, invece, è una membrana ad alta conducibilità protonica capace, cioè, di far passare i protoni ma non gli elettroni.

Negli elettrodi avvengono 2 reazioni separate, ma che, grazie alla migrazione di protoni ed elettroni, combinano idrogeno ed ossigeno in assenza di fiamma ottenendo corrente elettrica continua, acqua e poco calore rispetto a una normale combustione. I due gas vengono messi a contatto ciascuno con uno dei due elettrodi. L’idrogeno si scinde in protoni ed elettroni grazie all’azione del catalizzatore. I protoni passano attraverso la membrana polimerica. Gli elettroni migrano verso il catodo, generando corrente elettrica. Nel catodo ossigeno ed idrogeno reagiscono prima tra loro, generando due ioni di ossigeno negativi e poi con i protoni formando così la molecola d’acqua.

Se poi l’idrogeno lo produciamo con un pannello fotovoltaico da soli… il gioco è fatto! Facciamo come le piante: estraiamo dall’acqua l’idrogeno e l’ossigeno grazie alla luce e poi con la fuell cell produciamo energia elettrica H2O + luce (fotovoltaico)  idrogeno  fuel cell  elettricità In sintesi H2O  tanta energia!

La classe 1ª A Scienze applicate GRAZIE per l’attenzione!!!! La classe 1ª A Scienze applicate Anno scolastico 2010 – 2011 Prof. Casali Claudio