De recta ratione audiendi, Plutarco La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto come legna, di una scintilla che l’accenda e vi infonda l’impulso della ricerca e un amore ardente per la verità De recta ratione audiendi, Plutarco Pronta
S.C.I.E.N. Sperimentare Con Intelligenza Evitando Nozionismi Luca Ferrini S.M.S G. Galilei A.s. 2013/2014
S.C.I.E.N. Indice GLI OBIETTIVI DEL PROGETTO MISCUGLI ETEROGENEI MISCELE ETEROGENEE DI SOLIDI IN LIQUIDI MISCUGLI LIQUIDO-LIQUIDO CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE IL DISTILLATORE SOLUZIONI ACIDE E SOLUZIONI BASICHE TRASFORMAZIONI CHIMICHE
Gli obiettivi del progetto S.C.I.E.N. Gli obiettivi del progetto Saper classificare un miscuglio in eterogeneo o omogeneo Conoscere soluzioni, sospensioni ed emulsioni Saper individuare l’acidità di una soluzione Distinguere reazioni chimiche da trasformazioni fisiche Elaborare graficamente e statisticamente i dati sperimentali
MiSCUGLI ETEROGENEI SOLIDO-SOLIDO DEFINIZIONE: Un miscuglio eterogeneo è un miscuglio in cui si riconoscono i componenti
PRIMA ATTIVITÀ Abbiamo progettato un metodo per separare i componenti di diverse miscele. Successivamente abbiamo pesato le sostanze recuperate, valutando l’efficacia dei metodi scelti tra i seguenti: 1° metodo: SETACCIAMENTO (Sifting) Separazione di sostanze di grandezza diversa utilizzando un setaccio 2° metodo: ATTRAZIONE MAGNETICA Separazione dei componenti magnetici per mezzo di una calamita
Abbiamo successivamente compilato la seguente tabella… 3° metodo: FILTRAZIONE (Filtration) Si separa la componente solida da quella liquida tramite un filtro posto in un becher 4° metodo: EVAPORAZIONE Si riscalda dell’acqua dove è presente una componente solida fino all’evaporazione della prima Abbiamo successivamente compilato la seguente tabella…
RESA 80% 100% 120% MISCUGLIO RISULTATO METODO SCELTO 4g farina + 5g zinco Setacciamento 4g farina 80% 5g tornitura di rame 5g limatura di ferro 4g ferro Attrazione magnetica 5g ferro 100% 5g sabbia 6g ferro 120%
IPOTESI: DOMANDA: PERCHÈ ABBIAMO OTTENUTO 1g IN PIÙ? ENRICO: «Nella sabbia c’erano tracce di pirite» RAFFAELE : «Alcuni granelli di sabbia possono essere rimasti intrappolati nella limatura»
ESPERIMENTO Miscuglio eterogeneo (Solido-Solido) Componenti: 5g di sabbia 5g di limatura di ferro 5g di sale: cloruro di sodio (NaCl) Procedimento: Preparare un miscuglio di sale, sabbia e limatura in un becher Aggiungere acqua distillata Sistemare un filtro in un imbuto e appoggiare l’imbuto sul becher; versare il miscuglio METODO DI SEPARAZIONE: Filtrazione
COME SEPARARE IL SALE E L’ACQUA? -Nel filtro rimangono il ferro e la sabbia. Il sale si scioglie. COME SEPARARE IL SALE E L’ACQUA? Becher con il sale Becher vuoto Sale recuperato 104g 96g 8g Riscaldare il filtrato fino a ebollizione L’acqua evapora completamente lasciando del sale nel becher Misurare la quantità di sale recuperato
DOMANDA: a cosa è dovuto l’incremento? IPOTESI 5:3=100:X X= 3·100 = 60% 5 DOMANDA: a cosa è dovuto l’incremento? IPOTESI AGNESE: «IL SALE HA TRATTENUTO UN PO’ D’ACQUA» LUCA: «LA SABBIA DEL MARE CONTIENE DEL SALE» Infatti il sale ha proprietà igroscopiche, cioè attira e trattiene l’acqua
TRASFORMAZIONI FISICHE OSSERVAZIONI 1° OSSERVAZIONE: quando si mescolano due sostanze la massa iniziale è uguale a quella finale 2° OSSERVAZIONE: I componenti (sale, limatura…) hanno conservato le loro proprietà CONCLUSIONE I DUE PROCESSI, MESCOLAMENTO E SEPARAZIONE, SONO REVERSIBILI, cioè sono: TRASFORMAZIONI FISICHE
MISCELE ETEROGENEE DI SOLIDI IN LIQUIDI MISCELE DI MATERIALE SOLIDO IN ACQUA MISCELE ETEROGENEE DI SOLIDI IN LIQUIDI
ESPERIMENTO MATERIALI OCCORRENTI: PROCEDIMENTO: Becher Zucchero Sale Caffè Argilla Amido Farina Acqua demineralizzata PROCEDIMENTO: Mettere nei vari becher lo stesso volume d’acqua e aggiungere i solidi elencati
DELLE SOSPENSIONI OSSERVAZIONI Sale Zucchero Caffè Argilla Farina Amido Acqua SOLUZIONI SOSPENSIONI (Miscugli eterogenei) OSSERVAZIONI Il sale e lo zucchero «spariscono», mentre gli altri componenti si vedono ancora e, lasciati riposare, si depositano sul fondo o galleggiano DELLE SOSPENSIONI Abbiamo ottenuto cioè
DOMANDA Come separare gli ingredienti di una SOSPENSIONE? Il sale si scioglie meno dello zucchero, infatti è andato a fondo IL SALE È MENO SOLUBILE DELLO ZUCCHERO Cioè nella stessa quantità d’acqua si può sciogliere una quantità minore di sale DOMANDA Come separare gli ingredienti di una SOSPENSIONE? ipotesi CAMILLA: PER EVAPORAZIONE ipotesi RAFFAELE: PER FILTRAZIONE ipotesi: PER DECANTAZIONE Come togliere l’acqua? ipotesi RIAD: CON UNA SIRINGA ipotesi RIAD: PER FILTRAZIONE Si fa riposare la sospensione e la sostanza insolubile si deposita sul fondo: questa tecnica è usata nei depuratori.
MISCUGLI LIQUIDO-LIQUIDO
ESPERIMENTO MATERIALE OCCORRENTE: Beuta Acqua demineralizzata Olio Beuta Alcool Acqua demineralizzata Sciroppo Tappo di gomma forato Solvente Tubicino di vetro Becher Abbiamo poi compilato la seguente tabella SOLVENTE SOLUTO RISULTATO OSSERVAZIONI Acqua Olio INSOLUBILE L’olio galleggia EMULSIONE Alcool SOLUBILE Miscuglio rosa SOLUZIONE Sciroppo Miscuglio omogeneo Solvente Componenti separati Miscuglio giallo
Acqua limpida colorata RIEPILOGANDO Miscele o miscugli Omogenee Acqua limpida Sale e zucchero Acqua limpida colorata Eterogenee Sospensione Farina-caffè Emulsione
CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE La concentrazione di una soluzione indica la quantità massima di soluto disciolta nella soluzione
DILUITA CONCENTRATA SATURA SOLUZIONE SOLUZIONE SOLUZIONE DILUITA CONCENTRATA SATURA Contiene poco soluto, Soluzione sovrassatura Contiene la massima senza corpo di fondo con corpo di fondo quantità di soluto DOMANDA: Come posso ottenere una soluzione satura? IPOTESI: Per filtrazione Come possiamo verificare che la soluzione filtrata sia satura? Si aggiunge altro soluto: SE É SATURA VA A FONDO!
Massa sale / Massa soluzione Massa iniziale acqua Massa sale Massa becher + acqua Massa finale Massa sale / Massa soluzione 50g ≃50ml 18g 148g 166g 18:68≃0,26… 60g≃60ml 21g 159g 180g 21:81≃0,26… 75g≃75ml 27g 192g 27:102≃0,26… 100g≃100ml 36g 233g 36:136≃0,26… A temperatura ambiente, 22° circa I dati della tabella sono sperimentali, ottenuti proprio dai nostri test!
68 18 81 21 102 27 136 36 ELABORAZIONE DATI Legge matematica: Massa sale Y 0,26 Massa soluzione K MASSA SALE= 0,26 · MASSA SOLUZIONE Massa soluzione X Massa sale Y 68 18 81 21 102 27 136 36
DOMANDA: Se cambia la temperatura cambia anche la solubilità DOMANDA: Se cambia la temperatura cambia anche la solubilità? ESPERIMENTO MATERIALE OCCORRENTE: 3 Becher Sale (NaCl) Solfato di rame (CuSo4) Piastra riscaldante Termometro PROCEDIMENTO: Preparare 2 becher con 50ml d’acqua demineralizzata Nel 1° becher aggiungere 25g di sale Nel 2° becher aggiungere 25g di solfato
METTERE I BECHER SULLA PIASTRA: IN ENTRAMBI I CASI ABBIAMO OTTENUTO SOLUZIONI SATURE CON IL CORPO DI FONDO Infatti la solubilità del sale a 22°c è di ∼36g in 100g d’acqua, quella del solfato∼ 31g METTERE I BECHER SULLA PIASTRA: -Il solfato di rame si scioglie completamente -Nella soluzione di sale rimane il corpo di fondo OSSERVAZIONE Il becher con la soluzione di solfato è diventato caldo: da 22°c a ∼ 32°c
CONCLUSIONI ABBIAMO SCOPERTO: A un certo punto il sale non si scioglie più e rimane sul fondo del becher: la soluzione è satura e non vi può essere sciolto altro sale. Quello non sciolto forma il corpo di fondo Il valore del rapporto massa sale/massa soluzione è costante: tale rapporto è la massima quantità di soluto scioglibile in 100g di soluzione a temperatura ambiente La massa del sale e la massa della soluzione sono grandezze direttamente proporzionali La solubilità generalmente aumenta all’aumentare della temperatura e diminuisce al suo diminuire
IL DISTILLATORE Il sale è stato recuperato facendo evaporare l’acqua, ma l’acqua può essere recuperata?
ESPERIMENTO MATERIALE OCCORRENTE: PROCEDIMENTO: Distillatore 50g di Acqua demineralizzata 17g di cloruro di sodio NaCl Piastra riscaldante PROCEDIMENTO: Pesare il pallone vuoto127g Mettere nel pallone la soluzione satura ottenuta sciogliendo 17g di sale in 50g d’acqua Scaldare il pallone sulla piastra. Man mano che la soluzione si scalda, l’acqua evapora.
Osserviamo il vapore che esce da un’apertura laterale del distillatore Dal beccuccio opposto comincia a gocciolare l’acqua Secondo passaggio di stato: CONDENSAZIONE Acqua Vapore Primo passaggio stato: EVAPORAZIONE
C’è un incremento di 3g dovuto alle proprietà igroscopiche del sale L’ACQUA CHE RACCOGLIE NEL BECHER NON È SALATA: È ACQUA DISTILLATA Sale recuperato nel pallone: 147g − 127g = 20g pallone + sale Pallone vuoto C’è un incremento di 3g dovuto alle proprietà igroscopiche del sale
SOLUZIONi ACIDE E SOLUZIONi BASICHE
Una soluzione può essere: DOMANDA: COME POTRESTI DEFINIRE IL SAPORE DI UNA LIMONATA? RISPOSTE: ASPRA; ACIDA In chimica i concetto d «acido» assume un significato particolare Per misurare il grado di acidità o basicità si una soluzione si usa la scala di ph che varia da 0 a 14 Una soluzione può essere: ACIDA BASICA NEUTRA Ci sono alcune sostanze dette INDICATORI che assumono colori diversi n base al ph dell’ambiente in cui si trovano
COME SCOPRIRE L’ACIDITÀ DI UNA SOLUZIONE MATERIALE OCCORRENTE: 3 becher Acqua demineralizzata Acido muriatico Ammoniaca Indicatore universale PROCEDIMENTO: Mettere nel 1° becher l’acido, nel 2° l’acqua e nel 3° l’ammoniaca Immergere in ciascun becher una strisciolina di indicatore universale e osservare cosa accade: Soluzione Colorazione assunta dall’indicatore Acido muriatico ROSSO Acqua demineralizzata VERDE Ammoniaca BLU
esperimento MATERIALE OCCORRENTE: PROCEDIMENTO: Preparare: 8 provette Porta provette Acqua demineralizzata Aceto Succo di limone Ammoniaca Fenolftaleina Blu di bromotimolo PROCEDIMENTO: Preparare: 2 provette con acqua demineralizzata 2 provette con aceto 2 provette con succo d limone 2 provette con ammoniaca
Indicatore universale Aggiungere a 4 provette di ogni tipo qualche goccia di fenolftaleina e alle altre 4 del blu di bromotimolo Sostanza Indicatore universale Blu di bromotimolo Fenolftaleina Acida/basica/neutra Acqua demineralizzata Verde Biancastra Neutra Aceto Arancio/rosso Giallo Giallo chiaro Acida Succo di limone Ammoniaca Blu Rosa fucsia Basica Soluzione di bicarbonato Rosa chiaro
TRASFORMAZIONI CHIMICHE
cHE cosa sono le reazioni chimiche? EVAPORAZIONE DELL’ACQUA Trasf. fisica FUSIONE DEL GHACCIO Trasf. fisica FORMAZONE DELLA RUGGNE Trasf. chimica ACCENSIONE DI UN FORNELLO Trasf. chimica CARAMELLARE LO ZUCCHERO Trasf. chimica EMULSIONE DELL’OLIO Trasf. fisica FULMINE IN CIELO Trasf. chimica ACQUA SALATA Trasf. fisica SUCCO D LIMONE NEL TÈ Trasf. chimica
Esperimento: Zinco + acido cloridrico MATERIALE OCCORRENTE: Lamine di ZINCO (Zn) ACIDO MURIATICO (soluzione al 10% di acido cloridrico) PROVETTA PROCEDIMENTO: Mettere lo zinco nella provetta e aggiungere l’acido Tappare la provetta con un dito OSSERVIAMO LA FORMAZIONE DI BOLLICINE: SI STA FORMANDO UN GAS INFIAMMABILE È AVVENUTA UNA REAZIONE CHIMICA
Esperimento: polvere di marmo e succo di limone MATERIALE OCCORRENTE: Polvere di marmo Due limoni Un cucchiaino di plastica Becher da 250ml Piastra riscaldante PROCEDIMENTO: Prendere con il cucchiaino una puntina di polvere di marmo, insolubile in acqua. Aggiungere 50ml d’acqua e il succo di limone
OSSERVAZIONE: Man mano che aggiungiamo il limone osserviamo che la polvere di marmo scompare LA POLVERE DI MARMO HA INTERAGITO CN IL SUCCO DI LIMONE E SI È FORMATA UNA SOSTANZA DIVERSA, SOLUBILE IN ACQUA In questo caso è avvenuta una reazione chimica, cioè una trasformazione che comporta la formazione di sostanze diverse a quelle iniziali Se scaldiamo il becher sulla piastra e facciamo evaporare il liquido, sul fondo non sarà più recuperabile la polvere di marmo e la sostanza che si sarà formata risulterà insolubile in acqua
CONSIDERAZIONI FINALI Sin dall’inizio e per tutta la sua durata, questo progetto mi ha intrigato e stimolato, accendendo, davvero, una scintilla nella mia mente. Le variegate esperienze sono andate a toccare molti punti nello studio della chimica, seppur mantenendo un certo legame. Ciò che infatti mi ha più colpito è stata l’organizzazione del progetto: la meticolosità con cui era riposto il materiale del «Kit» per gli esperimenti che ci è stato consegnato ne è un esempio lampante. Ho notato, tra l’altro, punti in comune nello svolgimento di ogni attività, atti ad aggiungere un tocco di familiarità, pur non rendendo monotone le esperienze svolte. Il progetto è stato qualcosa di unico, una grande opportunità e privilegio. Purtroppo, però, ho da fare un appunto negativo, sperando che non possa fare altro che migliorare l’esperienza di chi vivrà future attività simili: i vari esperimenti dovrebbero coinvolgere maggiormente l’intera classe (compito assai arduo…), magari stimolando ulteriormente gli alunni con finalità e obiettivi ben precisi e delineati. Certamente la cosa è soggettiva e riferita alla mia esperienza, che in generale è impossibile non considerare più che positiva. Luca Ferrini CONSIDERAZIONI FINALI
Gli obiettivi del progetto S.C.I.E.N. Gli obiettivi del progetto Saper classificare un miscuglio in eterogeneo o omogeneo Conoscere soluzioni, sospensioni ed emulsioni Saper individuare l’acidità di una soluzione Distinguere reazioni chimiche da trasformazioni fisiche Elaborare graficamente e statisticamente i dati sperimentali
L’ACQUA COSÌ OTTENUTA È ACQUA DISTILLATA In una esperienza precedente, scaldando la soluzione del becher sulla piastra e sfruttando l’evaporazione dell’acqua, abbiamo potuto ottenere il sale disciolto nel solvente. Utilizzando il distillatore è possibile recuperare, raffreddare e quindi condensare i vapori acquei che si liberano durante il riscaldamento e ottenere acqua liquida separata dal sale. L’ACQUA COSÌ OTTENUTA È ACQUA DISTILLATA