TIROCINIO FORMATIVO ATTIVO DIDATTICA DELLA CHIMICA I classe A013 e A060 ELABORATO FINALE del corso di DIDATTICA DELLA CHIMICA I di Manuela Petaccia, Daniela Saverioni, Luana Tanzi. 1

TIROCINIO FORMATIVO ATTIVO classe A013 e A060 ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE Manuela Petaccia, Daniela Saverioni, Luana Tanzi. 2

DIDATTICA DELLA CHIMICA I 3 DIDATTICA DELLA CHIMICA I ,,0, INTRODUZIONE. La chimica è nata come una scienza fenomenologica, gli atomi e le molecole appartengono ad un mondo microscopico, non visibile con nessun ausilio. Per studiare la materia il chimico ne osserva i cambiamenti, le trasformazioni che in essa avvengono. La didattica della chimica deve quindi confrontarsi ogni giorno con concetti “astratti”, oggetti invisibili come l'atomo o gli elettroni di legame, e questo rende facile nello studente la nascita di misconcezioni. 3

DIDATTICA DELLA CHIMICA I 4 DIDATTICA DELLA CHIMICA I LE MISCONCEZIONI. Nello studio delle scienze, una misconcezione è un concetto che nasce da intuizioni sbagliate e senza fondamento scientifico. Le misconcezioni possono essere radicate nella “cultura popolare” (es. la chimica fa male) oppure possono generarsi durante il processo educativo, magari a seguito di spiegazioni troppo semplificate (es. gli orbitali atomici determinano la regione dello spazio in cui è più probabile trovare l'elettrone). Tra le misconcezioni più famose e diffuse della chimica, vi è il confondere o spesso il far equivalere i concetti di elemento, composto e miscela. 4

DIDATTICA DELLA CHIMICA I ESEMPI IN LETTERATURA* In una classe delle superiori, alcuni allievi disegnano in una mappa concettuale i miscugli come composti non-molecolari; molti allievi pensano che sia impossibile ripristinare le sostanze elementari una volta che queste si sono combinate tra loro. Mentre altri portano la separazione del sale dall’acqua salata come esempio del ripristino degli elementi dal composto. Alcuni allievi pensano che gli elementi (le sostanze elementari) siano formati solo da atomi singoli, riservando le molecole ai composti (molecolari), mentre altri si dicono convinti che i chimici abbiano la capacità, come “ingegneri molecolari”, di assemblare tre atomi in qualsivoglia struttura. *DIDATTICA PER DOMANDE PER GUIDARE I PRIMI PASSI TRA I CONCETTI DELLA CHIMICA: un esperimento semi-costruttivista Alfredo Tifi – ITIS “Eustachio Divini” alfredo.tifi@gmail.com

TEST per EVIDENZIARE MISCONCEZIONI SU “ELEMENTI,COMPOSTI e MISCELE”

TEST per EVIDENZIARE MISCONCEZIONI SU “ELEMENTI, COMPOSTI e MISCELE”

TEST per EVIDENZIARE MISCONCEZIONI SU “ELEMENTI,COMPOSTI e MISCELE”

TEST per EVIDENZIARE MISCONCEZIONI SU “ELEMENTI,COMPOSTI e MISCELE” Questo test può essere sottoposto alla classe per evidenziare misconcezioni generate durante il processo educativo. La Royal Society of Chemistry ha incoraggiato uno studio sulle misconcezioni degli studenti su argomenti della chimica di base, i risultati sono riassunti in: Vanessa Kind, “Beyond appearences”: students' misconceptions about basic chemical deas.; 2004. Il test riportato è stato tratto da quest'opera e qui tradotto.* *http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/Books/Misconceptions.asp

Trasformazioni fisiche Una trasformazione fisica produce semplicemente un cambiamento fisico della materia, ma non cambia le sue proprietà specifiche. Passaggi di stato; estrazione con solvente; cristallizzazione; filtrazione; distillazione. Es. liquefazione dell’acqua

Trasformazioni chimiche Una trasformazione chimica induce un profondo cambiamento chimico nelle proprietà specifiche della sostanza, producendo di fatto una o più sostanze diverse. Decomposizione Es. Elettrolisi dell’acqua in H2 e O2

ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE Un elemento è una sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici mediante trasformazioni né chimiche né fisiche; rame acqua Un composto è una sostanza che può essere separata in sostanze più semplici mediante trasformazioni chimiche, ma non fisiche. glucosio in acqua La miscela è un insieme di sostanze che è possibile separare mediante trasformazioni di tipo fisico.

ELEMENTI mercurio zolfo xeno ossigeno ‘’Alcuni allievi pensano che gli elementi (le sostanze elementari) siano formati solo da atomi singoli, riservando le molecole ai composti (molecolari)...’’

COMPOSTI acqua CH4 + O2 ⇆ CO2 + H2O anidride carbonica I composti si ottengono per reazioni chimiche a partire da elementi e/o altri composti: CH4 + O2 ⇆ CO2 + H2O anidride carbonica

MISCELE rame stagno bronzo di Riace alcol etilico acqua vino

Esempi di prove di laboratorio (composto) Decomposizione per riscaldamento di ossido di mercurio (di colore rosso arancio) in mercurio ed ossigeno. Riscaldare una piccola quantità di ossido di mercurio in una provetta per 5 minuti sulla fiamma di un becco bunsen; il composto di scinde in mercurio ed ossigeno; il mercurio si osserva sotto forma di goccioline sulla parete della provetta. La presenza di ossigeno si può rivelare inserendo nella provetta, ancora tenuta sulla fiamma, uno stecchino di legno che brucia ad una estremità, ma senza fiamma: l’ossigeno ravviva visibilmente la combustione. Se l’ossido di mercurio viene riscaldato di meno e non arriva alla decomposizione, non si osservano né le goccioline di mercurio né la capacità comburente dell’ossigeno. Le due sostanze ottenute hanno visibilmente cambiato aspetto: una è rappresentata dalle gocce di mercurio, l’altra (l’ossigeno) non si vede ma si può rilevare grazie alla sua capacità comburente. Come si fa a riottenere l’ossido di mercurio? Certamente non a partire dai due elementi separati con questo esperimento.

Esempi di prove di laboratorio (miscela) Separazione del saccarosio da una soluzione di acqua distillata Preparare una soluzione di saccarosio (zucchero da cucina) e acqua distillata. Portare ad ebollizione l’acqua, finché non rimane solo il saccarosio in forma solida. Se il vapore acqueo passa in un tubo raffreddato, condensa e torna allo stato liquido, con recupero dell’acqua (separazione mediante distillazione). Se si fa bollire solo l’acqua distillata, non rimane nessun solido osservabile dopo che l’acqua è completamente evaporata. Se comparati con le sostanze di partenza (saccarosio e acqua) una volta che essi sono stati separati mediante distillazione non si osserva alcun cambiamento nel loro aspetto (cioè si riottengono le sostanze di prima). 17

ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE MAPPA CONCETTUALE: ELEMENTI, COMPOSTI E MISCELE I concetti di elemento, composto e miscela sono correlati tra loro: lo studente può elaborare una mappa concettuale di questo tipo per fissarne le relazioni.

CONCLUSIONI. Un semplice test preliminare ci permette di individuare possibili MISCONCEZIONI. Con esperimenti di laboratorio, prove pratiche e dimostrazioni è possibile correggere questi concetti sbagliati. La definizione operativa del concetto consente allo studente di «toccare con mano» la differenza tra elemento, composto e miscela. 19