La Scuola secondaria di 1° grado "Capozzi-Galilei“ PLESSO GALILEI presenta

“MAGICA SCIENZA” anno scolastico 2011-2012 classe II F, II G, III G Prof.ssa Morelli Rosanna Prof.ssa Altini Maria Prof.ssa Sivo Margherita

Il dentifricio dell’elefante Il lievito affamato Un soffio gelido La molecola della vita …col cavolo! Colore o incolore ? La bottiglia magica Il dentifricio dell’elefante Il lievito affamato Un soffio gelido Un taglio da “EMO” Eruzioni vulcaniche,frittura di rocce e uova sgusciate!

La molecola della vita 1-Schiacciare la banana. Ogni essere vivente, qualunque esso sia: dall’albero all’animale, dal frutto all’essere umano, ha un proprio DNA che è differente per ognuno di essi. Da alcuni anni, il DNA è diventato protagonista delle riviste scientifiche e spesso anche di molte notizie che compaiono sui giornali ed in TV. Ma che cos'è il DNA? Il DNA è una lunga molecola che contiene il "progetto" di un determinato essere vivente, sia esso un vegetale, un animale o anche un microrganismo. Negli organismi superiori, il DNA è contenuto nel nucleo delle cellule. Salvo alcune eccezioni come le cellule del sangue dei mammiferi che sono prive di nucleo, tutte le cellule di un organismo vivente possiedono una copia di DNA. Le cellule ne utilizzano determinate parti o geni per produrre le proteine di cui hanno bisogno. Per estrarre il DNA bisogna effettuare una sequenza di azioni specifiche che hanno un loro scopo:  1-Schiacciare la banana. 2-Dividerla a metà di 100g ciascuna. 3-Inseriamo acqua, detergente, la poltiglia della banana e sale in un contenitore. 4-Lasciare a riposo. 5-Filtrare. 6-Estrarre il prodotto con la pipetta. 7-Aggiungere il succo d’ananas. 8-Aggiungere l’alcol etilico. 9-Ammirare il risultato.

Prima Fase: Come prima fase prendiamo la banana, la sbucciamo. Dopo aver fatto ciò dobbiamo dividere le cellule le une dalle altre perciò dobbiamo schiacciarla con una forchetta fino a ridurla una poltiglia. Seconda Fase: Come seconda fase dobbiamo estrarre il DNA dalle cellule. Il DNA di ogni essere vivente si trova dentro ogni cellula più precisamente nel nucleo, per ciò dobbiamo estrarlo da lì. La cellula a sua volta è però protetta da due membrane: una nel nucleo (membrana nucleare) e l’altra all’esterno della cellula (membrana cellulare) esse sono un involucro costituite da fosfolipidi, molecole ricche di grassi. Per prelevare DNA, di conseguenza, dobbiamo rimuovere questa “barriera” usiamo perciò del detergente liquido, più comunemente conosciuto come detersivo liquido per piatti; non possiamo eliminare queste membrane col calore sennò il DNA si degraderebbe. Nel cilindro graduato ora mettiamo 100ml di acqua distillata (il nostro solvente) e 10ml di detergente. Terza Fase: Come terza cosa, anche questa molto semplice come quella precedentemente espressa dobbiamo eliminare gli istoni. Ognuno di noi possiede 23 coppie di cromosomi, se mettiamo in fila questi cromosomi otterremmo un “filo” lungo quasi 3 metri, come fanno allora questi cromosomi a stare nel DNA? Semplice! Sono arrotolati! Il filo del DNA si avvolge attorno a proteine, istoni, in modo da occupare poco spazio. Per ottenere il DNA dobbiamo degradare gli istoni e per fare ciò usiamo il sale da cucina; ne aggiungiamo 3g nel contenitore dove prima avevamo messo acqua e sapone.  

Quarta Fase:  Dopo aver messo nel contenitore acqua distillata, detergente liquido e sale, aggiungiamo la poltiglia di banana e la lasciamo  a bagnomaria nella pentola con acqua a 60°C; dopo 15 minuti, si pone il becker a bagnomaria nell'acqua con cubetti di ghiaccio. Questa operazione ha lo scopo di demolire le membrane cellulari e quelle del loro nucleo per liberare il DNA. La poltiglia verrà portata a 60°C per accelerare e favorire il processo, oltre che per disattivare certi enzimi quali la DNasi che potrebbero degradare il DNA. La permanenza a quella temperatura per lungo tempo, comincia però a degradare ugualmente il DNA frammentandolo. Questa è la ragione per cui, dopo 15 minuti, bisogna raffreddare la poltiglia. Dopo 5 minuti dobbiamo filtrare il composto, per ciò usiamo la carta da filtro. Usiamo ciò, con molta delicatezza per non romperlo, per separare il materiale più grossolano dal DNA. Il DNA passa dal filtro e si “deposita” sul fondo del contenitore.  

Quinta Fase: Come quinta fase dobbiamo usare la pipetta ed estrarre 5ml del prodotto filtrato e metterlo nelle provette. Come abbiamo precedentemente detto nel DNA ci sono gli istoni, per staccarli dal DNA usiamo la bromelina, un componente che si trova nel succo d’ananas. Prendiamo 1ml del succo e lo inseriamo nelle provette dove in precedenza avevamo inserito i 5ml del prodotto filtrato. Agitiamo ed aggiungiamo l’ultimo reagente ovvero l’alcol etilico puro freddo i. Ne prendiamo 6 ml con la pipetta graduata, lo inseriamo successivamente facendolo scendere nella provetta delicatamente per dividerlo dallo stato acquoso del DNA.  Conclusione: Dopo pochi minuti nella zona di contatto delle due sostanze è possibile vedere che si è formata una specie di matassa, quello è il DNA! La ragione per cui possiamo vederlo ad occhio nudo è perché ci sono molti cromosomi. Ma come possiamo essere sicuri che quello sia veramente DNA? Semplice, perché se mettiamo la provetta al calore a bagno maria quel filamento scomparirebbe, per ciò è DNA.  

…col cavolo Materiale occorrente: cavolo rosso, acqua, sostanze acide (succo di limone, aceto, sprite), l’acqua distillata (neutra) e sostanze basiche (ammoniaca, idrossido di sodio). Procedimento: si riempie una bacinella di acqua bollente e si immerge il cavolo tagliato in fettine sottili. Si aspetta qualche minuto, mescolando con un cucchiaio. L’acqua si colora di blu. Si pone in ogni provetta qualche millilitro della sostanza in esame acida e basica. Successivamente con una pipetta si preleva l’indicatore al cavolo rosso e si mescola alle diverse sostanze. Osservazioni: nel caso delle sostanze acide, l’indicatore vira al rosso, a contatto con le sostanze basiche il blu vira al verde, con le sostanze neutre non cambia colore. Conclusione: Questo è un metodo di tipo qualitativo, perché non quantifica il valore del pH, compreso tra 0 e 14 delle diverse sostanze. Per farlo, si utilizza un indicatore di pH come la cartina al tornasole o il pHmetro digitale.  

Il pH Il pH indica l’acidità, la basicità o la neutralità di una soluzione. Il pH assume valori compresi tra 0 e 14. Una soluzione è acida se ha un pH compreso tra 0 e 7, è neutra se ha un pH uguale a 7, è basica se ha un pH maggiore di 7 fino a 14. Il pH si può misurare con la cartina al tornasole, con indicatori naturali o con strumenti elettronici. SØrensen, un biochimico danese, coniò il termine che, inzialmente fu “Ph”, il quale poi mutò in “PH” e solo negli anni ’20 divenne il definitivo “pH”.

Colore o incolore ? Materiale occorrente: fenoftaleina, soluzione di idrossido di sodio e acido cloridrico diluito, perché sono composti corrosivi e tre becher . Procedimento: Si mostrano tre becher, indicati con A, B, C contenenti ciascuno un liquido incolore (acqua e fenoftaleina, soluzione di idrossido di sodio, soluzione di acido cloridrico). Si chiede cosa accadrebbe versando il contenuto del primo becher nel secondo e poi nel terzo. Osservazioni: versando il liquido del becher A, nel becher B contenente un liquido incolore si nota che l’acqua si colora di rosa fucsia. Successivamente si versa il liquido contenuto nel becher B, in quello C e si vede come il liquido colorato diventa incolore mescolandosi  con il liquido C. Conclusione: nel primo becher contenente dell’acqua e qualche  millilitro di fenoftaleina, un indicatore che vira al rosa in ambiente basico, essendo il liquido B basico ed in particolare costituito da una soluzione di idrossido di sodio. Mescolando la soluzione basica così ottenuta con il liquido C, rappresentato da una soluzione di acido cloridrico diluito, si ottiene una soluzione neutra e pertanto la fenoftaleina ritorna ad essere incolore.

La bottiglia magica Materiale occorrente: soluzioni glucosio (1,2 g in 100 ml di acqua) e idrossido di sodio ( 12 g in 50 ml di acqua). Procedimento: Si versano 100 ml di soluzione di glucosio in un pallone e si aggiungono 8 ml di idrossido di sodio e qualche goccia di blu di metilene diluito in acqua, tappandolo immediatamente  dopo averlo agitato e lasciato il pallone immobile per qualche minuto. Osservazioni: La soluzione ottenuta è di colore blu. Si attende una decina di minuti e il liquido diventa incolore, ma sottoponendolo ad energica agitazione ridiventa blu. Conclusione: Quando si lascia la bottiglia immobile, il glucosio si ossida ad acido glucuronico e il blu di metilene si riduce dando un composto incolore. Quando si agita il liquido incolore, il blu di metilene reagisce con l’ossigeno dell’aria formando nuovamente il colore blu.  

Il lievito affamato Materiale occorrente: lievito di birra, zucchero, una beuta,un becher, un palloncino di gomma Procedimento: mescolare il lievito con un cucchiaio di zucchero nel becher pieno di acqua calda, mettere la soluzione nella beuta e fissare al suo collo un palloncino dopo averlo dilatato più volte e sgonfiato. Osservazione: dopo un po’ di tempo nel liquido si formano continuamente bolle e il palloncino si gonfia Conclusione Il lievito,cibandosi dello zucchero, produce alcool e anidride carbonica che produce bolle e fa gonfiare il palloncino

Lievito di birra Il lievito di birra è costituito da una massa di funghi unicellulari, il Saccharomyces cerevisiae (o altre specie dello stesso genere Saccharomyces) che producono enzimi in grado di catalizzare la dissociazione del perossido di idrogeno. Gli enzimi sono infatti proteine, prodotte da una cellula vivente. Uno degli enzimi che si è sviluppato prima nella storia evolutiva della vita aerobica sul nostro pianeta è stato proprio la catalasi, una molecola biologica contenente ioni ferro, che “catalizza” la reazione di dissociazione del perossido di idrogeno in acqua ed ossigeno molecolare. E’ grazie alla catalasi se una ferita sulla nostra pelle “frigge” di ossigeno quando trattata con acqua ossigenata, ed è anche grazie alle catalasi contenute nel lievito di birra se la reazione di dissociazione dell’idrogeno perossido riesce a prendere il via nella versione “biologica” della performance del dentifricio dell’elefante. Oltre ad essere una reazione capace di coinvolgerci emozionalmente, previo il mescolamento di schiume e coloranti, è quindi una reazione fondamentale per l’esistenza biologica così come oggi la conosciamo: pluricellulare, all’aria aperta, ma al riparo dall’insidia ossidativa con la quale l’accumulo di perossido di idrogeno minerebbe alla base ogni possibilità di vita sul nostro pianeta.

Il dentifricio dell’elefante Materiale occorrente: una provetta, del detersivo per piatti, lievito di birra sciolto in acqua calda, acqua ossigenata, colorante alimentare. Procedimento:riempire la provetta di detersivo  fino alla prima tacca, corrispondente a circa 2 ml, successivamente aggiungere circa 8 ml di lievito sciolto in acqua e qualche goccia di colorante. Versare all’interno della provetta l’acqua ossigenata. Osservazioni: dopo aver versato l’acqua ossigenata si forma una schiuma       Conclusione: la schiuma è dovuta alla formazione di un gas per la trasformazione dell’acqua ossigenata in acqua e ossigeno, avvenuta per opera dell’enzima perossidasi presente nel lievito.                                      

l’acqua ossigenata (perossido di ossigeno) è un prodotto relativamente poco stabile e, anche sciolto in acqua, tende a decomporsi in acqua e ossigeno gassoso. Il lievito di birra, fungendo da catalizzatore, accelera il processo e quindi l’ossigeno gassoso si sviluppa molto rapidamente e, in presenza di un agente schiumogeno e di un colorante, forma un’abbondante schiuma colorata accompagnata da vapore per parziale evaporazione dell’acqua a causa del calore liberato dalla reazione esotermica.

Un … gelido soffio Si può rilevare la presenza di CO2 nell’aria espirata? Si può utilizzare l’idrossido di bario(detto anche acqua di barite) per rilevare la CO2 nell’aria espirata. Materiale: una soluzione di idrossido di bario – una beuta - una cannuccia lunga Procedimento: si pongono nella beuta circa 100 cc di soluzione di idrossido di bario e, mediante una cannuccia, si soffia dentro.

Osservazioni del procedimento:abbiamo preparato una soluzione acquosa di di-idrossido di Bario e, tramite espirazione attraverso una cannuccia, abbiamo insufflato biossido di carbonio all'interno della beuta. E’ stato possibile subito notare che la soluzione ha assunto un aspetto torbido e bianco. Con il procedere della reazione , infatti , si andava depositando carbonato di Bario , insolubile e bianco. Perché quindi l’idrossido di bario è diventato torbido? Conclusioni: la CO2 contenuta nel respiro reagisce con l’idrossido di bario formando carbonato di bario insolubile e la soluzione diventa rapidamente torbida. CO2+Ba(OH)2=BaCO3+H2O Spiegazione Chimica: Il Biossido di Carbonio (anidride carbonica) a contatto con l'acqua forma acido triossocarbonico , H2CO3 , (acido carbonico ) CO2+H2O --->H2CO3 che a contatto con la base di-idrossido di Bario dà luogo ad una reazione di neutralizzazione H2CO3+Ba(OH)2 ---> 2H2O+BaCO3(precipitato bianco) con formazione del sale insolubile triossocarbonato di Bario (carbonato di bario) che proprio perchè insolubile in condizioni basiche forma una evidente lattescenza nella soluzione.

UN TAGLIO DA “EMO” Servono del cloruro ferrico, del tiocianato di potassio, acqua meglio se distillata, un coltello non affilato... FeCl3 + 3 K(SCN) → Fe(SCN)3 + 3 KCl reazione del tiocianato con gli ioni ferro Fe +++ arancione +SCN − incolore ⇌FeSCN ++ rosso Vengono preparati due recipienti: uno contenente una soluzione concentrata di tiocianato di potassio, l'altra sempre concentrata ma di cloruro ferrico. Il braccio è spalmato con la soluzione di cloruro ferrico, mentre la lama del coltello è imbevuta nella soluzione di tiocianato di potassio. Quando le due soluzioni entrano in contatto avviene la reazione che porta alla formazione del ferro tiocianato, colorato di rosso sangue...

UNA ERUZIONE VULCANICA In mezzo bicchiere d'acqua, versiamo alcuni cucchiaini di bicarbonato di sodio(sostanza BASICA) e mescoliamo in modo da ottenere una soluzione abbastanza concentrata. Aggiungamo del colorante alimentare rosso. Nello stesso bicchiere, versiamo poi ora un cucchiaio d'aceto (sostanza ACIDA). Si è svilupperà un'abbondante produzione di effervescenza che simula l’eruzione vulcanica. E' avvenuta una reazione chimica fra il bicarbonato (sostanza basica) e l'aceto o acido acetico (sostanza acida). Queste due sostanze hanno reagito fra loro, producendo un sale, acqua ed anidride carbonica gassosa. E' proprio questo gas che produce l’effervescenza dell’eruzione del vulcano!

Facciamo friggere una roccia Avete mai pensato di fare friggere una roccia? I geologi lo fanno spesso: non certo per mangiarla, ovviamente, ma per valutare la sua composizione chimica Materiale occorrente numerosi campioni di rocce differenti acido cloridrico un paio di guanti Versare qualche goccia dell'acido sul campione di roccia (facendo attenzione che l'acido non entri in contatto con la pelle e con gli indumenti). A questo punto verificare se la roccia "frigge" (ovvero reagisce con l'acido formando bolle di gas): in questo caso il geologo conclude che la roccia in questione contiene carbonato di calcio (è un calcare). Se, invece, la roccia non reagisce con l'acido, ci troviamo in presenza di una roccia non costituita da carbonato di calcio; ad esempio potrebbe trattarsi di un granito o di un marmo che, all'apparenza, è molto simile ad un calcare ma non reagisce con l'acido.

CaCO3 + HCl + H2O ==> Ca + OH + H2O + Cl + CO2(gas) La formazione delle bolle di gas in seguito al contatto di una roccia carbonatica acido cloridrico HCl diluito al 5%-10% può essere descritta dalla reazione seguente: CaCO3 + HCl + H2O ==> Ca + OH + H2O + Cl + CO2(gas) Uova sgusciate Possiamo togliere il guscio ad un uovo crudo senza romperlo? Sì, la chimica e ….l’aceto ci vengono in aiuto. Se immergiamo un uovo nell’aceto dopo circa 48 ore, lo troveremo senza guscio. L’aceto si è “mangiato” il guscio dell’uovo. Più scientificamente, è avvenuta una reazione tra l’aceto (che è un acido) e il guscio dell’uovo. Giacché il guscio è fatto soprattutto di carbonato calcio l’acido acetico dissolve il guscio.  

“Mostra Scientifica Interattiva” per... ...diventirci "imparando"!!!! Arrivederci alla prossima “Mostra Scientifica Interattiva” per... ...diventirci "imparando"!!!! Le Prof.sse Morelli, Altini, Sivo e i loro piccoli “Galileo”… della “Galilei!”