AAACCCQQQUUUAAABBBOOOOOOKKK Appunti riflessioni ed esperienze sull’acqua elaborate da

Maria Todeschini e MMaria Todeschini e MMaria Todeschini e MMaria Todeschini e Marcelloarcelloarcelloarcello Zanotto Zanotto Zanotto Zanotto

Istituto Comprensivo F. Morosini

Classe I B

Anno scolastico 2009/2010

INDICE

1. Un po’ di storia………………………………………………………………………………………………1

2. La molecola d’ acqua………………………………………………………………………….............2

3. L’acqua: densità e peso specifico………………………………………………………………3

4. L’ acqua è un solvente…………………………………………………………………………………..4

5. Il principio dei vasi comunicanti…………………………………………………………….....5

6. La capillarità………………………………………………………………………………………………….7

7. La tensione superficiale………………………………………………………………………………9

8. L’acqua e i tre stati di aggregazione………………………………………………………10

9. Il ciclo dell’acqua………………………………………………………………………………..……….11

10. L’acqua e il calore……………………………………………………………………………………...12

11. La distribuzione delle acque sulla terra…………………………………………….…13

12. Il laboratorio “ Bevi con stile”……………………………………………………………..…14

UN PO’ DI STORIA

L’ acqua nelle civiltà antiche era importante, e quasi tutte le antiche

civiltà sorgevano vicino all’ acqua: serviva per bere, coltivare i campi,

allevare gli animali e come mezzo di comunicazione. Essa era così preziosa

che la conservavano nei periodi aridi in cisterne che avevano riempito

quando pioveva.

Gli antichi filosofi greci (Aristotele,Empedocle e altri) ritenevano l’acqua

uno dei quattro elementi costituenti l’universo (acqua, aria, terra, fuoco).

I Romani non approfondirono ulteriori conoscenze teoriche ma studiarono

e progettarono le modalità per meglio utilizzarla costruendo degli

acquedotti, delle cisterne e delle terme.

Anche nel Medioevo e nel Rinascimento continuarono a tener valide le

considerazione degli antiche greci. Con Galileo nasce il metodo

sperimentale, ma solo nel 18° secolo ciò portò ad nuova conoscenza della

struttura dell’acqua. Tra il 1781 e il 1783 i fisici inglesi Cavendish,Watt e

Priestly scoprirono che l’acqua è un composto formato da idrogeno e

ossigeno. Gli esperimenti furono approfonditi dal chimico francese

Lavoisier , loro contemporaneo.

La storia della molecola d’acqua, conclusa con J.Berzelius (1779-1848)

chiarì definitivamente che una molecola d’acqua era composta da due

atomi di idrogeno e uno di ossigeno, adattando la famosa “formula” H2O.

LA MOLECOLA D’ ACQUA

La molecola d’ acqua, H2O, è formata da due atomi di idrogeno (H) e un

atomo di ossigeno (O) legati tra loro con legame covalente che è uno dei

tre modi di unione degli atomi.

E’una molecola polare perché presenta un polo positivo e un polo negativo.

Il polo positivo si trova vicino alla molecola di idrogeno.Il polo negativo è

vicino alla molecola di ossigeno.

Proprio per questo motivo è un solvente universale per molte sostanze;

per esempio l’ acqua scioglie il cloruro di sodio che è un composto ionico,

insinuandosi tra gli ioni Na+ e Cl- circondandoli, rispettivamente, con il

polo negativo e quello positivo

L’ ACQUA : PESO SPECIFICO E DENSITA’

La densità di un corpo e’ il rapporto tra la massa e il volume di un corpo

mentre il peso specifico e’ il rapporto tra il peso di un oggetto e il suo

volume. Tuttavia qui sulla terra possiamo considerare il peso e la densità

come una cosa unica, in quanto tutti i corpi sono sottoposti alla forza di

gravità.

Abbiamo allora fatto questo esperimento per ricavare il peso specifico

dell’acqua potabile

ESPERIENZA

MATERIALI =bilancia elettrica, cilindro graduato e acqua.

IPOTESI = verificare il peso specifico dell’acqua

DESCRIZIONE = pesare il cilindro vuoto = 187,9 g

Riempire con 200 ml di H2O

Pesare il cilindro più acqua = 389,7 g

Peso 3 – peso 1 = 201,8 g peso dell’ acqua

Ps H2O = P:V = 200,67:200 ml = 1,00335g/ml

CONCLUSIONI = il peso specifico dell’ acqua e’ maggiore di 1 perché

essendo potabile è ricca di sali mentre quella distillata ha un Ps =1.

SOLUBILITA’ IN ACQUA L’acqua è un solvente per moltissime sostanze. In una soluzione infatti

distinguiamo sempre un solvente, la sostanza in maggior quantità, un

soluto cioè la sostanza presente in minor quantità.

La concentrazione di una soluzione è la quantità di soluto su 100 ml di

soluzione.

La soluzione è un miscuglio omogeneo di 2 o piu’ sostanze.

ESPERIENZA

MATERIALI = vetrino da orologio, una pipetta, agitatore, becher, 3

provette, porta provette, solfato di rame, olio di semi, soluzione di blu di

metilene all’ 1%.

IPOTESI = verificare la solubilità in acqua delle tre sostanze: solfato di

rame, olio di semi e blu di metilene

DESCRIZIONE = abbiamo versato nella provetta 1 qualche piccola

quantità di solfato di rame, nella provetta 2, una soluzione di blu di

metilene all’ 1%, nella provetta 3 olio di semi ed abbiamo mescolato. Nella

provetta 1 si è formata una soluzione, nella provetta 2 abbiamo formato

una soluzione di blu di metilene, nella provetta 3 abbiamo ottenuto un

miscuglio non omogeneo perché l’ olio galleggia sull’acqua.

CONCLUSIONI = il solfato di rame e la soluzione di blu di metilene sono

solubili in acqua invece l’ olio di semi non lo è.

IL PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI

Le esperienze che seguono vogliono dimostrare il principio in base al quale

l’ acqua si dispone sempre allo stesso livello in una serie di vasi

comunicanti tra loro.

ESPERIENZA 1

MATERIALI = abbiamo usato l’apparecchio dei vasi comunicanti, della

soluzione di blu di metilene, un becher, un miscelatore, un contagocce e

infine un imbuto.

IPOTESI = verificare che un liquido raggiunge lo stesso livello anche se i

vasi comunicanti hanno forme diverse.

DESCRIZIONE = abbiamo creato una soluzione di blu di metilene poi

abbiamo versato la soluzione così creata nell’ apparecchio dei vasi

comunicanti con l’uso di un imbuto. Abbiamo verificato che l’altezza

dell’acqua è la stessa in tutti e 4 i vasi indipendentemente dalla loro

forma. Abbiamo anche verificato che i liquidi prendono la forma del

recipiente.

CONCLUSIONI = è confermato il principio dei vasi comunicanti.

VASI COMUNICANTI ARTIGIANALI

MATERIALI = due bottiglie di plastica, becher, soluzione di blu di

metilene, tubo trasparente flessibile, nastro isolante, forbici.

IPOTESI = verificare il principio dei vasi comunicanti.

DESCRIZIONE = abbiamo tagliato le bottiglie all’ altezza dell’ etichetta

privandole del fondo. Abbiamo fissato le due estremità del tubo al collo di

ciascuna bottiglia con il nastro adesivo. Abbiamo versato l’acqua colorata

in una bottiglia e abbiamo verificato che essa ha raggiunto lo stesso

livello dell’ altra. Il liquido ha seguito il principio dei vasi comunicanti.

Abbiamo alzato e abbassato le bottiglie e abbiamo osservato che c’era il

fenomeno della fontanella cioè, quando una bottiglia era in alto si

svuotava mentre quella in basso si riempiva creando come una fontanella.

CONCLUSIONI = è confermato il principio de vasi comunicanti.

LA CAPILLARITA’

Il fenomeno della capillarità è il fenomeno per il quale l’acqua non rispetta

il principio dei vasi comunicanti e sale maggiormente nei vasi che hanno un

lume di tipo capillare. Ciò è dovuto alla adesività dell’acqua alle pareti del

tubicino.

ESPERIENZA 1: TRASFERIRE ACQUA SENZA VERSARLA

MATERIALI = due becher, un foglio di scottex e acqua colorata.

IPOTESI =verificare il fenomeno della capillarità sulla carta assorbente.

DESCRIZIONE = riempire il primo becher con l’acqua colorata arrotolare

la carta e disporla a ponte tra il primo e il secondo becher. Attendere

mezz’ ora. Alla fine parte dell’ acqua colorata sarà presente anche nel

secondo becher.

CONCLUSIONI = poiché le fibre della carta assorbente formano tra loro

interstizi capillari, l’ acqua a contatto con la carta si comporta come all’

interno di un vaso capillare confermandone il principio.

ESPERIENZA 2: VERIFICARE LA CAPILLARITA’

MATERIALI = apparecchio vasi capillari, imbutino, acqua e aceto.

IPOTESI = dimostrare il fenomeno della capillarità.

DESCRIZIONE = verso l’ acqua nel vaso più largo con l’aiuto dell’ imbuto e

verifico che l’ acqua si dispone ad un livello più alto mano a mano che

diminuisce il lume contro il principio dei vasi comunicanti.

Ha interferito sulla esperienza la formazione di bolle d’aria.

CONCLUSIONI = a causa delle piccole dimensioni del capillare, l’acqua

sale maggiormente nel vaso più piccolo, ciò è dovuto alla adesività

dell’acqua alle pareti del capillare

LA TENSIONE SUPERFICIALE

Se osserviamo l’ acqua che gocciola da un rubinetto chiuso male possiamo

vedere che essa rimane attaccata al rubinetto prima di cedere alla

gravità; spesso sulla superficie di uno stagno notiamo che alcuni insetti si

appoggiano senza affondare. Questi fenomeni sono gli effetti di una

particolare forza si chiama TENSIONE SUPERFICIALE che è dovuta alla

grande forza di coesione tra le varie molecole d’acqua.

ESPERIENZA:LA GRAFFETTA CHE GALLEGGIA

MATERIALI = 1 becher, forchetta, graffetta, acqua

IPOTESI = dimostrare il fenomeno per cui la graffetta può galleggiare

sull’acqua anche se è più pesante di essa per la presenza di forze sulla

superficie dell’acqua.

DESCRIZIONE = riempio il becher d’acqua e, con molta delicatezza,

adagio la graffetta sulla superficie dell’acqua. Possiamo osservare che la

graffetta galleggia. Versiamo, con il contagocce, una piccola quantità di

detersivo: la graffetta va a fondo perché l’acqua allenta la sua tensione

superficiale.

CONCLUSIONI = il detersivo ha la funzione di diminuire la forza della

tensione superficiale

GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELL’H2O L’acqua è l’unica sostanza in natura presente contemporaneamente nei tre

stati di aggregazione:

SOLIDO: l’acqua diventa solida quando la temperatura è sotto gli 0 gradi:

la possiamo trovare nei luoghi freddi (es. in Antartide, zone di montagna

ecc.).

Anche quando la mamma mette le bottiglie d’ acqua in freezer possiamo

osservare che diventa ghiaccio e aumenta di volume, rompendo la bottiglia

o il contenitore.

LIQUIDO: l’acqua nello stato liquido si trova nei laghi,mari e fiumi.

AERIFORME: l’acqua diventa aeriforme per somministrazione di calore. Si

può notare quando l’acqua bolle in pentola, esce il vapore acqueo sotto

forma di fumo.

IL CICLO DELL’ACQUA

L’acqua della pioggia,l’acqua dei fiumi e l’acqua del mare non sono la stessa

cosa…

Eppure è sempre acqua, tutta l’acqua del pianeta partecipa ad un grande

ciclo che permette di bagnare la maggior parte del mondo.

Ogni giorno, per effetto del calore del sole, l’acqua dei laghi, dei mari e

degli oceani evapora e forma le nuvole .

Le nuvole si spostano spinte dal vento e condensano per effetto

dell’abbassamento della temperatura, lasciando cadere la pioggia L’acqua

della pioggia cade nel suolo, penetra nel terreno, nutre le piante, scorre

nei fiumi in stato liquido fino al mare o nelle falde sotterranee (piccoli

fiumi con acqua pulita), e da lì ricomincerà il ciclo.

L’ACQUA E IL CALORE

Per il fenomeno della dilatazione termica l’acqua aumenta di volume

all’aumentare la temperatura ma…essa presenta uno STRANO

COMPORTAMENTO quando dagli 0 °C passa ai 4 °C: nel processo di

fusione infatti si osserva una diminuzione di volume dell’acqua liquida

rispetto ad una stessa quantità di ghiaccio.

Ciò è dovuto alla struttura cristallina che assumono le molecole nello

strato di ghiaccio; allo stato liquido le molecole si avvicinano

maggiormente diminuendo il volume dell’acqua che è stata fusa.

Un’ importante conseguenza di questo fenomeno è il galleggiamento del

ghiaccio sull’acqua; ciò consente ai fiumi e ai laghi di ghiacciare solo in

superficie garantendo,in profondità, la sopravvivenza degli esseri viventi.

LA CONVEZIONE NELL’ACQUA Nell’acqua il calore si trasmette per convezione:si creano così movimenti

ascendenti di acqua calda e movimenti discendenti di acqua fredda che

generano, assieme a variazioni di salinità,le correnti marine.

DISTRIBUZIONI DELLE ACQUE

Circa il 97% delle acque sulla terra sono salate, solo il rimanente 3% è

acqua dolce

ACQUE SALATE

ACQUE DOLCI TOTALE

97 3 100

distribuzione delle acque

ACQUESALATE

ACQUE DOLCI

Se poi consideriamo le acque dolci, il 65% del totale è imprigionato nei

ghiacciai e quasi il 34,4% nelle acque sotterranee; fiumi e laghi sono lo

0,7% e la percentuale del vapore è quasi nulla.

GHIACCIAI FALDE FIUMI E LAGHI VAPORE TOTALE

65 34,3 0,7 0 100

05

1015202530354045505560

GHIACCIAI FALDE FIUMI E LAGHI VAPORE

ACQUE DOLCI

Serie1

LABORATORIO BEVI CON STILE

Il giorno 25 febbraio 2010 abbiamo partecipato a un laboratorio didattico

organizzato da professori e alunni dell’Istituto Vendramin Corner. Il

laboratorio riguardava alcune analisi chimiche relative all’acqua potabile.

L’acqua è potabile quando:

-non ha colore,odore, sapore;

-non contiene microrganismi patogeni;

-non contiene sostanze chimiche in concentrazione tali da risultare

nocive;

-è limpida,areata e fresca.

Per essere sicure di ciò le aziende che gestiscono l’acquedotto o che

producono acqua minerale la controllano in laboratorio.

LE NOSTRE ESPERIENZE

ESPERIENZA 1: L’INDICE DI KUBEL

IPOTESI: verificare la presenza di sostanze organiche nell’acqua.

MATERIALI: due becher, acqua minerale naturale, acqua di fosso,

permanganato di potassio(KMgO4 ), due piastre riscaldanti con calamita

incorporata.

DESCRIZIONE: riempire un becher di acqua potabile ed uno di acqua di

fosso; mettere dentro a entrambi un calamita ed il permanganato.

Aspettiamo un pò, vedremo che l’acqua potabile conserva il colore violetto

mentre l’acqua di fosso diventa arancione

CONCLUSIONI: è confermata la presenza di sostanze organiche

nell’acqua di fosso.

ESPERIENZA 2: MISURARE IL pH DELL’ ACQUA

Il pH misura il grado di acidità o basicità di una soluzione ( nel nostro

caso acqua potabile. Esso oscilla tra pH = 0 e pH = 14.

IPOTESI: verificare il pH di un campione di acqua potabile e di uno di

acqua distillata.

MATERIALI: provetta, campioni di acqua, kit di indicatori per il pH e

schedina di lettura.

DESCRIZIONE: abbiamo versato diversi campioni di acqua nelle

provettine e in ognuna abbiamo aggiunto 5 gocce di indicatore per il pH.

Abbiamo confrontato i colori delle acque e quelle della schedina del pH.

CONCLUSIONI: abbiamo accertato che il campione di acqua distillata è

più acido del campione di acqua potabile: nel primo caso, infatti, la

provetta era gialla e nel secondo azzurra.

LA DUREZZA DELL’ACQUA

La durezza di un’acqua è la misura della quantità di sali contenuti. Essa si

misura in gradi francesi.

ESPERIENZA 3:ANALISI QUALITATIVA

IPOTESI: verificare la presenza di Sali nell’acqua.

MATERIALI: due campioni di acque di cui una distillata,

due provettoni, sapone liquido e miscelatore.

DESCRIZIONE: versare le acque nei due provettoni separati. Aggiungere

cinque gocce di sapone liquido e mescolare. Se non si è ottenuta la

schiuma aggiungere altre 5 gocce, finche in tutte e due le acque non si

sarà ottenuta la schiuma.

CONCLUSIONI: l’acqua distillata, poiché priva di sali, dopo 5 gocce fa

già la schiuma, mentre l’acqua potabile, con più sali, avrà bisogno di 25-30

gocce.

ESPERIENZA 4: ANALISI QUANTITATIVA

IPOTESI = misurare la durezza di diversi campioni di acqua minerale.

MATERIALI = 100 ml di ciascuna acqua,4 becher, buretta, ammoniaca,

indicatore(colorante), EDTA.

DESCRIZIONE = versare 100 ml di ciascuna acqua in ogni becher,

mettere il becher sopra i fornelli e metterci dentro una calamita per

mescolare. Si mette una piccola quantità dell’indicatore, in modo da far

assumere all’acqua un colore viola. Riempire la buretta con 100 ml di

EDTA. Aprire il rubinetto e far uscire piano l’EDTA fino a quando l’acqua

non assume un colore azzurro. Chiudere il rubinetto. Si esegue il

procedimento con tutte le acque. Più gocce di EDTA servono, più l’acqua

è dura.

CONCLUSIONI = le acque potabili hanno durezze diverse che rivelano

una diversa quantità di sali.