Margherita Spanedda

MESSAGGIANDO CON OSTWALDScuola di chimica

Margherita Spanedda

Nel 1903 , Wilheim Ostwald, premio Nobel per le sue ricerche sugli equilibri nel 1909, scrisse alcuni libri di chimica a carattere squisitamente didattico.

Sono pagine scritte in forma di dialogo docente/ discente che, ritengo, possano essere ancora oggi proposte come lettura.

Tratti da “ Come si impara la chimica “ qui troverete :•Un dialogo sul passaggio di stato solido/liquido (proposto integralmente )•alcuni brani sul significato del calore , tratti da un dialogo successivo.

P. S, Scusa Wilheim, ma ho dovuto fare qualche modifica …

Margherita Spanedda

Scuola di chimicaCome s’impara la chimica

Lipsia 1903

• Fusione e congelamento

• Come si costruisce un termometro?

• La fusione del ghiaccio

Margherita Spanedda

Studente

Maestro

I protagonisti

Margherita Spanedda

Di che cosa si è parlato ieri?

Delle soluzioni . Ma ti confesso di non aver

capito molto

Sentiamo , cosa non hai capito?

Come da un corpo solido , unito a uno

liquido ne venga fuori un vero e proprio

liquido

Margherita Spanedda

Rifletti un po’ se non v’è qualche altro caso in cui , da un corpo solido , si può ottenere un liquido.

Sì per esempio dal ghiaccio e dalla neve che fondono

Solo il ghiaccio e la neve? Non ci sono altri corpi che fondono?

Sì i metalli: mi ricordo la notte di San Silvestro facemmo fondere lo stagno!

Margherita Spanedda

In generale tutti i corpi solidi, riscaldati oltre una certa temperatura, sono capaci di fondere, cioè di diventare liquidi. Raffreddandosi poi il liquido …

Ritorna solido

Insomma noi possiamo cambiare il ghiaccio in acqua e l’acqua in ghiaccio, a seconda che riscaldiamo del ghiaccio o raffreddiamo dell’acqua

Margherita Spanedda

A quale temperatura si liquefa il ghiaccio?

A 0°C

E a quale l’acqua si solidifica in ghiaccio?

A 0°C

Il ghiaccio si liquefa subito riscaldandolo sopra 0°C? Dovrebbe

…

Margherita Spanedda

Del resto facciamone noi stessi una prova. Prendo questo termometro: un tubo di vetro con in fondo una dilatazione a forma di pallottola, piena di mercurio.

Hai dimenticato ciò che ti deve essere stato insegnato dal professore di fisica su questo argomento!!!

Margherita Spanedda

Siccome il mercurio si dilata molto più del vetro, così sale lungo il tubo via via che la temperatura cresce. Una serie di lineette disposte a ugual distanza e numerate ( ciò che costituisce una scala), indicano l’altezza del mercurio: cioè la temperatura del momento .

Ora immergo la pallina del termometro in questo bicchiere di ghiaccio finemente spezzato: ben presto il mercurio arriverà al segno 0°C

Come mai proprio lì

Margherita Spanedda

In seguito ha inciso la scala in modo che lo 0°C cadesse proprio in quel punto

Vuol dire che in quel punto il calore è nullo?

Sai benissimo che d’inverno la temperatura scende spesso sotto lo zero. La temperatura più bassa raggiunta dall’uomo finora è di 250°C sotto zero.

Così ha provveduto chi ha costruito il termometro!

Una volta finito l’apparecchio prima di apporvi la scala, l’ha immerso nel ghiaccio e poi ha segnato l’altezza a cui si è fermato il mercurio.

Oh no! Vuol dire solo che in quel punto v’è una temperatura che noi indichiamo con il numero zero, ma è una determinazione del tutto arbitraria.

Margherita Spanedda

E allora perché si è scelto proprio questo punto per lo zero?Te ne renderai conto. Ora

circondo il bicchiere con le mie mani, tentando di riscaldarlo. Osserva un po’ il termometro!

Segna sempre 0°C

Ora invece verso un po’ d’acqua da questa bottiglia che trovo in questa stanza. Che temperatura avrà quest’acqua?

Più o meno quella della stanza 17° o 18°C

Margherita Spanedda

Osserva il termometro

Segna 5°C

L’acqua più calda del ghiaccio, ha innalzato la temperatura. Ora agita bene il contenuto del bicchiere.

Toh! Il termometro ridiscende: ecco è tornato allo zero e vi si ferma. Come mai?

La temperatura della stanza è più alta: il termometro dovrebbe continuare a salire!

Margherita Spanedda

Se si tenta di aumentare la temperatura apportandovi del calore, subito si discioglie tanto ghiaccio quanto basta per assorbire e consumare il calore aggiunto:

Davvero si produce del calore quando l’acqua gela?

Certamente! Quando l’acqua si muta in ghiaccio, mette in libertà esattamente tanto calore tanto è quello che bisognerà poi adoperare per sciogliere quella quantità di ghiaccio formata.

Quando si mescola del ghiaccio con dell’acqua, la temperatura rimane costantemente allo zero, finché tutti e due sono presenti

Se si sottrae del calore tentando di diminuire la temperatura, subito si, congela dell’acqua finché è restituito tutto il calore sottratto.

Margherita Spanedda

Come mai proprio la stessa quantità?

Immagina che le due quantità siano diverse: per esempio nel congelamento si mette in libertà una quantità di calore che indicheremo con il numero 80 e poi per sciogliersi di nuovo, ne si adopera una quantità che indicheremo con 60.Allora prendiamo una certa

quantità la congeliamo e poi la facciamo sciogliere: la quantità rimane invariata mentre del calore se ne era prodotto 80 e ne viene usato 60 , ne avanzerebbe 20.

Ciò si potrebbe ripetere all’infinito e questo significherebbe che noi possiamo produrre dal niente grandi quantità di calore. Noi sappiamo che ciò non è possibile. Dunque è chiaro che , nell’atto di sciogliersi, si deve consumare esattamente la stessa quantità di calore liberata nel congelamento.!

Margherita Spanedda

E’ veramente impossibile creare calore dal niente? Con lo sfregamento si può ottenere!

Ma non è dal niente! Nello sfregamento si impiega un certo lavoro , e questo non si origina dal niente.

Deve essere pressappoco così, visto che per esempio, il piombo si scioglie facilmente e l’argento difficilmente

Ritorniamo alla nostra acqua e al nostro ghiaccio. Hai visto che, quando stanno assieme, il termometro segna sempre e una temperatura fissa e costante, alla quale il ghiaccio solido si liquefa, ossia si fonde per formare dell’acqua. Ora, pensi che quando una sostanza si fonde , si debba sempre avere una stessa temperatura costante?

La fusione del

ghiaccio

Margherita Spanedda

Giusto. Esiste una legge generale secondo la quale ogni sostanza si fonde sempre ad una data temperatura, che è poi la stessa a cui solidifica: cioè il punto di fusione e di congelamento coincidono.

Chi ha fissato questa legge?

Questo punto è dato dalla temperatura alla quale possono permanere, in presenza l’uno dell’altro, lo stato solido e lo stato liquido di un corpo. Il calore aggiunto o sottratto, viene adoperato solo per diminuire o aumentare una delle due forme- la liquida e la solida – a spese delle altre.

Così il punto di fusione costituisce una delle proprietà fisse e invariabili d’una sostanza, come il colore e la solubilità.

Margherita Spanedda

Il termine legge qui va preso solo in senso figurato. Mi spiego: si è trovato che tutte le sostanze dimostravano uno stesso comportamento e le si sono paragonate a scolari ubbidienti che eseguono sempre con precisione il loro dovere

Nelle scienze naturali con il nome di legge si intende solo un dato di fatto, osservato per via dell’esperienza, comune a molte cose diverse e che si può esprimere in una forma universale.

Margherita Spanedda

Ce ne sono molte di queste leggi?

Moltissime e il conoscerle appiana molto la difficoltà di osservare i singoli fatti, tenerne conto e trarne le conclusioni

Spiegamelo più chiaramente

Prendiamo ad esempio la legge per cui un miscuglio di acqua e di ghiaccio deve conservare sempre una temperatura fissa. Ora un fabbricante di termometri di Roma, che ha seguito questo criterio per costruire lo strumento, sarà certo che il suo termometro segnerà sempre 0°C in qualunque miscuglio di acqua e ghiaccio venga immerso. Se non fosse così non potrebbe vendere i suoi termometri e noi servirci di quelli comprati.

Margherita Spanedda

Comoda questa legge dei termometri!

Il bello è aver scoperto che acqua e ghiaccio mescolati assieme conservano sempre la stessa temperatura!

Non basta segnarle in mm, col metro a partire da 0?

Ti sbagli di grosso! Il tubo è alle volte sottile alle volte largo, la pallina col mercurio più o meno grossa, per tali differenze il mercurio sale più o meno rapidamente nei diversi termometri anche se ugualmente riscaldati, sicché essi non combinano tutti fra loro.

Ma un termometro non è finito con lo zero! Bisogna tracciare anche altre lineette!

Margherita Spanedda

E’ vero! Allora bisognerebbe scaldare tutti i termometri allo stesso modo e segnare su ciascuno il punto in cui arriva allora il mercurio; poi dividere in parti uguali lo spazio compreso tra questi punti e lo zero

E cosi si fa, ma a quale temperatura bisogna riscaldarli?

A una qualunque!

Bravissimo! Così andrebbero d’accordo tutti i termometri fatti con la stessa infornata.

E tutti gli altri? Quelli fatti in un altro momento e in un altro paese? Non si potrebbe più risalire alla temperatura comune servita a determinare il segno superiore dei primi!

Margherita Spanedda

Non so come uscirne

Si dovrebbe, anche qui, sapere un’altra temperatura così facile e sicura da stabilirsi in modo costante, come è il punto di congelamento.

Ah ora mi viene in mente! È il punto di ebollizione dell’acqua!

Ecco! Cioè la temperatura alla quale l’acqua bolle. Ne parleremo domani

Margherita Spanedda

La fusione del ghiaccio

Margherita Spanedda

Proviamo a considerare un po’ più da vicino il fenomeno della fusione del ghiaccio.

A quale scopo lo facciamo?

Pongo sopra un treppiede una spessa lamina di latta e vi accendo la solita lampada a spirito.. Poi prendo due vasi di vetro conici, li riempio uno di ghiaccio e uno di acqua a 0 °C.

Li dispongo infine simmetricamente in modo che ciascuno di essi riceva, dal disotto, la stessa quantità di calore. Infilo dentro a ciascuno di essi un termometro Ora sorvegliamo l’andamento dell’esperienza.

Margherita Spanedda

Per osservare come il ghiaccio consumi una certa quantità di calore senza aumentare la sua temperatura

Come è possibile?

Non hai che da osservare. Adesso il termometro dalla parte dell’acqua è salito a 20°C, mentre quella del ghiaccio segna sempre 0°C

Margherita Spanedda

Non può che essere così Perché, essendo acqua e ghiaccio assieme, la T non può essere altro che 0°C

In ogni modo il ghiaccio ha assorbito la stessa quantità di calore che è stata assunta dall’acqua per passare dalla temperatura di di 0°C a quella di di 20°C senza essere diventato più caldo.

Si è fuso in parte: vuol dire forse che durante la sua fusione viene consumato calore? Proprio e veramente consumato?

Giustissimo!!

Però che cosa è avvenuto in esso?

Margherita Spanedda

Proprio così. Che cosa è il calore?

E’ una forma di energia, ossia lavoro. Vuol dire dunque che per trasformare in acqua il ghiaccio, ci vuole lavoro.

Bravo, hai detto ottimamente ! Una volta quando non si possedeva il concetto di energia, questo fatto destava meraviglia e si diceva che il bilancio di calore non era più rilevabile per mezzo del termometro, ma che tuttavia il calore non andava perduto, ma si nascondeva dentro al corpo accumulandosi allo stato latente.

Margherita Spanedda

Spiegati meglio perché vorrei capire.

Tu sai che ogni volta che si vogliono mutare le condizioni nelle quali si trova un corpo bisogna compiere lavoro. Ossia adoperare energia.

Si parlava quindi di calore latente. Questo nome si è conservato e lo si adopera benissimo ancora, anche se quel modo erroneo di concepire il fenomeno è stato rimpiazzato da una più esatta rappresentazione,.

Margherita Spanedda

Certamente. Per esempio sfregando fra di loro due pezzi di ghiaccio anche alla temperatura di 0°C a poco a poco si sciolgono ….

Così per esempio non si può ridurre una zolletta di zucchero in polvere, rompere una bacchetta, piegare una spranga metallica senza spendere della fatica.Allo stesso modo trasformare del ghiaccio in acqua costa lavoro, che si può eseguire con una semplice aggiunta di calore.

Non si può raggiungere con un altro mezzo?

Margherita Spanedda

E qui Il dialogo

s’interrompe bruscamente.

Forse più tardi ….