CORSI SPECIALI DI ABILITAZIONE ALL’INSEGNAMENTO SECONDARIO

Corso di fondamenti e didattica della chimica e laboratorio di didattica della chimica

Docenti: prof.ssa Marvelli e prof. Fogagnolo

Miscugli eterogenei, soluzioni e sostanze

Prof. Egidio Barbone

email egidio.barbone@tiscali.it

Collocazione

curricolare

2^ media inferiore

Tempo previsto 6 ore

Prerequisiti

Conoscere le principali proprietà della materia

Possedere le nozioni di temperatura e calore

Conoscere le principali unità di misura

Saper osservare e descrivere un fenomeno naturale e saper

eseguire calcoli

Obiettivi cognitivi Conoscere i concetti di solvente, soluto, concentrazione

Conoscere il concetto di sostanza pura e di miscuglio

Saper distinguere tra miscugli omogenei (soluzioni) ed

eterogenei

Per fornire agli studenti la metodologia e la strategia idonea a risolverlo si terrà conto

delle loro capacità cognitive e procedurali, strutturando l’UD come segue.

Obiettivi operativi Conoscere e saper utilizzare i più semplici strumenti di un

laboratorio chimico

Saper separare gli elementi di miscugli con vari metodi

Contenuti I miscugli eterogenei

Le parti che formano i miscugli eterogenei si possono separare

con mezzi meccanici

I miscugli omogenei o soluzioni

Le sostanze pure o specie chimiche

Metodologia Accertamento prerequisiti

Introduzione problematica agli argomenti

Lezione interattiva

Attività di laboratorio

Analisi casi reali

Integrazione del glossario scientifico

Verifica Test, interrogazione dialogica, relazione laboratorio

Collegamenti

pluridisciplnari

Tecnologia: tecniche di separazione dei componenti di un miscuglio,

l’esempio del petrolio (la distillazione frazionata, il cracking e il

reforming). Materiali impiegati nella costruzione di un edificio. Materie

prime impiegate nella costruzione dei computer.

Geografia: i paesi maggiori produttori di ferro, rame, alluminio, uranio ,

silicio e quali impieghi ne vengono fatti.

Storia: l’impiego dei materiali naturali, l’estrazione e la lavorazione dei

metalli, hanno segnato momenti significativi nella storia delle società

umane. Individua alcuni momenti significativi della storia umana

influenzati dall’impiego di nuovi materiali.

Arte e immagine: materiali usati nella scultura e nella pittura. Fattori

che influenzano la loro conservazione.

Musica: Materiali impiegati nella fabbricazione di uno strumento

musicale e i caratteri del suono che possono essere influenzati dai

materiali costitutivi dello strumento.

I miscugli eterogenei

Che cosa sono i miscugli eterogenei

La maggior parte dei corpi che ti circondano sono eterogenei, cioè non hanno le stesse

proprietà in tutti i loro punti. Osserva l'esempio del granito . Un pezzo di granito è eterogeneo.

Infatti, in base al colore puoi riconoscere facilmente in esso parti solide diverse.

Anche il miscuglio di acqua e di ghiaccio contenuto nel bicchiere della figura 2 è

eterogeneo. Infatti, in alcuni punti è formato da acqua liquida e in altri da acqua

solida (cioè, da ghiaccio).

Corpi che hanno in punti diversi proprietà diverse si chiamano miscugli

eterogenei.

Le parti omogenee dei miscugli eterogenei si chiamano fasi.

Così, il granito è formato da più fasi solide. Il miscuglio di acqua e di ghiaccio, invece, è

formato da due fasi: una fase liquida e una fase solida.

Esistono più tipi di miscugli eterogenei

Nella natura, i miscugli eterogenei sono frequentissimi. Essi possono

essere distinti in più tipi.

1) Le rocce e le sabbie. Miscugli solidi.

Le rocce e le sabbie sono miscugli eterogenei formati da fasi tutte

solide.

Osserva la figura. Nelle rocce e nelle sabbie è facile riconoscere

particelle che hanno colori, dimensioni, durezza ecc. diversi.

2) Le sospensioni.

Le sospensioni sono miscugli eterogenei formati da una fase liquida e da una o più fasi

solide sospese nella fase liquida.

Per esempio, tutte le acque che si trovano sulla superficie della Terra (mari, laghi, fiumi ecc.)

sono sospensioni (figura 4).

3)I fumi. I fumi (figura 5) sono miscugli

eterogenei formati da particelle solide

sospese in un gas.

4) Le nebbie.

Le nebbie sono miscugli eterogenei formati da particelle liquide sospese in un gas.

5) Le emulsioni.

Le emulsioni sono miscugli eterogenei formati da un liquido

disperso dentro un altro liquido

Per esempio il latte è una emulsione di goccioline di grasso

disperse in un liquido (che è formato da acqua contenente

zucchero e altre sostanze). Un altro esempio è il miscuglio di

acqua e olio.

6) Le schiume.

Le schiume sono miscugli eterogenei formati da bolle di gas

mescolate a un liquido (figura 8).

Le parti che formano i miscugli eterogenei si possono separare con mezzi meccanici

II segreto per separare le fasi dei miscugli eterogenei è quello di sfruttare le loro diverse

proprietà. In questo modo:

le fasi dei miscugli eterogenei possono essere separate con mezzi meccanici abbastanza

semplici.

Vediamo quali sono i metodi di separazione più usati.

L'uso dell'acqua. Osserva la figura. Puoi separare, per

esempio, un miscuglio di sabbia e di segatura semplicemente

ponendolo in acqua. Infatti, una volta poste in acqua

(recipiente a destra), la segatura, che galleggia, e la sabbia,

che va in basso, si separano.

Il setacciamento. Se le parti del miscuglio eterogeneo sono formate da particelle diverse per

dimensione, oltre che per natura, puoi usare il setaccio, uno strumento antichissimo. Così, per

esempio, puoi separare per setacciamento la sabbia dalla ghiaia o la farina dalla crusca.

La ventilazione. Un altro metodo per separare le parti dì un miscuglio eterogeneo solido è la

ventilazione. Si procede così. Si macina il miscuglio.

Poi si fa cadere da una certa altezza la polvere ottenuta. Mentre cade, si investe la polvere con una

corrente d'aria. Le particelle più leggere, spinte lontano dal "vento" artificiale, si ammucchiano in

un luogo più lontano da quello in cui cadono le particelle più pesanti. Il metodo della ventilazione

è usato in molti processi industriali. La ventilazione è usata anche nella trebbiatura, per separare

il grano (il seme del frumento) dalla pula (la leggera pellicola che lo avvolge).

L'uso delle calamite. Osserva la figura 2. In miscugli eterogenei in cui siano presenti

minerali di ferro (per esempio, in miscugli di sabbia e limatura di Fe (figura 2a) le fasi che

contengono ferro possono essere separate per mezzo di una calamità, sfruttando la loro

proprietà di essere attratte dalle calamite (figura 2b).

La decantazione e la filtrazione. Le fasi solide delle sospensioni sono separabili

dalla fase liquida mediante la decantazione e la filtrazione. Sottoponendo a

decantazione e a filtrazione una sospensione, ottieni un liquido omogeneo, cioè che

ha le stesse proprietà in ogni suo punto.

I miscugli omogenei o soluzioni

Nell'acqua limpida normalmente sono disciolte parti di altre sostanze, come dimostra il

risultato che si ottiene sottoponendola ai passaggi di stato. Miscugli formati da più sostanze

separabili solo tramite passaggi dì stato si chiamano miscugli omogenei o soluzioni.

Esistono, dunque, due tipi di miscugli, come mostra la tabella.

MISCUGLI ETEROGENEI (ad esempio

limatura di Fe e S, fumi, nebbie..)

MISCUGLI OMOGENEI O SOLUZIONI (ad

esempio soluzioni, aria, acqua marina.)

Con proprietà diverse in punti diversi punti Con le stesse proprietà in tutti i loro punti

Separabili con mezzi meccanici Separabili solo con passaggi di stato

Come si recupera il solvente di una soluzione liquida: la distillazione

Nelle soluzioni, il componente presente in quantità maggiore si chiama solvente. Le sostanze

disciolte nel solvente si chiamano soluti.

Il modo più semplice per separare un solvente liquido da un soluto solido è l'evaporazione. Ma

l'evaporazione da sola consente solo di recuperare il soluto, cioè le sostanze disciolte nel

solvente. Se invece vuoi recuperare il solvente, devi eseguire due passaggi di stato. Prima devi

trasformare il solvente in vapore (primo passaggio di stato: da liquido a vapore); poi devi

trasformare il vapore in liquido mediante raffreddamento (secondo passaggio di stato: da

vapore a liquido).

Il procedimento di separazione che permette di recuperare il solvente di una soluzione liquida

sì chiama distillazione.

Le sostanze pure o specie chimiche

Che cosa accade se ritrasformi in vapore l'acqua distillata

Se ritrasformi in vapore l'acqua che proviene dalla distillazione (figura 1a), cioè se fai

subire all'acqua distillata un passaggio di stato, che cosa accade? L'acqua distillata non

lascia residui (vedi figura in basso).

Essa può essere ulteriormente condensata a liquido o congelata; ma non subisce alterazioni,

ossia non sì scompone in parti diverse. Infatti, l'acqua distillata non contiene al suo interno

altre sostanze. Essa, cioè, non è un miscuglio, ma è una sostanza pura.

Solido

condensazione solidificazione

Liquido Aeriforme

I passaggi di stato sono esempi di trasformazioni fisiche:

la stessa sostanza è presente prima e dopo la

trasformazione. = H2O ( acqua)

Sono sostanze pure tutti i corpi che non possono essere separati in parti diverse, cioè in altre

sostanze, attraverso trasformazioni fisiche.

Le sostanze pure sono anche chiamate specie chimiche.

Esempi di specie chimiche sono, oltre all‘acqua distillata (H2O), l'oro (figura 2), il

mercurio (le goccioline in figura 3), il ferro (Fe) (figura 4), il platino (figura 5), il bromo

(Br2), il rame (Cu), lo stagno (Sn), e gli altri metalli, il metano (CH4), l'alcol, lo iodio

(I2), lo zucchero, il sale da cucina (NaCl) ecc.

Miscugli omogenei o soluzioni (ad

esempio soluzioni, aria, acqua marina.)

Le sostanze pure o specie chimiche

Hanno proprietà variabili, secondo il tipo e

la qualità del soluto presente

Hanno proprietà caratteristiche e sempre

uguali

Sono separate in altre sostanze dai passaggi

di stato

Subiscono i passaggi di stato senza

separarsi in altre sostanze

Dai miscugli alle sostanze pure

La figura 6 riassume in uno schema il modo in cui dai miscugli (eterogenei e omogenei) si

possono ottenere sostanze pure. Come vedi, dai miscugli eterogenei, per separazione con

mezzi meccanici (setacciamento, ventilazione, decantazione, filtrazione ecc.) si ottengono

miscugli omogenei, cioè dotati delle stesse proprietà in tutti i loro punti. Sottoponendo i

miscugli omogenei ai passaggi di stato si ottengono, invece, sostanze pure o specie chimiche

(infatti, le soluzioni si scompongono nelle sostanze che le compongono).

Sottoponendo ai passaggi di stato le sostanze pure, si ottengono ancora sostanze pure: cioè, le

sostanze pure restano immutate.

I componenti dei miscugli possono essere separati con vari metodi. Questi metodi ti verranno ora

illustrati attraverso una serie di attività sperimentali.

Laboratorio

colore prova alla calamità prova in acqua

ferro

zolfo

miscuglio

Miscuglio di ferro e zolfo

Materiali

limatura di ferro, zolfo (S8), piattino, becher con acqua, calamità, cucchiaino.

Esecuzione

•Avvicina la calamità alla limatura di ferro e osserva.

•Immergi un po' di limatura di ferro nell'acqua e osserva.

•Ripeti le stesse prove utilizzando lo zolfo.

•Prepara ora un miscuglio mescolando un cucchiaino di zolfo e uno di

limatura di ferro nel piattino e osservane il colore.

•Avvicina la calamità al miscuglio e osserva.

•Rifai il miscuglio.

•Immergi il miscuglio nell’acqua e osserva

•Compila la tabella dei risultati.

Separazione per filtrazione. La filtrazione serve per separare miscugli

solido-liquido o liquido-liquido

Cosa devi usare

Riso, acqua (H2O), carta da filtro, un imbuto, una ciotola, un bicchiere.

Come devi procedere

Mescola in una ciotola un po' di riso e un bicchiere d'acqua. Prendi un disco di carta da filtro e

piegalo lungo i 2 diametri in modo da dividerlo in quarti.

Sistema il filtro nell'imbuto in modo da aprire solo il primo quadrante lasciando ripiegati gli altri

tre. Appoggia l'imbuto su un bicchiere e filtra il miscuglio.

Cosa osservi?.....................................................................................................................

I due componenti del miscuglio sono separati del tutto? ……………………………………..

Evaporazione

Separare i componenti della soluzione acqua e sale

Cosa devi usare

200 mi di acqua (H2O), 4 cucchiaini di sale (NaCl), un bicchiere, una scodella, una striscia di

carta assorbente

Come devi procedere

Prepara nella scodella una soluzione di acqua (100 mi) e sale (2 cucchiaini) e poi cerca di

ottenere nuovamente il sale facendo evaporare l'acqua vicino a una fonte di calore

(calorifero).

Quanto tempo dovrai aspettare?...................................................................................................

Prepara nuovamente la stessa soluzione nel bicchiere e inserisci una striscia di carta

assorbente facendo in modo che si appoggi alle pareti del bicchiere.

Cosa osservi dopo un giorno?.......................................................................................................

E dopo due giorni?........................................................................................................................

Quale sostanza si è depositata sul fondo del bicchiere?...............................................................

Sai dire perché?.............................................................................................................................

Soluzione e filtrazione

Separazione del sale dalla sabbia

•Si versa acqua sul miscuglio di sale e sabbia;

•il sale si scioglie;

•si filtra il nuovo miscuglio;

•si separa il sale dall'acqua facendo evaporare l'acqua.

•Il filtro trattiene la sabbia nell'imbuto, mentre nel recipiente rimane la

soluzione di acqua e sale. Il sale poi si può separare dall'acqua con il metodo

dell'evaporazione

Decantazione. La decantazione serve per separare miscugli solido-liquido

Separazione del terreno dall'acqua

Prova a mescolare in un becker un po’ di terreno con acqua e lascia

decantare. Cosa succede?..............................................................................

Versa ora con molta attenzione, l’acqua, facendola gocciolare a poco a poco

Come separare il sale dalla sabbia

Materiali

NaCl, sabbia, H2O, due becher, carta da filtro, imbuto, fornello

ad alcool, treppiede e reticella

Esecuzione

•Prepara il miscuglio di sale e sabbia in un becher (1-2).

•Versa dell'acqua nel becher e mescola sin che il sale sia sciolto

(3-3a).

•Prepara il filtro ripiegandolo e poni il filtro sull'imbuto che

avrai sistemato sull'altro becher (4).

•Filtra il contenuto del primo becher(5).

•Fai bollire (6).

Risultati

•L'acqua scioglie il……………………ma non la ………………

•La carta da filtro trattiene la …………………… e lascia

passare il …………………… e l'acqua.

•II sale si deposita sul fondo del becher quando tutta l'acqua

è …………………… con l'ebollizione.

Cristallizzazione

Consiste nel far evaporare il solvente della soluzione aumentando la

sua temperatura. Il soluto, durante l'operazione, non perde

completamente l'acqua, trattenendone una piccola parte chiamata

acqua di cristallizzazione. La cristallizzazione può avvenire anche per

raffreddamento della soluzione.

Cosa devi usare

un bicchiere, acqua, filo di cotone, bacchetta di vetro, un cucchiaio di

solfato di rame.

Come devi procedere

Metti in un becher contenente acqua un cucchiaio di solfato di rame.

Scalda la soluzione continuando a mescolare fino a quando tutto il

solfato di rame si sarà sciolto. Metti il becher in un luogo dove non

venga urtato e applica un filo di cotone a una bacchetta di vetro,

sistemandola poi così come mostrato dalla figura B, in modo che il

filo scenda nella soluzione.

Che cosa succede il giorno dopo?............................................................

Cosa noti sul filo?....................................................................................

Cristalli di solfato di rame si sono formati sul filo una volta che la

soluzione si è completamente raffreddata. Se attendi la completa

evaporazione dell’acqua noterai gli stessi cristalli sul fondo e sui

bordi del becher.

Distillazione

Che cosa ti serve

Una teiera da fuoco; un pezzo di tubo di gomma;un tubicino di vetro;una bottiglietta; un pò di

sale da cucina; un po' di ghiaccio; un fornello.

Come devi procedere

•Metti un po' di acqua salata nella teiera. Mediante il tubo di gomma, collega il

becco della teiera con il tubicino di vetro.Metti a raffreddare la bottiglietta in un

recipiente contenente del ghiaccio. Infila il tubicino di vetro nella bottiglietta. Poni la teiera

sul fornello, fino a far bollire l'acqua.

Che cosa osservi

II vapor d'acqua sale e, passando per il becco della teiera, entra nella cannuccia di vetro.

Qui si condensa, per andare a raccogliersi infine nella bottiglietta. Assaggia l'acqua così

ottenuta.

E ancora salata?............................................................................................................................

Si tratta proprio di acqua distillata!

Da quali fattori dipende la solubilità di una sostanza

Solubilità e temperatura

Cosa devi usare

Acqua, zucchero, becher, un fornellino, una reticella spargifiamma.

Come devi procedere

Prepara nel becher una soluzione satura di acqua e zucchero, poi scaldala sul fornelletto in

presenza di un adulto. Noterai che lo zucchero, in un primo tempo presente sul fondo del becher, si

scioglierà rapidamente.

Cosa puoi concludere?........................................................................................................................

La solubilità aumenta all’aumentare della temperatura

Qual è la soluzione più concentrata?

Cosa devi usare

Té solubile, acqua, 4 tazze uguali, un cucchiaino da té.

Come devi precedere

Prepara nelle 4 tazze del té a contrazione diversa sciogliendove 1, 2, 3, 4 cucchiaini e osserva

le differenze di colore e di sapore.

Cosa osservi

Cosa noti?........................................................................................................................................

In quale caso il colore è più intenso? E il sapore più forte?...........................................................

Sai spiegare perché?........................................................................................................................

Solubilità in vari solventi

Cosa devi usare

Acqua, zucchero, sale, alcol, becher.

Come devi procedere

Prova a fare soluzioni con le stesse quantità di soluto e solvente di:

•acqua-zucchero

•acqua-sale

•Alcol-zucchero

•Alcol-sale

Cosa osservi

Cosa hai

notato?..........................................................................................................................

La stessa quantità di zucchero si è sciolta allo stesso modo in uguali volumi di

acqua e di alcol?...........................................................................................................

Se no, in quale solvente si è sciolto meglio?...............................................................

E il sale?.......................................................................................................................

Puoi concludere che…………………………………………………………………

La solubilità di una sostanza varia la variare del solvente

1) Indica quali affermazioni sono vere e quali sono false

•Si chiamano miscugli eterogenei i corpi che non hanno in tutti i loro punti le

stesse proprietà

V F

•Si chiamano miscugli omogenei o soluzioni i corpi che hanno in tutti loro punti

le stesse proprietà e che possono essere scomposti in sostanze diverse tramite

passaggi di stato

V F

•Miscugli eterogenei formati da una fase liquida e da una o più fasi solide si

chiamano fumi.

V F

•Le emulsioni sono miscugli formati da un liquido e da un gas. V F

•Le sostanze sciolte in una soluzione sì possono separare mediante passaggi di

stato.

V F

•Sono sostanze pure tutti i corpi che non possono essere separati in parti diverse

mediante passaggi di stato.

V F

Verifica

2) Completa le frasi, scegliendo fra i due termini in colore quello corretto

• Un miscuglio di acqua e di ghiaccio è un miscuglio eterogeneo/una soluzione.

• Le nebbie/emulsioni sono miscugli eterogenei formati da particene liquida sospese in un gas.

• Le sospensioni sono miscugli eterogenei formati da una fase liquida e da una o più fasi solide/da

un liquido disperso dentro un altro liquido.

• La decantazione/filtrazione serve a far depositare le particelle più pesanti presenti in una

sospensione.

• Le soluzioni sono miscugli omogenei/eterogenei.

• Le soluzioni possono essere separate con mezzi mezzi meccanici/con passaggi di stato.

• l corpi che possono/non possono essere separati in parti diverse mediante ì passaggi di stato si

chiamano sostanze pure.

• Le sostanze pure sono anche chiamate soluzioni/specie chimiche.

3) Scegli la risposta esatta.

Come possono essere separate le parti in ferro in un miscuglio di sabbia e di limatura di ferro?

A. Mediante setacciamento.

B. Usando una calamità.

C. Mettendole in acqua.

4) Scegli il completamento esatto.

La ventilazione serve per separare:

A. miscugli eterogenei solidi ridotti in polvere;

B. le fasi solide dalla fase liquida delle sospensioni.

5) Indica che tipo di miscuglio eterogeneo mostra ciascuna immagine

a………………………… b……………………… c…………………...

6) Che tipo di operazione illustra la fotografia? A che

cosa serve tale operazione?

7) A che cosa serve un distillatore da laboratorio?

A. A recuperare il soluto di una soluzione liquida.

B. A recuperare il solvente di una soluzione liquida.

C. A far evaporare il solvente di una soluzione liquida.

8) Indica, accanto a ogni lettera della figura, il nome

dell'elemento che essa contrassegna

9) Setacciando, riesci a separare le fasi di un miscuglio. Di che tipo di miscuglio si tratta?

Scegli l'ipotesi corretta.

A. Un miscuglio eterogeneo.

B. Un miscuglio omogeneo.

10) Facendo bollire dell'acqua dentro un pentolino, fino a quando il recipiente è

completamente asciutto, sul fondo e sulle pareti del recipiente trovi delle incrostazioni

solide. Come spieghi questo fenomeno?

11) Facendo subire a un corpo un passaggio di stato, il corpo non si scompone in altre

sostanze. Di che tipo di corpo si tratta? Scegli l'ipotesi corretta.

A. Una soluzione.

B. Una specie chimica.

C. Una sospensione.

Miscuglio eterogeneo A Metodo per separare in base alla dimensione le diverse fasi di

un miscuglio eterogeneo.

Emulsione B Corpo che non ha in tutti i suoi punti le stesse proprietà

Sospensione C Miscuglio eterogeneo formato da un liquido disperso dentro un

altro liquido

Setacciamento D Miscuglio eterogeneo formato da una fase liquida e da più fasi

solide

Soluzione E Corpo che non può essere separato in parti diverse tramite

passaggi di stato

Specie chimica F Miscuglio formato da più sostanze separabili solo tramite

passaggi di stato.

12) Abbina ciascun termine alla definizione corrispondente, assegnandogli la stessa lettera

di quest'ultima.

13) Completa la mappa concettuale