di saggio-campione gratuito, fuori commercio (vendita e ... · CHIMICA PER NOI Questo...

Fabio Tottola Aurora Allegrezza Marilena Righetti

per il 1° biennio dei Licei

CHIMICA PER NOIQuesto volume, sprovvisto di talloncino a fronte (o opportunamente punzonato o altrimenti contrassegnato) è da considerarsi copiadi saggio-campione gratuito, fuori commercio (vendita e altri atti di disposizione vietati art.17, c.2 L.633/1941). Esente da IVA(D.P.R. 26.10.1972, n. 633, art.2, lett.d).

Fabio Tottola Aurora Allegrezza Marilena Righetti

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Fabio Tottola, Aurora Allegrezza, Marilena Righetti

Chimica per noiNel volume

• La storia della chimica in Protagonisti e idee; approfondimenti in Qualcosa in più• I laboratori per immagini delle foto-sequenze operative e le schede del Laboratorio• Le verifiche graduali, divise in Conoscenze, Abilità e Prova a esporre• L’inglese scientifico dei termini tradotti, delle Chemistry Readings e delle Activities

Nella guida: programmazione personalizzabile, uso del Libropiùweb e dei contenuti multime-diali per LIM, proposte di lettura in inglese, attività di laboratorio, prove di valutazione.

CONTENUTI MULTIMEDIALI

• Scienza VIVA: animazioni e i Video LAB, filmati di laboratorio girati dal vivo e dotati di apparato didattico

• Web DOC: documenti per scoprire e approfondire• Quick TEST, Flip*it, Cruci WEB, E-trainer: attività interattive

per mettersi alla prova• Audio DOC: sintesi audio da scaricare e ascoltare • Strumenti per l’insegnante: test di verifica con registro virtuale,

programmazione e prove di verifica personalizzabili

AB

Piano dell’opera licei scientifici

1° biennio

Volume 1 ISBN 978-88-247-3139-3A – La materia.

Volume 2 ISBN 978-88-247-3128-7B – Elementi, composti e soluzioni.

Volume unico 1+2 con CD-ROMISBN 978-88-247-3140-9

Guida con CD-ROM ISBN 978-88-247-3172-0

2° biennio e 5° anno

Volume 3 ISBN 978-88-247-3240-6C – L’atomo da Dalton a Bohr.D – Elettroni e proprietà chimiche.E – Dentro la materia.

Volume 4 ISBN 978-88-247-3241-3F – Nomenclatura, calcoli chimici.G – Perché avvengono le razioni chimiche.H – Equilibri acido base e ossidoriduttivi.


Volume 5 con CD-ROM in preparazioneI – Chimica del carbonio.L – Industria, energia e ambiente.

Guida con CD-ROM in preparazione

Piano dell’opera licei umanistici*

1° biennio

Volume 1 ISBN 978-88-247-3139-3A – La materia.

Volume 2 ISBN 978-88-247-3128-7B – Elementi, composti e soluzioni.


Guida con CD-ROM ISBN 978-88-247-3172-0

2° biennio e 5° anno

Volume 3 ISBN 978-88-247-3240-6C – L’atomo da Dalton a Bohr.D – Elettroni e proprietà chimiche.E – Dentro la materia.

Volume 4 con CD-ROM in preparazioneF – Nomenclatura e reazioni chimiche.G – Chimica del carbonio.

Guida con CD-ROM in preparazione

(*) Licei Classico, delle Scienze Umane, Linguistico.Per il programma dei Licei Artistici si suggeriscono i volumi 1, 2 e 3.

Verso il CLIL: Chemistry Readings e Activities

Prezzo al pubblicoEuro 17,60

CONCD-ROM

La materiaElementi, composti e soluzioni

AB

Cover_Tottola Chimica per noi Unico 14-12-2010 11:07 Pagina 1

III

SEZIONE A Introduzione alla chimicaUNITÀ 1 La chimica e il metodo sperimentale 2

1. La curiosità: guida della scienza 3

Qualcosa in più Dai nanometri agli anni luce 42. La chimica: prospettive di sviluppo 5

Qualcosa in più Vantaggi e pericoli della chimica 63. Una nuova via: la chimica sostenibile 8

Qualcosa in più I dodici principi della “Green Chemistry” 9

Qualcosa in più Plastica dai batteri: una via

per l’indipendenza dal petrolio 104. La chimica è una scienza sperimentale: studio

controllato dei fenomeni 115. Un filtro sui fenomeni: semplificare la complessità 126. Dal caos all’ordine: il ruolo delle leggi 147. Una lettura d’insieme: la teoria 15

Protagonisti e idee XVII secolo: il metodo sperimentale conquista le Scienze 16

il percorso delle idee 18Sintesi

AUDIODOC

FLIP*ITT

19Verifiche di fine Unità: Conoscenze – Abilità

E-TRAINER 20

UNITÀ 2 Le grandezze e il sistema internazionale 221. Uniformità delle misure: il Sistema Internazionale 23

Qualcosa in più Convenzioni di scrittura del Sistema Internazionale 25

2. Il Sistema Internazionale: le grandezze

fondamentali 26

Chemistry Readings “Kilogram”: a definition – Weight or Mass? 31

3. Le grandezze derivate: volume, densità, forza,

energia, pressione 32

Qualcosa in più Lo strano caso del Mars Climate Orbiter 394. Le quantità dei campioni: grandezze intensive

ed estensive 405. Le cifre significative: esprimere una misura 406. La notazione scientifica: cifre significative e ordine

di grandezza 427. Calcoli con le misure: come conservare

le cifre significative 43

Qualcosa in più Ordine di grandezza di alcune masse

e lunghezze significative 448. La valutazione di una misura: precisione

e accuratezza 46

il percorso delle idee 48Sintesi

AUDIODOC

FLIP*ITT

49

Verifiche di fine Unità: Conoscenze – Abilità – Prova a esporre

E-TRAINER 50

Laboratorio: Misuriamo la densità di corpi solidi

e liquidi

Misuriamo la densità di corpi solidi

– Costruzione

di un termometro 54

UNITÀ 3 La materia 561. Aeriforme, liquido e solido: gli aspetti della materia 572. I passaggi di stato: gli effetti del calore 58

fotosequenza operativa Sublimazione e brinamento 613. Natura corpuscolare della materia: l’interpretazione

dei passaggi di stato 634. L’ebollizione: uno sguardo più attento 645. Le sostanze pure: particelle tutte uguali 656. Miscele omogenee ed eterogenee: da una

a più fasi 65

Qualcosa in più Perché gli albumi si possono montare

a neve? 68

Chemistry Readings Mayonnaise: how to make an emulsion! 69

7. Separazione delle miscele: ottenere

sostanze pure – 69fotosequenza operativa Separazione dei pigmenti

degli inchiostri 72

Qualcosa in più Inquinamento da nanopolveri 748. Reazioni chimiche: cambia la natura

delle sostanze 759. Composti ed elementi: i componenti

della materia 7610. Formule chimiche: la descrizione delle molecole 78

Qualcosa in più Dalla materia agli atomi 80

il percorso delle idee 82

Sintesi AUDIODO

C

FLIP*ITT

83


E-TRAINER 84

Laboratorio: Fusione e solidificazione –

La distillazione – Cromatografia su

carta e su strato sottile – Separazione

dei componenti di un miscuglio 89

Fa’ il punto sulla sezione A 92

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dalvivoedotatidiapparatodidattico(nelCDeonlineperildocente)

- Web DOC:documentiperscoprireeapprofondireAUDIODO

C - Audio DOC:sintesiaudiodascaricareeascoltareFLIP*ITT E-TRAINER - Quick TEST,Flip*it,Cruci WEB,E-trainer:attivitàinterattivepermettersiallaprova

II-021_U01_Chimica_Tottola_VOLUME 1-2.indd 3 10/12/10 15:43

SommarioIV

SEZIONE B Elementi, composti e soluzioniUNITÀ 4 Le prime leggi della chimica 96

1. Lavoisier: l’importanza della massa 97

Protagonisti e idee La chimica prima di Lavoisier 982. La conservazione dell’energia: un continuo

cambiamento di forma 99

3. La conservazione di massa ed energia:

una legge più generale 100

4. Proust: la costanza della composizione

nei composti 102

5. Dalton: la teoria atomica 104

6. La legge delle proporzioni multiple: gli stessi

elementi formano composti diversi 105

7. Dalton e la massa degli atomi: una scelta arbitraria 106

8. Gay-Lussac: reazioni tra i gas 107

Protagonisti e idee Gay-Lussac e i suoi contemporanei 108

9. Avogadro: la teoria atomico-molecolare 109

10. Cannizzaro: la differenza tra atomo e molecola 110

Chemistry Readings The Karlsruhe Congress 111

Protagonisti e idee La teoria atomico-molecolare 11211. Mendeleev: la tavola periodica degli elementi 11412. La tavola attuale: ancora proprietà periodiche 115


Sintesi AUDIODO

C

FLIP*ITT

117


E-TRAINER 118

Laboratorio: Verifica della legge di Proust

– Verifica della legge di Lavoisier (1)

– Verifica della legge di Lavoisier (2) 122

UNITÀ 5 Formule ed equazioni chimiche 1241. Le equazioni chimiche: come scrivere le reazioni 125

2. Massa atomica e massa molecolare: l’attuale

unità di riferimento 127

3. La mole: l’unità del chimico 129

4. La massa molare: una quantità di uso pratico 131

Qualcosa in più Perché il numero di Avogadro

funziona così bene? 1335. Il volume molare dei gas: uno spazio uguale

per tutti 134

6. Formula e composizione di un composto:

i primi calcoli 136

Chemistry Readings Redefining kilogram through the Avogadro constant 139


Sintesi AUDIODO

C

FLIP*ITT

141


E-TRAINER 142

Laboratorio: Determinazione dei rapporti

di moli nei composti 146

Qualcosa in più Il giorno della mole (o della talpa?) 147

UNITÀ 6 Caratteristiche e proprietà delle soluzioni 148

1. Le soluzioni: una grande varietà 149

2. Soluto e solvente: particelle simili 149

3. La solubilità: l’influenza della temperatura 151

4. Soluzioni di gas: l’effetto della pressione

e della temperatura 153

Qualcosa in più L’ossigeno disciolto: un indice

della salute dell’acqua 1545. La quantità di soluto: le concentrazioni 155

Chemistry Readings Salts in the sea water 1586. Come si preparano le soluzioni a diversa

concentrazione 159

fotosequenza operativa Preparare una soluzione 159fotosequenza operativa Diluire una soluzione 161

Qualcosa in più Quanto può bere chi guida? 162

Qualcosa in più La giusta concentrazione di alcol 1647. Le proprietà colligative: la dipendenza

dalla concentrazione 165

8. I colloidi: strane soluzioni 169


Sintesi AUDIODO

C

FLIP*ITT

173


E-TRAINER 174

Laboratorio: Cristallizzazione e purificazione

di una sostanza – Verifica della pressione

osmotica nelle cellule vegetali 179

Fa’ il punto sulla sezione B 181

soluzioni esercizi fine paragrafo 184

Guida al laboratorio 186

indice analitico 190

Glossario 192

Tavola periodica 196


I A

III B

IV B

V B

VI B

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B

III A

IV A

V A

VI A

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III B

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2,2

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4

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5d9 6s

1

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o

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[Xe]

6s1

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[Xe]

6s2

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[Xe]

4f14

5d3 6s

2

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[Xe]

4f14

5d4 6s

2

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[Xe]

4f14

5d5 6s

2

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[Xe]

4f14

5d6 6s

2

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[Xe]

4f14

5d7 6s

2

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[Xe]

4f14

5d10

6s1

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[Xe]

4f14

5d10

6s2

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[Xe]

4f14

5d10

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[Xe]

4f14

5d10

6s2 6p

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5d10

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[Xe]

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5d10

6s2 6p

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[Xe]

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5d10

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[Xe]

4f14

5d10

6s2 6p

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7s1

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[Rn]

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5f14

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5f14

6d5 7s

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5f14

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5f14

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5f14

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5f14

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5f14

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5f14

6d10

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[Xe]

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[Xe]

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2

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[Xe]

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[Rn]

5f7 7s

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6d1 7s

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1 7s2

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[Rn]

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A Introduzione alla chimica

sezione


Prerequisiti & obiettivi

Prerequisiti– operazioniconlepotenze– equivalenze– formuleinverse

Conoscenze– finalitàdellaChimicaesuoicampi

distudio– ilmetodoscientifico– chimicaesostenibilitàambientale– grandezzefondamentaliederivate– unitàdimisuraestrumentiutili

perlemisurazioni– naturadellamateria,stati

diaggregazioneepassaggidistato– caratteristichedeimiscugli

edellesostanzepure– simbologiachimica

Abilità– definirechecosaèscienza– progettarelediversefasi

diunesperimentocontrollato– sviluppareun’attenzionecritica

rispettoallericaduteambientalideiprocessichimici

– esprimerelemisurenelSistemaInternazionaleedeffettuaretrasformazionitraunitàdimisuradiverse

– esprimereilrisultatodiunamisuraconilcorrettonumerodicifresignificative

– distinguereleproprietàeletrasformazionichimichedaquellefisiche

– riconoscereimiscuglieutilizzareadeguatamenteimetodidiseparazione

– distinguerecompostiedelementi

UNITà 1 Lachimicaeilmetodosperimentale

UNITà 2 LegrandezzeeilSistemaInternazionale

UNITà 3 Lamateria


UniTà

La chimica e il metodo sperimentale

1Due secoli di sviluppo della chimica

hanno permesso all’uomo di migliorare la qualità della propria vita. Allo stesso tempo, tuttavia, lo hanno portato a mettere a rischio il pianeta che lo ospita. Paradossalmente, proprio la chimica può aiutarci a risolvere i problemi sollevati da un suo utilizzo, per certi versi, sciagurato. Questa scienza affonda infatti le proprie radici nel metodo sperimentale, che permette, se condotto con rigore, un riscontro certo dei risultati della ricerca. Dipenderà dunque da come decideremo di utilizzarla, se la chimica promuoverà uno sviluppo sostenibile o contribuirà a compromettere l’equilibrio del Pianeta.


3La chimica e il metodo sperimentale UNITÀ 1

1.Lacuriosità:guidadellascienza

Di fronte alle multiformi manifestazioni del mondo, chiamate comune-mente “fenomeni” (dal greco fainómenon, “ciò che è visibile, che appare”), ognuno di noi è, comunemente, uno spettatore involontario. Il più delle volte, infatti, guardiamo ciò che succede intorno a noi, ma non lo osser-viamo.Tutti abbiamo guardato l’acqua che bolle in una pentola, ma forse non abbiamo mai osservato che le bolle appaiono improvvisamente dal fondo (Figura 1).La buona notizia è che si può imparare a osservare. La capacità di osservare si apprende a poco a poco e spesso più rapidamente se altri ci invitano a mettere a fuoco qualche particolare aspetto della realtà.La ‘molla’ che ci spinge a osservare è la curiosità: per questo possiamo dire che la curiosità può far diventare ognuno di noi uno scienziato. Dalla curio-sità sorgono spontaneamente le domande “esploratrici”: perché?, che cosa?, come?Relativamente al fenomeno dell’ebollizione ci si potrebbe chiedere, per esempio, perché si formano le bolle, che cosa c’è al loro interno, come mai si originano dal basso, perché aumentano di numero e di-mensione quanto più riscal-diamo l’acqua…È sotto la potente molla della curiosità che abbia-mo cercato di aumentare le nostre limitate capacità di osservazione, sviluppando tecniche con cui costruire strumenti sempre più raffinati. Con i nuovi stru-menti a disposizione si possono osservare direttamente sia minuscole cellule sia galassie infinitamente lontane.La chimica e la fisica, con il supporto della matematica, sono in un certo senso la base di tutte le scienze e permettono all’uomo di interpretare i fe-nomeni osservati e di penetrare nella complessità degli eventi che accado-no intorno a lui, sia nella dimensione del “molto grande” sia in quella del “molto piccolo”. Osservando tali fenomeni, possiamo notare delle regolarità al loro interno, che definiamo leggi, sulla base delle quali possiamo rappre-sentarli attraverso modelli che li semplificano, secondo un approccio noto come metodo sperimentale. Lo studio delle materie scientifiche è molto simile a certe attività sportive come nuotare o andare in bicicletta: sono tutte attività nelle quali si impara facendo. Si possono leggere manuali, vedere immagini e filmati, ma quando per la prima volta si entra in acqua o si monta su una bicicletta si trovano grosse difficoltà. Allo stesso modo, non serve imparare a memoria centinaia di formule o decine di leggi per padroneggiare una scienza: è necessario inve-ce interagire con essa, applicando costantemente ciò che si studia in teoria e sperimentando concretamente il suo significato.

Figura 1Inunapentolad’acquapostasulfuoco,leprimebollesiformanosulfondo.

[ Pensandoci meglioSecondote,checosasuccederebbeseilrecipienteconl’acquafosseriscaldatodall’alto?Provaamettereunpentolinod’acciaionelforno,accendisoltantoilgrilleosservadall’esterno,attraversoilvetro,checosasuccede.


4 Sezione A Introduzione alla chimica

Dai nanometri

70nm=0,00000007m

Gli strumenti di osservazione potenziano enormemente la capacità dei nostri sensi.

la statura media degli italiani è 1,75 m per i maschi e 1,62 m per le femmine

1,62

m1,

75m

virus che attaccano un batterio

la galassia di Andromeda dista dalla Terra 2 200 000 a.l.

Qualcosa in più

150000a.l.=1419000000000000000000m


La chimica e il metodo sperimentale UNITÀ 1 5

2.Lachimica:prospettivedisviluppo

La curiosità ha da sempre spinto l’uomo a interrogarsi sul perché avvengano certi fenomeni, come per esempio la combustione della legna o l’arruggini-mento del ferro. Tutte le domande che ci possiamo porre a questo proposito ci conducono, però, a uno stesso interrogativo: quali sono le proprietà delle sostanze che ci circondano e secondo quali regole esse si trasformano?L’osservazione di ciò che è presente in natura, lo studio del modo di ottenere i metalli, il tentativo di migliorarne le caratteristiche, la scelta dei materiali più opportuni per gli impieghi desiderati, la scoperta di nuove sostanze hanno fornito conoscenze che, nel corso del tempo, si sono andate organizzando nella chimica.

Finalitàdellachimica èlostudiodelleproprietàedelletrasformazionidellesostanzechecostituisconolamateria.

Come si può immaginare, si tratta di un campo di studi così vasto che, nel corso degli ultimi duecento anni, la chimica si è andata specializzando in differenti set-tori (Figura 2), che rispondono a esigenze diverse. Il suo sviluppo, in particolare, si è indirizzato agli ambiti della ricerca, della produzione industriale e del controllo di parametri analitici. La chimica sviluppa questi settori in ogni sua branca specifica.

Chimica inorganicastudialeproprietàdeglielementiedeilorocomposti

Biochimicastudialamateriaviventeelesuetrasformazioni

Chimica organicastudiaicompostidelcarboniopresentiinnaturaoottenutipersintesi

Chimica ambientalestudiaifenomenichimicicheinteragiscononegliecosistemiambientali

GeochimicastudialacomposizionedeimaterialichecostituisconolaTerra

Elettrochimicasioccupadelletrasformazionidell’energiachimicainenergiaelettricaeviceversa

Chimica analiticadeterminalacomposizionedellesostanze

Chimica fisicastudialaformazionedellesostanzeelalorostruttura

Chimica industrialestudialeapplicazioniindustrialidellereazioni

CHIMICA

Figura 2Lachimica,percepitacomeunascienzaunica,èinrealtàuninsiemedidiscipline,chetoccanomoltiaspettidellanostravita.


Sezione A Introduzione alla chimica6

La chimica coinvolge e regola ogni aspetto della no-stra vita, del nostro ambiente, del nostro pianeta e ci permette di comprendere i processi e i fenomeni che avvengono nel nostro organismo e attorno a noi.Benché tutte le civiltà antiche avessero rozze e incon-sapevoli nozioni di chimica, questa scienza è relativa-mente moderna: il suo sviluppo su basi razionali ha appena due secoli di vita. Ciononostante, essa costitu-isce una delle aree più vaste del sapere ed è in conti-nua crescita. Rappresenta una delle basi fondanti della civiltà tecnologica ed è anche grazie al suo sviluppo se l’umanità ha potuto raggiungere il benessere che carat-terizza almeno una parte di essa. Pensiamo per esempio all’incremento della produzione alimentare, reso pos-sibile essenzialmente dalla ricerca genetica e chimica.Certo, il patrimonio delle conoscenze chimiche che ab-biamo accumulato non è ancora ben distribuito e dai benefici delle sue applicazioni sono ancora escluse in-tere popolazioni. Alcune di esse hanno anzi pagato il prezzo altissimo di incidenti dovuti, talvolta, alla ver-gognosa sottovalutazione, da parte di certe aziende, dei rischi cui le loro produzioni le sottoponevano.La scoperta di nuove sostanze e lo sviluppo di materiali innovativi potrà migliorare la nostra vita, in equilibrio con il Pianeta. Il prossimo futuro vedrà come protago-nista la chimica e permetterà a molti che se ne appas-sioneranno di assumere ruoli determinanti in ambito ambientale, industriale e nei settori della ricerca. Ogni giorno appaiono nuove conquiste e nuovi obiet-tivi. Lo sviluppo delle conoscenze sull’atomo e sul comportamento della materia ha permesso un nuovo approccio alla chimica teorica, basato essenzialmente su un vasto uso di elaborazioni matematiche e informa-tiche. Oggi possiamo veramente dire che per la chimica si aprono nuovi orizzonti (Figura 3).

Figura 3Unlaboratoriodichimicaemicrobiologia.

Andamentodellapopolazionemondialeedellaproduzioneglobaledicibo(1961-2007)

Anno Popolazione Indice Indice popolazione alimentare 1961 3082699182 50,65 40,00 1965 3349284235 55,03 44,00 1970 3711956968 60,99 50,00 1975 4089019777 67,19 56,00 1980 4452451376 73,16 63,00 1985 4851527688 79,72 72,00 1990 5282213455 86,79 81,00 1995 5693771067 93,56 88,00 2000 6085976743 100,00 100,00 2005 6462236772 106,18 112,00 2007 6614762577 108,69 116,00*Fonte:U.S.CensusBureau,InternationalDataBase;FAOSTAT

(FAOStatisticsDivision).

Vantaggi e pericoli della chimica

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

indice popolazione(popolazione mondiale 2000 = 100)

indice alimentare(indice globale FAO 2000 = 100)

19611965

19701975

19801985

19901995

20002005

2007


7La chimica e il metodo sperimentale UNITÀ 1Qualcosa in più

LaproduzionealimentareèinaumentoL’aumentodellaproduzionealimentareèfruttoingranpartedellaricercageneticaechimica.L’Agenziaper il ciboe l’agricolturadelleNazioniUnite (Food and Agriculture Organization, FAO)elabora un indice della produzione alimentaremondiale chepermettedi confrontare laprodu-zioneglobaleinannidiversi.Inbaseadatidaessaraccolti,taleindiceèpassatoda40,00nel1961a116,00nel2007.Ciòsignificache,inquestope-riodo,laquantitàdialimentiprodottanelmondoèquasitriplicata.Neglistessianni,lapopolazionemondialeèpassa-tada3083a6615milioni.Incrociandoquestidati,siricavachelaquantitàdiciboprocapite,dal1961al2007,èaumen-tata del 40% circa: e questograzie anche allachimica.Aquestoproposito,allafinedel2007,il direttore generale della FAO, Jacques Diouf,haaffermato:«Unusoprudentediinputchimici, inparticolareifertilizzanti,potrebbeaiutarenotevolmenteain-crementarelaproduzionealimentareinAfricasub-sahariana,dovegliagricoltoriusanomenodiundecimodeifertilizzantiimpiegatidailorocolleghiasiatici.Buonapartedelleterreafricanesoffronodiproblemiqualil’aciditàelascarsafertilitàehannoungrandebisognodinutrientiedimiglioramentidellaterra».Purricordandoche«gliinputchimicivannousaticongrandeattenzione,sidevonosce-glierequelliappropriatieconlegiustequantità,esidevonousare inmodocorrettoealmomentoopportuno».

AlcuneproduzionisonomolterischioseLaprovatautilitàdimoltesostanzeeilvantaggioanche economico che il loro impiego permette,non devono peraltro far dimenticare che la loroproduzionepuòesporrelepopolazioniarischial-tissimi.Cometestimonia ildisastrodi Bhopal. Inquestacittàindiana,il2dicembre1984,siverifi-còlafugadi40tonnellatediisocianatodimetile,unliquidoincoloredall’odorepungente,prodottodallamultinazionale statunitenseUnionCarbide,attivanelcampodeipesticidi.Entrandoincontattoconl’acqua,l’isocianatodimetilereagisceeliberavaporialtamentetossici,piùpesantidell’ariache,depositandosi,inquinanoilsuolo.L’intossicazione da isocianato di metile avvieneprincipalmenteperinalazioneoperassorbimentocutaneo;ilvaporeirritagravementeocchi,cuteetratto respiratorio ed è corrosivo per ingestione.L’esposizionepuòportareallamorte.Èinoltretos-sicoperlariproduzioneolosviluppoumano.Levittimeufficiali,aBhopal,furono1754,mafontiindipendentinestimanopiùdi10000.Tra150000e600000personerimaseroavvelenateesubironodanni.Nelnovembre2004,avent’annidall’inci-dente,ilsuolorisultavaancoracontaminato.Al disastro, l’associazione internazionale Green-peace,unadelleprincipaliaccusatricidellaUnionCarbide,hadedicatounapaginaWeb.La Union Carbide, oggi proprietà della DowChemical,sostanzialmenteammiselepropriecolpe,ancheseaffermòcheildisastroerastatoprovocatodaunattodi sabotaggio.Anche la suaposizioneufficialeèconsultabilesulWeb,ininglese.

Vantaggi e pericoli della chimica

chiavi di ricercafaofaosalastampa

chiavi di ricercagreenpeacebhopal"unioncarbide:bhopal"



3.Unanuovavia:lachimicasostenibile

A causa anche di incidenti quali quelli di Bhopal, la chimica è spesso associa-ta, nei mezzi d’informazione, all’inquinamento e al pericolo. Viene messa in relazione con la contaminazione di vaste aree per la fuoriuscita di petrolio, le piogge acide, l’inquinamento da metalli.Essa, però, è anche la scienza dei motori a idrogeno, delle sostanze che combat-tono l’inquinamento e che aumentano la produttività dei terreni, dei prodotti ignifughi, dei farmaci salvavita. È anche la scienza dell’aria e dell’acqua pulite, necessarie alla nostra stessa vita. Oggi è necessario sperimentare con urgenza nuove vie per migliorare i processi di trasformazione chimica, ottimizzando il recupero di materiali e di energia. Non mancano esempi virtuosi, che però prevedono ancora costi elevati e non hanno trovato il pieno e consapevole coinvolgimento dei cittadini.Sarà anche grazie al nostro impegno se in un futuro prossimo potremo renderli competitivi con gli impianti e i sistemi attualmente in uso.La chimica dà all’uomo il potere di agire sul mondo che lo circonda. Maggiore è il potere, però, maggiore è anche il rischio a cui un suo cattivo impiego ci espone. Solo una buona conoscenza della chimica e dei suoi effetti permette di cercare il migliore compromesso fra rischi e vantaggi e di agire di conseguenza.Per limitare i rischi, inoltre, molti ricercatori e molte aziende si sono dati un codice etico di comportamento che, in qualche caso, è addirittura più restrit-tivo delle leggi di controllo promulgate dai Paesi nei quali operano.

NellacittàdiHiroshima,tristementenotaperchéfuilprimobersagliodiuna bomba atomica, nel 1945, sitrova un inceneritore all’avanguar-dianelrispettodell’ambiente.L’ec-cesso di calore che deriva dall’in-cenerimentovieneinfattiusatoperfornireariacondizionataedelettri-cità all’impianto, acqua calda allapiscina della città e a una casa diriposoperanziani.L’eventualeenergiaelettricaprodot-taineccesso,inoltre,vienevendutaallalocalecompagniaelettrica.L’impianto è concepito come unveroepropriomuseo aperto,do-vechiunquevogliapuòassisterealprocessod’incenerimentodeirifiuti.Puoi trovare una documentazionepiùampia,ininglese,suInternet.

esempi

chiavi di ricercanakaincineration



La Green Chemistry (letteralmente, “ chimica verde”), nata negli USA negli anni Novanta, rappresenta un nuovo modo di concepire la chimica per renderla ecosostenibile, ossia non dannosa per l’ambiente circostante. Nel suo ambito è stato concepito l’elenco che segue, come un insieme di punti adatti a valutare se una sostanza chimica, una reazione o un pro-cesso di trasformazione ( sintesi) rispettano i principi della salvaguardia ambientale e tengo-no conto delle conseguenze del rilascio di alcu-ne sostanze sulla salute dell’uomo, degli animali e delle piante.

1. Èmeglioprevenirelaformazionedirifiutichetrattareoripulireirifiutidopochesisonofor-mati.

2. Imetodidisintesidovrebberoessereideatiperincorporareilpiùpossibilenelprodottofinaletuttiimaterialiusatinelprocesso.

3. Sepossibile,lemetodologiedisintesidovreb-bero essere ideateper usareogenerare so-stanzepocoopernullatossicheversolasaluteumanael’ambiente.

4. Dovrebberoessereideatiprodottichimicichemantenganol’efficaciafunzionale,riducendolatossicità.

5. L’uso di sostanze ausiliarie (come solventi,agenti di separazione ecc.) dovrebbe essereevitatoquandopossibileeresoinnocuoquan-donecessario.

6. Ifabbisognidienergiadovrebberoessereva-lutatiper il loro impattoambientaleedeco-nomico e minimizzati. Le reazioni di sintesidovrebberoesserecondotteatemperaturaepressioneambiente.

7. Unamateriaprimadovrebbeessererinno-vabilepiuttostocheesauribile,quandociòsia fattibile tecnicamente ed economica-mente.

8. La formazione di derivati non necessari do-vrebbeessereevitatasepossibile.

9. Icatalizzatori,ilpiùpossibilespecifici,assicu-ranoilmigliorutilizzodeireagenti.

10. Iprodottichimicidovrebberoessereideatiinmanieratalecheallafinedellalorofunzionenonpersistanonell’ambienteesidegradinoinprodottiinnocui.

11. Ènecessariosviluppareulteriormenteletec-nologieanaliticheperpermettere ilmonito-raggiointemporealeduranteiprocessieilcontrolloprimadellaformazionedisostanzepericolose.

12. Lesostanzeusateinunprocessochimicoelaloroformadovrebberoesserescelteinmododaminimizzaregliincidentichimici(includen-doemissioni,esplosionieincendi).

Tratto da Paul Anastas and John Warner, GreenChemistry:TheoryandPractice,

Oxford University Press, New York, 1998

i dodici principi della “ Green Chemistry”

Documentatisullachimicasostenibileediscutineconicom-pagni.1. Perchéèimportantecontrollaretuttelesostanzechein-

tervengonoinunprocessochimico?2. Provaaelencaretuttiicostiambientaliimmediatiefuturi

generatidaiprocessichimicichenonseguano iprincipidellaGreen Chemistry.

3. SoddisfareidodicipuntidellaGreen Chemistrypotrebbecostituireuncostoancheperleimprese.Perchédovreb-berosostenerlo?Avrebberoanchedeivantaggi?

Qualcosa in più

chiavi di ricercagreenchemistry



All’Università di Duisburg-Essen, in Germania, al-cuni ricercatori hanno scoperto un enzima prodot-to da batteri in grado di creare una delle materie prime necessarie per la fabbricazione del vetro acrilico, meglio conosciuto come Plexiglas. Questo enzima potrebbe fornire un nuovo percorso per la produzione di materie plastiche senza utilizzare combustibili fossili né produrre rifiuti tossici.

UnpercorsobiosinteticoNonsarebbelaprimavoltachevengonoimpiegatibatteripercrearematerieplastiche,magrazieallascopertadeiricercatoritedeschituttoilprocessodiproduzionedelvetroacrilicopuòdiventareunpercorso“biosintetico”.IlPlexiglas®,nomecommercialedelpolimetilme-tacrilato (PMMA), fu inventatonel1933daOttoRöhm ed è impiegato in numerosissime applica-zioni:dall’architettura,allacostruzioneautomobi-listica,alcontrollodelrumore,aisegnaliluminosi,nell’industria aerospaziale, nell’optoelettronica eneldesign.Forse,seguardateattentamenteintor-noavoi,troveretepiùdiunoggettofabbricatoconquestomateriale.Purtroppo,però,perlasuaproduzioneoccorronomaterieprimeesostanzechimichealtamentecor-rosive epericolose; sono inoltre necessari anchenumerosisolventiderivatidapetrolio.Come spesso accade nella ricerca scientifica, lanuovascopertasièsviluppatanell’ambitodiunostudiosututt’altroargomento.Alcuniricercatorisistavanointeressandoaunmetododidegradazioneperoperadibatteridelmetil-terzbutiletere(MTBE),unasostanzacheviene impiegatacomeadditivointuttelebenzineverdiinsostituzionedelpiombotetraetileedelbenzene,altamenteinquinanti.An-cheilmetil-terzbutiletereècomunqueinquinante,soprattuttoseraggiungelefaldeacquifere,percuilaricercasièconcentratasunuovisistemiperlasuadegradazione con l’impiegodibatteri.Nel corsodiquesti studi, si sononotate leproprietàdiunenzimaingradodisintetizzareunadellesostanzebasilariperlaproduzionedelPlexiglas.

Ridurrel’impattoambientaleAppenasisonointravisteleinteressantiripercus-sionipraticheeambientalidiquestasostanza, ilgruppodiricercatorihapotenziatolericercheperlacreazionedelvetroacrilico.

Ivantaggipiùsignificatividiquestanuovaviasonolegatiallariduzione,senonaddiritturaall’elimina-zione,dell’usodisolventichimici.Restanoancoramoltequestioniirrisoltecome,peresempio,lare-saeffettivadell’azioneenzimaticaelacapacitàdeibatteri dimantenere la loro efficienza.Aquestopropositosidevonocoordinaregliapportidipiùdiscipline e in particolare diventa fondamentalel’ingegneriagenetica,grazieallaqualesipossonoselezionareceppibattericiefficaci.Giàentroundecennio,sostengonoiricercatori,ilvetroacrilicobiosinteticopotrebbeentrareincom-mercioesoppiantareilPlexiglastradizionale.

Plastica dai batteri: una via per l’indipendenza dal petrolio

Glioggettidiplexiglassonodovunqueintornoanoi.

1. QualisonoiproblemilegatiallaproduzionedelPlexiglas?2. Descriviilpercorsochehaportatoallascopertadelvetro

acrilicobiosintetico.Viriconosci i tratticaratteristicidelmetodoscientifico?

3. Ilvetrocomuneèunasostanzanaturale;perqualimotivi,secondote,glisipreferisceinmolticasiilPlexiglas?Perconfrontaretraloroleproprietàdeiduemateriali,puoidocumentartisuInternet.

Qualcosa in più

chiavi di ricercapmmavetro



4.Lachimicaèunascienzasperimentale:studiocontrollatodeifenomeni

La chimica è una scienza. Le scienze progrediscono nel tempo anche perché sono collegate tra loro: utilizzano ciascuna le scoperte e i concetti che proven-gono dalle altre scienze, alle quali forniscono a loro volta i propri strumenti. Così non è possibile, per esempio, studiare la biologia o la geologia senza una profonda comprensione dei fenomeni chimici.La chimica è una scienza perché utilizza un metodo specifico chiamato metodo sperimentale. Ciò significa che è completamente fondata sull’evi-denza sperimentale, ossia che ogni sua affermazione si basa su esperimen-ti. Un esperimento è un’esperienza controllata, condotta in modo che sia riproducibile da chiunque, in qualunque luogo e in qualunque momento, purché effettuata in con-dizioni identiche.Vogliamo ora prendere in esame i punti salienti del modo di operare del chimico basato sul metodo sperimen-tale.Considera, per esempio, questo fatto, facilmente osservabile: gli oggetti di acciaio comune, esposti all’aria umi-da, si ricoprono generalmente di rug-gine.Immagina di voler capire perché que-sto accade.Prima di tutto, è necessario osserva-re bene il fenomeno, per raccogliere quanti più dati è possibile.Un’indagine attenta e guidata dalla curiosità, unita a qualche ricerca, potrebbe portarti alle seguenti osservazioni:

a. la ruggine si forma quasi esclusivamente su oggetti esposti all’aria;b. la sua formazione è più veloce in presenza di acqua;c. la ruggine, analizzata, mostra una forte presenza di ferro;d. il ferro è il componente principale dell’acciaio.

Nota inoltre che l’arrugginimento dell’acciaio è un fenomeno del tutto genera-le, riscontrabile cioè sempre e ovunque (Figura 4), indipendentemente da cause particolari come, per esempio, la forma degli oggetti.Queste osservazioni ti consentono di descrivere dettagliatamente il fenomeno e soprattutto di formulare un’ipotesi interpretativa:“La ruggine si forma dall’interazione del ferro presente nell’acciaio con l’aria umida.”Per quanto evidente possa sembrare un’ipotesi interpretativa, tuttavia, in ac-cordo con il metodo sperimentale essa non può essere accettata come vera se prima non viene controllata. In questo caso, dovrai verificare se, nelle condi-zioni specificate (acciaio + aria umida), si produce effettivamente il fenomeno (arrugginimento).

Figura 4Laruggineèunfenomenocomuneaglioggettidiacciaioediferro.



5.Unfiltrosuifenomeni:semplificarelacomplessità

Poiché qualsiasi fenomeno reale è estremamente complesso, per poterne dare una spiegazione razionale è necessario semplificarlo, trascurando tutti i fattori che complicano soltanto l’osservazione senza aggiungere alcuna informazione utile. Solo procedendo in questo modo, potremo sottoporre le nostre conclu-sioni alla verifica sperimentale.La realtà che si vuole osservare non può comprendere tutto ciò che ci circonda. È necessario focalizzare l’attenzione su un solo insieme di eventi per volta. Rispetto all’arrugginimento dell’acciaio, per esempio, dovrai tralasciare il fatto che il fenomeno avvenga di giorno o di notte, oppure in una zona geografica piuttosto che in un’altra. Sarà invece importante considerare la variazione di umidità dell’aria.

Sidevonoosservarepochiaspettidiunfenomenopervoltaperpoternecomprenderelacomplessità.

Le conoscenze e le informazioni già presenti nella nostra mente e nel nostro bagaglio culturale ci consentono di fare delle previsioni su quanto accade nella realtà che ci circonda. Sicuramente, per esempio, sai già che l’aria contiene umidità in quantità variabile e riesci a distinguere un pezzo di acciaio da altri materiali metallici. Non ti disperderai quindi studiando la composizione dell’aria o le proprietà che distinguono i metalli. Per indaga-re il fenomeno dell’arrugginimento potresti allora, per esempio, prendere un chiodo di acciaio ed esporlo a un ambiente umido, o immergerlo in acqua. Dopo poche ore, noterai sulla sua superficie alcuni punti rossastri, che vanno espandendosi in chiazze. È ruggine (Figura 5)?

[ Pensandoci meglioQualèladifferenzatralaprimaprovetta, che contiene acqua,e la seconda, in cui l’acqua èbollita?In ciascunadelledueprovettedidestra, ichiodisonoacon-tattoconunosolodegliagen-ti considerati (acqua e aria);in che modo, secondo te, unesperimentocomequestopuòaiutarti a formulare un’ipotesiinterpretativadelfenomeno?

Figura 5Chiodidiacciaiointuttosimilitraloro,postiincondizionidiverse,sicomportanoinmododiverso.

acqua bollita e coperta d’olio

acqua

solo qui si formano

chiazze rossastre

chiodi d’acciaio

gel di silice a effetto disidratante, ossia che

assorbe l’umidità



Puoi avere la sicurezza di aver riprodotto il fenomeno solo analizzando la pati-na rossastra e verificando se si ottengono gli stessi risultati raggiunti negli altri casi già esaminati. Qualora la patina non risultasse ruggine, non saresti riuscito a riprodurre il fenomeno e dovresti concludere che la tua ipotesi interpretativa era sbagliata. In tal caso dovresti formulare una nuova ipotesi per spiegare la formazione della ruggine e sottoporre anch’essa a nuove verifiche.Potrai essere più sicuro di aver riprodotto esattamente il fenomeno, e quindi di aver formulato un’ipotesi valida, se anche altri otterranno i tuoi stessi risultati con verifiche sperimentali, magari in ambienti o situazioni diverse. Perciò ogni esperimento dev’essere riproducibile, il che si ottiene specificando sempre con la massima precisione le condizioni nelle quali viene effettuato.Se comunque desideri raggiungere una conoscenza più approfondita del fe-nomeno, dovrai a questo punto effettuare altre osservazioni e nuove verifiche. Magari prendendo in considerazione il fatto che l’aria è una miscela costituita prevalentemente da ossigeno e azoto, oltre a piccole quantità di altre sostan-ze (Figura 6). Potresti dunque ripetere l’esperimento precedente sostituendo all’aria solo ossigeno o solo azoto. Osserveresti allora che la ruggine si forma solo in presenza di ossigeno. La tua ipotesi interpretativa diverrebbe più o meno:“La ruggine si forma dall’interazione del ferro presente nell’acciaio con l’ossi-geno atmosferico, in presenza di acqua”.Questa ipotesi costituisce una buona descrizione del fenomeno, almeno dal punto di vista qualitativo. Sinteticamente, potremmo esprimerla così:

ferro + ossigeno + acqua ossido ferrico idrato

dove “ossido ferrico idrato” è il nome chimico della ruggine; oppure, utiliz-zando simboli che diverranno chiari in seguito:

Fe + O2 + H2O Fe2O3 H2O

Quello che ancora ti manca è capire quanta acqua e quanto ferro sono necessari perché si formi la ruggine. Hai bisogno, cioè, di una descrizione anche quanti-tativa del fenomeno. Per ottenerla, dovresti preparare una serie di esperimenti in tutto simili ai precedenti, ma nei quali varierai di volta in volta, in modo controllato, le quantità impiegate di ferro, di ossigeno e di acqua, misurandole ogni volta con precisione. Arriveresti in tal modo alla seguente espressione:

4 Fe + 3 O2 + 2 H2O 2 Fe2O3 H2O

Figura 6L’ariaseccaèunamiscelaformatadaazoto,ossigenoealtrigasche,tuttiassieme,necostituisconounpo’menodell’1%.

azoto 78,08318 %

altri gas 0,97164 %

argodiossido di carbonioneoneliometanokriptoidrogeno

0,93396 %0,03500 %0,00182 %0,00052 %0,00017 %0,00011 %0,00006 %

ossigeno 20,94518 %

Il significato di questo modo di esprimere il fenomeno, come si è detto, ti diverrà chiaro più avanti. Per il momento, è sufficiente sapere che tale espres-sione permette di prevedere correttamente quanto ossigeno viene consumato dalla quantità di ferro contenuto in un pezzo di acciaio che si arrugginisce e quanta ruggine viene prodotta. Sei giunto insomma a formulare una legge che descrive esattamente quanto succede e consente di fare previsioni che, verifi-cate sperimentalmente, risultano corrette.

+ +



6.Dalcaosall’ordine:ilruolodelleleggi

Osservando il fenomeno dell’arrugginimento, sei potuto giungere a formulare una legge di validità generale perché hai riscontrato delle regolarità nelle tue osservazioni. Lo stesso accade per molti dei fenomeni naturali: si riscontrano delle regolarità, dovute ad aspetti ripetitivi, che possono essere espresse e generalizzate, formulandole con un linguaggio matematico.Un’assunzione fondamentale della ricerca scientifica è che i fenomeni naturali obbediscano a poche leggi del tutto generali. Si tratta allora di trovare delle uniformità nelle osservazioni, pur distinguendo ciò che differenzia tra loro i fenomeni.Una volta formulata, una legge, grazie al suo potere predittivo, consente di fare nuove ipotesi e, spesso, fornisce spunti per nuove osservazioni, che condu-cono a formulare nuove leggi. Così è stato, per esempio, per le più importanti e conosciute leggi della fisica, come la legge di Newton o la legge di Ohm, e della chimica, come la legge di Lavoisier.

Leleggiderivanodall’osservazionediunfenomenoesonoespresseconunarelazionematematicachelegatralorolevariabilirelativeallegrandezzeconsiderate.

Per individuare le regolarità cui sono soggetti i fenomeni, tuttavia, la semplice osservazione spesso non è sufficiente. I dati sperimentali raccolti grazie a essa vanno infatti elaborati e interpretati. Per farlo, la chimica, come tutte le scien-ze, fa uso di tabelle e grafici. Questi ultimi, in particolare, aiutano a evidenzia-re l’andamento dei valori riscontrati, mettono in luce i dati più significativi e quelli discordanti. Si possono così scoprire le eventuali regolarità che legano le grandezze osservate (Figura 7).Immaginiamo di voler determinare, per esempio, quanto zucchero si scioglie nell’acqua all’aumentare della temperatura. Qualche prova ci suggerisce che le due grandezze (quantità di zucchero che si scioglie e temperatura) sono tra loro direttamente proporzionali. Osserviamo che, per semplificare l’osserva-zione, è opportuno considerare solo queste due grandezze senza introdurre, in questo caso, variazioni nel volume dell’acqua in cui si scioglie lo zucchero.

Figura 7Graficiditipidifferentiaiutanoafocalizzarel’attenzionesuaspettidiversidiunfenomeno.



Diciamo allora che “quantità di zucchero che si scioglie” e “temperatura” so-no le nostre variabili, mentre “volume dell’acqua” è un parametro, che per il momento teniamo costante.A seconda del tipo di osservazione che vogliamo condurre, ogni variabile può diventare un parametro e viceversa: siamo noi a decidere di volta in volta che cosa far variare e che cosa no. Potremmo per esempio studiare che cosa avvie-ne variando il volume dell’acqua e tenendo invece costante la temperatura. In ogni caso, tutte le volte che modifichiamo qualcosa nell’esperimento, possia-mo registrare nuove osservazioni e questo apre nuove indagini.

7.Unaletturad’insieme:lateoria

Una legge trovata sperimentalmente descrive correttamente un fenomeno (o una classe di fenomeni), nel senso che ci consente di descrivere che cosa succede quando quel fenomeno si manifesta. Essa tuttavia non spiega perché avviene il fenomeno che descrive. Analogamente, quando vi sono più leggi concernenti fenomeni simili, cerchiamo in quale modo esse possano essere correlate tra loro. In altre parole, cerchiamo quali possano essere le loro radici comuni, per spiegarle.In tutti questi casi, siamo spinti a formulare un’ipotesi più ampia e articolata, una teoria, che tenti di spiegare tutti i fenomeni descritti dalle diverse leggi trovate.Per tornare all’esempio dell’arrugginimento, potresti progettare nuove espe-rienze, analoghe a quelle condotte, per studiare il comportamento dell’acciaio in presenza di altre sostanze, diverse dall’acqua. Per questa via, individueresti una serie di leggi capaci di descrivere, nel loro insieme, il comportamento generale del ferro (che come ricordi è il principale componente dell’acciaio). È possibile ‘unificarle’, cioè ricondurle a una spiegazione comune?La risposta è sì: esiste una teoria che spiega il comportamento del ferro in tutti i casi studiati. Essa, tuttavia, rimanda alla struttura intima delle particelle (ato-mi) costituenti la sostanza “ferro” e richiede, dunque, conoscenze che ancora non hai, ma che acquisirai nel seguito di questo Corso.In base al metodo scientifico, una teoria è considerata corretta fino a quando riesce a spiegare tutti i fenomeni osservati ed è in grado di formulare previsioni corrette su fenomeni nuovi. Quando si osservano fenomeni che contraddicono la teoria – ovvero che, come si dice, la falsificano – la teoria stessa va abban-donata e bisogna formularne una nuova.Ricorda che un numero qualunque di verifiche positive, per quanto grande sia, non è sufficiente a far accettare come valida in modo definitivo un’ipotesi o una teoria: basta infatti una sola verifica negativa per falsificarla, ‘mandando a monte’ quanto fino a quel momento era accettato da tutti.Proprio questo è uno dei maggiori punti di forza del metodo scientifico: il riconoscimento che si impara molto anche dagli ‘errori’, a patto che si abbia il coraggio di riconoscerli come tali!La cosa è talmente importante che, secondo la definizione oggi più diffusa, una teoria può dirsi scientifica solo se è falsificabile, ossia soltanto se si può provare a smentire sperimentalmente le sue previsioni. Finché esse sono con-fermate, la teoria è valida; altrimenti, va sostituita.Riassumendo, la struttura del metodo sperimentale, che caratterizza la scienza, può essere sintetizzata come nello schema di Figura 8.

?1. Quali dovrebbero essere levariabili equali iparametriin un esperimento utile aosservarecomevariailgra-dodisolubilitàdellediversesostanze nell’acqua (a unacertatemperatura)?

nuove ipotesi

ulteriori verifiche

raccolta di informazioni

verifiche sperimentali

legge

studio di più leggi collegate

teoria

osservazione

formulazionedell'ipotesi

Figura 8L’indaginescientificaècaratterizzatadall’impiegodelmetodosperimentale.



Secondo il filosofo greco Aristotele (IV-III secolo a.C.), tutti i corpi sono formati dalla combinazione di quattro elementi (fuoco, acqua, aria e terra) in proporzioni diverse. Le trasformazioni si devono al fatto che ognuno di essi

ha un “luogo” proprio, che tende a raggiungere. Il fuoco, per esempio, è il più leggero e tende a salire, mentre la terra, la più

pesante, a scendere.Il pensiero di Aristotele influenza a lungo lo studio della natura; la sua autorità è così grande che quando le sue

teorie sono in contrasto con le osservazioni, queste ultime

sono ritenute errate.

Secondo il filosofo greco Aristotele (IV-III secolo a.C.), tutti i corpi sono formati dalla combinazione di quattro dalla combinazione di quattro elementi (fuoco, acqua, aria e elementi (fuoco, acqua, aria e terra) in proporzioni diverse. terra) in proporzioni diverse. Le trasformazioni si devono Le trasformazioni si devono al fatto che ognuno di essi al fatto che ognuno di essi

ha un “luogo” proprio, che ha un “luogo” proprio, che tende a raggiungere. Il fuoco, per tende a raggiungere. Il fuoco, per esempio, è il più leggero e tende esempio, è il più leggero e tende a salire, mentre la terra, la più a salire, mentre la terra, la più

pesante, a scendere.pesante, a scendere.Il pensiero di Il pensiero di Aristotele influenza a lungo lo studio influenza a lungo lo studio della natura; la sua autorità è della natura; la sua autorità è così grande che quando le sue così grande che quando le sue

teorie sono in contrasto con le teorie sono in contrasto con le osservazioni, queste ultime

sono ritenute errate.

XVii secolo:conquista le scienzeil metodo sperimentale

La “ chimica” di Aristotele

Sperimentare per sapere

A Sir Francis Bacon, italianizzato in Francesco Bacone (1561-1626),

si deve la rivalutazione dell’esperienza come strumento

fondamentale per giungere alla conoscenza.

La storia della scienza ha vissuto momenti travaglia-ti, caratterizzati da periodi bui alternati a periodi di grande effervescenza. Il percorso che ha condotto alla determinazione del Metodo Scientifico, la cui

prima formulazione completa è attribuita a Galileo Galilei, si è avvantaggiato dell’opera e della pas-

sione di molti personaggi noti e di altri uomini che, senza gloria, hanno lavorato al loro fianco.


XVii secolo:

Sperimentare per sapere

A Sir Francis Bacon, italianizzato in Francesco Bacone (1561-1626),

si deve la rivalutazione dell’esperienza come strumento

fondamentale per giungere alla conoscenza.


Un metodo di lavoro Le misurazioni di Galileo sulla caduta dei corpi e le sue osservazioni astronomiche mettono in crisi la dottrina aristotelica. Egli getta le basi di un metodo di lavoro fondato su “sensate esperienze” (gli esperimenti, da descrivere minuziosamente) e “certe misurazioni”, ovvero accurate misure quantitative.

Galileo Galilei (1564-1642)Fisico, astronomo e filosofo, insegnò matematica a Pisa e a Bologna, dove studiò meccanica e astronomia. Aderì alla teoria cosmologica di Copernico, che confutava Aristotele ponendo al centro dell’Universo il Sole anziché la Terra, e la verificò con una sua invenzione: il cannocchiale. Nel Saggiatore (1623) affermò l’importanza del metodo sperimentale e nel Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo(1632) cercò di dimostrare la fondatezza del sistema copernicano. Per questo fu processato dal Sant’Uffizio e giudicato colpevole nel 1633. Costretto all’isolamento, morì nella casa di Arcetri (Firenze). Galilei fu riabilitato dalla Chiesa cattolica solo nel 1992.

Le misurazioni di Galileo sulla

1. Checosahapermessol’affermazionedelpensierogalileiano?

2. Tecnologiaescienzaprocedonodiparipasso.Qualispuntidique-staschedalodimostrano?

3. Qualivantaggihapresenta-toilMetodoScientificotali da permetterglidi diffondersi edessereaccetta-to da tuttigli scien-ziati?

Accordo tra gli scienziati

Il metodo galileiano, o metodo

sperimentale, viene fatto proprio da

ogni studioso grazie alla sua chiarezza e

al suo rigore.

Accordo tra

XVI-XVII secolo: gli strumenti al servizio della scienzaMicroscopio e telescopio rivoluzionano l’osservazione del microcosmo e del macrocosmo. Nascono in tutta Europa gruppi di studiosi (Accademie) che basano il loro lavoro sullo scambio di informazioni. Si va delineando un modo nuovo di approdare alla conoscenza: risalire ai concetti generali, partendo da esperienze particolari e sottoponendo di volta in volta a verifica le ipotesi fatte.

Protagonistieidee

Dalle ipotesi alle leggiRobert Boyle (1627-1691), in The

Sceptical Chymist (“Il chimico scettico”), sostiene risolutamente

la necessità di sottoporre alla sperimentazione tutte le conoscenze fino a quel momento accettate come dogmi, per vagliarle: solo l’esperienza può dar loro la ‘patente’ di verità e

fare di un’ipotesi una legge.



Completa la mappa, inserendo i termini corretti nei riquadri vuoti.

UniTà 1 il percorso delle idee

sonosemplificati in

scienza sperimentale

....................................................................

....................................................................

sono tutti organizzati in

controllo e analisi

verifichesperimentali

normativedi legge

regole etiche

osservazioni

controllabilicon

studia parte da

è promosso da

è fondata sul

..................................

..................................

da cui scaturiscono

teorie

settori

da cui si ricavano

portano a

ricerca

può portarea uno

è divisa in più

se negativenecessitanodi nuove

La chimica

è una

fenomeni

............................


Sintesi


Checos’èlachimica Lachimicaèunascienzacherichiedecuriosità,capacitàdiosservazioneeprecisione. Finalitàdellachimicaèlostudiodelleproprietàedelletrasformazionidellesostanzechecostituisconolamateria.

Lachimicasidivideindiversebranchespecifiche,ciascunadellequalisisviluppaintresettori:ricerca,produzioneecontrollo.

Losviluppodelleconoscenzesull’atomoesulcomportamentodellamateriarichiedeunvastousodielaborazionimatematicheeinformatiche.

Unabuonaconoscenzadellachimicaedeisuoieffettipermettedicercareilmigliorecompromessofrarischievantaggi,ediagirediconseguenza.

Lachimicamodernadeveessereunachimicachenonmettearischiol’ambienteincuiviviamo.

Ilmetodoscientifico Lachimicaèunascienzae,inquantotale,sibasasulmetodosperimentale. IlmetodoscientificosperimentaleèstatoformulatonellasuacompletezzadaGalileoGalilei. Ilmetodoscientificosibasasull’osservazionedeifenomeniesullaraccoltael’interpretazionedidati,considerandopochegrandezzeallavolta.

Ogniipotesiinterpretativadeveesseresottopostaaverificasperimentale. Attraversolaverificasperimentalesigiungeallaformulazionedileggiespresseconrelazionimatematiche. Laconcordanzadipiùleggiportaalladefinizionediunateoria. Unateoriaèscientificasoloseèfalsificabile,cioèselesueprevisionipossonoesseresottoposteaverificasperimentale.


Sezione A Introduzione alla chimica

Conoscenze

VerifichedifineUnità

20

7. Quale fra i seguenti personaggi non attribuiva all’esperienza un ruolo fondamentale nella ricerca scientifica?

a. Aristotele b. F. Bacone c. R. Boyle d. G. Galilei

8. Quale fra le seguenti è una legge espressa in termini matematici?

a. Il bel tempo favorisce i picnic b. I mammiferi allattano i loro piccoli per un tempo

variabile a seconda della specie c. La circonferenza di un cerchio è direttamente

proporzionale al doppio del suo raggio d. L’umidità attira le zanzare

9. Per spiegare un fenomeno è necessaria: a. una procedura sperimentale b. una legge c. un’osservazione d. una teoria

10. Se le verifiche eseguite dimostrano che l’ipotesi fatta era errata, si dovrà formulare una nuova:

a. osservazione b. ipotesi c. raccolta dati d. legge

11. Scegli tra i seguenti il miglior abbinamento per attuare il metodo scientifico:

a. scienza e filosofia b. scienza e tecnologia c. scienza e matematica d. scienza e politica

Che cos’è la chimica e come si sviluppa 1. Quale tra le seguenti branche della chimica determina

la composizione delle sostanze? a. La chimica inorganica b. La chimica analitica c. La chimica industriale d. La chimica ambientale

2. La geochimica studia: a. i fenomeni chimici che interagiscono

negli ecosistemi ambientali b. la composizione dei materiali

che costituiscono la Terra c. la materia vivente e le sue trasformazioni d. le proprietà degli elementi

e dei loro composti

Il metodo scientifico 4. Rispetto a un particolare fenomeno, il metodo

scientifico parte da: a. una verifica b. un’ipotesi c. un’osservazione d. un’idea

5. Una verifica dei dati sperimentali può portare a: a. formulare nuove leggi b. formulare nuove teorie c. formulare un dogma d. negare l’ipotesi

6. Quale strumento tra i seguenti è da considerarsi fondamentale nel metodo scientifico?

a. Lente d’ingrandimento b. Provetta c. Bilancia d. Computer

Allenati anche onlinecon i test interattivi!

3. Quale dei seguenti principi non è fra quelli della Green Chemistry?

a. Le produzioni industriali devono prevedere il minor numero di rifiuti

b. Tra sostanze alternative è più opportuno usare quella meno costosa

c. Un prodotto chimico che entri nell’ambiente deve degradarsi il più presto possibile

d. Si devono usare sostanze che rendono minimo il rischio di incidenti



20. Può uno scienziato accettare per vero un evento descritto, ma mai dimostrato prima? Perché?

21. Come si deve comportare uno scienziato in caso di dubbio sulla veridicità di un esperimento?

22. Perché è importante la ripetizione delle verifiche per la convalida dei risultati?

23. Il motorino di Luca non si accende. Individua più ipotesi possibili che interpretino il “fenomeno”, basandoti sulle tue conoscenze già acquisite. Dopo aver scartato le ipotesi che sono immediatamente verificabili, illustra quali verifiche sperimentali faresti per vagliare ciascuna di quelle che restano.

24. Se il tuo lettore mp3 si rifiuta di funzionare e resta muto, quali possono essere le cause? Quali di queste puoi eliminare tu stesso? Come procederesti per verificare le ipotesi fatte?

25. Riprendiamo l’esperimento dei chiodi d’acciaio raffigurato nel paragrafo 5 (Figura 5).

Secondo te, perché nella provetta di destra non si forma ruggine?

26. Quali, tra le seguenti, ritieni che siano scienze (S) nel senso che abbiamo indicato, quali pseudo-scienze (P)?

S P fisica nucleare astrofisica astrologia psicologia geografia sociologia statistica teologia filosofia storia

Abilità

12. Che cosa si intende quando si dice che una teoria è falsificabile?

a. Che non è in accordo con le verifiche sperimentali b. Che è possibile verificare

sperimentalmente le sue previsioni c. Che è basata su ragionamenti falsi d. Che può sembrare falsa

Il metodo scientificoLeggi attentamente il testo seguente e rispondi ai quesiti.

Diciamo “pseudo-scienza” ogni teoria che sostenga di essere scientifica, ma rifiuti di avvalersi del metodo sperimentale, che è alla base della scienza moderna, per sottoporre a verifica le proprie affermazioni. Le pseudo-scienze sono considerate non scientifiche a causa del loro metodo di ricerca, ossia non per le discipline su cui ricercano, ma per il modo in cui ricercano. In sintesi, senza metodo sperimentale non c’è conoscenza di tipo scientifico, per cui le discipline che non si basano sul metodo sperimentale non possono ambire a fornire risultati definibili “scientifici”.

13. Ciò che caratterizza la scienza rispetto alle pseudo-scienze è:

a. la validità della teoria di partenza b. l’importanza dei risultati c. il rigore del ragionamento nel dedurre

i risultati d. la possibilità di sottoporre a verifica

sperimentale i risultati

14. Le pseudo-scienze si distinguono dalla scienza perché: a. sono praticate per uno scopo ingannevole b. affermano principi falsi c. si occupano di argomenti che non hanno

interesse scientifico d. non applicano il metodo sperimentale

Problemi e quesiti

Che cos’è la chimica e come si sviluppa 15. Quali sono le premesse necessarie per un buon

approccio allo studio della chimica?

16. Quali sono le discipline necessarie allo studio della chimica?

17. Che cosa studia la chimica e quali sono le sue specializzazioni?

18. Quale significato daresti all’espressione “chimica sostenibile”?

Il metodo scientifico 19. Perché per un biologo è essenziale conoscere

la chimica?

acqua bollita e coperta d’olio

acqua

solo qui si formano chiazze rossastre

chiodi d’acciaio

gel di silice a effetto disidratante, ossia che

assorbe l’umidità


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