Gli stati della materia Gli stati della materia e i passaggi di statoe i passaggi di stato

Una proposta di lavoroUna proposta di lavoroper la secondaria di I grado e il biennio per la secondaria di I grado e il biennio di quella di II grado:di quella di II grado:spunti, riflessioni e suggerimentispunti, riflessioni e suggerimentiper un percorso sperimentaleper un percorso sperimentale

Gli stati della materia intorno a noiGli stati della materia intorno a noi

•• Partiamo dallPartiamo dall’’evidenza della presenza evidenza della presenza attorno a noi di attorno a noi di ““categorie di oggetticategorie di oggetti”” che che chiamiamo chiamiamo solidisolidi, , liquidiliquidi, , aeriformi (gas e aeriformi (gas e vapori)vapori)

•• Le loro proprietLe loro proprietàà (forma e volume) sono (forma e volume) sono diverse e possono essere facilmente diverse e possono essere facilmente esplorate anche con mezzi sempliciesplorate anche con mezzi semplici

•• ⇒⇒

prove su volume e forma di gas e prove su volume e forma di gas e liquidiliquidi

Una sostanza in 3 stati: lUna sostanza in 3 stati: l’’acquaacqua

•• LL’’acqua acqua èè una sostanza che una sostanza che –– nelle nelle condizioni esistenti sulla Terra condizioni esistenti sulla Terra –– pipiùù facilmente può esistere nei tre stati solido, facilmente può esistere nei tre stati solido, liquido e aeriformeliquido e aeriforme

•• Essa può passare dallEssa può passare dall’’uno alluno all’’altro come altro come avviene nel avviene nel ciclo dellciclo dell’’acquaacqua

•• Esistono quindi i Esistono quindi i passaggi di statopassaggi di stato

Si apre il sipario Si apre il sipario perper…… ……UnoUno sguardo sulla materiasguardo sulla materia

-- Premesse Premesse ––

Dove collocare il segmento di percorsoDove collocare il segmento di percorsoCosa apprendereCosa apprendereI problemiI problemi

Dove collocare il segmento Dove collocare il segmento di percorsodi percorso

In una sviluppo di argomenti legati alla fisica In una sviluppo di argomenti legati alla fisica (termologia: calore, temperatura, scale (termologia: calore, temperatura, scale termometriche ecc.)termometriche ecc.)In un sviluppo di argomenti legati alla Terra In un sviluppo di argomenti legati alla Terra come pianeta (meteorologia, biologia, ecologia: come pianeta (meteorologia, biologia, ecologia: ciclo dellciclo dell’’acqua, caratteristiche di abitabilitacqua, caratteristiche di abitabilitàà del del pianeta, ruolo dellpianeta, ruolo dell’’acqua per la vita ecc.)acqua per la vita ecc.)Come parte di un percorso sulla struttura della Come parte di un percorso sulla struttura della materia (modello particellare) e sulle sue materia (modello particellare) e sulle sue trasformazionitrasformazioni

Cosa apprendereCosa apprendere

conoscenza degli stati fisici della materia, conoscenza degli stati fisici della materia, comprensione del ruolo del calore comprensione del ruolo del calore (energia) nei passaggi da uno all(energia) nei passaggi da uno all’’altro altro stato fisico, interpretazione in chiave stato fisico, interpretazione in chiave microscopica, capacitmicroscopica, capacitàà quindi di leggere a quindi di leggere a vari livelli i vari livelli i fenomenifenomeni……

I problemiI problemi

Lessicali: es. sciogliere/liquefare/fondere usati Lessicali: es. sciogliere/liquefare/fondere usati come sinonimicome sinonimiDifficoltDifficoltàà di ordine sperimentale (non costanza di ordine sperimentale (non costanza delle temperature nei passaggi di stato, delle temperature nei passaggi di stato, riscaldamento in genere troppo rapido, rischi riscaldamento in genere troppo rapido, rischi legati alllegati all’’uso di fonti di uso di fonti di calorecalore……))NecessitNecessitàà di connettere due livelli, il di connettere due livelli, il macromacro che che osserviamo e il osserviamo e il micro micro che che ipotizziamoipotizziamo………… Quindi il problema di introdurre il modello Quindi il problema di introdurre il modello particellare in modo adeguatoparticellare in modo adeguato

PrerequisitiPrerequisiti

►►Conoscenza Conoscenza –– anche approssimativa anche approssimativa -- del del concetto di temperaturaconcetto di temperatura

►►Conoscenza Conoscenza –– anche approssimativa anche approssimativa -- del del concetto di caloreconcetto di calore

►►Padronanza teorica e operativa dei grafici in Padronanza teorica e operativa dei grafici in coordinate cartesianecoordinate cartesiane

La curva di riscaldamentoLa curva di riscaldamento delldell’’acquaacqua

t

TT E M P E R A T U R A

TEMPO

EBOLLIZIONE

RISC

ALDAM

ENTO

Le Le ““domande guidadomande guida”” ««FinchFinchéé le osservazioni non servono a rispondere a una domanda posta cole osservazioni non servono a rispondere a una domanda posta con n chiarezza chiarezza èè possibile che i ragazzi non registrino accuratamente quello chepossibile che i ragazzi non registrino accuratamente quello che vedonovedono»»

((RosalindRosalind DiverDiver, , LL’’allievo come scienziatoallievo come scienziato))

di di quante partiquante parti si compone il grafico? si compone il grafico? che cosa che cosa accadeaccade nella prima parte? nella prima parte? che cosa che cosa accadeaccade nella seconda parte? nella seconda parte? come come variavaria la la temperaturatemperatura nella prima parte? nella prima parte? come come variavaria la la temperaturatemperatura nella seconda parte? nella seconda parte? nella seconda parte della prova continua il nella seconda parte della prova continua il riscaldamento? riscaldamento? dove va dove va ““a finirea finire”” il calore che continuiamo a fornire il calore che continuiamo a fornire allall’’acqua? acqua?

Punto di fugaPunto di fuga

•

Qui si potrebbe inserire uno sviluppo sulla relazione tra variazione di temperatura durante il riscaldamento e massa d’acqua usata (→ capacità

termica, calore

specifico ecc.)

La curva di raffreddamentoLa curva di raffreddamento del tiosolfato di sodiodel tiosolfato di sodio

T E M P E R A T U R A

TEMPO

cristalli

50°C

Le Le ““domande guidadomande guida””

di quante parti si compone il grafico? di quante parti si compone il grafico? cosa accade nella prima parte? cosa accade nella prima parte? cosa accade nella seconda? cosa accade nella seconda? Cosa accade nella terza parte? Cosa accade nella terza parte? come varia la temperatura nella prima parte? come varia la temperatura nella prima parte? come varia la temperatura nella seconda come varia la temperatura nella seconda parte? parte? come varia la temperatura nella terza parte? come varia la temperatura nella terza parte? perchperchéé la temperatura rimane costante la temperatura rimane costante durante la seconda parte del grafico? durante la seconda parte del grafico?

Che cosa succede Che cosa succede sese……

Indaghiamo che cosa avviene durante la Indaghiamo che cosa avviene durante la solidificazionesolidificazioneVerifichiamo due ipotesiVerifichiamo due ipotesiScopriamo il calore latenteScopriamo il calore latente

La curva di raffreddamentoLa curva di raffreddamento del tiosolfato di sodiodel tiosolfato di sodio

T E M P E R A T U R A

TEMPO

cristalli

T amb.

Si chiude il Si chiude il sipariosipario…… …… Con il modello particellareCon il modello particellare

A A questo puntoquesto punto si può completare il si può completare il modello particellare della materia, come modello particellare della materia, come ipotesi interpretativa di quanto osservato. ipotesi interpretativa di quanto osservato. Questo non emerge però semplicemente Questo non emerge però semplicemente dalldall’’osservazione, richiede immaginazione, osservazione, richiede immaginazione, inventivainventiva……ÈÈ un percorso che parte dal un percorso che parte dal datodatoLega Lega teoria teoria e e pratica pratica