La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto come legna, di una scintilla...

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La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto come legna, di una scintilla che l’accenda e vi infonda l’impulso della ricerca e un amore ardente per la verità De recta ratione audiendi, Plutarco

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La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto come

legna, di una scintilla che l’accenda e vi infonda l’impulso della ricerca e un amore

ardente per la veritàDe recta ratione audiendi, Plutarco

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S.C.I.E.N.Sperimentare Con Intelligenza

Evitando Nozionismi

Luca FerriniS.M.S G. GalileiA.s. 2013/2014

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S.C.I.E.N.

GLI OBIETTIVI DEL PROGETTO

MISCUGLI ETEROGENEI

MISCELE ETEROGENEE DI SOLIDI IN LIQUIDI

MISCUGLI LIQUIDO-LIQUIDO

CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE

IL DISTILLATORE

SOLUZIONI ACIDE E SOLUZIONI BASICHE

TRASFORMAZIONI CHIMICHE

Indice

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S.C.I.E.N.

Saper classificare un miscuglio in eterogeneo o omogeneo

Conoscere soluzioni, sospensioni ed emulsioni

Saper individuare l’acidità di una soluzione

Distinguere reazioni chimiche da trasformazioni fisiche

Elaborare graficamente e statisticamente i dati sperimentali

Gli obiettivi del progetto

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MiSCUGLI ETEROGENEISOLIDO-SOLIDO

DEFINIZIONE:Un miscuglio eterogeneo è unmiscuglio in cui si riconosconoi componenti

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PRIMA ATTIVITÀAbbiamo progettato un metodo per separare i componenti di diverse miscele. Successivamente abbiamo pesato le sostanze recuperate, valutando l’efficacia dei metodi scelti tra i seguenti:

1° metodo: SETACCIAMENTO (Sifting)Separazione di sostanze di grandezzadiversa utilizzando un setaccio

2° metodo: ATTRAZIONE MAGNETICASeparazione dei componenti

magnetici per mezzo di una calamita

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3° metodo: FILTRAZIONE (Filtration)Si separa la componente solida da quellaliquida tramite un filtro posto in un becher

4° metodo: EVAPORAZIONESi riscalda dell’acqua dove è presente una

componente solida fino all’evaporazione della prima

Abbiamo successivamente

compilato la seguente tabella…

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MISCUGLIO METODO SCELTO

RISULTATO RESA

5g farina+5g zinco

Setacciamento 4g farina 80%5g tornitura di rame+5g limatura di ferro

Setacciamento 4g ferro 80%

5g tornitura di rame +5g limatura di ferro

Attrazione magnetica

5g ferro 100%

5g sabbia+5g limatura di ferro

Attrazione magnetica 6g ferro

120%

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DOMANDA: PERCHÈ ABBIAMO OTTENUTO 1g IN PIÙ?

IPOTESI:1. ENRICO: «Nella sabbia c’erano tracce di pirite»

2. RAFFAELE : «Alcuni granelli di sabbia possono essere rimasti intrappolati nella limatura»

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ESPERIMENTOMiscuglio eterogeneo (Solido-Solido)

Componenti: 5g di sabbia 5g di limatura di ferro 5g di sale: cloruro di sodio (NaCl)

Procedimento:• Preparare un miscuglio di sale, sabbia e limatura in un becher

• Aggiungere acqua distillata

• Sistemare un filtro in un imbuto e appoggiarel’imbuto sul becher; versare il miscuglio

METODO DI SEPARAZIONE:

Filtrazione

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-Nel filtro rimangono il ferro e la sabbia. Il sale si scioglie.

COME SEPARARE IL SALE E L’ACQUA?

Becher con il sale Becher vuoto Sale recuperato

104g 96g 8g

Riscaldare il filtrato fino a ebollizione

L’acqua evapora completamente lasciando del sale nel becher

Misurare la quantità di sale recuperato

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INCREMENTO: 5:3=100:X X= 3·100 = 60% 5

DOMANDA: a cosa è dovuto l’incremento?

IPOTESI1. AGNESE: «IL SALE HA TRATTENUTO UN PO’ D’ACQUA»

2. LUCA: «LA SABBIA DEL MARE CONTIENE DEL SALE»

Infatti il sale ha proprietà igroscopiche, cioè attira e trattiene

l’acqua

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OSSERVAZIONI1° OSSERVAZIONE: quando si mescolano due sostanze la massa iniziale è uguale a quella finale

2° OSSERVAZIONE: I componenti (sale, limatura…) hanno conservato le loro proprietà

CONCLUSIONE

I DUE PROCESSI, MESCOLAMENTO E SEPARAZIONE, SONO REVERSIBILI, cioè sono:

TRASFORMAZIONI FISICHE

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MISCELE ETEROGENEE DI

SOLIDI IN LIQUIDI

MISCELE DI MATERIALE SOLIDO IN ACQUA

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ESPERIMENTO

MATERIALI OCCORRENTI: Becher Zucchero Sale Caffè Argilla Amido Farina Acqua demineralizzata

PROCEDIMENTO: Mettere nei vari becher lo stesso volume d’acqua e

aggiungere i solidi elencati

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Sale Zucchero Caffè Argilla Farina Amido Acqua

SOLUZIONI SOSPENSIONI

(Miscugli eterogenei)

OSSERVAZIONIIl sale e lo zucchero «spariscono», mentre gli altri componenti si

vedono ancora e, lasciati riposare, si depositano sul fondo o galleggiano

DELLE SOSPENSIONI Abbiamo ottenuto cioè

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Il sale si scioglie meno dello zucchero, infatti è andato a fondo

IL SALE È MENO SOLUBILE DELLO ZUCCHERO

Cioè nella stessa quantità d’acqua si può sciogliere

una quantità minore di sale

DOMANDACome separare gli ingredienti di una SOSPENSIONE?

1. ipotesi CAMILLA: PER EVAPORAZIONE

2. ipotesi RAFFAELE: PER FILTRAZIONE

3. ipotesi: PER DECANTAZIONE

Come togliere l’acqua?

4. ipotesi RIAD: CON UNA SIRINGA

5. ipotesi RIAD: PER FILTRAZIONE

Si fa riposare la sospensione e la

sostanza insolubile si deposita sul fondo:

questa tecnica è usata nei depuratori.

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MISCUGLI LIQUIDO-LIQUIDO

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ESPERIMENTOMATERIALE OCCORRENTE: Olio

Alcool

Sciroppo

Solvente

Becher

Beuta

Acqua demineralizzata

Tappo di gomma forato

Tubicino di vetro

SOLVENTE SOLUTO RISULTATO OSSERVAZIONI

Acqua Olio INSOLUBILE L’olio galleggia EMULSIONE

Acqua Alcool SOLUBILE Miscuglio rosa SOLUZIONE

Acqua Sciroppo SOLUBILE Miscuglio omogeneo SOLUZIONE

Solvente Olio SOLUBILE Componenti separati SOLUZIONE

Solvente Alcool INSOLUBILE Miscuglio giallo EMULSIONE

Abbiamo poi compilato la seguente tabella

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RIEPILOGANDOMiscele o miscugli

Omogenee

Acqua limpidaSale e

zucchero

Acqua limpida colorata

Eterogenee

Sospensione

Farina-caffè

Emulsione

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CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE

La concentrazione di una soluzione indica la quantità massima di soluto disciolta nella soluzione

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Contiene poco soluto, Soluzione sovrassatura Contiene la massima senza corpo di fondo con corpo di fondo quantità di soluto

DOMANDA: Come posso ottenere una soluzione satura?IPOTESI: Per filtrazione

Come possiamo verificare che la soluzione filtrata sia satura? Si aggiunge altro soluto: SE É SATURA VA A FONDO!

SOLUZIONE SOLUZIONE SOLUZIONE DILUITA CONCENTRATA SATURA

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Massa iniziale acqua

Massa sale

Massa becher +

acqua

Massa finale

Massa sale / Massa

soluzione

50g 50ml≃ 18g 148g 166g 18:68≃0,26…

60g 60ml≃ 21g 159g 180g 21:81≃0,26…

75g 75ml≃ 27g 192g 192g 27:102≃0,26…

100g 100ml≃ 36g 233g 233g 36:136≃0,26…

I dati della

tabella sono

sperimentali,

ottenuti proprio

dai nostri test!

A temperatura ambiente, 22° circa

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ELABORAZIONE DATI

Legge matematica: Massa sale Y 0,26 Massa soluzione K

MASSA SALE= 0,26 · MASSA SOLUZIONE

Massa soluzio

ne X

Massa sale

Y

68 18

81 21

102 27

136 36

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1001101201301400

10

20

30

40

1821

27

36

Retta passante per l'origine

Massa soluzione (X)

Massa sale (Y)

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DOMANDA: Se cambia la temperatura cambia anche la

solubilità? ESPERIMENTOMATERIALE OCCORRENTE:1. 3 Becher2. Sale (NaCl)3. Solfato di rame (CuSo4)4. Piastra riscaldante5. Termometro

PROCEDIMENTO:Preparare 2 becher con 50ml d’acqua demineralizzata Nel 1° becher aggiungere 25g di sale Nel 2° becher aggiungere 25g di solfato

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IN ENTRAMBI I CASI ABBIAMO OTTENUTO SOLUZIONI SATURE CON IL CORPO DI FONDO

Infatti la solubilità del sale a 22°c è di ∼36g in 100g d’acqua, quella del solfato∼ 31g

METTERE I BECHER SULLA PIASTRA:-Il solfato di rame si scioglie completamente

-Nella soluzione di sale rimane

il corpo di fondo

OSSERVAZIONE

Il becher con la soluzione di

solfato è diventato caldo:

da 22°c a ∼ 32°c

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ABBIAMO SCOPERTO:A un certo punto il sale non si scioglie più e

rimane sul fondo del becher: la soluzione è satura e non vi può essere sciolto altro sale. Quello non sciolto forma il corpo di fondo

Il valore del rapporto massa sale/massa soluzione è costante: tale rapporto è la massima quantità di soluto scioglibile in 100g di soluzione a temperatura ambiente

La massa del sale e la massa della soluzione sono grandezze direttamente proporzionali

La solubilità generalmente aumenta all’aumentare della temperatura e diminuisce al suo diminuire

CONCLUSIONI

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Il sale è stato recuperato facendo evaporare l’acqua, ma l’acqua può essere recuperata?

*IL DISTILLATORE

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*ESPERIMENTOMATERIALE OCCORRENTE:Distillatore50g di Acqua demineralizzata17g di cloruro di sodio NaClPiastra riscaldante

PROCEDIMENTO:1. Pesare il pallone vuoto127g

2. Mettere nel pallone la soluzione satura ottenuta sciogliendo 17g di sale in 50g d’acqua

3. Scaldare il pallone sulla piastra. Man mano che la soluzione si scalda, l’acqua evapora.

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Osserviamo il vapore che esce da un’apertura laterale del distillatore

Dal beccuccio opposto

comincia a gocciolare l’acqua

Acqua

Vapore

Acqua

Secondo passaggio di stato:

CONDENSAZIONE

Primo passaggio stato:EVAPORAZIONE

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L’ACQUA CHE RACCOGLIE NEL BECHER NON È SALATA:

È ACQUA DISTILLATA

Sale recuperato nel pallone:

147g − 127g = 20g

pallone + sale Pallone vuoto

C’è un incremento di 3g dovuto alle

proprietà igroscopiche

del sale

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SOLUZIONI ACIDE E SOLUZIONI

BASICHE

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• DOMANDA: COME POTRESTI DEFINIRE IL SAPORE DI UNA LIMONATA?

RISPOSTE: ASPRA; ACIDA

In chimica i concetto d «acido» assume un significato particolare

Per misurare il grado di acidità o basicità si una soluzione si usa la scala di ph che varia da 0 a 14

Una soluzione può essere:

ACIDA

BASICA

NEUTRA

Ci sono alcune sostanze dette

INDICATORI che assumono colori

diversi n base al ph dell’ambiente in

cui si trovano

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COME SCOPRIRE L’ACIDITÀ DI UNA SOLUZIONE

MATERIALE OCCORRENTE:

• 3 becher

• Acqua demineralizzata

• Acido muriatico

• Ammoniaca

• Indicatore universale

PROCEDIMENTO:1. Mettere nel 1° becher l’acido, nel 2° l’acqua e nel 3° l’ammoniaca

2. Immergere in ciascun becher una strisciolina di indicatore universale e osservare cosa accade:

Soluzione Colorazione assunta dall’indicatoreAcido muriatico ROSSOAcqua demineralizzata VERDEAmmoniaca BLU

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ESPERIMENTOMATERIALE OCCORRENTE:

• 8 provette

• Porta provette

• Acqua demineralizzata

• Aceto

• Succo di limone

• Ammoniaca

• Fenolftaleina

• Blu di bromotimolo

PROCEDIMENTO:

Preparare: 2 provette con acqua demineralizzata

2 provette con aceto

2 provette con succo d limone

2 provette con ammoniaca

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Aggiungere a 4 provette di ogni tipo qualche goccia di fenolftaleina e alle altre 4 del blu di bromotimolo

Sostanza Indicatore universale

Blu di bromotimolo

Fenolftaleina Acida/basica/neutra

Acqua demineralizzata

Verde Verde Biancastra Neutra

Aceto Arancio/rosso Giallo Giallo chiaro Acida

Succo di limone Arancio/rosso Giallo Giallo chiaro Acida

Ammoniaca Blu Blu Rosa fucsia Basica

Soluzione di bicarbonato

Blu Blu Rosa chiaro Basica

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TRASFORMAZIONI CHIMICHE

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CHE COSA SONO LE REAZIONI CHIMICHE?

• EVAPORAZIONE DELL’ACQUA Trasf. fisica

• FUSIONE DEL GHACCIO Trasf. fisica

• FORMAZONE DELLA RUGGNE Trasf. chimica

• ACCENSIONE DI UN FORNELLO Trasf. chimica

• CARAMELLARE LO ZUCCHERO Trasf. chimica

• EMULSIONE DELL’OLIO Trasf. fisica

• FULMINE IN CIELO Trasf. chimica

• ACQUA SALATA Trasf. fisica

• SUCCO D LIMONE NEL TÈ Trasf. chimica

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ESPERIMENTO: ZINCO + ACIDO CLORIDRICO

MATERIALE OCCORRENTE:

• Lamine di ZINCO (Zn)

• ACIDO MURIATICO (soluzione al 10% di acido cloridrico)

• PROVETTA

PROCEDIMENTO:

1. Mettere lo zinco nella provetta e aggiungere l’acido

2. Tappare la provetta con un dito

OSSERVIAMO LA FORMAZIONE DI BOLLICINE: SI STA FORMANDO UN GAS INFIAMMABILE

È AVVENUTA UNA REAZIONE CHIMICA

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ESPERIMENTO: POLVERE DI MARMO E

SUCCO DI LIMONE

MATERIALE OCCORRENTE:

• Polvere di marmo

• Due limoni

• Un cucchiaino di plastica

• Becher da 250ml

• Piastra riscaldante

PROCEDIMENTO:

1. Prendere con il cucchiaino una puntina di polvere di marmo, insolubile in acqua.

2. Aggiungere 50ml d’acqua e il succo di limone

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• OSSERVAZIONE: Man mano che aggiungiamo il limone osserviamo che la polvere di marmo scompare

LA POLVERE DI MARMO HA INTERAGITO CN IL SUCCO DI LIMONE E SI È FORMATA UNA SOSTANZA DIVERSA, SOLUBILE

IN ACQUA

In questo caso è avvenuta una reazione chimica, cioè una trasformazione che comporta la formazione di sostanze diverse a quelle iniziali

Se scaldiamo il becher sulla piastra e facciamo evaporare il liquido, sul fondo non sarà più recuperabile la polvere di marmo e la sostanza che si sarà formata risulterà insolubile in acqua

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CONSIDERAZIONI FINALI

Sin dall’inizio e per tutta la sua durata, questo progetto mi ha intrigato e stimolato, accendendo, davvero, una scintilla nella mia mente. Le variegate esperienze sono andate a toccare molti punti nello studio della chimica, seppur mantenendo un certo legame. Ciò che infatti mi ha più colpito è stata l’organizzazione del progetto: la meticolosità con cui era riposto il materiale del «Kit» per gli esperimenti che ci è stato consegnato ne è un esempio lampante. Ho notato, tra l’altro, punti in comune nello svolgimento di ogni attività, atti ad aggiungere un tocco di familiarità, pur non rendendo monotone le esperienze svolte. Il progetto è stato qualcosa di unico, una grande opportunità e privilegio. Purtroppo, però, ho da fare un appunto negativo, sperando che non possa fare altro che migliorare l’esperienza di chi vivrà future attività simili: i vari esperimenti dovrebbero coinvolgere maggiormente l’intera classe (compito assai arduo…), magari stimolando ulteriormente gli alunni con finalità e obiettivi ben precisi e delineati. Certamente la cosa è soggettiva e riferita alla mia esperienza, che in generale è impossibile non considerare più che positiva.

Luca Ferrini

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S.C.I.E.N.

Saper classificare un miscuglio in eterogeneo o omogeneo

Conoscere soluzioni, sospensioni ed emulsioni

Saper individuare l’acidità di una soluzione

Distinguere reazioni chimiche da trasformazioni fisiche

Elaborare graficamente e statisticamente i dati sperimentali

Gli obiettivi del progetto