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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
S.C.I.E.N.Sperimentare Con Intelligenza
Evitando Nozionismi
Luca FerriniS.M.S G. GalileiA.s. 2013/2014
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
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
MiSCUGLI ETEROGENEISOLIDO-SOLIDO
DEFINIZIONE:Un miscuglio eterogeneo è unmiscuglio in cui si riconosconoi componenti
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
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…
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%
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»
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
-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
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
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
MISCELE ETEROGENEE DI
SOLIDI IN LIQUIDI
MISCELE DI MATERIALE SOLIDO IN ACQUA
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
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
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.
MISCUGLI LIQUIDO-LIQUIDO
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
RIEPILOGANDOMiscele o miscugli
Omogenee
Acqua limpidaSale e
zucchero
Acqua limpida colorata
Eterogenee
Sospensione
Farina-caffè
Emulsione
CONCENTRAZIONE DI UNA SOLUZIONE
La concentrazione di una soluzione indica la quantità massima di soluto disciolta nella soluzione
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
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
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)
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
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
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
Il sale è stato recuperato facendo evaporare l’acqua, ma l’acqua può essere recuperata?
*IL DISTILLATORE
*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.
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
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
SOLUZIONI ACIDE E SOLUZIONI
BASICHE
• 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
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
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
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
TRASFORMAZIONI CHIMICHE
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
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
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
• 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
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
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