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erminia-mariotti
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Le reazioni di ossido-riduzionein un percorso di tipo tradizionale
definizione di reazioni di ossido-riduzione
semireazioni di ossidazione e di riduzione
bilanciamento delle redox
scala dei potenziali standard di riduzione
le pile
l’elettrolisi
(In alcuni casi non emerge neppure il fatto che il fenomeno della corrosione dei metalli è l’effetto di una reazione di ossidazione)
Con un percorso di questo tipo:
il focus è sui contenuti disciplinari che l’alunno deve fare propri
non c’è contestualizzazione, il contenuto è insegnato come tale
protagonista è il docente e la sua azione didattica
il profilo in uscita sono i contenuti disciplinari da riprodurre
viene valutato il grado di acquisizione dei contenuti
Il rischio è che gli studenti :
vadano ad ingrossare le fila di coloro che ricordano con orrore lo studio delle
reazioni di ossido-riduzione
non capiscano che le reazioni di ossido- riduzione sono alla base di
moltissimi fenomeni della natura e di altrettante applicazioni tecnologiche
Le reazioni di ossido-riduzione
nella progettazione per competenze
Competenza attesa al termine dell’obbligo di istruzione:
lo studente sa riconoscere in alcuni fenomeni naturali e in alcune applicazioni tecnologiche processi di tipo elettrochimico e sa darne un’interpretazione di tipo scientifico.
Unità di apprendimento 1
contesto di senso: la corrosione dei metalli
gli studenti propongono
una esperienza preliminare:
varie lamine nelle soluzioni
più disparate si accorgono che l’esperienza non è interpretabile perché contiene troppe variabili
Si arriva a limitare lo studio al comportamento di alcune lamine nelle soluzioni dei loro ioni
si preparano le soluzioni
si puliscono le lamine
Analisi dei risultati
dopo un’ora
il giorno successivo
Si osservano le eventuali variazioni, le si registra in una tabella e si documenta fotograficamente ogni singola situazione.
il rivestimento del chiodo assomiglia per colore ed aspetto a quello della lamina di rame (sarà rame?)
dopo un’ora la soluzione è blu, ma il giorno dopo è verde, come se si fosse mischiata con la soluzione gialla degli ioni ferro (che ci siano degli ioni ferro?)Ipotesi
Fe° Fe++
Cu++ Cu°
Analizzando una particolare situazione gli studenti osservano che:
Interpretazione
Fe° può diventare Fe++ solo se perde due elettroni;
Cu++ può diventare Cu° solo se acquista due elettroni (saranno gli stessi?)
Fe° Fe++ + 2e
Cu++ + 2e Cu°
si analizzano e si interpretano tutte le situazioni e si perviene ai concetti di ossidazione, riduzione, reazione di ossido riduzione
si verifica quali lamine e quali soluzioni si sono più frequentemente modificate e si arriva al concetto di tendenza all’ossidazione o alla riduzione e quindi alla scala dei potenziali redox
consultando la scala dei potenziali redox si capisce perché alcune lamine non sono state corrose da alcune soluzioni e perché alcune reazioni sono state molto evidenti ed altre molto poco
E°rid Cu = + 0,34 V
E°rid Pb = - 0,13 V
E°rid Fe = - 0,44 V
E°rid Zn = - 0,76 V
Interpretare i risultati dell’esperienza e comprendere i concetti che ne derivano non è facile e non tutti ci arrivano con gli stessi tempi, ma l’esperienza può essere fatta una sola volta
L’aiuto della documentazione fotografica
Perché scattiamo fotografie durante le nostre gite?
perché le immagini che vediamo ci piacciono
perché vogliamo ricordarle
perché sappiamo che rivedendo le fotografie ricorderemo meglio la gita e ne rivivremo le
emozioni
Per gli studenti avere a disposizione le immagini fotografiche può voler dire:
poterci lavorare su (per ripassare, per consolidare o proprio per capire)
avere materiale da utilizzare o rielaborare al computer per approfondimenti o anche
solo come documentazione nelle relazioni di laboratorio
Perché non dovrebbe funzionare anche per la didattica?
Aver fatto l’esperienza e aver più volte rimaneggiato le relative immagini fotografiche fornisce senso e significato al problema e aiuta a collegare la teoria a situazioni reali di deterioramento di strutture metalliche (tubi, profilati, grondaie)
Classici esercizi del tipo:
Supponi che una lamina di cromo sia immersa in una soluzione di ioni argento. Prevedi che si verifichi un’interazione tra la soluzione e la lamina? Giustifica la tua risposta e scrivi e bilancia le eventuali reazioni.
troppo spesso, o non sono capiti o sono risolti mediante l’automatica applicazione di un meccanismo
Con la stessa metodologia si scopre il funzionamento della pila e dell’elettrolisi
conoscenzeconoscenze abilitàabilità capacitàcapacitàsanno definire le sanno definire le redoxredox
le riconoscono e le le riconoscono e le sanno bilanciaresanno bilanciare
sanno che cosa sanno che cosa sono i potenziali sono i potenziali redoxredox
li sanno utilizzareli sanno utilizzare
sanno che la sanno che la corrosione è il corrosione è il risultato di una risultato di una ossidazioneossidazione
sanno realizzare e sanno realizzare e interpretare interpretare esperienze esperienze esplorativeesplorative
sanno prevedere il sanno prevedere il risultato risultato dell’interazione tra dell’interazione tra due metallidue metalli
sanno spiegare sanno spiegare come funzionano le come funzionano le pile pile
le sanno costruire le sanno costruire utilizzando elementi utilizzando elementi diversidiversi
ne sanno prevedere ne sanno prevedere il voltaggio e la il voltaggio e la redox risultanteredox risultante
sanno spiegare sanno spiegare come funzionano le come funzionano le celle elettrolitichecelle elettrolitiche
le sanno costruire le sanno costruire con composti o con composti o soluzioni diversesoluzioni diverse
sanno fare e sanno fare e giustificare ipotesi giustificare ipotesi sui prodotti di sui prodotti di reazionereazione
A questo punto gli studenti hanno:
Modelli atomici Tavola periodica Legami
Gli elementi a sinistra della tavola periodica tendono a cedere elettroni; quelli a destra tendono ad acquistarne
“ecco perché i metalli alcalini sono forti riducenti e gli alogeni sono potenti ossidanti!
Unità di apprendimento 2
contesto di senso: caratteristiche di elementi e composti
Lo studente competente è quello che dice:
conoscenzeconoscenze abilitàabilità capacitàcapacitàConoscono la Conoscono la disposizione degli disposizione degli elettroni negli atomielettroni negli atomi
Sanno scrivere la Sanno scrivere la configurazione configurazione elettronica degli elettronica degli elementielementi
Sanno prevedere le Sanno prevedere le caratteristiche degli caratteristiche degli elementielementi
Conoscono i modelli Conoscono i modelli di legamedi legame
Sanno riconoscerli Sanno riconoscerli nei composti chimicinei composti chimici
Sanno prevedere se Sanno prevedere se tra due elementi si tra due elementi si forma un legame o forma un legame o nono
Conoscono le Conoscono le tipologie di tipologie di composti chimicicomposti chimici
Sanno scrivere e Sanno scrivere e bilanciare le bilanciare le reazioni di reazioni di preparazionepreparazione
Sanno riconoscere il Sanno riconoscere il modello di legame modello di legame alla base della alla base della formazione del formazione del compostocomposto
A questo punto gli studenti hanno:
Lo studente competente riconosce nei composti ionici il prodotto di una reazione di ossido-riduzione
Con un percorso di questo tipo:
il focus è sulle situazioni che l’alunno deve essere in grado di affrontare
c’è contestualizzazione degli apprendimenti
protagonista è il discente con le sue azioni e le sue scelte
il profilo in uscita sono classi di situazioni da trattare con competenza a conclusione del percorso formativo
vengono valutati gli apprendimenti e certificata o non certificata la competenza attesa
Verticalità vuol dire percorsi ricorsivi e ricorrenti:
nessun argomento dovrebbe essere aperto, studiato e chiuso in un limitato spazio di tempo.
Tutto ciò che si studia deve essere più volte rimaneggiato, ripreso, ampliato e approfondito nell’ottica dell’insegnamento-apprendimento a spirale
(Da questo punto di vista i Programmi Brocca, con il corso di Laboratorio di Fisica e Chimica del biennio e i corsi di Fisica e Chimica del triennio, offrivano (!!!) un contesto ideale)
processi di estrazione dei metalli dai minerali (ossidi, carbonati, solfuri)
processi di produzione della ghisa (funzionamento dell’altoforno)
fenomeni di corrosione galvanica (per soluzioni galvanicamente attive, per differenza di concentrazione, per aerazione differenziata)
fenomeni di corrosione elettrolitica (correnti vaganti captate e disperse)
metodi di protezione delle strutture metalliche (norme di accoppiamento, rivestimenti, galvanostegia, anodi sacrificali)
Metalli – Corrosione e protezione
Esperienza di corrosione
processi di produzione della ghisa
corrosione galvanica
protezione delle strutture metalliche
potere ossidante e riducente dei vari
elementi
reazioni redox
scala dei potenziali standard
biennio
terza
quarta
Pila ed elettrolisi
corrosione elettrolitica
protezione delle strutture metalliche
desalinazione dell’acqua di mare (elettrodialisi) pile a secco
produzione di materie prime per l’industria chimica
trasformazione di energia chimica in
energia elettrica e viceversa
biennio
terza
quarta
Con un apprendimento/ insegnamento scientifico di questo tipo gli studenti acquistano (o dovrebbero acquistare) competenze utilizzabili anche in altri ambiti arrivando (forse) a fare propria la più generale tra le competenze chiave di cittadinanza:
IMPARARE AD IMPARARE
“Imparare a imparare è l’abilità di perseverare nell’apprendimento, di organizzare il proprio apprendimento anche mediante una gestione efficace del tempo e delle informazioni, sia a livello individuale che in gruppo.
Questa competenza comprende la consapevolezza del proprio processo di apprendimento e dei propri bisogni, l’identificazione delle opportunità disponibili e la capacità di sormontare gli ostacoli per apprendere in modo efficace.
Questa competenza comporta l’acquisizione, l’elaborazione e l’assimilazione di nuove conoscenze e abilità come anche la ricerca e l’uso delle opportunità di orientamento.
Il fatto di imparare a imparare fa sì che i discenti prendano le mosse da quanto hanno appreso in precedenza e dalla loro esperienza di vita per usare e applicare conoscenze e abilità in tutta una serie di contesti: a casa, sul lavoro, nell’istruzione e nella formazione.
La motivazione e la fiducia sono elementi essenziali perché una persona possa acquisire tale competenza.”
Riferimenti bibliografici1. Indicazioni per il curricolo” MPI – Roma - Direttiva Ministeriale 3 agosto
2007, n° 682. Raccomandazione del Parlamento Europeo e del Consiglio dell’Unione
Europea del 18 dicembre 2006 – Competenze chiave per l’apprendimento permanente3. Piano ISS – I Seminario Nazionale – Documenti di lavoro - Vol 1 – novembre-dicembre 2006
4. L.Mascitelli, Il Piano ISS Insegnare Scienze Sperimentali, finalità, metodologie, organizzazione nazionale e territoriale, sviluppo futuro, CnS, Anno XXX,
n°4, 2008
5. Tiziano Pera – L’aggiornamento partecipato e la didattica laboratoriale - Piano Nazionale ISS- CnS-Anno XXIX, n.2,2007
6. T. Pera, R. Carpignano, G. Cerrato, D. Lanfranco, Dalla centralità del programma alla centralità dello studente, La Chimica nella Scuola, CnS, XXX, n. 4, p. 7 (2008);
7. T. Pera, R. Carpignano,Didattica laboratoriale e traguardi di competenza, esperienze, esperimenti, esercitazioni: cosa fare, come, quando e perché, La Chimica nella Scuola, CnS, XXX, n. 4, p. 17 (2008);
8. Progettare per competenze, a cura di D. Maccario