La combustione
Percorso didattico realizzato dalla classe II D
Istituto d’Istruzione secondaria di I grado
“S Francesco d’ Assisi’’
Francavilla Fontana (Br)
Docente: prof.ssa Lobello Carmela
Perché la combustione ?
In scienze stiamo trattando i composti e i
fenomeni chimici e vogliamo studiare una
reazione chimica molto vistosa quale la
combustione.
Cosa sappiamo della combustione
Dalle lezioni di educazione tecnica
abbiamo già imparato che la combustione
è una reazione chimica che comporta
l’ossidazione di un combustibile da parte
di un comburente (ossigeno) con sviluppo
di calore e produzione di luce.
E’ necessario un innesco.
I fase
La combustione richiede ossigeno
Accendiamo una
candela che abbiamo
fatto aderire ad un
piatto, la copriamo con
un vasetto di vetro,
dopo pochi secondi la
candela si spegne. Ciò
si verifica perché si è
consumato l’ossigeno.
Proviamo con vasetti di capacità
diversa e misuriamo i tempi
Indichiamo con:
V1, V2,V3 la capacità di tre vasetti di vetro
diversi;
misuriamo con un cronometro i secondi
necessari allo spegnimento della candela
per ognuno di essi;
facciamo più misurazioni per tener conto
dell’errore umano;
calcoliamo la media dei tempi.
Otteniamo la seguente tabella
T1
T2
T3
T4
T5
T6
Tm
V1
8
7
8
7
7
8
7,5
V2
15
14
14
15
16
16
15
V3
28
26
28
28
30
28
28
Aiutandoci con un cilindro graduato
misuriamo il volume dei tre vasetti
•
•
•
•
Otteniamo
V1= 268 ml
V2= 532 ml
V3= 994 ml
Raccogliamo i dati
in una tabella
V (in ml)
Tm ( in sec)
268
7,5
532
15
994
28
Dalla tabella al grafico
30
tempo medio
25
20
15
10
5
0
268
532
994
volum e
Dal grafico osserviamo che all’aumentare del volume aumenta il
tempo necessario al consumo dell’ossigeno. Probabilmente
avremmo ottenuto la retta che rappresenta la proporzionalità diretta
se non ci fosse stato qualche errore di misura.
II fase
Vogliamo vedere cosa accade quando
sostanze diverse vengono bruciate.
Pesiamo quindi un pezzo di candela, un
po’ di alcool denaturato e una certa
quantità di legnetti secchi.
Inneschiamo la combustione, quando il
fuoco si spegne pesiamo il materiale
rimasto.
Pesiamo prima e dopo la combustione la
candela e l’alcool
Facciamo lo stesso con i legnetti
secchi
Prendiamo nota in una tabella
Peso
iniziale ( g )
Peso
finale ( g )
Perdita di
peso ( g )
Perdita
percentuale
Candela
11
4
7
64%
Alcool
4
0
4
100%
Legnetti
150
35
115
77%
Come mai dopo la combustione il
peso diminuisce?
Le nostre risposte:
1. Si forma del fumo che si allontana
2. I combustibili usati contengono acqua
che con il calore evapora
3. Dalla reazione di combustione si
formano sostanze gassose che si
perdono nell’aria
Commentiamo le nostre ipotesi
Ipotesi 1: è vera perché abbiamo visto il
fumo allontanarsi
Ipotesi 2: per verificarla facciamo una
ricerca sul materiale di cui è fatta la
candela e sull’alcool per vedere se
contengono acqua
Ipotesi 3: per verificarla dobbiamo fare altri
esperimenti
Risultati della ricerca
• La paraffina usata di solito per fabbricare
candele non contiene acqua
• L’alcool denaturato contiene solo una
piccola quantità di acqua, ciò non spiega
perché l’alcool sparisce completamente
• L’ ipotesi 2 non è quindi valida
Cerchiamo di dimostrare l’ipotesi 3
• Riempiamo di acqua un
pallone di vetro,
osserviamo che la
superficie è asciutta.
• Poniamo il pallone sulla
fiamma e osserviamo che
si forma della condensa
• Dimostriamo così che la
combustione produce
vapore acqueo.
Ripetiamo l’esperimento fatto con la candela
e il vasetto di vetro
Questa volta mettiamo
sul fondo del piatto un
po’ di acqua di calce
(idrossido di calcio)
che ha un aspetto
limpido.
Ripetiamo alcune volte l’esperimento
Preleviamo alla fine
la soluzione rimasta
sul fondo del piatto
e la confrontiamo
con quella di prima.
E’ diventata torbida.
Perché la soluzione è diventata
torbida?
Quando abbiamo studiato la respirazione
abbiamo sperimentato che soffiando con una
cannuccia in una soluzione di idrossido di calcio,
questa diventa torbida perché l’anidride
carbonica espirata reagisce con l’idrossido
formando un sale, il carbonato di calcio, che
essendo insolubile rende torbida la soluzione.
Nel nostro caso la soluzione è diventata torbida
perché dalla combustione si è formato CO2 che
si è sciolta in essa.
Quali sono le nostre conclusioni ?
• L’ipotesi 3 è esatta
• infatti abbiamo dimostrato che nella
reazione di combustione il combustibile e
l’ossigeno si trasformano in CO2 e H2O che
si disperdono nell’ambiente
• La conseguenza è la perdita di peso
osservata
III fase: sperimentiamo ancora …..
Questa volta ripetiamo
l’esperimento della
candela mettendo sul
fondo del piatto acqua
colorata
Osserviamo cosa accade
L’ acqua comincia a
salire quando la
candela è ancora
accesa, questo
fenomeno continua
per pochi secondi
anche quando la
candela si spegne.
Come si spiega questo fenomeno?
Le nostre ipotesi:
1. L’ aria quando si riscalda si contrae
2. Quando la candela si spegne, l’aria si
raffredda e si contrae
3. L’ossigeno si consuma per cui l’aria
diminuisce di volume
Possiamo accettare la prima ipotesi?
Sperimentiamo:
riscaldando l’aria
contenuta in una
beuta vuota collegata
ad un manometro ad
U, il dislivello che si
crea dimostra che
l’aria riscaldandosi si
dilata.
Scartiamo la prima
ipotesi
Consideriamo la seconda ipotesi
Se l’acqua risale a causa del
raffreddamento dell’aria dovuto allo
spegnimento della candela, come mai
quando la candela è ancora accesa e
l’aria si riscalda, questa non si dilata?
Non dovremmo osservare prima una
fuoriuscita di aria sotto forma di bolle?
Facciamo un altro esperimento
Questa volta non
usiamo la candela,
ma un vasetto di vetro
riscaldato in acqua
calda, anche questa
volta l’acqua sale, ma
più lentamente.
Cominciamo ad avere
le idee un po’
confuse…….
Confrontiamo i due fenomeni osservati
• Ripetiamo l’ultimo esperimento
usando vasetti riscaldati a diverse
temperature e lo confrontiamo con
quello fatto con la candela.
• Osserviamo come varia il tempo di
risalita dell’acqua e l’eventuale
fuoriuscita di aria.
Raccogliamo le nostre osservazioni
in una tabella
Tempo di risalita
( pochi secondi)
Esperimento con la
candela
Tempo di risalita
( minuti)
Aumento di volume
dell’aria con
formazione di bolle
che fuoriescono
all’esterno
x
Esperimento con il
vasetto riscaldato a
50°C
x
x
Esperimento con il
vasetto riscaldato a
70°C
x
x
Esperimento con il
vasetto riscaldato a
90°C
x
x
Confrontiamo i risultati
• Con la candela non
osserviamo
fuoriuscita di aria
• Con i vasetti riscaldati
si osserva fuoriuscita
di aria
• Con la candela
l’acqua risale in pochi
secondi
• Con i vasetti riscaldati
la velocità con cui
l’acqua risale dipende
dalla temperatura del
vasetto
Le nostre osservazioni
• I due fenomeni si svolgono in modo
diverso
• Non possiamo attribuire solo alla
contrazione del gas per raffreddamento il
richiamo di acqua all’interno del vasetto
Le nostre conclusioni
•
•
•
•
•
L’ossigeno si consuma;
al suo posto si produce H2O e CO2
L’acqua in parte condensa sulle pareti di vetro
L’anidride carbonica si scioglie nell’acqua
Questi due fenomeni già da soli creano una
depressione
• A questi fenomeni si aggiunge anche, quando la
candela si spegne, il raffreddamento dell’aria
che contraendosi contribuisce a richiamare
ulteriormente acqua