“Reazioni alla frutta”
Reazioni di ossidoriduzione e pile
Destinatari: Classe 2A IT Chimico indirizzo chimica materiali e biotecnologie
Collocazione: inizio del secondo pentamestre per consolidare le competenze sul
bilancio di reazione, le reattività in matrici reali e introdurre aspetti essenziali
come la valenza, il bilanciamento elettronico e una introduzione ai processi
biochimichi osservando i potenziali redox delle specie coinvolte. Introduzione
alla relazione tra reazioni ed energia e alle pile attraverso l'equazione di Nernst.
Prerequisiti Specifici delle disciplina
Osservare, descrivere ed analizzare fenomeni appartenenti alla realtà naturale ed artificiale e
riconoscere nelle varie forme i concetti di sistema e di complessità.
Analizzare qualitativamente e quantitativamente fenomeni legati alle trasformazioni di materia ed
energia a partire dall’esperienza.
Essere consapevoli delle potenzialità e dei limiti delle tecnologie nel contesto culturale e sociale
in cui vengono apllicate.
riconoscere che un miscuglio è costituito da componenti diversi, ciascuno dei quali
risponde in modo specifico alle tecniche di separazione;
mettere in relazione le proprietà chimico fisiche dei composti con le tecniche atte a separarli dal
miscuglio
effettuare conversioni di unità di misura semplici e composte
classificare le sostanze pure sulla base dello stato di aggregazione,
riconoscere la differenza fra atomi e molecole
riconoscere che la combinazione degli atomi è determinata da regole di valenza
ed utilizzare il concetto di valenza;
utilizzare il comportamento chimico delle sostanze per riconoscerle e per
organizzarle in categorie, riferendosi , per quanto è possibile, a quelle di uso
comune;
descrivere la struttura degli atomi in termini di protoni, neutroni ed elettroni,
distinguendo queste particelle subatomiche in base alla massa ed alla carica e
collocandole opportunamente all'interno dell'atomo
Struttura di Lewis e Vsepr
Competenze specifiche minime richieste
Saper definire la Configurazione elettronica di ogni elemento e saperla ricondurre a
proprietà empiriche elettroniche
Essere in grado tramite il comportamento chimico stabilire la natura dei Legami chimici
e delle interazioni intra e infra molecolari
Individuare attraverso sperimentazione su formule brute e correlazione ad aspetti
laboratoriali e pratici le applicazioni di PI,AE e elettronegatività
Avere la capacità di gestire le regole del dipolo di legame per individuare una scala di
Polarità dei composti tramite le formule studiate
In base all’evidenza sperimentale e quotidiana sasper definire le Soluzioni elettrolitiche
Avere chiaro il concetto di acido e di base (applicato a sistemi reali)
OBIETTIVI
(P = Programmati, R = Raggiunti)
Educativi
P
R
Creazione del gruppo classe
X
X
Acquisizione delle capacità di socializzazione
X
X
Acquisizione delle capacità di collaborazione interpersonale
X
X
Sviluppo dell’atteggiamento di rispetto della persona e delle opinioni altrui
x
X
Motivazione allo studio
x
X (60%)
Trasversali.
Comprensione del testo
x
X(90%)
Potenziamento ed arricchimento delle capacità espressive
X
X(80%)
Potenziamento e sviluppo delle capacità logiche
x
X
Acquisizione di una sufficiente autonomia nello studio
x
X(60%)
Rielaborazione dei contenuti
x
X(70%)
Acquisizione di capacità di trasferimento dei contenuti appresi in contesto interdisciplinare X
X 60%)
Acquisizione di strumenti di chiara comunicazione verbale, scritta e grafica
X
X(60%)
Acquisizione del lessico specifico delle discipline
X
X 60%
Punto elenco per la definizione degli obiettivi
essenziali di apprendimento valutati per competenze
dalla tabella seguente consegnata prima di iniziare il
modulo e utilizzata per le valutazioni in itinere:
• Concetto di trasformazione chimica e suo impiego
per caratterizzare elementi e composti. Conservazione
della massa e dell'energia.
• Suddivisione delle reazioni per tipologie.
• Bilancio di reazione.
• numero di ossidazione.
• bilanciamento REDOX.
• Potenziali redox.
• Le pile e i processi elettrochimici.
Modulo “Reazioni alla frutta” - Dalla produzione di corrente elettrica agli elettroni liberi a bilancio stechiometrico di reazioni redox
Competenza di lavoro del profilo in uscita da sviluppare:
Utilizzare i concetti, i principi e i modelli della chimica fisica per interpretare la struttura dei sistemi e le loro trasformazioni.
Classe 2A IT - Scienze integrate Chimica - Periodo Marzo-Aprile
Griglia di valutazione per competenze Alunna/o ............................................................... Valutazione sommativa competenze generali __/50
Competenza e
riferimento
numerico.
Pianifica le attività e i
tempi
Lavora in modo
Organizzazione, rispetto delle
coordinato con gli altri e consegne nei compiti preparatori.
nel rispetto degli impegni
assunti
Utilizza i diversi strumenti che
conosce in modo finalizzato
per raggiungere l’obiettivo
Produzione di relazioni,
rielaborazione.
Nullo 3
Nessuno o rifiuta il
(impreparato o non confronto.
partecipe 2)
Nessuna o rifiuta il
confronto.
Non ha cognizione delle attività
pianificate.
Non riesce a focalizzare l'obiettivo.
Nessuna o rifiuta il confronto.
Inesperto
4
Nessuno, ma esercita un
generico buon senso.
Minima, ma esercita un
generico buon senso.
E' a conoscenza delle linee generali
dell'attività, segue passivamente la
classe.
Segue passivamente quello che fanno
gli altri senza utilizzare i propri
strumenti logici e concettuali.
Produzione personale assente o
trascurabile. Copia dai compagni.
Principiante
5
Tracce di apprendimento
dal testo o dalle lezioni.
Superficiale, con lacune,
manca di organicità.
Cognizione superficiale di come
In grado di applicare i propri strumenti Produzione personale limitata, fa
l'attività sia organizzata. Partecipazione a problemi semplici e scollegati.
riferimento ai compagni per
minima al lavoro di gruppo.
colmare le lacune nel materiale e
nelle conoscenze acquisite.
Adeguato
6
Saltuario ricorso al testo,
media attenzione alle
lezioni.
Perlopiù corretta nei
principi generali, assenza
di dettagli.
Cognizione superficiale di come
l'attività sia organizzata. Partecipa al
lavoro di gruppo se stimolato.
Segue l'attività in laboratorio e in
classe ragionando logicamente e
utilizzando adeguatamente gli
strumenti volta per volta ma non
finalizzando tutto al conseguimento
dell'obiettivo.
Produzione personale limitata.
Mostra tuttavia di avere quasi
tutto il materiale e di averci
lavorato sopra. Contribuisce al
lavoro di gruppo se stimolato.
Avanzato
7
Studia sul testo, segue e
prende appunti durante la
lezione.
Corretta nei principi
generali, perlopiù corretta
nei dettagli.
Comprende la struttura e
l'organizzazione dell'esperienza.
Partecipazione attiva al lavoro di
gruppo.
Ha una conoscenza del percorso
discreta e apporta sporadicamente
contributi logico-deduttivo utili alla
classe
Produzione personale adeguata
alle consegne. Ha tutto il
materiale e ne comprende il
significato. Partecipa attivamente
al lavoro di gruppo.
Esperto
8
Studia il testo nei dettagli, Corretta nei principi
prende e rielabora gli
generali e nei dettagli.
appunti.
Ottimo
9
Studia il testo e
Corretta nei principi
Comprensione completa, aiuta e motiva Organizza il proprio lavoro cercando di
approfondisce su materiale generali e nei dettagli, con i compagni.
ottimizzare i propri strumenti al
aggiuntivo.
approfondimenti personali.
raggiungimento della meta con
successo.
Produzione completa, chiara,
ricca di spunti personali,
arricchita da materiale
aggiuntivo. Aiuta e motiva i
compagni.
Eccellente
10
Studia essenzialmente su
materiale aggiuntivo che
ha selezionato con senso
critico.
Produzione completa, chiara,
ricca di spunti personali e
materiale aggiuntivo.
Significativa elaborazione
personale.
Comprende la struttura e
Conosce il materiale preparatorio nel
l'organizzazione dell'esperienza, nonché dettagli e lo organizza attraverso una
le sue interconnessioni con altri
struttura logica ben organizzata.
argomenti. Assume un ruolo di guida nel
lavoro di gruppo.
Ampia ed esaustiva, con
Partecipa in maniera critica alla
approfondimenti personali definizione degli scopi e della struttura
e una significativa
dell'esperienza.
rielaborazione critica.
Organizza il proprio lavoro cercando di
ottimizzare i propri strumenti al
raggiungimento della meta con
successo. Arricchisce l'esperienza della
classe con un contributo personale
significativo utile all'ambiente classe
Produzione completa e chiara.
Completa padronanza del
materiale. Assume un ruolo di
guida nel lavoro di gruppo.
Griglia di valutazione per competenze Alunna/o ...............................................................
Valutazione sommativa competenze specifiche __/50
Competenza e
riferimento
numerico.
Saper gestire il quaderno di Utilizzare trasformazioni
Estrapolare informazioni sui rapporti
laboratorio evidenziando i matematiche
ponderali dal bilancio di reazione
risultati significativi
per ricavare dati utili alla
comprensione del fenomeno
Saper identificare i reagenti redox in
eccesso e in difetto e i prodotti che si
ottengono
Essere in grado di relazionare il
risultato numerico del bilancio in
quantità di sostanza (mole e/o
grammi) anche di reazioni non
quantitative e reagenti non puri
Nullo 3
(impreparato o non
partecipe 2)
Nessuno o rifiuta il confronto. Nessuna o rifiuta il confronto. Non ha cognizione delle conoscenze
apprese.
Non riesce a focalizzare l'obiettivo.
Non riesce a focalizzare l'obiettivo.
Inesperto
4
Descrive l'attività
disordinatamente perdendo
informazioni.
Minima, ma esercita un
generico buon senso.
E' a conoscenza delle linee generali della
relazione in modo superficiale.
Segue passivamente quello che fanno gli
altri senza utilizzare i propri strumenti
logici e concettuali.
Segue passivamente quello che fanno
gli altri senza utilizzare i propri
strumenti logici e concettuali.
Principiante
5
Descrive l'attività
disordinatamente
identificando alcuni di
risultati chiave
Superficiale, con lacune,
manca di correlazione.
Riesce a capire il senso dell'informazione
In grado di applicare i propri strumenti a
ma non ad estrapolarne un significato legato problemi semplici e scollegati.
ai rapporti stechiometrici.
Adeguato
6
Descrive l'attività
corretta nei principi generali, Cognizione adeguata a relazionare le
disordinatamente
assenza di dettagli.
informazioni raccolte al sistema studiato
identificando i risultati chiave
Segue l'attività in laboratorio e in classe
ragionando logicamente e utilizzando
adeguatamente gli strumenti.
Segue l'attività in laboratorio e in
classe ragionando logicamente e
utilizzando adeguatamente gli
strumenti.
Avanzato
7
Descrive l'attività in modo
coerente identificando i
risultati chiave
Corretta nei principi generali Comprende la struttura e l'organizzazione
e con alcune correlazioni.
dell'esperienza riuscendo negli opportuni
collegamenti.
E' in grado di identificare le incognite del
problema stechiometrici ma senza
relazionarli alle esperienze pratiche
E' in grado di identificare le
incognite del problema
stechiometrici ma senza relazionarli
alle esperienze pratiche
Esperto
8
Descrive l'attività in modo
logico e intuisce le
correlazioni tra i risultati
ottenuti
Corretta nei principi generali Comprende la struttura e l'organizzazione
e adeguatamente correlata.
dell'esperienza, nonché le sue
interconnessioni con altri argomenti.
E' in grado di identificare le incognite del
problema stechiometrici
E' in grado di identificare le
incognite del problema
stechiometrici
Ottimo
9
Descrive l'attività in modo
logico e individua le
correlazioni tra i risultati
ottenuti
Corretta nei principi generali Comprensione completa delle informazioni
e nei dettagli, con
e capacità di relazionarle ai fenomeni
approfondimenti personali.
osservati.
E' in grado di identificare le incognite del
problema stechiometrici anche in sistemi
non affrontati
E' in grado di identificare le
incognite del problema
stechiometrici anche in sistemi non
affrontati
Eccellente
10
Descrive l'attività in modo
logico e individua le
correlazioni tra i risultati
ottenuti costruendone di
nuove
Ampia ed esaustiva, con
approfondimenti personali e
una significativa
rielaborazione critica.
E' in grado di identificare le incognite del
problema stechiometrici anche in sistemi
non affrontati, arricchendo l'esperienza
della classe con un contributo personale
significativo utile all'ambiente classe
E' in grado di identificare le
incognite del problema
stechiometrici anche in sistemi non
affrontati, arricchendo l'esperienza
della classe con un contributo
personale significativo utile
all'ambiente classe
Valutazione sommativa FINALE __/100
ovvero
Comprensione completa delle informazioni
e capacità di relazionarle ai fenomeni
osservati estrapolando corrette deduzioni
__/10
In grado di applicare i propri
strumenti a problemi semplici e
scollegati.
Elementi salienti dell’approccio metodologico:
Attraverso l'utilizzo di foto, filmati ed esperienze di laboratorio è stato possibile attivare il dibatto nella comunità classe cercando il più possibile
di lasciare i docenti teorici e di laboratorio solo come anelli di congiunzione e auditori di un discorso che il più delle volte si è mostrato articolato,
pregnante e sorprendente specialmente nella definizione di esempi utili a costruire un percorso logico di avvicinamento alla competenza richiesta.
Non sempre il linguaggio si è dimostrato da subito adeguato e la forma colloquiale del dibattito ha caratterizzato molti incontri; le discussioni
hanno portato spesso a risolvere quesiti, problem solving e esperienze strutturate che sono state preparate e gestite al momento ad esempio per
introdurre il concetto di reazione a scambio elettronico è stato necessario ricondurre gli alunni ad uno studio sulla fotografia che non era stato
previsto e che ha prodotto buoni risultati nel raggiungimento di competenze generali e specifiche come mostrato nelle successive slide.
La chiave per l’autovalutazione si è avuta nello studio e condivisione di concetti quali di elettrolita forte e debole, conduzione di prime e seconda
specie e di corrente elettrica, che la classe ha ritenuto necessari introdurre per spiegare ciò che sono stati stimolati ad osservare, valutare e
Il percorso virtuale e labortoriale ha contestualmente consentito di recuperare alcuni concetti attraverso l'applicazione concreta della
nomenclatura chimica di sali e acidi e ha permesso un riscontro diretto sulla legge di Coulomb e il legame ionico ponendo l'attenzione sulle
differenze tra le varie tipologie di legame.
Attraverso esperienze audio-visive-pratiche, la classe è stata quindi accompagnata alle reazioni redox di formazione di sali riuscendo ad
interrogarsi su due aspetti fondamentali:
l’impossibilità di avere elettroni liberi e la capacità di alcune reazioni di fornire energia.
Attraverso l'intuizione di come sia possibile ottenere energia dalle reazione e di come gli elettroni si possano bilanciare in un areazione redox, è
stato possibile introdurre il metodo di bilanciamento di reazioni attraverso le semireazioni scritte in forma ionica.
Attraverso esperienze virtuali e pratiche si arriva a comprendere come l'ambiente di reazione possa influenzare la reattività e come alcune
reazioni senza il giusto ambiente (acido o basico) non possano avvenire. Ciascuno studente (a gruppi) ha quindi escogitato un proprio metodo
utile a considerare la presenza di bilanciamenti acidi e basici concludendo di fatto che il meccanismo di bilanciamento redox è uguale a
prescindere dal metodo logico utilizzato. Inoltre attraverso semplici osservazioni e esperimenti si è giunti a comprendere che sia tra due metalli
che tra due molecole organiche esiste una differente "tendenza" a cedere elettroni e come questa sia l'inizio di processi ossido riduttivi biochimici
utili a produrre un complesso passaggio elettronico dedicato alla riduzione dell’ossigeno e all’ossidazione del glucosio (o viceversa). Inoltre,
considerando che in questo “passaggio” si produce (o si perde) energia è stato sorprendente aver intuito come nel nostro corpo vi siano reazioni
classificabili allo stesso modo di quelle che avvengono nella pila. Quindi l’osservazione di fenomeni energetici comuni nella vita di tutti i giorni è
stato possibile introdurre la relazione tra energia e concentrazione e quindi introdurre l’equazione di Nernst. In laboratorio sono state costruite dell
e pile Daniel a setto poroso che messe in serie e parallelo hanno avuto potenziale e amperaggio utile ad accendere un led e le simulazioni al
computer hanno trovato riscontro con i dati ricavati in laboratorio, misurando infine il voltaggio di alcuni tra frutti e ortaggi.
Infine è stato posto il problema energetico globale, lo smaltimento delle pile e attraverso una discussione guidata e una serie di problem posing
sono state trattate tematiche quali elettrolisi, pile batterie e fenomeni collaterali della ricarica (effetto memoria), la produzione di energia da
idrocarburi, le fonti rinnovabili, i fotovoltaico, pile alcaline, e a litio-PEG e i polimeri ora più utilizzati.
Materiali, apparecchi e strumenti impiegati
In classe: Proiettore pc e LIM, modellini molecolari.
In laboratorio: piaccametri, elettrodi, soluzioni saline, elettrodi metallici vari, soluzioni di
zinco, rame, piombo, argento, generatori DC, elettrodi, ponti in agarosio, micropipette e
propipette, modellini molecolari, frutta, volmetri e amperometri, fili elettrici e morsetti,
vetreria varia (becker, beute, propipette) e agitatori, micropipette e puntali.
https://www.dropbox.com/sh/pj7kxmc70ltuz6w/AAD6GEcFx1bYKMvx85og50YQa?dl=0
Reazioni Redox
Posti davanti a queste foto, attraverso una discussione libera,
gli alunni hanno dovuto riconoscere e classificare le tipologie
di reazioni chimiche coinvolte discutendo di energia,
esotermicità e endotermicità, di trasferimento elettronico e di
combustibile, comburente, classificazioni delle reazioni
chimiche ricavando infine (con qualche aiuto di chi aveva già
studiato in anticipo l’argomento) che sono tutte accumunate
da un passaggio di alettrodi e da reazioni redox..
Input e output
discussione libera, guidata,
problem posing
La sorpresa!:
l’andamento della discussione vira
Sulle lastre fotografiche e le reazioni
Fotoindotte sulla lastra fotografica
Ci siamo duvuti inventare
Qualcosa……
Reazioni Redox – La storia della fotografia!
La sorpresa!:
l’andamento della discussione vira
Sulle lastre fotografiche e le reazioni
Fotoindotte sulla lastra fotografica
Ci siamo duvuti inventare
Qualcosa……
La curiosità degli alunni ha portato a inserire alcuni concetti sulla storia della fotografia dai primi
utilizzi di materiali fotosensibili agli attuali dispositivi CMOS delle macchine fotografiche in
astronomia e di uso comune.
E’ stato possibile eseguire alcuni esperimenti sulla radiazione luminosa in luce bianca e i vapori di
magnesio studiandone lo spettro attraverso un semplice diffrattometro utilizzato per i saggi alla fiamma.
E’ stato scaldato del magnesio e prodotto il flash che rendeva le foto del vecchio west giallastre!
E’ stato possibile seguire i principi basilari di fissaggio e di utilizzo delle prime pellicole colori intuendo
come i processi redox non siano solo presenti nei sali ama anche in molecole organiche e polimeriSi sono potute fare le differenze tecniche sull’utilizzo della luce nelle
Nuove e vecchie macchine fotografiche introducendo il concetto
di “sensibilità” legata al significato più nascosto di “reattività”
Di “risoluzione e quindi “pixel”, “fotoni” e concentrazione delle specie
Ridotte e ossidate e quindi importanza di materiali e quantità nele redox!!!
E’ stato chiesto come mai dopo gli
Esperimenti con la frutta
DO NOT EAT THE FRUIT!
Reazioni Redox
DO NOT EVEN CONSIDER EATING THE FRUIT
after this exercise!
Some of these toxic metals will have dissolved in the fruit.
Gli alunni stessi
hanno posto quesiti sul fenomeno
e loro stessi hanno fatto delle ipotesi.
Come docente ho
selezionato alcune ipotesi
per “PROVARE sul campo”
se potevano essere quelle giuste
E’ stato chiesto come mai dopo gli
Esperimenti con la frutta
DO NOT EAT THE FRUIT!
Da qui la discussione
sull’evidenza sperimentale della frutta che si
annerisce all’aria che si “ossida”
Bella la domanda posta da una alunna
Chi GENERA elettroni?
Posta a confronto con
Chi CHIUDE il circuito…i sali conducono?
Ha dato modo alla classe di ragionare tra conduzione
e generazione della carica concludendo che.-….
Composti ionici - elettroliti
Dopo aver visto il video (cliccando l’icona accanto) si è molto discusso
Cosa è successo?
L’inglese è sto un primo problema ma giusto per qualche minuto
Perché ho chiesto loro di effettuare una tecnica di skimming ovvero cercare di comprendere
il significato generale e non il termine specifico. Il risultato è che l’inglese è stato adoperato
Come uno strumento e non come un fine, e tutta la classe è riuscita a discutere del’accaduto
Giungendo a classificare la reazione di formazione specifica
In una redox e a trovare ossidante e riducente.
E’ stato opportuno indirizzare la conclusione del discorso
Sul passaggio elettronico e la cessione energetica-
Formazione NaCl
Quindi al bilancio elettronico.
Immediata la risposta che servono
Due atomi di sodio per bilanciare la molecola di cloro
Ma non dal punto di vista del bilancio di massa
La classe autonomamente ha compreso che il bilancio di elettroni
Decide questo bilanciamento!!!
ossidazione
Na
Na+ + e -
?
Cl2 +
Cl2 +
Cl-
e-
2e Cl2
riduzione
2Cl-
Formazione NaCl
Quindi al bilancio elettronico.
Immediata la risposta che servono
Due atomi di sodio per bilanciare la molecola di cloro
Ma non dal punto di vista del bilancio di massa
La classe autonomamente ha compreso che il bilancio di elettroni
Decide questo bilanciamento!!!
ossidazione
2 x ( 2Na
Na
Cl2 +
- )2Na
Na+ + ++ e2e
2e -
OK!
riduzione
2Na + Cl2 + 2e-
2 Na + Cl2
2Cl-
2Na+ + 2e - + 2Cl2 +
2 2 NaCl
2 NaCl
2Na + Cl2 + 2e-
2 Na + Cl2
Conclusione di un alunno
gli elettroni si elidono perché
non ne esistono di liberi??
YES!
2 NaCl
2Na+ + 2e - + 2Cl2 +
2 2 NaCl
ZnO ossido di zinco & Fe2O3
triossido di ferro
2 x 4 x (( Zn
2 x ( O2 + 4e-

Zn+2 + 2e- ))

2O-2
2 Zn + O2 + 4e 2 ZnO + 4eNon formano un composto ionico come NaCl,
ma un OSSIDO!!!
ZnO
Metallo + ossigeno
Si formano tra loro legami COVALENTI.
)
ZnO ossido di zinco & Fe2O3
triossido di ferro
x ( Fe

x (O2 + 4e4

Fe+3
2O-2
+ 33e-
)?
)
?
4 Fe + 3O2 + 12e- 
OSSIDO!!!
Metallo + ossigeno
Si formano tra loro legami COVALENTI.
(4Fe+3 + 6O-2) + 12e-
2Fe2O3
Come capire se è una
reazione Redox?
Zn
+ SnCl2
HCl +
NaOH
Fe2O3 + Al


Sn
+ ZnCl2
NaCl + H2O
 Al2O3 + Fe
Numero di ossidazione
La classe ha risposto molto bene
e una buona parte ha anche saputo classificare
le reazioni per tipologia
0
+2 -1
Zn
+ SnCl2
+1 -1
+1 -2 +1
HCl +
NaOH
+3 -2
0
Fe2O3 + Al

0
Sn
+1 -1

+2 -1
+ ZnCl2
+1 -2
NaCl + H2O
+3 -2
0
 Al2O3 + Fe
Numero di ossidazione
+1
+1
+1
-1
-2
-1
Perossidi
+1
Numero di ossidazione
0
0
O O
0
+1
+
Na
Na
–1
–
Cl
Numero di ossidazione
Numero di ossidazione
+1
x -2
n° ox.
S
H2SO4
2(+1)+x+4(-2)=0
Atomi
di H
n° ox.
H
x=6
Atomi
di O
n° ox.
O
x -2
CO32-
x+3(-2)=-2
n° ox.
C
Atomi
di O
x=4
n° ox.
O
carica
anione
Ambiente di reazione
0
Zn(s)
+2 -1
+ SnCl2(aq)

0
Sn(s)
+2 -1
+ ZnCl2(aq)
Determinazione sperimentale potenziali redox e verifica numerica
Riporto una delle relazioni individuali (errori compresi)dopo un lavoro in gruppi per la
preparazione delle soluzioni, lavoro di gruppo classe per la realizzazione dell’esperimento,
investigazione del fenomeno, conduzione AUTONOMA dell’esperimento.
In questo problem solving i docenti sono stati solo spettatori e valutatori esterni all’ambiente classe
Ambiente di reazione
+3 -2
0
Fe2O3(s) + 2Al(s)
+3 -2
0
 Al2O3(s) + 2Fe(s)
Domanda di alcuni alunni
Perché abbiamo
usato dell’acido?
Perché non succede nulla prima?
Ambiente di reazione
+3 -2
0
Fe2O3 + Al
+3 -2
0
 Al2O3 + Fe
Semireazioni
+3
riduzione
Fe2O3 + 6e-
0
2Fe
L’ossigeno non è bilanciato!!!
Le cariche non sono bilanciate!!!
Ambiente di reazione
+3 -2
0
Fe2O3 + Al
+3 -2
0
 Al2O3 + Fe
Semireazioni
+3
Fe2O3 + 6e- + 6H+
riduzione
0
3H2O + 2Fe
Se metto un po’ di acido ho a disposizione ioni H+
Senza acido la reazione non avviene, con l’acido tutto è bilanciato!!!
Gli H+ non sono bilanciati!!!
Reazioni Redox
ambiente di reazione
+3 -2
0
+3 -2
Fe2O3 + Al
0
 Al2O3 + Fe
Semireazioni
+3
riduzione
Fe2O3 + 6e- + 6H+
0
0
3H2O + 2Fe
ossidazione
2Al + 3H2O
Fe2O3 + 2Al
+3
6H+ +
Al2O3 + 6e-
 Al2O3 + 2Fe
Problem posing “Cosa succede accoppiando due metalli in
soluzione se collegati da un filo conduttore ??”
A questa fase ci siamo arrivati dopo che alcuni alunni della classi mi chiedevano più di una volta come fosse possibile
“utilizzare l’energia delle redox in soluzione…. o nel pomodoro… per accendere qualcosa…” (se non ricordo male la frase!)
Per introdurre il concetto di pile ho adoperato un programma di laboratorio virtuale di “enciclopedia della scienza rizzoli
In cui è possibile calcolare “sperimentalmente o teoricamente” il voltaggio di una pila Daniel cambiando elettrodi e
concentrazioni.
Alunne e alunni hanno avuto modo di capire le proporzionalità tra concentrazione del riducente e dell’ossidante con il
potenziale oltre che capire che il potenziale varia se si cambiano gli elettrodi e diviene nullo con elettrodi uguali. Non ho
ricavato la Nernst per mancanza di tempo ma l’ho introdotta per grandi linee grazie a queste proporzionalità.
Costruita la pila daniel in laboratorio abbiamo ricercato in internet i vari tipi di pile cerando di spiegarne il funzionamento.
Imbattendoci nell’elettrolisi è stato opportuno riordinare le idee e schematizzarle
attraverso mappe concettuali e anche temporale
Cella galvanica “PILA” (spontanea)
Catodo
Anodo
–
+
Cella elettrolitica (non spontanea)
il catodo è l'elettrodo sul quale avviene una reazione di riduzione
L’anodo è l’elettrodo dove avviene l’ossidazione
Nel caso della cella galvanica
CATODO
–
ANODO
+
Ps. Definizione di anioni e cationi
Cella elettrolitica (non spontanea)
Catodo
Anodo
+
–
Una pila di Alessandro Volta conservata al Tempio Voltiano di Como
1799!!!
•Un supporto di legno posto verticalmente su una base circolare
•Dischetti di rame e zinco
•Panno imbevuto di una soluzione acida formata da acqua e acido solforico
•Due fili di rame
Pila Daniell 1836!!!!
BATTERIE PRIMARIE
(non ricaricabili)
Pile a secco (Leclanché) 1866!!
Pile a bottone (orologio-calcolatrice, etc..)
Anche queste pile sono alcaline e vengono costruite
utilizzando:
polvere di zinco,
ossido di mercurio HgO+C (5%)
e, come elettrolita, (KOH) al 40%.
(ox)
Zn( s )  2OH   ZnO s   H 2O  2e
(ox)
Al catodo (+), invece, avviene la reazione di riduzione
HgO( s )  H 2O  2e  Hg( s )  2OH 
Questo tipo di pila ha un voltaggio di 1,34 V.
al (posto
dell’HgO utilizziamo l’ossido di argento Ag2O, il voltaggio sarà superiore. (1,5 V).
Zn( s )Se
 HgO
s )  ZnO( s )  Hg ( s )
BATTERIE SECONDARIE (ACCUMULATORI)
NiCd
I più diffusi accumulatori di questo tipo sono le batterie al nichel-cadmio
dove il cadmio (Cd) costituisce l’elettrodo negativo,
l’ossido di nichel (NiO2) quello positivo
mentre, come elettrolita, KOH.
Questi accumulatori vengono comunemente impiegati per i dispositivi
elettrici ed elettronici portatili.
Batterie a ioni litio
Le più usate per i cellulari
A matrice polimerica
Batteria al piombo (batteria dell’automobile)
Sono costituite esternamente da un contenitore di plastica dal quale
escono due morsetti metallici che costituiscono gli elettrodi. Vi sono
inoltre dei tappi svitabili attraverso i quali è possibile aggiungere alla
batteria, acido solforico (H2SO4) e acqua distillata.
Internamente questa batteria è costituita da lamine di piombo che si
alternano a lamine di diossido di piombo (PbO2). Queste lamine sono
immerse nella soluzione di acido solforico.
Le lamine di piombo, collegate tra di loro costituiscono il polo
negativo della batteria mentre quelle di diossido di piombo, anch’esse
collegate tra di loro, quello negativo.
LA FUEL CELL- Celle a combustibile a ossidi solidi
Secondo me il futuro,
purchè H2 sia prodotto da fonti “rinnovabili” e “pulite”.
Valutazione
Nel corso del progetto si è lavorato su una griglia di valutazione specifica utile alla valutazione in itinere, da parte
dell'insegnante, del coinvolgimento dei singoli studenti, delle loro partecipazione alle attività in classe e studio
autonomo e in gruppo. I risultati delle macroaree delle competenze generali sono percentualizzati nella slide n.4
Ho notato e valutato positivamente il coinvolgimento di quasi tutta la classe ma purtroppo, anche interessando
tutti i soggetti, il 40% si impegna poco nello studio autonomo e associa la lezione laboratoriale ad un modo per
non studiare il pomeriggio di fatto rallentando di molto il cammino anche di chi la lezione ha avuto modo di
anticiparla autonomamente perché stimolato e incuriosito a risolvere i problemi e a capire ciò che aveva visto o
che vedrà.
Differenti le risposte per DSA e BES. Il primo caso ha trovato più logicoe sequenziale il lavoro poiché ha avuto
modo di costruire insieme ai compagni le mappe reali e virtuali che sono servite da riferimento anche per il resto
della classe. Il BSE ha dimostrato molto interesse nelle attività pratiche ma scarsa organizzazione, intraprendenza
e voglia di approfondire i concetti osservati.
Altro punto dolente di una esperienza positiva è l’utilizzo del linguaggio che tende sempre ad essere colloquiale
costringendo inizialmente gli insegnanti a non correggere per non inibire il dibattito, ma dovendo poi recuperare
termini appropriati nelle fasi di debriefing e organizzazione del discorso.
Positiva l’esperienza anche nell’introdurre concetti complessi e, da quello emerso nel gruppo dell’LSS, sciolta la
riserva di un utilizzo anche su concetti e argomenti squisitamente teorici.
Il limite maggiore resta il tempo e lo svolgimento di attività così complesse e articolate in più sedi/laboratori con
più personale coinvolto e con molto più spazio alle elaborazioni personali degli studenti anche in classe. Tutto ciò
determina un utilizzo differente del monte orario che per moduli più lunghi risulta insufficiente relativizzando
l’efficacia dell’intervento.
Per chi ha avuto uno studio individuale curioso e costante questa metodologia risulta molto efficace costruendo le
competenze; di contro riesce a tenere alta l’attenzione in classe anche di chi non ha un cammino adeguato alle
competenze da costruire, anche se gli sforzi effettuati in casse non sono concretizzati neanche nel breve periodo
C’è più tempo per il recupero in itinere visto che molti concetti si intrecciano ripetutamente.