MASTER IN DIDATTICA DELLE SCIENZE E DALLA MATEMATICA
UNIVERSITA’ DI PALERMO
LABORATORIO DI CHIMICA
DIARIO DI BORDO DELLA CORSISTA: PANTALEO MARIA
Prof.ssa IRENE MONGIOVI’
INDICE DEGLI ESPERIMENTI
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Osservare senza vedere: I sensi come strumento di conoscenza
Strumenti di misurazione precisa
Le molecole esistono
Separare le sostanze di una soluzione di iodio
Indicatori di pH acidi e basi
Un doppio esperimento: radicchio e the sono indicatori
Ossidazione: l’ossigeno agente ossidante
Ossidazione del ferro: la ruggine
Una Reazione chimica che sviluppa gas ed energia termica
Legge di Lavoisier
16 – APRILE - 2007
PREMESSA
Acquisire competenze laboratoriali nell’insegnamento
della chimica trasformando le conoscenze scientifiche e le
abilità pratiche in metodologia di insegnamento della
chimica nella scuola dell’obbligo.
Il laboratorio di didattica della chimica, che si è svolto per la durata di 30 ore
all’interno del “Master in didattica delle scienze e della matematica”, ha avuto fra le
finalità quella di trasformare le conoscenze scientifiche e le abilità didattiche dei
corsisti in competenze specifiche laboratoriali trasferibili nella didattica curricolare
scolastica. Le competenze specifiche nella gestione e progettazione di un laboratorio
di chimica dovrebbero essere considerate in quanto prassi e metodo indispensabili ad
improntare un efficace insegnamento delle scienze nella scuola dell’obbligo. Per
rispondere a questa finalità il laboratorio, durante il suo svolgersi, ha perseguito e
raggiunto i seguenti Obiettivi Formativi.
OBIETTIVI del LABORATORIO
Acquisire conoscenze tecniche sull’uso degli strumenti
da laboratorio: terminologia specifica ed uso.
Agganciare la teoria alla pratica laboratoriale come
dimostrazione di ipotesi, come spiegazione di teorie
fondamentali come strumento di ricerca e scoperta di
caratteristiche della materia per tentativi ed errori.
Il metodo scientifico e le sue fasi, induzione e deduzione.
Stabilire un clima positivo e cooperativo fra i corsisti
come strumento di apprendimento attraverso
l’interdipendenza positiva da mutuare il classe.
Progettare
e
realizzare
situazioni
didattiche
laboratoriali efficaci e significative per gli alunni anche
attraverso materiali e strumenti di uso comune e
facilmente reperibili nella vita di tutti i giorni.
Ricaduta delle nuove competenze acquisite nella didattica in classe.
Osservare senza vedere: I sensi come strumento di conoscenza
DIARIO DI BORDO
MATERIALE
1. ognuno di noi ha ricevuto un barattolino di metallo con
2.
3.
4.
5.
6.
dentro un oggetto misterioso da riconoscere
la consegna era di cercare di individuare le caratteristiche
dell’oggetto attraverso alcune caratteristiche del materiale
di cui era composto
di individuarne la forma attraverso il movimento e il peso
di individuare il numero degli oggetti dentro la scatolina
l’unico fra i cinque sensi che si poteva utilizzare era l’udito
ma anche la sensazione tattile del peso e del movimento
si poteva agitare la scatolina per coglierne il rumore ma
anche il movimento e da essi definire la forma la dimensione
e il tipo di materia di cui era composto l’oggetto
Seconda fase: il confronto
1. lo scambio delle scatoline con i colleghi metteva in crisi le
proprie deduzioni e spingeva a rivederle
2. si cercava di individuare l’oggetto piuttosto che le
caratteristiche malgrado ci fosse stato consigliato di non
farlo per non cadere in pregiudizi
Terza fase: la discussione collettiva
1. viene messo in evidenza che i sensi non possono essere
attendibili, che non siamo abituati ad usarli in modo
appropriato e completo, che ragioniamo per categorie rigide
già formate da pregiudizi, che non siamo capaci di osservare
descrivendo le caratteristiche ma al contrario denominando
l’oggetto
2. si riflette insieme sull’osservazione oggettiva della realtà che
ci circonda come punto di partenza per costruire un
atteggiamento scientifico
barattoli con dentro oggetti di diverso tipo: bottoni, sassolini, pasta, foglie, biglie di
vetro…..ecc…...
Prima fase: la consegna
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
• la conoscenza scientifica non può essere sensoriale e soggettiva
• la vista prevale a discapito degli altri sensi nella conoscenza della realtà.
(vittime della civiltà delle immagini)
• nelle valutazioni non ci fermiamo ai dati, ma spesso interpretiamo e
colleghiamo a esperienze pregresse cercando di etichettare piuttosto che
esaminare singole informazioni.
STRUMENTI DI MISURAZIONE PRECISA
DIARIO DI BORDO
E
MATERIALE
Prima fase: osserviamo gli strumenti di misurazione più comuni
CALIBRO A CORSOIO E NONIO
CILINDRI GRADUATI
BILANCIA
ELETTRONICA
Seconda fase: classifichiamo oggetti scegliendo un criterio, il peso.
1. disponiamo gli oggetti dal meno pesante al più pesante utilizzando le mani
e la sensazione di peso che il nostro corpo avverte su di esse
2. confrontiamo l’esattezza della nostra classificazione pesando gli oggetti
con la bilancia
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
• Classificare sulla base di una grandezza richiede l’uso di strumenti tarati e
precisi e questo vale per ogni unità di misura (peso, lunghezza, volume,
densità. ecc.)
• Solo le classificazioni che usano strumenti precisi sono oggettive e ripetibili
• Ogni bilancia ha una portata massima e una sensibilità minima, prima di pesare
un oggetto è necessario conoscerle entrambe
• I sensi sono mezzi di conoscenza approssimati e imprecisi, condizionati dalla
cultura e dai pregiudizi. (pesare con le mani!)
LE MOLECOLE
DIARIO DI BORDO
MATERIALE
Seconda fase: esperimento 1
1. con un cilindro graduato vengono
misurati 100 cm³ di acqua e 100
cm³ di alcool
2. i due cilindri pieni vengono pesati
per definire le masse
3. entrambi i liquidi vengono
travasati in un cilindro più grande e mescolati
4. il miscuglio viene misurato: le masse sommate
corrispondono, ma i volumi non corrispondono: nel
cilindro il liquido segna 194 cm³
• Cilindro graduato
• Bilancia elettronica
• Acqua, Alcool, lenticchie, fagioli.
Prima fase: un particolare miscuglio
• Viene richiamata alla mente la lezione di chimica sui
miscugli e le soluzioni.
• La prof. ci invita a mescolare acqua e alcool ma dopo averne
accuratamente misurato la massa e il volume.
Terza fase: esperimento 2 “ la metafora dei
fagioli”
1. vengono pesati 100 cm³ di fagioli e 100
cm³ di lenticchie, poi tutto viene
mescolato e di nuovo pesato
2. anche questa volta il peso corrisponde
ma il volume no
3. stavolta è visibile ed evidente che le lenticchie hanno
occupato lo spazio vuoto fra i fagioli.
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
Le molecole dell’alcool occupano lo spazio vuoto fra le molecole
dell’acqua perché sono più piccole determinando la variazione del volume.
• Quindi la materia è fatta di atomi che formano le molecole.
• Le masse si possono sommare mentre i volumi no
•
Separare le sostanze di una soluzione di iodio
DIARIO DI BORDO
le soluzioni acquose di iodio sono difficili da
ottenere poichè lo iodio elementare (I2) è poco
solubile in acqua
Esperimento: ipotesi
vogliamo separare una soluzione di acqua e
cristalli di iodio
1. Alcool e iodio
2. si aggiunge benzina
L’esperimento non riesce
Le due sostanze non si
separano.
Prima fase:
prepariamo una soluzione di iodio con i cristalli e
per accelerare il processo riscaldiamo le due
sostanze con un forellino
Seconda fase:
versiamo la soluzione ottenuta in un imbuto
separatore
Acqua, iodio e olio
L’esperimento riesce
Lo iodio si separa
dall’acqua
Terza fase:
aggiungiamo alla soluzione olio di semi
Osserviamo:
lo iodio si separa dall’acqua e si aggrega
all’olio dato che risulta maggiormente solubile
in solventi organici. A questo punto basta
aprire l’imbuto separatore e lasciar scorrere
l’acqua.
Imbuto separatore, fornellino, cristalli di iodio, benzina, alcool, olio di semi,
Premessa:
MATERIALE
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
Lo iodio è più solubile in solventi organici che in acqua per cui è sufficiente
estrarre lo iodio tramite un solvente organico insolubile in acqua, come l’olio e poi
separare le due fasi organica ed acquosa.
Indicatori di pH acidi e basi
DIARIO DI BORDO
La fenolftaleina è una
sostanza indicatrice, che
normalmente è incolore.
Con l'aggiunta di ammoniaca,
la soluzione diventa rossa.
2,5
3
10
12
il succo di limone
l'aceto da tavola
l'acqua saponata
l'ammoniaca in soluzione
acquosa per uso domestico
1. In un becker, versiamo circa 100 ml d'acqua e
3 gocce di fenolftaleina. Otteniamo una
soluzione incolore, di aspetto del tutto simile
all'acqua.
2. Con un contagocce, aggiungiamo gocce di
ammoniaca Ad un certo punto, vediamo che
la soluzione diventa improvvisamente di
colore porpora.
3. Ora, al liquido porpora che abbiamo ottenuto
aggiungiamo gocce d'aceto. Il liquido torna ad
essere incolore.
Cartine di tornasole, provette, diverse sostanze di uso comune,
indicatore chimico: fenolftaleina
per misurare il pH, si usano speciali cartine
imbevute di indicatori, le quali cambiano
colore quando vengono immerse in sostanze
acide o basiche. Questo è il caso della
famosa cartina al tornasole, che dà questi
valori di pH:
MATERIALE
Conclusione:
la fenolftaleina ha la proprietà di assumere un colore
viola quando il pH della soluzione supera il valore di
8,3
Aggiungendo aceto, la
soluzione torna a divenire
incolore.
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
Il grado di acidità o di basicità delle sostanze è misurato in pH. Questa scala va da 0 a 14. Le
sostanze con pH inferiore a 7 sono considerate acide, quelle con pH pari a 7 sono considerate neutre
e quelle con pH maggiore di 7 sono considerate basiche. Con il termine indicatore si intende, in
chimica, un composto (o un sistema di più composti) in grado di subire modifiche facilmente
osservabili - di solito il colore - in funzione dell'ambiente chimico in cui si trova: acido o basico.
Gli indicatori vengono generalmente impiegati in soluzione o supportati su strisce di carta per
rapide valutazioni (le cosiddette "cartine indicatrici"). Il fenomeno di variazione del colore di un
indicatore viene detto viraggio. L'occhio umano lo recepisce quando una delle due forme colorate
dell'indicatore è presente in rapporto almeno 10:1 sull'altra.
Un doppio esperimento: radicchio e the sono indicatori
DIARIO DI BORDO
Prima fase: si prepara il decotto di radicchio che
servirà come indicatore di acidità per gli
esperimenti
INDICATORE: DECOTTO DI
RADICCHIO
Seconda fase sperimentale: si mette il decotto in
diverse provette e si osserva la reazione con
elementi acidi e basici.
• Indicatore e limone = colore più chiaro
• Indicatore e bicarbonato = non cambia
colore
• Indicatore e ammoniaca = colore verde
Terza fase: riflettere sui risultati degli esperimenti
osservati.
• In ambiente acido provocato dal limone
aumenta la quantità di ioni H+ che
1. INDICATORE + AMMONIACA
2. INDICATORE + LIMONE
attribuiscono il colore più chiaro
3. VIRAGGIO
all’indicatore.
• Con ammoniaca la reazione avviene e si
modifica completamente il colore.
• In ambiente neutro il colore non cambia.
CONTROPROVA
LE PROVETTE CON LE
DIVERSE REAZIONI ottenute
aggiungendo acidi e basi al
radicchio e al the.
Vogliamo provare se una sostanza basica
riesce a neutralizzare l’effetto acido
riportando la miscela al valore iniziale di
pH e ricostituendone il colore iniziale.
Fornellino elettrico
Una beuta
Acqua Foglie di radicchio Bustina di tè
Sostanze acide: limone, aceto. Sostanze basiche: ammoniaca, bicarbonato, olio
Altre sostanze di cui scoprire l’effetto sull’indicatore.
Ipotesi: vogliamo testare il valore e l’efficacia
del decotto di radicchio come indicatore di pH
MATERIALE
Esperimento: alla provetta di colore chiaro
che contiene indicatore + limone, viene
aggiunto bicarbonato = il liquido ritorna al
colore iniziale.
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
•
•
•
Alcune sostanze cambiano di colore a seconda dell’ambiente in cui si trovano: acido o basico
Gli acidi sono sostanze che poste in acqua liberano ioni idrogeno (H+), chiamati anche
idrogenioni. Le basi sono sostanze che poste in acqua liberano ioni idrossido (OH-).
Questi ioni reagiscono con gli ioni idrogeno formando molecole d'acqua: H+ + OH- = H2O,
in questo modo le sostanze basiche fanno diminuire la concentrazione degli ioni idrogeno.
Una soluzione ricca di ioni idrogeno è acida, una sostanza povera di ioni idrogeno è basica.
Ossidazione: l’ossigeno agente ossidante
DIARIO DI BORDO
MATERIALE
Premessa: ipotesi
campana di vetro, mela bianca affettata, limone, una candelina.
dato che l’ossigeno è l’agente ossidante delle
sostanze si vuole confrontare una situazione in
assenza di ossigeno con una in presenza di
ossigeno
Prima fase: si prepara l’esperimento
Candela accesa per
consumare l’ossigeno
I pezzi di mela nelle
diverse condizioni
si divide la mela in diverse parti
• Una parte viene collocata sotto una
campana insieme ad una candelina
accesa che brucia l’ossigeno.
• Una parte chiusa dentro una campana
con l’ossigeno.
• Un’altra parte viene lasciata all’aria.
• Una parte viene bagnata con il succo di
limone.
L’ipotesi da verificare è che nello stesso
tempo l’ossigeno dovrebbe ossidare
maggiormente la mela lasciata all’aria
piuttosto che quella in assenza di
ossigeno.
Seconda fase: verifica dell’ipotesi.
La mela in assenza di
ossigeno
dopo circa 2 ore
• La mela fuori dalla campana risulta
la più scura.
• Risulta meno scura la mela dentro la
campana e con la candela accesa che
consuma l’ossigeno.
• La mela bagnata con il succo di
limone non diventa scura perché la
vitamina C rallenta l’ossidazione.
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
• In presenza di ossigeno le sostanze si ossidano più velocemente
• È l’ossigeno che provoca la reazione ossidante
Ossidazione del ferro: la ruggine
DIARIO DI BORDO
Esperimento:
Si preparano le provette con acqua, con acqua
ossigenata e con acqua con aceto e si aggiunge
rispettivamente:
1. polvere di ferro
2. paglietta di ferro
3. limatura di ferro
Si coprono di olio alcune provette con acqua per
isolare l’ambiente interno dall’aria.
Si creano le stesse condizioni in dischi di vetro di
diametro più ampio e senza la pellicola protettiva
dell’olio. Si attendono alcune ore.
Osservazioni:
• la polvere di ferro reagisce più
velocemente della limatura e della paglietta
• l’acqua ossigenata libera ossigeno che
accelera la reazione
• l’olio impedisce all’ossigeno dell’aria di
entrare e all’ossigeno dell’acqua ossigenata
di uscire
• l’aceto accelera la reazione
• la reazione avviene più velocemente in una
capsula che in una provetta
Provette, vetrini ad orologio, altri recipienti, monetine ossidate e sporche .
Olio, acqua, limone, aceto, limatura di ferro, polvere di ferro, paglietta di ferro.
Si vuole misurare il grado di ossidazione che si
riesce ad ottenere in un certo tempo sulla
stessa sostanza in diverse condizioni.
Si mette alla prova la capacità di deossidazione
del limone, in quanto sostanza riducente, a
contatto delle monetine di rame.
•
•
•
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
ferro + ossigeno = ossidazione = ruggine, Fe2O3
il ferro a contatto con diverse sostanze ha tempi diversi di ossidazione
la ruggine è una sostanza nuova, un miscuglio, nel quale c’è anche ossido di ferro.
Reazione bilanciata della formazione di ossido ferrico Fe2O3:
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
Una Reazione chimica che sviluppa gas ed energia termica
MATERIA
LE
DIARIO DI BORDO
Esperimento:
(fig. 1)
1. in una beuta vengono versati 10 cl di aceto
2. in un palloncino si versano 5 g di
bicarbonato
3. si sigilla il palloncino alla beuta (fig. 1)
Osservazioni:
si svilupperà un'abbondante produzione di
bollicine (fig. 2).
(fig. 2)
Che cosa è successo? E' avvenuta una reazione
chimica fra il bicarbonato (sostanza basica) e
l'aceto (sostanza acida). (fig. 2)
Queste due sostanze hanno reagito fra loro,
producendo un sale, acqua ed anidride carbonica.
(fig. 3)
E' stato proprio questo gas a produrre le bollicine
che abbiamo osservato.
(fig. 3)
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
CH3COOH
Acido acetico
NaHCO3
Bicarbonato di sodio
CH3COONa
Acetato di sodio
H2O
Acqua
CO2
Anidride carbonica
In generale, le sostanze acide e quelle basiche reagiscono fra loro, producendo
un sale e spesso altre sostanze quali appunto acqua ed anidride carbonica.
Legge di Lavoisier
Un palloncino, una beuta, aceto, bicarbonato.
Ipotesi:
Questo esperimento serve per introdurre il
concetto di reazione chimica. Serve inoltre a far
capire che le sostanze acide reagiscono con quelle
basiche.
DIARIO DI BORDO
Materiale
Procedimento - fase 1
Mettiamo sulla bilancia di precisione una bustina di idrolitina e una
ampolla di vetro con 20 cl di acqua e pesiamo tutto.
Togliamo il tutto dalla bilancia e inseriamo l’idrolitina (acido tartarico e
bicarbonato di sodio) nell'acqua avendo cura di tappare l’ampolla.
Aspettiamo che si sviluppi la reazione chimica, evidenziata dalla
formazione di un gas, CO2. Quando la reazione è avvenuta, rimettiamo
l’ampolla sulla bilancia insieme alla carta della bustina.
Considerando che un poco di gas formatosi è uscito nel tappare la
beuta (errore sperimentale), la massa coincide con quella iniziale. La
legge di Lavoisier è verificata!
massa iniziale
25,6 g
(massa acqua + massa bustina + tara)
massa finale
25,5 g
(acqua con idrolitina dopo la reazione)
Procedimento - fase 2
Togliamo il tappo alla beuta e aspettiamo che esca la CO2 formata,
mescolando per accelerare il processo. Quando le bollicine si sono
esaurite rimettiamo tutto sulla bilancia e controlliamo la massa. Che
massa otteniamo?
massa iniziale
(massa acqua + massa bustina + tara)
25,6 g
massa misurata dopo la fuoriuscita del prodotto
24,7 g
gassoso CO2
RIFERIMENTI TEORICI E CONCLUSIONI
• la reazione chimica ha prodotto 0,9 g di anidride carbonica che si è
dispersa nell’aria perché allo stato gassoso, ma che non è sparita.
una bustina di idrolitina, acqua, bilancia di precisione,
Eseguiamo un esperimento che lo dimostri.
una beuta di vetro a chiusura ermetica
La legge di Lavoisier dice che: "In una
reazione chimica nulla si crea e nulla si
distrugge, ovvero la somma delle masse
dei reagenti è uguale alla somma delle
masse dei prodotti ottenuti".