H2O
una molecola ‘piena’ di energia
LICEO SCIENTIFICO
“F. P. di CALBOLI”
FORLì
CLASSE 1 A
Il problema energia!!!!
Trovare energia è una delle necessità
principali di ogni vivente:
senza energia non esisterebbe la vita!!!
Ma dov’è?
Come ottenerla?
Come non danneggiare il nostro ambiente?
• Lo studio degli ecosistemi ci ha insegnato
che i viventi si ‘passano’ l’energia l’un con
l’altro, dando origine alla catena
alimentare: estraggono cioè l’energia
contenuta nella materia di cui si nutrono.
In realtà le cose
sono molto più
complicate di
quanto
sembra………
E dalla catena si
passa alla
rete alimentare
Resta però il problema di come l’energia
entra in una qualunque rete alimentare….
Abbiamo studiato che
tutta l’energia proviene
dal Sole!!!!
E che sono le piante a renderla disponibile a
tutti gli altri organismi, uomo compreso!
Attraverso la fotosintesi
clorofilliana le piante possono
sfruttare energia pulita (la luce del
sole) per produrre l’alimento base
di ogni organismo, il glucosio.
Per far ciò sfruttano le
proprietà dell’acqua!
Vediamo come fanno e
cerchiamo di ‘copiare’ da loro.
La fotosintesi è un processo biochimico alquanto
complicato che si può riassumere nel modo seguente :
6 CO2 + 12 H2O + luce
 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Glucosio
allo scopo di mettere in evidenza che l'ossigeno che
si libera durante la fotosintesi deriva dalla
scissione di molecole d'acqua e non è quello
contenuto nelle molecole dell'anidride carbonica.
E’ divisa in due fasi:
Fase luminosa, dove l’energia
solare scinde la molecola
dell’acqua in idrogeno e
ossigeno; l’ossigeno viene
liberato nell’aria che respiriamo,
mentre l’idrogeno viene
utilizzato nella fase successiva.
Fase oscura, in cui il carbonio
della CO2 viene organicato
utilizzando l’idrogeno della fase
precedente, cioè viene
trasformato in glucosio, fonte
energetica indispensabile per la
vita di tutti i viventi.
Allora scindiamo anche noi l’H2O!!!
Si può usare uno strumento antico….. Il
voltametro di Hofmann
che richiede però il consumo
di elettricità: una forma
di energia molto costosa!!!
Ma possiamo farlo anche in maniera più
economica e con materiali ‘poveri’!!!!
MATERIALI, STRUMENTI E ATTREZZATURE.
•
Acqua del rubinetto
•
Recipiente
•
2 Provette o bicchiere da vodka
•
2 fili elettrici da 30 cm
•
Pila da 9 volt
•
Fiammifero
•
Matita
PROCEDIMENTO
•
Prendere un recipiente di plastica trasparente e versarvi dell’acqua.
•
Prendere due bicchieri da vodka (le nostre provette!!) e riempirle d’acqua.
•
Posare una mano sopra ai bicchieri e immergerli rovesciati nell’acqua vicino al bordo.
•
Togliere la mano una volta toccato il fondo.
•
Nel contempo prendere due fili elettrici e spellare il filo per una lunghezza di 1cm da una parte e di
3 cm dall’altra; arrotolare il rame rimasto attorno a una matita.
•
Una volta attorcigliato sfilare la matita e annodare la parte con un centimetro di rame di un filo a
un polo della pila da nove volt.
•
Fare lo stesso processo con l’altro filo.
•
Inserire l’estremità ‘a spirale’ all’interno dei bicchiere e osservare.
Dopo circa due ore si comincia a notare qualche
cambiamento: si formano delle bollicine all’interno delle
provette e il livello dell’acqua all’interno diminuisce.
Nella provetta, il cui filo è collegato al polo positivo della
pila, il volume dell’acqua è maggiore rispetto a quello
dell’altra provetta, mentre lo spazio rimasto vuoto è
minore.
Nella provetta dove il volume è minore, la fiamma di un
fiammifero si ravviva (chiara prova della presenza
dell’ossigeno!!!), mentre nell’altra provetta si sente un
piccolo scoppio (è l’idrogeno!!!).
MA NOI VOGLIAMO PRODURRE
ENERGIA E NON CONSUMARLA!!
ABBIAMO SCOPERTO LE
FUELL CELL
Queste celle sono composte da due elettrodi separati da un’
elettrolita. Gli elettrodi hanno una struttura porosa a base di carbone
su cui è disperso un catalizzatore costituito da leghe di platino.
Un catalizzatore è una sostanza, fonte o dispositivo che interviene in
una reazione chimica aumentandone la velocità ma rimanendo
inalterato al termine della stessa.
L’elettrolita, invece, è una membrana ad alta conducibilità protonica
capace, cioè, di far passare i protoni ma non gli elettroni.
Negli elettrodi avvengono 2 reazioni separate, ma che, grazie alla
migrazione di protoni ed elettroni, combinano idrogeno ed ossigeno
in assenza di fiamma ottenendo corrente elettrica continua, acqua e
poco calore rispetto a una normale combustione. I due gas vengono
messi a contatto ciascuno con uno dei due elettrodi. L’idrogeno si
scinde in protoni ed elettroni grazie all’azione del catalizzatore. I
protoni passano attraverso la membrana polimerica. Gli elettroni
migrano verso il catodo, generando corrente elettrica. Nel catodo
ossigeno ed idrogeno reagiscono prima tra loro, generando due ioni
di ossigeno negativi e poi con i protoni formando così la molecola
d’acqua.
Se poi l’idrogeno lo produciamo con un
pannello fotovoltaico da soli… il gioco è
fatto! Facciamo come le piante: estraiamo
dall’acqua l’idrogeno e l’ossigeno grazie
alla luce e poi con la fuell cell produciamo
energia elettrica
H2O + luce (fotovoltaico)  idrogeno  fuel cell  elettricità
In sintesi
H2O  tanta energia!
GRAZIE
per l’attenzione!!!!
La classe 1ª A Scienze applicate
Anno scolastico 2010 – 2011
Prof. Casali Claudio