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4° UA – Classe 2°- SD10 ANNO 2009-10

Educazione scientifica Progettare esperimenti con sostanze chimiche Annarita Ruberto

Linea Guida condivisa. Progettare, progettarsi Compito unitario in situazione. Progettare e svolgere un esperimento per la produzione di anidride carbonica al fine di verificare che la quantità dei prodotti di una reazione chimica dipende anche dalla quantità dei reagenti. Fotografare le fasi del compito, dalla progettazione all’esperimento, e documentare il percorso effettuato con uno slideshow da realizzare con un tool online, ad esempio SlideShare.

Obiettivi formativi. L’alunno: 1. individua le differenze tra un fenomeno fisico e un fenomeno chimico, e descrive le tipologie dei cambiamenti intervenuti in entrambi; 2. rileva il comportamento di alcune comuni sostanze chimiche e realizza semplici esperimenti con esse. Attività laboratoriali. Si proporranno attività laboratoriali mirate grazie a cui si affronterà lo studio della Chimica in un modo che sia dotato di senso per i giovani alunni. La Chimica è infatti una materia affascinante, ma l’approccio ad essa può presentare notevoli difficoltà; sarà, quindi, opportuno partire da situazioni familiari per procedere gradatamente, nel corso degli studi, verso la sua organizzazione epistemologica. Sarà, inoltre, favorito lo sviluppo delle capacità progettuali degli alunni mediante la realizzazione collaborativa e/o individuale di semplici esperimenti con l’impiego di sostanze chimiche facilmente reperibili. L’ipotesi progettuale che segue è da utilizzare con flessibilità in base alle particolari esigenze del

contesto didattico/educativo di riferimento. Fase 1. Distinguiamo le trasformazioni della materia Probabilmente i ragazzi avranno analizzato durante il primo anno la differenza tra le trasformazioni di tipo fisico e quelle di tipo chimico. Si tratterà allora di svolgere un’indagine conoscitiva su quanto appreso per stabilire che cosa approfondire e/o correggere e integrare. A tal fine, si potrebbe rivolgere alla classe la seguente domanda: - Che cosa significa il termine trasformazione? - Alla domanda seguirà un brainstorming di risposte da annotare e su cui discutere. Si chiederà a ciascuno degli alunni di indicare una trasformazione appresa nella quotidianità, avviando una discussione collettiva riguardo alle risposte fornite per stabilire in quale caso avviene soltanto un cambiamento dello stato fisico della materia o invece ne risulta modificata la struttura microscopica.. Le trasformazioni saranno raccolte dai ragazzi in una tabella ( tabella n. 1) e classificate secondo la loro diversa tipologia.

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TABELLA N. 1 Trasformazioni fisiche

Trasformazioni chimiche

L’acqua che ghiaccia nel freezer

La combustione della legna

Il vapore ottenuto dall'ebollizione dell'acqua

Lo schiarimento dei tessuti per azione della candeggina

L'appannarsi dei vetri quando fa freddo

Il cambiamento del colore delle foglie in autunno Lo schiarimento del tè per azione del limone Il cambiamento di colore della superficie di taglio della mela La formazione della ruggine dal ferro L'abbronzatura della pelle

Un semplice schema, realizzato collettivamente, sintetizzerà la condivisione dei significati e sarà eventualmente utilizzato per lo svolgimento del compito unitario in situazione.

TRASFORMAZIONI

FISICHE

Cambia generalmente l'aspetto macroscopico ma non cambia la costituzione della materia

CHIMICHE

Cambia generalmente l'aspetto macroscopico e cambia anche la costituzione della materia

Tempo di esecuzione: 2 ore. Fase 2. Rileviamo il comportamento di alcune comuni sostanze chimiche. Ipotizzando che gli alunni nel primo anno non abbiano avuto molte occasioni di avvicinarsi alla Chimica, sarà utilizzato un approccio spontaneo e problematico, partendo dai loro interessi, con un’altra domanda: Cosa succede se scaldiamo il magnesio alla fiamma?Si richiederà di annotare in una tabella alcune caratteristiche macroscopiche (rilevate prima del riscaldamento) del nastro di magnesio utilizzato ( vedi tabella n. 2) TABELLA N. 2 Sostanza

Stato fisico

Colore

Forma

Magnesio 2


e di descrivere cosa succede alla sostanza durante e dopo il riscaldamento (vedi tabella n. 3).

TABELLA N. 3

Sostanza

Durante il riscaldamento

Dopo il riscaldamento

Magnesio

 Dopo il riscaldamento le caratteristiche delle sostanze sono cambiate?  Sono avvenute delle trasformazioni fisiche o chimiche? Si osserva che il nastro di magnesio brucia a contatto con la fiamma e che, cessata l'azione del calore, la sostanza non riprende più l'aspetto primitivo mentre al suo posto si osserva una polvere bianca: è avvenuta quindi una trasformazione chimica. In questa fase, è importante far notare ai ragazzi come non sempre le trasformazioni chimiche siano irreversibili affinchè non identifichino un fenomeno chimico come tipicamente e assolutamente irreversibile. A tal fine, si propone di realizzare una trasformazione chimica reversibile con il solfato di rame Esperienza: riscaldiamo il solfato di rame in provetta. Materiale occorrente. Solfato di rame, provetta, becco bunsen ( o, in alternativa, vapori dell'acqua bollente o fiamma di una candela) Procedimento. Introdurre un po’ di solfato di rame nella provetta a secco, per un'altezza di circa 2 cm; scaldare blandamente la provetta dal fondo, reggendola all’imboccatura con una pinza di legno; osservare e descrivere, annotando quel che si manifesta; allontanare la provetta dalla fiamma e attendere che si raffreddi; aggiungere molto lentamente poca acqua; descrivere quel che avviene. Risultati. Dopo il riscaldamento il solfato di rame si è trasformato oppure no? E' avvenuta una trasformazione fisica o chimica? NOTA. Si può osservare che, durante il riscaldamento, il solfato di rame diventa bianco e facendo attenzione si potrà notare un po' di vapore acqueo uscire dalla provetta oppure condensare sulle pareti, in alto. In conclusione, il solfato di rame è diventato anidro, ovvero privo della sua acqua di cristallizzazione. L'aggiunta dell'acqua al sale anidro, dopo che la provetta si è raffreddata, gli fa riacquistare il colore azzurro primitivo, reidratandolo. E' questa una classica trasformazione chimica reversibile, poiché può avvenire in un verso o nell'altro a seconda di come si interviene dall'esterno. L’attività di osservazione può continuare con altre sostanze chimiche note nel quotidiano. Si suggerisce di far scattare delle foto, che saranno utili per il compito unitario in situazione. Tempo di esecuzione: 2 ore.

Fase 3. Progettiamo un esperimento per produrre anidride carbonica. Questa fase è particolarmente importante per lo svolgimento del compito unitario in situazione, in cui i ragazzi dovranno dare prova delle competenze maturate in ambito progettuale. Con questo esperimento, si può verificare che la quantità dei prodotti di una reazione chimica dipende anche dalla quantità dei reagenti. I reagenti sono, nel caso in esame, il bicarbonato di sodio e l’acido dell’aceto. 3


Esperienza. Materiale occorrente. Qualche palloncino; bicarbonato di sodio; una bottiglietta; aceto bianco; un metro da sarto. Procedimento. Gonfiare un palloncino più volte fino a quando non ci si accorge che è diventato meno rigido e può essere gonfiato facilmente; mettere due cucchiai di bicarbonato dentro il palloncino; versare nella bottiglietta tre cucchiai di aceto bianco; sistemare l’apertura del palloncino attorno al collo della bottiglietta; sollevare delicatamente il palloncino in modo che il bicarbonato scenda nella bottiglietta e venga a contatto con l’aceto; si osserva che il palloncino si gonfia perché si sta formando l’anidride carbonica (CO2); misurare il diametro del palloncino mano a mano che si gonfia e registrarne il valore massimo in una tabella; ripetere l’esperimento con quantità diverse dei reagenti, variando il numero di cucchiai di bicarbonato e aceto, e verificare la produzione di CO2, con riferimento alla larghezza massima raggiunta dal palloncino; registrare i dati nella tabella seguente. Reagenti (numero cucchiai) Aceto Bicarbonato

Produzione di CO2 diametro palloncino (in cm)

Riflettiamo. Analizzando i risultati del tuo esperimento, come pensi che l’aumento dei reagenti possa influire sulla produzione di CO2? Che cosa succede quando un reagente è in eccesso sull’altro? Sapresti dire quali elementi chimici sono rappresentati nella formula CO2? Tempo di esecuzione: 2 ore. Fase 4. Sintetizziamo il percorso di apprendimento con uno slideshow. In questa fase finale, gli alunni documenteranno collaborativamente il percorso apprenditivo, guidati dal docente, mediante una presentazione in power point, in cui saranno utilizzate le foto scattate durante le varie fasi delle attività laboratoriali. La presentazione sarà pubblicata in rete, e quindi condivisa, come slideshow su SlideShare (http://www.slideshare.net/), servizio cui ci si può registrare gratuitamente mediante username e password a scelta, oppure accedere senza registrazione, come “guest”, per “caricare” la presentazione [Vedere un esempio da Scientificando, al seguente indirizzo: http://scientificando.splinder.com/post/16797272/Il+Sistema+Nervoso+Umano+%5BUna+] Tempo di esecuzione: 2 ore. Verifica, valutazione, monitoraggio. Le conoscenze e le abilità acquisite in itinere saranno valutate mediante vari tipi di verifiche, somministrate sia durante che alla fine del percorso. Si fornisce più avanti una esemplificazione di prove. Il livello di accettabilità si ritiene raggiunto quando sono stati svolti con esattezza gli esercizi 1, 2 e 3 per le conoscenze e gli esercizi 1, 2 per le abilità; oppure quando sono stati svolti tutti gli esercizi previsti, con imprecisioni e inesattezze non superiori al 40%. Le competenze attese saranno opportunamente monitorate con strumenti specifici (osservazioni sistematiche, interviste, questionari o check-list) sia durante le attività laboratoriali che mediante il compito unitario in situazione, nella cui valutazione saranno considerati i seguenti elementi: originalità nella progettazione dell’esperimento richiesto; accuratezza nell’organizzazione dei materiali necessari alla realizzazione dello slideshow (foto e immagini, risorse audio, testo); autonomia nell’utilizzo di Power Point e di SlideShare; cooperatività. 4


Conoscenze 1. Quali tra i seguenti fenomeni sono provocati da trasformazioni chimiche? Indicali con una crocetta. La caduta dell'acqua in una cascata L'incendio di una foresta La cottura di un uovo Lo scoppio di un palloncino L'ingiallimento delle foglie di un albero La preparazione di un caffè La fermentazione del mosto dell'uva 2.

Rispondi al seguente quesito.

A. La fusione e l'ebollizione sono fenomeni fisici o chimici? 3. Descrivi che cosa succede quando si versa l’acido muriatico sullo strato di calcare del lavello. 4. Pensi che la quantità di anidride carbonica ottenuta nell’esperienza svolta (fase 3) dipenda dalle quantità di aceto e bicarbonato utilizzate? 5. Indica a quali sostanze corrispondono le seguenti formule e simboli chimici: H2O, CO2, O, H, Cl, Cu2SO4. Con gli esercizi 1 e 2 si verifica il raggiungimento del primo obiettivo formativo mentre con gli esercizi 3 e 4 il raggiungimento del secondo.

Abilità 1. Perché il tè diventa più chiaro quando gli si aggiunge succo di limone? Si tratta di un fenomeno chimico o fisico? Giustifica la risposta. 2. Se si riscalda un po' di zucchero in un pentolino metallico, prima si scioglie e poi brucia annerendo: avviene un fenomeno chimico o fisico? Giustifica la risposta. 3. Che cosa faresti per “ provocare” l’arrugginimento di un chiodo?La ruggine ottenuta è una sostanza chimica?In caso affermativo indica gli elementi chimici che la compongono. Gli esercizi proposti concorrono a verificare complessivamente gli obiettivi formativi dell’UA.

Box per le Risorse in rete http://scientificando.splinder.com/post/15295718/Esplorare+le+reazioni+chimiche http://www.explorasciencenow.rai.it/DettVideo.aspx?IDVideo=1200 http://www.explorasciencenow.rai.it/DettVideo.aspx?IDVideo=870 http://win.leparoledellascienza.net/Le%20trasformazioni/Le%20trasformazioni%20chimiche.html http://www.itchiavari.org/chimica/lab/reazioni.html http://www.chemistryandyou.org/base_it.htm

Annarita Ruberto

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Progettare Esperimenti Con Sostanze Chimiche