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ACQUABOOK Appunti riflessioni ed esperienze sull’acqua elaborate da

Maria Todeschini e Marcello Marcello Zanotto

Istituto Comprensivo F. Morosini Classe I B Anno scolastico 2009/2010


INDICE

1. Un po’ di storia………………………………………………………………………………………………1 2. La molecola d’ acqua………………………………………………………………………….............2 3. L’acqua: densità e peso specifico………………………………………………………………3 4. L’ acqua è un solvente…………………………………………………………………………………..4 5. Il principio dei vasi comunicanti…………………………………………………………….....5 6. La capillarità………………………………………………………………………………………………….7 7. La tensione superficiale………………………………………………………………………………9 8. L’acqua e i tre stati di aggregazione………………………………………………………10 9. Il ciclo dell’acqua………………………………………………………………………………..……….11 10. L’acqua e il calore……………………………………………………………………………………...12 11. La distribuzione delle acque sulla terra…………………………………………….…13 12. Il laboratorio “ Bevi con stile”……………………………………………………………..…14


UN PO’ DI STORIA

L’ acqua nelle civiltà antiche era importante, e quasi tutte le antiche civiltà sorgevano vicino all’ acqua: serviva per bere, coltivare i campi, allevare gli animali e come mezzo di comunicazione. Essa era così preziosa che la conservavano nei periodi aridi in cisterne che avevano riempito quando pioveva. Gli antichi filosofi greci (Aristotele,Empedocle e altri) ritenevano l’acqua uno dei quattro elementi costituenti l’universo (acqua, aria, terra, fuoco). I Romani non approfondirono ulteriori conoscenze teoriche ma studiarono e progettarono le modalità per meglio utilizzarla costruendo degli acquedotti, delle cisterne e delle terme. Anche nel Medioevo e nel Rinascimento continuarono a tener valide le considerazione degli antiche greci. Con Galileo nasce il metodo sperimentale, ma solo nel 18° secolo ciò portò ad nuova conoscenza della struttura dell’acqua. Tra il 1781 e il 1783 i fisici inglesi Cavendish,Watt e Priestly scoprirono che l’acqua è un composto formato da idrogeno e ossigeno. Gli esperimenti furono approfonditi dal chimico francese Lavoisier , loro contemporaneo. La storia della molecola d’acqua, conclusa con J.Berzelius (1779-1848) chiarì definitivamente che una molecola d’acqua era composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, adattando la famosa “formula” H2O.


LA MOLECOLA D’ ACQUA

La molecola d’ acqua, H2O, è formata da due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O) legati tra loro con legame covalente che è uno dei tre modi di unione degli atomi. E’una molecola polare perché presenta un polo positivo e un polo negativo. Il polo positivo si trova vicino alla molecola di idrogeno.Il polo negativo è vicino alla molecola di ossigeno. Proprio per questo motivo è un solvente universale per molte sostanze; per esempio l’ acqua scioglie il cloruro di sodio che è un composto ionico, insinuandosi tra gli ioni Na+ e Cl- circondandoli, rispettivamente, con il polo negativo e quello positivo


L’ ACQUA : PESO SPECIFICO E DENSITA’

La densità di un corpo e’ il rapporto tra la massa e il volume di un corpo mentre il peso specifico e’ il rapporto tra il peso di un oggetto e il suo volume. Tuttavia qui sulla terra possiamo considerare il peso e la densità come una cosa unica, in quanto tutti i corpi sono sottoposti alla forza di gravità. Abbiamo allora fatto questo esperimento per ricavare il peso specifico dell’acqua potabile ESPERIENZA MATERIALI =bilancia elettrica, cilindro graduato e acqua. IPOTESI = verificare il peso specifico dell’acqua DESCRIZIONE = pesare il cilindro vuoto = 187,9 g Riempire con 200 ml di H2O Pesare il cilindro più acqua = 389,7 g Peso 3 – peso 1 = 201,8 g peso dell’ acqua Ps H2O = P:V = 200,67:200 ml = 1,00335g/ml CONCLUSIONI = il peso specifico dell’ acqua e’ maggiore di 1 perché essendo potabile è ricca di sali mentre quella distillata ha un Ps =1.


SOLUBILITA’ IN ACQUA L’acqua è un solvente per moltissime sostanze. In una soluzione infatti distinguiamo sempre un solvente, la sostanza in maggior quantità, un soluto cioè la sostanza presente in minor quantità. La concentrazione di una soluzione è la quantità di soluto su 100 ml di soluzione. La soluzione è un miscuglio omogeneo di 2 o piu’ sostanze.

ESPERIENZA MATERIALI = vetrino da orologio, una pipetta, agitatore, becher, 3 provette, porta provette, solfato di rame, olio di semi, soluzione di blu di metilene all’ 1%. IPOTESI = verificare la solubilità in acqua delle tre sostanze: solfato di rame, olio di semi e blu di metilene DESCRIZIONE = abbiamo versato nella provetta 1 qualche piccola quantità di solfato di rame, nella provetta 2, una soluzione di blu di metilene all’ 1%, nella provetta 3 olio di semi ed abbiamo mescolato. Nella provetta 1 si è formata una soluzione, nella provetta 2 abbiamo formato una soluzione di blu di metilene, nella provetta 3 abbiamo ottenuto un miscuglio non omogeneo perché l’ olio galleggia sull’acqua. CONCLUSIONI = il solfato di rame e la soluzione di blu di metilene sono solubili in acqua invece l’ olio di semi non lo è.


IL PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI

Le esperienze che seguono vogliono dimostrare il principio in base al quale l’ acqua si dispone sempre allo stesso livello in una serie di vasi comunicanti tra loro. ESPERIENZA 1 MATERIALI = abbiamo usato l’apparecchio dei vasi comunicanti, della soluzione di blu di metilene, un becher, un miscelatore, un contagocce e infine un imbuto. IPOTESI = verificare che un liquido raggiunge lo stesso livello anche se i vasi comunicanti hanno forme diverse. DESCRIZIONE = abbiamo creato una soluzione di blu di metilene poi abbiamo versato la soluzione così creata nell’ apparecchio dei vasi comunicanti con l’uso di un imbuto. Abbiamo verificato che l’altezza dell’acqua è la stessa in tutti e 4 i vasi indipendentemente dalla loro forma. Abbiamo anche verificato che i liquidi prendono la forma del recipiente. CONCLUSIONI = è confermato il principio dei vasi comunicanti.


VASI COMUNICANTI ARTIGIANALI

MATERIALI = due bottiglie di plastica, becher, soluzione di blu di metilene, tubo trasparente flessibile, nastro isolante, forbici. IPOTESI = verificare il principio dei vasi comunicanti. DESCRIZIONE = abbiamo tagliato le bottiglie all’ altezza dell’ etichetta privandole del fondo. Abbiamo fissato le due estremità del tubo al collo di ciascuna bottiglia con il nastro adesivo. Abbiamo versato l’acqua colorata in una bottiglia e abbiamo verificato che essa ha raggiunto lo stesso livello dell’ altra. Il liquido ha seguito il principio dei vasi comunicanti. Abbiamo alzato e abbassato le bottiglie e abbiamo osservato che c’era il fenomeno della fontanella cioè, quando una bottiglia era in alto si svuotava mentre quella in basso si riempiva creando come una fontanella. CONCLUSIONI = è confermato il principio de vasi comunicanti.


LA CAPILLARITA’

Il fenomeno della capillarità è il fenomeno per il quale l’acqua non rispetta il principio dei vasi comunicanti e sale maggiormente nei vasi che hanno un lume di tipo capillare. Ciò è dovuto alla adesività dell’acqua alle pareti del tubicino. ESPERIENZA 1: TRASFERIRE ACQUA SENZA VERSARLA MATERIALI = due becher, un foglio di scottex e acqua colorata. IPOTESI =verificare il fenomeno della capillarità sulla carta assorbente. DESCRIZIONE = riempire il primo becher con l’acqua colorata arrotolare la carta e disporla a ponte tra il primo e il secondo becher. Attendere mezz’ ora. Alla fine parte dell’ acqua colorata sarà presente anche nel secondo becher. CONCLUSIONI = poiché le fibre della carta assorbente formano tra loro interstizi capillari, l’ acqua a contatto con la carta si comporta come all’ interno di un vaso capillare confermandone il principio.


ESPERIENZA 2: VERIFICARE LA CAPILLARITA’ MATERIALI = apparecchio vasi capillari, imbutino, acqua e aceto. IPOTESI = dimostrare il fenomeno della capillarità. DESCRIZIONE = verso l’ acqua nel vaso più largo con l’aiuto dell’ imbuto e verifico che l’ acqua si dispone ad un livello più alto mano a mano che diminuisce il lume contro il principio dei vasi comunicanti. Ha interferito sulla esperienza la formazione di bolle d’aria. CONCLUSIONI = a causa delle piccole dimensioni del capillare, l’acqua sale maggiormente nel vaso più piccolo, ciò è dovuto alla adesività dell’acqua alle pareti del capillare


LA TENSIONE SUPERFICIALE Se osserviamo l’ acqua che gocciola da un rubinetto chiuso male possiamo vedere che essa rimane attaccata al rubinetto prima di cedere alla gravità; spesso sulla superficie di uno stagno notiamo che alcuni insetti si appoggiano senza affondare. Questi fenomeni sono gli effetti di una particolare forza si chiama TENSIONE SUPERFICIALE che è dovuta alla grande forza di coesione tra le varie molecole d’acqua.

ESPERIENZA:LA GRAFFETTA CHE GALLEGGIA MATERIALI = 1 becher, forchetta, graffetta, acqua IPOTESI = dimostrare il fenomeno per cui la graffetta può galleggiare sull’acqua anche se è più pesante di essa per la presenza di forze sulla superficie dell’acqua. DESCRIZIONE = riempio il becher d’acqua e, con molta delicatezza, adagio la graffetta sulla superficie dell’acqua. Possiamo osservare che la graffetta galleggia. Versiamo, con il contagocce, una piccola quantità di detersivo: la graffetta va a fondo perché l’acqua allenta la sua tensione superficiale. CONCLUSIONI = il detersivo ha la funzione di diminuire la forza della tensione superficiale


GLI STATI DI AGGREGAZIONE DELL’H2O L’acqua è l’unica sostanza in natura presente contemporaneamente nei tre stati di aggregazione: SOLIDO: l’acqua diventa solida quando la temperatura è sotto gli 0 gradi: la possiamo trovare nei luoghi freddi (es. in Antartide, zone di montagna ecc.).

Anche quando la mamma mette le bottiglie d’ acqua in freezer possiamo osservare che diventa ghiaccio e aumenta di volume, rompendo la bottiglia o il contenitore. LIQUIDO: l’acqua nello stato liquido si trova nei laghi,mari e fiumi. AERIFORME: l’acqua diventa aeriforme per somministrazione di calore. Si può notare quando l’acqua bolle in pentola, esce il vapore acqueo sotto forma di fumo.


IL CICLO DELL’ACQUA

L’acqua della pioggia,l’acqua dei fiumi e l’acqua del mare non sono la stessa cosa… Eppure è sempre acqua, tutta l’acqua del pianeta partecipa ad un grande ciclo che permette di bagnare la maggior parte del mondo. Ogni giorno, per effetto del calore del sole, l’acqua dei laghi, dei mari e degli oceani evapora e forma le nuvole . Le nuvole si spostano spinte dal vento e condensano per effetto dell’abbassamento della temperatura, lasciando cadere la pioggia L’acqua della pioggia cade nel suolo, penetra nel terreno, nutre le piante, scorre nei fiumi in stato liquido fino al mare o nelle falde sotterranee (piccoli fiumi con acqua pulita), e da lì ricomincerà il ciclo.


L’ACQUA E IL CALORE Per il fenomeno della dilatazione termica l’acqua aumenta di volume all’aumentare la temperatura ma…essa presenta uno STRANO COMPORTAMENTO quando dagli 0 °C passa ai 4 °C: nel processo di fusione infatti si osserva una diminuzione di volume dell’acqua liquida rispetto ad una stessa quantità di ghiaccio. Ciò è dovuto alla struttura cristallina che assumono le molecole nello strato di ghiaccio; allo stato liquido le molecole si avvicinano maggiormente diminuendo il volume dell’acqua che è stata fusa. Un’ importante conseguenza di questo fenomeno è il galleggiamento del ghiaccio sull’acqua; ciò consente ai fiumi e ai laghi di ghiacciare solo in superficie garantendo,in profondità, la sopravvivenza degli esseri viventi.

LA CONVEZIONE NELL’ACQUA Nell’acqua il calore si trasmette per convezione:si creano così movimenti ascendenti di acqua calda e movimenti discendenti di acqua fredda che generano, assieme a variazioni di salinità,le correnti marine.


DISTRIBUZIONI DELLE ACQUE Circa il 97% delle acque sulla terra sono salate, solo il rimanente 3% è acqua dolce

ACQUE SALATE

ACQUE DOLCI 97

TOTALE 3

100

distribuzione delle acque

ACQUE SALATE ACQUE DOLCI

Se poi consideriamo le acque dolci, il 65% del totale è imprigionato nei ghiacciai e quasi il 34,4% nelle acque sotterranee; fiumi e laghi sono lo 0,7% e la percentuale del vapore è quasi nulla. GHIACCIAI

FALDE

65

FIUMI E LAGHI

34,3

0,7

VAPORE

TOTALE

0

ACQUE DOLCI 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 GHIACCIAI

FALDE

FIUMI E LAGHI

VAPORE

Serie 1

100


LABORATORIO BEVI CON STILE

Il giorno 25 febbraio 2010 abbiamo partecipato a un laboratorio didattico organizzato da professori e alunni dell’Istituto Vendramin Corner. Il laboratorio riguardava alcune analisi chimiche relative all’acqua potabile. L’acqua è potabile quando: -non ha colore,odore, sapore; -non contiene microrganismi patogeni; -non contiene sostanze chimiche in concentrazione tali da risultare nocive; -è limpida,areata e fresca. Per essere sicure di ciò le aziende che gestiscono l’acquedotto o che producono acqua minerale la controllano in laboratorio.


LE NOSTRE ESPERIENZE ESPERIENZA 1: L’INDICE DI KUBEL

IPOTESI: verificare la presenza di sostanze organiche nell’acqua. MATERIALI: due becher, acqua minerale naturale, acqua di fosso, permanganato di potassio(KMgO4 ), due piastre riscaldanti con calamita incorporata. DESCRIZIONE: riempire un becher di acqua potabile ed uno di acqua di fosso; mettere dentro a entrambi un calamita ed il permanganato. Aspettiamo un pò, vedremo che l’acqua potabile conserva il colore violetto mentre l’acqua di fosso diventa arancione CONCLUSIONI: è confermata la presenza di sostanze organiche nell’acqua di fosso.


ESPERIENZA 2: MISURARE IL pH DELL’ ACQUA Il pH misura il grado di acidità o basicità di una soluzione ( nel nostro caso acqua potabile. Esso oscilla tra pH = 0 e pH = 14. IPOTESI: verificare il pH di un campione di acqua potabile e di uno di acqua distillata. MATERIALI: provetta, campioni di acqua, kit di indicatori per il pH e schedina di lettura. DESCRIZIONE: abbiamo versato diversi campioni di acqua nelle provettine e in ognuna abbiamo aggiunto 5 gocce di indicatore per il pH. Abbiamo confrontato i colori delle acque e quelle della schedina del pH. CONCLUSIONI: abbiamo accertato che il campione di acqua distillata è più acido del campione di acqua potabile: nel primo caso, infatti, la provetta era gialla e nel secondo azzurra.


LA DUREZZA DELL’ACQUA La durezza di un’acqua è la misura della quantità di sali contenuti. Essa si misura in gradi francesi. ESPERIENZA 3:ANALISI QUALITATIVA

IPOTESI: verificare la presenza di Sali nell’acqua. MATERIALI: due campioni di acque di cui una distillata, due provettoni, sapone liquido e miscelatore. DESCRIZIONE: versare le acque nei due provettoni separati. Aggiungere cinque gocce di sapone liquido e mescolare. Se non si è ottenuta la schiuma aggiungere altre 5 gocce, finche in tutte e due le acque non si sarà ottenuta la schiuma. CONCLUSIONI: l’acqua distillata, poiché priva di sali, dopo 5 gocce fa già la schiuma, mentre l’acqua potabile, con più sali, avrà bisogno di 25-30 gocce.


ESPERIENZA 4: ANALISI QUANTITATIVA

IPOTESI = misurare la durezza di diversi campioni di acqua minerale. MATERIALI = 100 ml di ciascuna acqua,4 becher, buretta, ammoniaca, indicatore(colorante), EDTA. DESCRIZIONE = versare 100 ml di ciascuna acqua in ogni becher, mettere il becher sopra i fornelli e metterci dentro una calamita per mescolare. Si mette una piccola quantità dell’indicatore, in modo da far assumere all’acqua un colore viola. Riempire la buretta con 100 ml di EDTA. Aprire il rubinetto e far uscire piano l’EDTA fino a quando l’acqua non assume un colore azzurro. Chiudere il rubinetto. Si esegue il procedimento con tutte le acque. Più gocce di EDTA servono, più l’acqua è dura. CONCLUSIONI = le acque potabili hanno durezze diverse che rivelano una diversa quantità di sali.

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Acqua  

acqua ricerca della prima B priuli

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