mini kit LA FORMA DEI CRISTALLI

tradizione e rivoluzione
nell’insegnamento delle scienze
mini kit
LA FORMA DEI CRISTALLI
istruzioni per gli esperimenti
Questo documento fa parte del “mini-kit La Forma
dei Cristalli”, e contiene le istruzioni per 3 esperimenti
scientifici sul tema delle Scienze della Terra.
I. cristalli sul bordo del bicchiere
II. cristalli mescolati
III. cristalli in goccioline
IV. cristalli solidi geometrici
Oltre a queste istruzioni vi raccomandiamo anche i
Corti Esperimenti #053 #054 e #055 nella sezione ReinventoreTV del sito www.reinventore.it e su YouTube.
introduzione
“Fare” i cristalli, “crescerli”, è un’attività tutto sommato
semplice. Come tutte le cose, bisogna anche prenderci
la mano e quindi è bene procedere gradualmente.
Pentolini e fornelli
Si comincia facendo prove. Ci si procura un pentolino
e un cucchiaio. L’ideale è che queste stoviglie vengano adibite all’uso esclusivo “da laboratorio chimico”, in
modo da non mescolare gli oggetti per la cucina con
quelli per gli esperimenti.
I sali si sciolgono più facilmente nell’acqua calda,
e perciò si può usare il fornello per scaldarla. Se ci si
arma di santa pazienza, tuttavia, si può fare anche a
meno del fornello.
Acqua
Si può usare acqua di rubinetto oppure dell’acqua demineralizzata per il ferro da stiro.
Bicchieri, vasi e vasetti
Una volta pronte le soluzioni si lasciano raffreddare
nei “cristallizzatori”. Si tratta sostanzialmente di bicchieri col fondo largo. Vanno bene sia in plastica che di
vetro, meglio se trasparenti e non colorati.
Vale anche per loro la regola per cui è meglio, se possibile, adibirli all’uso esclusivo per esperimenti.
Una volta pronte, le soluzioni sature possono anche
essere conservate in contenitori chiusi, affinché non
evaporino. Allo scopo si possono riutilizzare vasi di vetro (marmellata, passata di pomodoro, etc) o bottiglie
di plastica (bibite). Con un’etichetta o una scritta che
specifichi il contenuto.
Tre diversi sali
In questo kit si affronta la formazione di tre tipi di sali
o cristalli.
1. Il sale da cucina, presente in tutte le case, è il primo
sale con cui cominciare. La formazione dei cristalli
è abbastanza lenta.
2. I cristalli di allume potassico si formano più rapidamente. Come il sale da cucina, l’allume non è associato a nessun rischio (certo mangiarne un chilo o
metterselo nell’occhio non fa bene).
3. Il solfato di rame forma cristalli molto grandi e belli. È associato ad alcuni rischi chimici e ci sono pertanto alcune semplici attenzioni da osservare [vedi
box a pagina seguente].
Le prime prove si possono pertanto fare con il sale da
cucina e l’allume, e in un secondo momento si può cimentarsi col solfato di rame.
Preparazione della soluzione
Preparare un po’ d’acqua nel pentolino e aggiungere
alcune cucchiaiate del sale - in polvere o in granelli.
Mescolare. Un po’ alla volta, i granelli e la polvere si
sciolgono. L’acqua da torbida diventa assolutamente limpida (anche se colorata nel caso del solfato di
rame). Quando non ci sono più granelli in sospensione, il sale si è completamente sciolto.
A questo punto l’acqua “salata” è detta soluzione. Possiamo aggiungere altre cucchiaiate del sale, mescolare, farlo sciogliere. Finché, a un certo punto, non si
riesce più ad aggiungere sale alla soluzione: non se ne
scioglie più.
A questo punto si ha una soluzione satura.
Sicurezza!
IL SOLFATO DI RAME
L'impiego di sale da cucina e di allume non presenta rischi particolari.
Il solfato di rame invece è accompagnato da due
simboli di rischio. Ci sono pertanto alcune regole da osservare.
COME CONSERVARE
g non alla portata dei bambini.
Non confonderlo con le cose da mangiare, conservarlo in un armadio chiuso a chiave, o in alto,
o comunque in non alla portata
dei bambini.
COME USARE
g usare guanti e occhiali
Il solfato di rame è nocivo per ingestione e irritante per gli occhi e la pelle.
Fare attenzione (come raccomanda il simbolo
col punto esclamativo) e usate gli occhiali e, nel
caso di manipolazione, i guanti e la precauzione
di lavarsi bene le mani, anche dopo, per evitare
di portarle alla bocca.
COME SMALTIRE
g non disperdere nell'ambiente
Il solfato di rame è tossico per per
gli organismi acquatici. Può provocare effetti
negativi per l'ambiente acquatico (come indica
il simbolo con l'albero secco e il pesce morto) e
non deve essere quindi disperso nell'ambiente.
Per smaltire il solfato di rame lo si può portare
da un contadino o vignaiolo, che sa come usarlo
per proteggere le viti dalla peronospora.
In alternativa, si può usare e conservare per diversi esperimenti, descritti su reinventore.it
→ Si possono conservare i cristalli in bicchieri di
plastica, e le soluzioni sature in bottiglie.
→ Si possono polverizzare i cristalli con mortaio
e pestello e riusarli per farne crescere altri.
→ Si possono conservare i cristalli pentaidrati
(blu) e anidri (bianchi) e trasformarli uno nell'altro aggiungendo acqua.
→ Si possono costruire pile (Pila di Daniell, Pila a
Concentrazione, e altre pile ancora).
per ulteriori informazioni sul sito di Reinventore
www.reinventore.it/scatolab
si trova il link con la normativa aggiornata
Tabella delle solubilità
La quantità di sale che è possibile sciogliere in un litro
d’acqua è detta solubilità.
Per esempio, il sale da cucina ha una solubilità di circa
350 g/litro. Ossia, si possono sciogliere circa 350 grammi di sale in un litro d’acqua, o circa 35 grammi in 100
cc d’acqua.
Abbiamo scritto “circa” perché la solubilità generalmente aumenta con la temperatura. Se l’acqua è più
calda, vi si può sciogliere più sale.
Quella che segue è una tabella delle solubilità dei tre
sali trattati in questo capitolo, a diverse temperature
tra 0° C e 100°C.
temperatura
[gradi °C]
0°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
70°
80°
90°
100°
solubilità [g/litro]
Sale
Allume
Solfato di
Rame
NaCl
KAl(SO4)2 ∙
∙ 12 H2O
CuSO4 ∙ 5 H2O
356
357
359
361
364
367
370
374
379
384
390
60
80
118
168
234
334
496
~ 900
1420
~ 2300
3575
188
223
266
317
379
452
537
636
756
895
1021
Per avere da subito buoni risultati è meglio pesare le
quantità di sale aiutandosi con la tabella.
Per esempio, se parto con 100 grammi d’acqua, a 20°C
ci posso sciogliere circa 12 grammi di allume, mentre
a 80°C se ne sciolgono circa 142, più dell’acqua stessa
in peso!
Posso cominciare per esempio con 50 grammi di allume o 37 di sale da cucina in 100 grammi d’acqua.
Scaldo l’acqua (oltre 60°C) mescolando, finché la soluzione è limpida e il sale completamente sciolto. È
possibile anche filtrare la soluzione, ma si ottengono
buoni risultati anche partendo con stoviglie ben pulite
e acqua demineralizzata, senza filtrare.
Un bicchiere e aspettare
Una volta preparata una soluzione satura o quasi, la si
versa in un bicchiere che si lascia a raffreddare e riposare in un luogo tranquillo. Eventualmente coperto da
un pezzo di carta affinché non entrino impurezze, ma
rimanga comunque qualche spiraglio attraverso cui
l’acqua possa evaporare.
E si aspetta, lo si “dimentica” lì. Dopo un giorno, o alcuni giorni, compaiono i primi cristallini, che col passare
dei giorni crescono.
Si possono formare cristalli con belle forme geometriche, ma anche incrostazioni disordinate.
Se il bicchiere è di vetro, la soluzione si può anche “arrampicare” sulle pareti per capillarità. Le incrostazioni
salate possono anche assorbire umidità atmosferica,
e svilupparsi intorno al bicchiere! per questo è meglio
usare un bicchiere di plastica, soprattutto se si vuole
conservare il bicchiere con i cristalli dentro.
I.
CRISTALLI
SUL BORDO DEL BICCHIERE
COSA SERVE
dal kit
- allume
- solfato di rame e occhiali di protezione
- bicchierini, cucchiaini
è necessario procurarsi anche
- sale da cucina
- pentolino, fornello
- bilancia, bicchieri
- acqua demineralizzata (del ferro da stiro)
COSA FARE
1. preparare una soluzione di acqua e uno dei tre sali,
secondo le indicazioni nell’introduzione. Far sì che il
sale si sciolga bene.
2. versare la soluzione in uno o più bicchieri e bicchierini, e metterli in un luogo tranquillo e sicuro, eventualmente coprendoli.
3. si formano sali “sul bordo del bicchiere”. E anche
gallegianti in superficie. E sul fondo. Talvolta i sali in
superficie rimangono in superficie per la tensione superficiale, altre volte cadono sul fondo.
COSA SUCCEDE
sono i primi passi per impratichirsi e cominciare a
crescere i cristalli: sciogliere sali e preparare soluzioni, limpide, lasciarle raffreddare ed evaporare. Alcuni
vengono bene, altri male, a volte tanti, a volte pochi,
col tempo si attaccano tra loro...
II.
CRISTALLI
MESCOLATI
COSA SERVE
dal kit
- allume
- solfato di rame e occhiali di protezione
- bicchierini, cucchiaini
è necessario procurarsi anche
- pentolino, fornello
- bilancia, bicchieri
- acqua demineralizzata (del ferro da stiro)
COSA FARE
1. sciogliere nella stessa acqua due sali diversi, per
esempio allume e solfato di rame.
2. versare la soluzione in uno o più bicchieri e bicchierini, e metterli in un luogo tranquillo e sicuro, eventualmente coprendoli.
3. si formano sali distinti, allume con allume, solfato di
rame con solfato di rame.
cristallini di sale da cucina in goccia
COSA SUCCEDE
Questo esperimento fu proposto dallo scienziato danese Niels Stenseen nel suo libro Prodromo a una dissertazione sui solidi naturalmente inclusi nei solidi (1667).
L’esperimento gli servì per illustrare la natura del granito, in cui coesistono tanti piccoli cristalli di diverso
colore (e diversa sostanza).
cristallini di allume in goccia (evaporata)
III.
CRISTALLI
IN GOCCIOLINE
COSA SERVE
dal kit
- allume
- solfato di rame e occhiali di protezione
- pipette
- bicchierini, cucchiaini
è necessario procurarsi anche
- alcune superfici di plastica (tipo custodia CD o DVD)
- pentolino, fornello
- bilancia, bicchieri, tovaglioli di carta
- acqua demineralizzata (del ferro da stiro)
COSA FARE
1. preparare le soluzioni desiderate, sature.
2. raccogliere la soluzione con la pipetta, e spargere
tante gocce di soluzione su delle superfici di plastica
(sulle superfici di vetro la goccia si “stende”, sulle superfici di plastica essa forma una cupola semisferica).
3. la formazione dei sali nelle gocce è abbastanza rapida, quasi a vista d’occhio. Per quanto piccoli i sali sono
perfetti nella loro geometria.
4. si può aspettare che crescano fin quasi a prendere la
forma della goccia, o si possono “conservare” estraendoli dalla goccia, o meglio asciugando con il tovagliolo
di carta la goccia intorno a essi.
cristallini di solfato di rame in goccia (con capello)
COSA SUCCEDE
i cristalli si delle diverse sostanze hanno forma e colori
caratteristici.
IV.
CRISTALLI
SOLIDI GEOMETRICI
COSA SERVE
dal kit
- allume
- solfato di rame e occhiali di protezione
- bicchierini, cucchiaini
è necessario procurarsi anche
- filo per cucire
- filo di ferro
- pentolino, fornello
- bilancia, bicchieri
- acqua demineralizzata (del ferro da stiro)
COSA FARE
1. procurarsi un bel cristallo, di quelli cresciuti sul fondo del bicchiere o dentro una goccia. Per “bello” si in-
tende un cristallo dalla forma geometrica regolare, e
senza ulteriori cristalli cresciuti sulla sua superficie.
2. legare questo cristallo ad un filo da cucito, che a sua
volta pende da una struttura fatta con il filo di ferro,
che permette di tenerlo sospeso ad un’altezza facilmente regolabile. Questo cristallino sarà il “germe” del
futuro cristallo più grande.
3. lo scopo è far sì che il cristallo cresca grande, con
la sua forma geometrica, senza l’impedimento delle
pareti, del fondo del bicchiere o della superficie della
goccia.
cristallo di sale da cucina
cristallo di allume potassico
cristallo di solfato di rame
4. se la soluzione è troppo calda quando vi si inserisce
il cristallo “germe” può accadere che esso sciolga, invece che la soluzione lo “nutra”.
5. è possibile che la soluzione, per via della sua diversa
concentrazione e densità, possa nutrire il cristallo sul
fondo ma non in superficie, o viceversa. Allora bisogna
regolare il filo, e sospendere il cristallo alla giusta altezza. Si può anche immergere il cristallo in soluzioni
successive, continuando a “nutrirlo”.
COSA SUCCEDE
- questi sali o cristalli geometrici sono oggetti molto
belli da vedere, sono come piccole gemme, piccole
meraviglie della natura.