Fti_Chimica_Il laboratorio chimico

Modulo 08 - il laboratorio
In questo modulo verranno affrontati gli argomenti
seguenti
01. il laboratorio sperimentale
Nel XVI secolo l'analisi
dei metalli aveva molto
più in comune con le
moderne tecniche
metallurgiche che non
con gli attuali metodi di
analisi chimica.
Lo si vede, ad esempio,
da questa illustrazione
di un laboratorio del
tempo, la cui
strumentazione base
per la raffinazione dei
metalli consisteva in
una serie di fornaci di
vario genere.
Al centro, un alchimista
sintetizza acido nitrico,
necessario per separare
l'oro e l'argento.
Dr. Jeremy Burgess/Dr. Jeremy
Burgess/Science Source/Photo
Researchers, Inc.
da Enciclopedia Microsoft
Encarta
L'alchimista nel suo laboratorio è una immagine molto frequente, spesso fantasiosa, di un
lavoro che ha sempre affascinato il profano per quanto di magico essa evoca (la ricerca
della pietra filosofale, la trasmutazione dei metalli), ma non è stato solo questo
Nei laboratori di questi pionieri si sono messe le basi per procedimenti chimici come la
calcinazione, la distillazione, la fusione dei metalli, la colorazione di tessuti, la creazione di
inchiostri speciali, ecc., procedimenti e tecniche richieste dalla società del tempo
La distillazione, per
esempio, benché
per effettuarla ora
si utilizzino
attrezzature ben
più sofisticate di
allora, non è
cambiata di molto:
a lato uno schema
di un piccolo
impianto di
distillazione da
laboratorio, con il
pallone riscaldato
da un mantello
riscaldante, una
colonna di Vigreux
per la rettifica dei
vapori, un
termometro, un
refrigerante ad
acqua, il pallone di
raccolta; nel
laboratorio
dell'alchimista si
usavano alambicchi
o storte
Il laboratorio è
sempre stato il
nucleo centrale del
lavoro dello
scienziato.
Nel laboratorio
vengono fatti gli
esperimenti i cui
risultati vengono
poi elaborati,
razionalizzati,
formalizzati fino a
giungere alla
costruzione di
modelli e poi alle
teorie scientifiche
Anche nella scuola
il laboratorio deve
assumere un ruolo
centrale nella
formazione
scientifica dello
studente
Fino ad ora invece esso è stato considerato, di solito, un accessorio non sempre
fondamentale, sia per carenza di mezzi finanziari per costruirlo e per mantenerlo, sia per la
difficoltà intrinseca di organizzarlo e di gestirlo, sia, infine, per una certa ritrosia degli
insegnanti ad utilizzarlo (può essere pericoloso, l'esperimento potrebbe non riuscire, esige
tempi aggiuntivi per la preparazione delle esperienze, ecc.)
In realtà un approccio puramente teorico alle discipline scientifiche toglie una parte
essenziale alla formazione, anche perché in assenza di attività laboratoriali non si può
contestualizzare ciò che si insegna;torna così il vecchio problema di un insegnamento di
discipline finalizzato solo al superamento dell'esame anziché alla creazione di un complesso
di conoscenze che deve essere patrimonio essenziale di ogni cittadino
Eppure molte scuole si sono, negli anni, dotate di
laboratori, di chimica e fisica in particolare,
generalmente grazie alla buona volontà di qualche
insegnante e di qualche preside.
Ma quando l'insegnante cambia sede di lavoro
molto spesso il laboratorio viene abbandonato a
conservato solo come un ammennicolo prestigioso
della scuola, assolutamente inutile però
nell'insegnamento
Inoltre questi laboratori sono destinati spesso
soltanto alla dimostrazione, da parte
dell'insegnante, che qualcosa "avviene" quando lui
effettua certe operazioni, creando quell'alone di
magia di cui si ammanta frequentemente la figura
dello scienziato (e anche talvolta dell'insegnante di
chimica, per esempio)
Mancando così il contatto diretto dello studente,
manca anche la possibilità di rendere concrete e
significative le esperienze realizzate
Una curiosità: quasi nessun libro di testo di chimica parla del laboratorio, di che cos'è, di
come è fatto, di quali sono le sue caratteristiche, di che funzioni ha
Evidentemente per il chimico o il biologo o il fisico, autore del testo, è scontato che tutti
sappiano perfettamente tutte queste caratteristiche del laboratorio;purtroppo non è sempre
vero
02. organizzazione di un laboratorio
Ad un insegnante di discipline scientifiche può anche capitare di dover organizzare o
riorganizzare un laboratorio sperimentale. Come abbiamo già detto, molte scuole non
possiedono un laboratorio, altre ce l'hanno ma non viene utilizzato, in altre ancora può
essere organizzato in modo non adeguato alle esigenze dell'insegnante
E' chiaro che ogni insegnante dovrà cercare di procurarsi le attrezzature e i materiali
necessari all'esecuzione degli esperimenti che intende effettuare nell'ambito del suo
progetto di insegnamento, ma occorre innanzitutto che il laboratorio sia funzionante e
funzionale per quanto riguarda le strutture di base
Per valutare questo
ognuno può fare
riferimento al ricordo
delle sue attività
laboratoriali durante i
corsi universitari, pur
adattando le richieste a
quanto reputa essenziale
per un corretto uso di un
laboratorio che non dovrà
necessariamente avere
una configurazione
completa.
Infatti, richieste eccessive
e massimalistiche
potrebbero non essere
esaudibili in base alle
disponibilità finanziarie
della scuola: è meglio
poter disporre di
attrezzature minimali
piuttosto che rinunciare
totalmente all'uso del
laboratorio
In concreto si devono comparare le esigenze con le risorse (vedi fase progettuale e
valutazione diagnostica): per realizzare la serie di esperimenti programmati, che cosa è
strettamente necessario? Se quanto si reputa necessario non è disponibile né acquistabile
(per carenza di fondi o altro) occorre rivedere la progettazione degli esperimenti nell'ambito
del progetto generale di insegnamento/apprendimento di quella parte della disciplina
Un consiglio non banale: è bene che, nei limiti del possibile e in particolare per la scuola
media, gli esperimenti prevedano l'uso di materiali "poveri"; questi sono infatti reperibili
facilmente e a basso costo, ma non si tratta soltanto di un problema di costi: l'uso di
materiali che fanno parte delle conoscenze abituali dello studente rende l'esperimento una
attività più concreta e meno "magica"
Materiali poveri possono essere, per esempio,
le bottigliette dei succhi di frutta anziché
palloncini o beute speciali, cannucce da bibita
anziché pipette o dosatori raffinati, bicchieri
in vetro anziché becker in vetro pirex,
bicarbonato acquistato al supermercato
anzichè dal rivenditore di prodotti chimici,
succo di limone o aceto anziché soluzioni
titolate di acido cloridirico, ecc.
E' chiaro, ovviamente, che il consiglio vale
quando questo non comporti difficoltà
nell'esecuzione dell'esperimento (che
comunque, con un po' di fantasia, può
talvolta essere riconfigurato); per esempio,
se devo aggiungere una quantità corretta di
liquido, sembra indispensabile l'uso di una
buretta graduata o quantomeno di un cilindro
graduato, però potrei superare il problema
anche utilizzando una bilancia (se è nota la
densità del liquido)
Un altro punto da tenere in considerazione è quello della sicurezza in laboratorio, punto
che assume connotazioni diverse se gli esperimenti vengono effettuati direttamente dagli
studenti o, in caso di impossibilità pratica o logistica, se è l'insegnante ad effettuarli a livello
dimostrativo
In ogni caso è bene conoscere le normative e
le raccomandazioni specifiche (cappa di
aspirazione, uso di guanti e occhiali o
maschera, uso di indumenti adeguati, modalità
di manipolazione di sostanze tossiche o
infiammabili, estintori, pronto intervento in caso
di incidenti, ecc.); norme ed attrezzature
necessarie dipendono ovviamente dal tipo di
esperimenti che si intende effettuare
E' sempre auspicabile che il laboratorio
disponga di posti di lavoro per studenti; poiché
però molto spesso il numero di posti è
insufficiente, l'insegnante potrà trovare
soluzioni adeguate creando per esempio piccoli
gruppi omogenei oppure alternando gli studenti
al posto di lavoro
03. come programmare le esperienze
Una fase molto delicata nella programmazione didattica riguarda la scelta, la progettazione
e l'organizzazione degli esperimenti da inserire nel progetto generale di
insegnamento/apprendimento di un tema specifico
E' necessario che gli esperimenti siano:
significativi nell'ambito della trattazione teorica dell'argomento
contestuali con la parte teorica
stimolanti (per incoraggiare gli studenti ad affrontare modelli scientifici e leggi che ne
conseguono)
rigorosi nelle procedure
chiari nella impostazione e nelle motivazioni
riproducibili nella esecuzione e nei risultati
E' ovviamente necessario che l'esperimento venga provato dall'insegnante prima di
mostrarlo o di farlo effettuare agli studenti; la ragione fondamentale della prova preliminare
è che devono essere prese in considerazione tutte le variabili che potrebbero influire su di
esso, senza contare che un esperimento che inaspettatamente non riesce rischia di creare,
nello studente, disorientamento e mancanza di fiducia nell'insegnante
Da una seria analisi procedurale consegue anche che, per l'esecuzione dell'esperimento,
siano ben definite le condizioni operative, le procedure, le variabili possibili, i punti salienti
04. un esempio di unità didattica di laboratorio
Porteremo ora un esempio di organizzazione di una unità didattica sperimentale elaborata
qualche tempo fa da insegnanti che fanno parte del Laboratorio di Didattica delle Scienze
del CIRED dell'Università Ca'Foscari (Angelo Bassani, Fausta Carasso Mozzi, Gianni
Michelon, Maria Grazia Tollot); questa elaborazione è stata pubblicata nel volume La
Chimica alle elementari, Ed.Giunti Lisciani, 1996
L'argomento è trattato a livello non solo della scuola elementare ma, in generale, della
scuola dell'obbligo; la trattazione risente ovviamente delle competenze disciplinari degli
autori ed è affrontato soprattutto dal punto di vista chimico (l'iniziativa della stampa è stata
della Divisione Didattica della Società Chimica Italiana), ma vuole rappresentare solo un
esempio di come si può procedere nella progettazione di esperienze
Il tema scelto è stata la combustione e la trattazione dell'argomento è per schede di livello
diverso; tutte le esperienze sono programmate con l'utilizzo di materiali poveri
04.01. motivi della scelta
Nella scuola dell'obbligo ci si può avvicinare alla chimica in un contesto di scienze integrate:
il primo passo che si puo fare in questo ambito è di avviare al concetto di trasformazione
con i metodi euristici propri di questa disciplina
Tra le trasformazioni una delle più evidenti ed una delle più dense di implicazioni è
senz'altro la combustione. Operando nell'ambito dei programmi questo argomento non è
disgiunto da quello della respirazione ed entra in tutte le aree tematiche del settore
scientifico previste dai Programmi didattici
Si può inizialmente introdurre sperimentalmente il concetto di "sostanza che brucia" e far
acquisire la terminologia utile a descrivere il fenomeno della combustione.
Poi, con una serie di approfondimenti relativi ad aspetti qualitativi e quantitativi esaminati
separatamente, si può passare da una prima informazione sulla combustione ad una sua
comprensione più approfondita e ad una correlazione tra le trasformazioni che avvengono
nel mondo inorganico e nel mondo biologico, evidenziando come si tratti, in ambedue i casi,
di reazioni chimiche che comportano un cambiamento di "materiali" e produzione di energia
La prima parte, finalizzata all'osservazione del fenomeno nel suo insieme può essere svolta
nel primo ciclo della scuola elementare, oppure può essere utile come introduzione, nel
secondo ciclo, alle esercitazioni nelle quali vengono approfonditi gli aspetti quantitativi o si
creano associazioni tra più fenomeni
Affrontando questo argomento gli insegnanti possono trovarsi coinvolti in una articolazione
di argomenti molto ampia in vari percorsi didattici relativi all'alimentazione e all'ambiente,
eventualmente con collegamenti con altre discipline non di matrice puramente chimica o
biologica
Pur tenendo conto della non facile comprensione del fenomeno e delle difficoltà sperimentali
dovute anche ad un certo grado di pericolosità legato alla necessità di usare anche fiamme
libere, affrontare il fenomeno "combustione" è particolarmente significativo e basilare per
affrontare con consapevolezza molti altri fenomeni
La combustione è forse la più evidente e più comune trasformazione chimica cui ogni
bambino assiste nella sua esperienza quotidiana
Nella produzione di energia la combustione del petrolio (o
eventualmente di altri combustibili come il metano la benzina o il
carbone) riveste una importanza primaria per produrre energia elettrica,
energia meccanica (autoveicoli) o più semplicemente per produrre il
calore necessario per il riscaldamento o la cottura dei cibi
Ma i residui di questa "combustione" costituiscono le principali fonti di
inquinamento: l'anidride carbonica produce l'effetto serra e forse è in
parte responsabile del buco nell'ozonosfera; l'anidride solforosa e gli
ossidi d'azoto causano le piogge acide; le particelle solide producono
smog e conseguenti affezioni alle vie respiratorie
La combustione può essere collegata a fenomeni naturali perché, ad esempio, la
respirazione può essere considerata una combustione lenta e senza fiamma che produce
l'energia necessaria alla vita; e la sintesi clorofilliana non è altro che la reazione inversa
della combustione degli zuccheri semplici
La combustione è anche un esempio facilmente accessibile di reazione "spontanea", cioè
di reazione che avviene in modo irreversibile: una volta che la reazione sia avvenuta, è
impossibile riottenere le sostanze di partenza o, anche se talvolta e con difficoltà si possono
riottenere, esse non hanno più le stesse caratteristiche esteriori
04.02. articolazione delle schede
Le schede operative (che danno cioè le indicazioni necessarie per effettuare l'esperimento
relativo alla singola scheda) prevedono diversi punti comuni o specifici, che possono essere
presenti o meno nella singola scheda:
temi implicati (che rappresentano tematiche generali entro le quali inserire l'esperimento
o anche "uscite" per andare dal particolare al generale). Per esempio: fenomeni fisici e
chimici; ambienti e cicli naturali; rapporto tra uomo e mondo della produzione
obiettivi intermedi (cioè obiettivi conoscitivi particolari che si pensa di far conseguire con
l'esperimento in oggetto). Per esempio: conoscenza del fatto che alcune sostanze possono
"bruciare" trasformandosi in modo irreversibile, cioè che non si può ritornare dai prodotti
alle sostanze di partenza in modo semplice; conoscenza del fatto che la combustione può
avvenire solo se si realizzano certe condizioni, come la presenza di aria; conoscenza del
fatto che la combustione produce sempre energia che viene liberata sotto forma di calore;
conoscenza delle sostanze prodotte dalla combustione, cioè anidride carbonica, acqua,
ceneri, fumi, ecc.
obiettivi di procedimento (cioè obiettivi trasversali relativi ad abilità concrete). Per
esempio: saper eseguire in sequenza logica una serie di operazioni seguendo delle
istruzioni; acquisire capacità di manipolazione di sostanze solide, liquide e gassose;
acquisire manualità nella costruzione di semplici apparecchiature; saper operare
correttamente quando si usano fiamme libere (candele accese); saper trarre conclusioni
generali dai risultati di una serie di attività sperimentali; conoscere ed usare il lessico
relativo ai termini: combustibile, comburente, temperatura di accensione, ecc.
requisiti (conoscenze ed abilità necessarie per affrontare l'esperimento). Per esempio:
conoscenza degli stati fisici della materia; capacità di manipolare sostanze allo stato
gassoso; capacità di eseguire misure di lunghezza, volume, peso e temperatura;
conoscenza e comprensione del concetto di conservazione della massa; capacità di cogliere
relazioni di causa ed effetto
punti salienti (osservazioni, dedicate all'insegnante, sull'esperimento, sul suo valore
didattico, sulle possibili implicazioni in altri fenomeni o argomenti)
materiali richiesti (lista dei materiali necessari per effettuare l'esperimento)
procedure sperimentali (metodo di lavoro per effettuare l'esperimento)
note esplicative (osservazioni particolari sulle procedure)
norme di sicurezza (eventuali regole da seguire nel caso che l'esperimento preveda
pericoli)
04.03. sequenza degli esperimenti programmati
Il progetto generale sulla combustione prevede 8 schede in sequenza
1. osservazioni preliminari sulla combustione
2. combustione con volume d'aria limitato
3. fattori coinvolti nella combustione
4. trasformazione dei materiali nella combustione
5. sostanze solide derivate dalla combustione
6. sostanze prodotte dalla combustione: l'acqua
7. sostanze prodotte dalla combustione: l'anidride carbonica
8. la respirazione: processo che produce anidride carbonica
Di queste riportiamo solo, come esempi, la 3, la 7 e la 8
*** Una osservazione importante, legata a precedenti esperienze effettuate durante corsi di
aggiornamento per insegnanti in servizio: l'apparente semplicità degli esperimenti ("sono
sempre i soliti esperimenti con le candele!", è il comune commento di molti insegnanti) non
comporta che la loro comprensione sia effettiva ed efficace: ben diverso è l'atteggiamento
del bambino di 8-10 anni (che si limita ad una osservazione, seppur relativamente critica) e
quello del ragazzo di 13-15 (che può affrontare lo stesso argomento ad altro livello). Non è
necessario progettare esperimenti complessi, con procedure sofisticate e con sostanze
chimiche dal nome sempre più "difficile", per aumentare il livello di apprendimento;
necessario è invece indagare sul fenomeno, sulle sue cause, sulle sue variabili, sulle sue
conseguenze, mediante un processo spiraliforme di progressivo approfondimento
04.03.01. scheda 3: fattori coinvolti nella combustione
obiettivi specifici
acquisizione del fatto che la combustione può essere regolata variando la quantità di aria
presente; acquisizione del fatto che le masse d'aria calda salgono verso l'alto richiamando
dal basso aria più fredda; capacità di rilevare fattori significativi che entrano in gioco nella
combustione
requisiti specifici
conoscenza dell'esistenza dell'aria
materiali richiesti
una candela di 5-6 cm; un supporto per la candela (coperchietto da barattolo, moneta o
oggetti equivalenti); una bottiglia da acqua minerale da litri 1,5 in plastica trasparente non
infiammabile, a sezione circolare, con collo stretto e possibilmente a pareti lisce; un paio di
forbici; un rotolo di nastro adesivo da 1,5 cm colorato; scatola di fiammiferi; un grosso
chiodo; alcuni fogli di carta da cucina con rilievo superficiale a nido d'ape (tipo scottex);
alcune salviette di carta a più veli, liscia e morbida; una strisciolina di carta ad un velo di
10x0,5 cm
procedimenti sperimentali
le operazioni vengono effettuate dagli studenti, salvo situazioni in cui sia necessario
l'intervento dell'insegnante (vedi le norme di sicurezza); sta all'insegnante decidere chi le
deve effettuare, in base alle abilità e all'affidabilità del gruppo degli studenti
fase A
a. con le forbici si asporta la parte centrale del fondo della
bottiglia avendo cura di effettuare il taglio in modo che la
parte tagliata possa appoggiare perfettamente su una
superficie piana
b. si posa la salvietta di carta a più veli su un piano
orizzontale liscio; si colloca su questa il supporto recante la
candela fissata con cera fusa; si accende la candela
c. si appoggia la bottiglia (senza tappo e con le pareti interne
asciutte) sulla salvietta, in modo che la candela accesa si
trovi al centro della bottiglia
d. si verifica che avviene una fuoruscita di gas caldi dal collo
della bottiglia, ponendovi sopra, a 5-10 cm, la mano
e. si osserva l'andamento dell'esperimento fino allo spegnimento della candela
f. si ripete l'esperimento e, quando la fiamma è prossima a spegnersi, si rifornisce la
camera di combustione con una leggera inclinazione laterale della bottiglia; si osserva il
ristabilirsi del processo normale di combustione
g. si ripete l'esperimento sostituendo la salvietta a fogli lisci con un foglio di carta da
cucina: si osserva che la fiamma arde più a lungo
fase B
a. con le forbici
si pratica una
feritoia di circa
3x0,5 cm sulla
parete della
bottiglia, in una
posizione
corrispondente
all'altezza della
fiamma
b. si ripetere il
procedimento
precedente (fase
A) ai punti b. e
c.
c. si osserva che
la fiamma non si
spegne anzi,
risulta più vivace
ed è agitata da
un tremolio in
precedenza
assente
d. si tiene
sospesa
all'altezza della
feritoia la
strisciolina di
carta, alla
distanza di 1-2
cm, e se ne
notano gli
spostamenti
causati dalla
corrente d'aria
e. si solleva la bottiglia di plastica e si praticano dei fori a diverse altezze (vedi figura) con il
chiodo precedentemente scaldato sulla fiamma della candela accesa; si riposiziona la
bottiglia sopra la candela e si osserva l'andamento del fenomeno chiudendo a turno gli
accessi d'aria mediante il nastro adesivo
note esplicative
Per la riuscita dell'esperimento è determinante un buon contatto tra la carta e il fondo della
bottiglia; con la carta soffice tipo salvietta l'accesso dell'aria dal basso è ostacolato al punto
da non essere sufficiente a mantenere la combustione; con l'altro tipo di carta invece
l'adesione non è sufficiente ad evitare l'afflusso dell'aria
Importante è anche che il collo della bottiglia non sia troppo largo, altrimenti può accadere
che vi sia un parziale rinnovo d'aria dall'alto, sufficiente a mantenere la combustione
La fiamma deve essere inizialmente di 2-3 cm e lo stoppino di circa 1 cm; diversamente
l'effetto può essere attribuito all'esiguità della fiamma; è opportuno che lo stoppino non
presenti l'estremità incandescente fuori dalla fiamma: in tal caso tagliare con le forbici la
punta dello stoppino
Nel caso che la bottiglia venga predisposta con fori o aperture prima delle fasi d., e., f. della
fase A, avere cura di sigillare i fori con nastro adesivo
Quando si ripete l'esperienza, provvedere a rinnovare l'aria nella camera di combustione
sollevando bene la bottiglia
norme di sicurezza
L'esperimento richiede l'uso di fiamme libere e pertanto dovrebbe essere condotto
dall'insegnante a scopo dimostrativo adottando le dovute cautele: lo stesso vale per l'uso
delle forbici. Sta all'insegnante valutare la possibilità di far eseguire anche queste operazioni
dagli studenti
Assicurarsi che la plastica di cui è fatta la bottiglia non sia infiammabile (dovrebbe fondere e
deformarsi ma non accendersi facilmente)
punti notevoli
Osservare che la fuoruscita di gas caldi dal collo della bottiglia è una condizione per il
proseguimento della combustione; se vi è occlusione o ostacolo al passaggio (se cioè manca
il "tiraggio") la combustione non si mantiene
La combustione continua solo se c'è ricambio d'aria ed è migliore quando la feritoia è
praticata all'altezza della fiamma o più in basso; diversamente la combustione può divenire
difettosa o addirittura cessare
Le dimensioni e la posizione dei fori di entrata dell'aria hanno notevole influenza sul
fenomeno
Può essere utile far riferimento, nella vita quotidiana, a un caminetto o ai bruciatori
impiegati nel riscaldamento domestico
Il fatto che l'aria calda tenda a salire può essere collegato ai fenomeni naturali dei venti e
delle brezze
04.03.02. scheda 7: sostanze prodotte dalla combustione: l'anidride carbonica
obiettivi specifici
introduzione della locuzione "mezzo analitico"; osservazione di come funziona un mezzo
analitico: intorbidamento dell'acqua di calce; avvio all'acquisizione del concetto di
trasformazione
requisiti specifici
capacità di filtrare; capacità di utilizzare correttamente una siringa; capacità di manipolare
sostanze gassose; capacità di effettuare misure di peso e di volume
materiali richiesti
una candela; una moneta o altro per supportare la candela; una vaschetta di alluminio da
alimenti; un barattolo di vetro alto, a bocca larga (tipo quelli da conserve alimentari); due
cucchiai di calce spenta fresca; un imbuto di vetro; un supporto per l'imbuto; fogli di carta
da filtro (o carta assorbente); un recipiente per raccogliere l'acqua di calce filtrata; cinque
bicchieri di plastica trasparente; tre cannucce snodabili; una siringa da 50 ml in plastica
munita, al posto dell'ago, di un tubetto flessibile lungo almeno 30 cm; cera per modellare
(plastilina, pongo); una bottiglietta da succo di frutta vuota; aceto (100 ml); bicarbonato di
sodio (10 g); fiammiferi; forbici; un cucchiaino; bilancia; cilindri graduati; un pennarello
procedimenti sperimentali
a. preparazione dell'acqua di calce: aggiungere acqua ad un po' di calce spenta; agitare e
lasciar sedimentare la sospensione (possibilmente per un giorno); filtrare con carta da filtro
raccogliendo circa 0,5 litri di liquido filtrato; nel caso il liquido non sia limpido, rifiltrarlo
b. suddividere l'acqua di calce nei 5 bicchieri di plastica trasparente; numerare i bicchieri:
1, 2, 3 ,4, 5
c. disporre la candela sul suo supporto, fissandola con un po' di cera; posarla nella bacinella
di alluminio contenente dell'acqua; accenderla e coprire con il barattolo; lasciare che la
candela si spenga a combustione ultimata
d. prelevare, con siringa e tubetto flessibile, parte del gas contenuto nel barattolo dopo la
combustione e insufflare nel bicchiere 1 contenente una porzione di acqua di calce, più
volte, fino ad intorbidamento (generalmente occorrono 3-4 insufflazioni)
e. togliere il barattolo che copre la candela accesa; collegare la siringa con tubetto ad un
imbuto di vetro, aspirando i gas combusti sopra la candela accesa ed insufflare nel bicchiere
2 che contiene l'acqua di calce (occorrono almeno 3 prelievi per ottenere intorbidamento)
f. introdurre, in una bottiglietta da succo di frutta vuota, bicarbonato (mezzo cucchiaino) e
aceto (1/5 del volume); applicare rapidamente sul collo della bottiglietta una cannuccia
pieghevole preventivamente munita di collare di plastilina sigillando il collo; far gorgogliare
il gas che si sviluppa nel bicchiere 3 contenente acqua di calce
g. mediante una cannuccia soffiare lentamente l'aria dei polmoni facendola gorgogliare nel
bicchiere 4 contenente acqua di calce (occorrono generalmente almeno 5-6 operazioni per
ottenere intorbidamento)
h. effettuare una prova "in bianco": lavare bene la siringa; riempirla aspirando aria
atmosferica; farla gorgogliare nel bicchiere 5 con acqua di calce per evidenziare la
mancanza di intorbidamento significativo anche dopo ripetute prove
note esplicative
L'acqua di calce costituisce il "mezzo analitico" che permette di mettere in evidenza la
presenza di anidride carbonica.
Utilizzare acqua di calce preparata di recente con calce non carbonatata. Eventualmente
fare una prova preventiva in bianco controllando l'attività dell'acqua di calce mediante
l'aggiunta di un po' di acqua minerale gassata
La prova in bianco può dare un leggerissimo intorbidamento: dipende dalle piccole quantità
di anidride carbonica presenti nell'aria atmosferica
norme di sicurezza
Evitare l'ingestione dell'acqua di calce poiché è caustica: quando si fa gorgogliare l'aria dei
polmoni (fase g.) evitare accuratamente di aspirare acqua di calce con la cannuccia
Seguire le norme già indicate per l'uso di fiamme libere
punti notevoli
Far notare che il mezzo analitico prescelto (acqua di calce) consente di evidenziare la
presenza di un gas comune, l'anidride carbonica, qualunque sia la sua provenienza
Far rilevare la natura dell'intorbidamento dovuto alla precipitazione di una sostanza
insolubile nell'acqua (carbonato di calcio), questa sostanza si è formata nella reazione
chimica fra l'idrato di calcio in soluzione e l'anidride carbonica
04.03.03. scheda 8: la respirazione: processo che produce anidride carbonica
obiettivi specifici
capacità di correlare la combustione dei materiali organici con la respirazione degli
organismi, mediante l'esame delle analogie e delle differenze dei due processi e
l'identificazione dei prodotti; comprendere che durante la germinazione si produce anidride
carbonica; individuare afflnità fra combustione e respirazione
requisiti specifici
capacità di riconoscere l'anidride carbonica utilizzando come "mezzo analitico" l'acqua di
calce
materiali richiesti
Acqua di calce; dieci semi di fagioli germinati (lasciati su cotone bagnato e al buio per alcuni
giorni); dieci semi di fagioli non germinati; tre barattoli di vetro a collo largo con tappo; due
bicchierini possibilmente non di vetro; un bicchiere trasparente; una cannuccia da bibite;
acqua distillata
procedimenti sperimentali
a. numerare i tre barattoli; introdurre nel barattolo 1 solo acqua di calce; introdurre nel
barattolo 2 acqua di calce (fino all'altezza di 2 cm circa) e un bicchierino contenente semi
non germogliati; introdurre nel barattolo 3 acqua di calce e un bicchierino contenente tre
semi in germinazione; tappare immediatamente i tre barattoli
b. osservare i tre barattoli e trascrivere le osservazioni (nei barattoli 1 e 2 l'acqua di calce
rimane praticamente limpida, mentre nel 3 si nota un progressivo intorbidamento)
c. versare acqua di calce in un bicchiere pulito; soffiare più volte l'aria dei polmoni
nell'acqua di calce mediante una cannuccia: anche in questo caso l'acqua di calce si
intorbida
note esplicative
Utilizzare acqua di calce preparata di fresco
Una prova in bianco può dare un leggerissimo intorbidamento: dipende dalle piccole
quantità di anidride carbonica presenti nell'aria atmosferica
I barattoli e i bicchieri devono essere sciacquati con acqua distillata prima di ogni prova
Nella prova con i fagioli germinati l'intorbidamento è progressivo e molto evidente
norme di sicurezza
Mentre si fa gorgogliare l'aria con la cannuccia, fare attenzione di non aspirare il liquido
punti notevoli
L'esperienza permette di avviare una correlazione tra i processi chimici che si verificano nel
mondo inorganico e in quello biologico e di creare collegamenti tra le conoscenze
preacquisite: si suggerisce l'ipotesi che combustione e respirazione siano processi analoghi
Con un ulteriore lavoro di discussione si può far notare che la produzione di anidride
carbonica può essere dovuta anche a processi diversi dalla combustione o dalla
respirazione: ad esempio ricordare l'esperienza f. della scheda 7; inoltre se si versa un
acido sul carbonato di calcio si forma un gas che è ancora anidride carbonica. A questo
stadio si può solo osservare una analogia di comportamento fra il fenomeno osservato nella
esperienza descritta e la combustione
L'ipotesi che i due processi siano analoghi potrebbe trovare una conferma nel fatto che
durante la germinazione si produce calore. Ciò può essere messo in evidenza con un
esperimento che faccia avvenire la germinazione in un ambiente isolato termicamente (ad
esempio in un termos), ma l'aumento di temperatura che si può ottenere è dell'ordine di
1°C ed è misurabile solo con termometri di sensibilità elevata, generalmente non
disponibili; effetti un po' maggiori si possono ovviamente ottenere introducendo nel termos
una quantità maggiore di semi