Quali conoscenze di base per comprendere l'innovazione?

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Ottavia Romagnoli
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tecnologie basate sulla luce IX Edizione Il Sole.

1 Quali conoscenze di base per comprendere l'innovazione? : dieci anni di SPAIS 2015 Anno internazionale della luce e delle tecnologie basate sulla luce IX Edizione Il Sole. La nostra stella e/è la nostra risorsa Siracusa, luglio 2015 Per informazioni e iscrizioni: infospais@gmail.com

2 NATURA PARTICELLARE DELLA MATERIA STRUTTURA ATOMICA E MOLECOLARE Michele A. Floriano, Anna Caronia, Roberta Maniaci Palermo, 23 Aprile 2015

3 Che cos'è un elemento? 3

4 Definizione IUPAC 1) A species of atoms; all atoms with the same number of protons in the atomic nucleus. 2) A pure chemical substance composed of atoms with the same number of protons in the atomic nucleus. Sometimes this concept is called elementary substance as distinct from the chemical element as defined under 1, but mostly the term chemical element is used for both 4

6 L ELEMENTO UNA SOLUZIONE DIDATTICAMENTE EFFICACE un elemento è identificato da un nome, un simbolo, un numero atomico e una posizione entro la tavola periodica. un elemento chimico non possiede proprietà macroscopiche: ha un carattere formale un elemento è una categoria, non un entità fisica. È dunque auspicabile riservare il termine elemento ad una classe di nuclei, mentre la sostanza semplice si riferisce al corpo materiale, ove l elemento è presente in termini concreti. Questo evita di confondere i livelli epistemologici che devono restare distinti. 6

7 7

8 Modello Particellare della Materia: Efficace sul piano didattico nell interpretare e prevedere fenomeni Difficoltà concettuale iniziale in quanto apparentemente contraddice evidenza Va costruito inizialmente trattando solo fenomeni fisici (stati fisici, passaggi di stato, dissoluzione, sostanza/miscugli ). Distinzione massa/volume

10 Assiomi iniziali: La materia è costituita da particelle. Le particelle sono indivisibili. Le particelle sono indeformabili. Le particelle hanno sempre le stesse dimensioni. Particelle uguali Particelle diverse uguale massa masse diverse

11 Compressione di un gas puro Rappresentare l immagine mancante a destra

12 L immagine dovrebbe contenere: particelle identiche prima e dopo compressione; stesso numero di particelle prima e dopo la compressione distanze maggiori prima della compressione Cosa c è tra una particella e l altra? Ulteriori commenti e suggerimenti sulla costruzione del modello particellare della materia: E. Roletto, I modelli particellari nell insegnamento, Treccani. La cultura Italiana.

13 MODELLO PARTICELLARE DELLA MATERIA La materia è formata da piccolissime particelle: In continuo movimento; Si muovono tanto più rapidamente quanto più elevata è la temperatura;

14 SOSTANZA Proprietà Caratteristiche Punti fissi MISCUGLIO Separazione possibile sfruttando le differenti proprietà

15 SEPARAZIONE DI MISCUGLI SELETTORE DI PROPRIETA

16 UN TEST In un bulbo di vetro evacuato, è contenuto un piccolo filo di rame. Tramite una scarica elettrica molto intensa, il filo viene vaporizzato in modo che, dopo la scarica, nel bulbo sono presenti solo atomi di rame isolati. La seguente tabella elenca alcune delle proprietà del filo di rame prima della scarica. Indicare nella colonna di destra, le proprietà che permangono dopo la vaporizzazione. PROPRIETA Colore rossiccio Reagisce con gli acidi Conduce la corrente Si ossida all aria È duttile È malleabile

delle stesse Dimensioni e proprietà Aggregati di

17 PROPRIETA DELLA MATERIA Differenziare tra proprietà delle particelle singole e quelle di un enorme (~10 23 ) numero delle stesse Dimensioni e proprietà Aggregati di dimensioni crescenti di atomi d oro Oro macroscopico NANOMATERIALI

18 MODELLO PARTICELLARE DELLA MATERIA La materia è formata da piccolissime particelle: In continuo movimento; Si muovono tanto più rapidamente quanto più elevata è la temperatura; Quando sono vicine esistono delle forze attrattive che variano di intensità a secondo della natura delle particelle. 18

19 STATI DI AGGREGAZIONE T = COSTANTE SOLIDO (Fe) LIQUIDO (H 2 O) GAS (O 2 ) STATO FISICO Bilancio tra forze di attrazione e moti termici

20 PASSAGGI DI STATO Vaporizzazione Vaporizzazione Ebollizione Evaporazione

21 DENSITA Sostanza Massa Densità Cromo 51,99 7,15 Ferro 55,85 7,86 Nichel 58,69 8,91 Rame 63,55 8,96 Zinco 65,39 7,14 Stagno 118,71 7,30 Piombo 207,20 11,34 Platino 195,08 21,45 Mercurio 200,59 13,53

22 DENSITA Sostanza Massa Densità Acqua 18 1 Alcool 46 0,80 Le particelle di materiali più densi si aggregano in maniera più compatta.

23 23

25 STRUTTURA ATOMICA e MOLECOLARE Modello: nucleo + elettroni Atomo di Bohr Quantizzazione dell energia

26 SPETTRI EMISSIONE Gli spettri atomici di emissione sono a righe Saggi alla fiamma

27 SPETTRI

28 SPETTROSCOPIO Esperimenti scientifici da fare per gioco di Ian Graham e Mike Goldsmith (Le Scienze, Roma, 2015)

29 SPETTRI ATOMICI

30 STRUTTURA IPERFINE Atomo di Bohr va modificato Numeri quantici n = 1,2,3..: l = n-1 m l = da l a + l m s = +1/2; -1/2 Riempimento Aufbau Regola di Madelung

31 ORBITALI? Non indispensabili per interpretare leggi della Chimica nella scuola Geometria molecolare VSEPR Comunque rappresentano Chimica moderna e sono presenti in tutti i libri di testo

32 MA QUESTE PARTICELLE ESISTONO VERAMENTE? Citare quella che considerate l evidenza più efficace che supporti questa idea.

33 STM Graphite surface

34 Microscopio AFM

35 Microscopio STM

36 STM self assembled gold on silicon surface

37 STM Electron Corral

38 STM Xe atoms

39 STM DNA double helix

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