LA MATERIA CLASSIFICAZIONE E CARATTERISTICHE

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1 LA MATERIA CLASSIFICAZIONE E CARATTERISTICHE Premessa In natura difficilmente troviamo sostanze allo stato puro, quasi tutto ciò che ci circonda è costituito da miscele. Una miscela è una parte di materia di composizione variabile costituita da due o più sostanze pure che conservano la loro identità chimica. Le sostanze pure: elementi e composti I chimici definiscono «sostanza» un campione di materia con composizione chimica definita e dividono le sostanze in elementi e composti. Un elemento è una sostanza formata da atomi tutti uguali, cioè tutti con lo stesso numero atomico. Un composto si forma quando due o più atomi diversi si legano insieme. L ossigeno presente nell aria è un elemento, così come l idrogeno. L acqua è un composto. Ricordiamo che la più piccola particella di una sostanza (elemento o composto) che ne conserva tutte le caratteristiche è la molecola e che una molecola può essere formata da un solo atomo o da più atomi. RICORDATI >> La molecola è piccolissima: in una manciata di terra o in un bicchier d acqua vi è un numero di molecole enorme. Ad esempio in un cucchiaino d acqua ci sono più atomi dei cucchiaini d acqua contenuti nell Oceano Atlantico. Circa il triplo!! Le miscele In natura difficilmente si trovano corpi formati da sostanze pure, più spesso si trovano miscele, cioè materia di composizione variabile, formata da due o più sostanze. Esse si possono distinguere in miscugli e soluzioni. Miscugli Il miscuglio è una miscela eterogenea, in cui le singole sostanze componenti rimangono separate, anche se vengono mescolate. Un esempio di miscuglio è una roccia formata da minerali diversi o un bicchiere di acqua e olio. Anche se mischiate le sostanze possono essere riconosciute. Nella figura è presente una roccia granitica, un miscuglio di sostanze solide (minerali) e acqua con olio, un miscuglio di due sostanze liquide. Le soluzioni Le soluzioni sono miscele omogenee, in cui le singole sostanze componenti non sono riconoscibili neanche al microscopio. Le soluzioni sono formate da un solvente, il componente più abbondante (ad esempio acqua), e da un soluto il componente meno abbondante dissolto nel solvente.

2 MAPPA CONCETTUALE Solubilità e concentrazione La solubilità è la capacità di una sostanza (soluto) di formare una miscela omogenea con un'altra sostanza (solvente). Il sale da cucina (NaCl) ha una certa capacità di sciogliersi in acqua. La solubilità di una sostanza in soluzione (cioè la quantità di soluto che può disciogliersi in una certa quantità di solvente) dipenda dalla temperatura. Per esempio il sale da cucina aumenta la propria solubilità all aumentare della temperatura della soluzione. Ma attenzione: l anidride carbonica nella Coca Cola aumenta la propria solubilità con il diminuire della temperatura, cioè scaldando la soluzione il gas (CO 2) si libera e gonfia il palloncino La concentrazione di una sostanza in soluzione è la quantità di soluto disciolto in una determinata quantità di solvente. Che cosa succede quando introduciamo del sale in acqua? Gli atomi della molecola d acqua catturano gli atomi, diventati ioni, del cloruro di sodio. 2

3 Attività di laboratorio - Distinguere le miscele Metodo scientifico FASE 1 - Osservazione: quali di queste miscele sono eterogenee e quali omogenee? Acqua e sale Acqua e sabbia Acqua e olio Acqua e zucchero FASE 2 - Ipotesi: completa la tabella ipotizzando il comportamento delle sostanze Sostanze Acqua e sale da cucina Acqua e olio Acqua e zucchero Acqua e sabbia Miscela omogenea Miscela eterogenea FASE 3 - Materiali: sale da cucina, zucchero, sabbia, olio, 1 cucchiaino da caffè, quattro bicchieri di plastica trasparente, acqua distillata (o acqua di rubinetto). FASE 3- Procedimento: versare acqua distillata nei bicchieri e aggiungere quantità limitate delle sostanze sopra elencate. FASE 3 Raccolta dati: compilare la seguente tabella con i risultati osservati Sostanze Si scioglie Non si scioglie Sale da cucina Olio Zucchero Sabbia FASE 3 Conclusione: stabilisci quali sono miscele omogenee e quali eterogenee e se hai fatto delle ipotesi errate Sostanze Ipotesi Esperimento Acqua e sale da cucina Acqua e olio Acqua e zucchero Acqua e sabbia FASE 4 Teoria: stabilisci ora con certezza che Acqua e sale è una.. Acqua e olio è una Acqua e zucchero è una Acqua e sabbia è una.. Linguaggio specifico - Soluto e solvente nelle soluzioni La sostanza introdotta in maggior quantità nel bicchiere è detta solvente e la sostanza versata in minor quantità soluto. Specifica nella tabella quale è il solvente e quale il soluto in ogni miscela. Soluzioni Solvente Soluto Acqua e sale Acqua e zucchero 3

4 Attività di laboratorio Calcolo della concentrazione in peso di una soluzione tipo marina Materiali: sale da cucina, bilancia, acqua distillata, contenitore graduato da 1 litro, cucchiaino Procedimento: pesare e versare 35 g di sale in 1000 ml di acqua Percentuale (%) in peso: cioè la quantità in grammi di soluto disciolta in 100 grammi di soluzione. Calcolo: la soluzione pesa 1035 grammi, quindi effettueremo una proporzione 35 g (soluto) 1035 g (soluzione) = x 100 Risultato: la concentrazione è del. x = Dopo aver calcolato la concentrazione della soluzione assaggiala e ti sembrerà di assaggiare l acqua di mare. 4

5 Test d ingresso Con il seguente test effettueremo l accertamento delle conoscenze e delle capacità osservative degli allievi sulle sostanze, gli elementi e i composti in generale e con riferimenti ad esempi comuni, inoltre valuteremo l acquisizione del linguaggio chimico. Per realizzarlo utilizzeremo 8 domande a risposta chiusa e aperta. Domanda n. 3 Elenca almeno tre tipi composti. Domanda n. 4 Un elemento: è una sostanza che può essere decomposta in sostanze più semplici è una sostanza che non può essere decomposta in sostanze più semplici c. può essere anche un composto d. non è una sostanza Domanda n. 5 Nella tua vita hai avuto a che fare con acqua distillata, acqua di rubinetto, acqua di fiume, acqua di mare 1. Quale tipo di queste è da considerarsi una sostanza pura? Domanda n. 6 Quando abbiamo parlato di elementi e composti abbiamo introdotto la simbologia chimica relativa. Utilizzando quello che hai appreso completa la tabella seguente associando a ciascuna sostanza la simbologia relativa. Domanda n. 7 Gli elementi chimici sono stati divisi in due grandi gruppi: metalli e non metalli. Quali proprietà vengono usate per questo tipo la classificazione? Domanda n. 8 Indica quali tra i seguenti elementi chimici sono da considerare metalli: rame, ossigeno, zinco, ferro, cloro, zolfo, cromo, fluoro, carbonio. 7.4 Verifica finale 5

6 Alla fine dell unità didattica verificheremo il livello di apprendimento delle conoscenze, delle procedure e del linguaggio chimico che gli allievi hanno acquisito. Realizzeremo una serie di domande cui gli studenti dovranno dare risposte aperte o chiuse. Domanda n. 1 Quale dei seguenti solidi si scioglie in acqua? a. sabbia b. olio c. sale d. zucchero Domanda n. 2 Quale dei seguenti sistemi è una soluzione? a. acqua e un po di sale b. olio e acqua c. acqua e sabbia d. acqua distillata Domanda n. 3 Che cosa si intende per processo di cristallizzazione? Domanda n. 4 La solubilità di un gas dipende solo dalla pressione e non dalla temperatura V F Domanda n. 5 Per conservare frizzante una lattina di coca cola aperta dove la metteresti? a. sul termosifone b. in frigo c. lontano dalla luce d. tutti i posti vanno bene Domanda n. 6 Spiega il significato dei seguenti termini: concentrazione, solubilità, solvente. Domanda n. 7 Quanti tipi di miscele conosci? quali sono? Soluzione: conosco due tipi di miscele, omogenee (soluzioni) e eterogenee (miscugli) Domanda n. 8 Una soluzione risulta più concentrata di un altra quando a parità di volume: a. contiene più solvente b. contiene più soluto c. contiene la stessa quantità di soluto 6

7 d. non contiene affatto soluto Domanda n. 9 Sapresti fare esempi di soluzioni presenti in natura? Domanda n. 10 Se aumenta notevolmente la temperatura dell acqua di un lago l ossigeno presente al suo interno diminuisce. Che cosa può succedere ai pesci che lo popolano? Valutazione: Ad ogni risposta verrà assegnato un punteggio. I punteggi verranno sommati e verranno calcolati i risultati in centesimi. Questi risultati verranno tradotti in giudizi. Infine si terrà conto delle specifiche domande per valutare il livello di conoscenze, le abilità ed il linguaggio scientifico acquisito. Uno studente potrebbe aver acquisito un buon livello di conoscenze ma essere ancora carente nella loro applicazione e quindi necessitare di attività finalizzate alla risoluzione di semplici problemi. APPENDICE Soluzioni test d ingresso N. 1 c. N. 2 Un diamante, un pezzetto di filo elettrico di rame, un chiodo di ferro N. 3 Un po di acqua distillata, una manciata di sale da cucina, un cristallo di quarzo N. 4 b. 7

8 N. 5 Soluzione: acqua distillata N. 6 Sostanza Simbologia Ossigeno O 2 Ferro Fe Acqua H 20 Anidride carbonica C0 2 Rame Cloruro di sodio Cu NaCl N. 7 Stato fisico a temperatura ambiente, densità, punto di fusione ed ebollizione, lucentezza, duttilità, malleabilità, conduttività. N. 8 Rame, zinco, ferro, cromo. Valutazione Ciascuna risposta avrà un punteggio. La somma dei punteggi darà un valore in centesimi. Sulla base della distribuzione dei punteggi totali di ciascun allievo valuteremo se effettuare un ripasso dei prerequisiti. Soluzioni verifica finale N. 1 c. d. N. 2 a. N. 3 Processo che consiste nel far evaporare il solvente di una soluzione e favorire la formazione di cristalli di soluto, così da separare i componenti della soluzione. N. 4 Falso N. 5 b. N. 6 Concentrazione: quantità di soluto disciolta in una determinata quantità di solvente ad una certa temperatura. Solubilità: quantità di soluto che può disciogliersi in una certa quantità di solvente, dipendente dalla temperatura e nei gas anche dalla pressione Solvente: la sostanza presente in maggior quantità in una soluzione N. 7 Conosco due tipi di miscele, omogenee (soluzioni) e eterogenee (miscugli) N. 8 b. N. 9 L acqua del mare o di un lago, l aria N. 10 8

9 I pesci respirano attraverso scambi gassosi (ossigeno) che avvengono tra l acqua e i piccoli vasi capillari presenti nelle branchie. Una notevole diminuzione della quantità di ossigeno disciolta in acqua potrebbe causare la morte di numerosi individui. Valutazione: Ad ogni risposta verrà assegnato un punteggio. I punteggi verranno sommati e verranno calcolati i risultati in centesimi. Questi risultati verranno tradotti in giudizi. Infine si terrà conto delle specifiche domande per valutare il livello di conoscenze, le abilità ed il linguaggio scientifico acquisito. Uno studente potrebbe aver acquisito un buon livello di conoscenze ma essere ancora carente nella loro applicazione e quindi necessitare di attività finalizzate alla risoluzione di semplici problemi. BIBLIOGRAFIA A. BARGELLINI, IL MONDO DELLE SCIENZE, SIGNORELLI EDITORE, MILANO 1997 BARGELLINI, LARDICCI, RASPI, RIANI, DALLA CONOSCENZA DI SENSO COMUNE ALLA CONOSCENZA SCIENTIFICA, IRSAE TOSCANA, FIRENZE 1992 A. BARGELLINI, CHIMICA materiali, energia, ambiente, SIGNORELLI EDITORE, MILANO 1996 BARGELLINI, DURANTI, D EUGENIO, LEZIONE DEL SUL CONCETTO DI SOLUBILITA, CORSO DI CHIMICA PER LA CLASSE 59, I ANNO, SSIS TOSCANA SEDE DI PISA, ANNO NICCOLI, SUGGERIMENTI PER UNA DIDATTICA DEI CONCETTI SCIENTIFICI, DISPENSE CORSO DI CHIMICA CLASSE 60 I ANNO, SSIS TOSCANA SEDE DI PISA, ANNO