mini kit LA FORMA DEI CRISTALLI

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1 tradizione e rivoluzione nell insegnamento delle scienze mini kit LA FORMA DEI 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 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.

2 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 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] Sale NaCl solubilità [g/litro] Allume KAl(SO4)2 12 H2O Solfato di Rame CuSO4 5 H2O ~ ~ 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

3 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. SUL BORDO DEL BICCHIERE - sale da cucina 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. 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. MESCOLATI

4 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. 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 sale da cucina in goccia cristallini di allume in goccia (evaporata) III. IN GOCCIOLINE - pipette - alcune superfici di plastica (tipo custodia CD o DVD), tovaglioli di carta 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) i cristalli si delle diverse sostanze hanno forma e colori caratteristici. IV. SOLIDI GEOMETRICI - filo per cucire - filo di ferro 1. procurarsi un bel cristallo, di quelli cresciuti sul fondo del bicchiere o dentro una goccia. Per bello si in-

5 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. regolare il filo, e sospendere il cristallo alla giusta altezza. Si può anche immergere il cristallo in soluzioni successive, continuando a nutrirlo. - questi sali o cristalli geometrici sono oggetti molto belli da vedere, sono come piccole gemme, piccole meraviglie della natura. 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