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Lavoro sperimentale degli alunni di una classe del biennio I.T.I.S.”A.Volta” Palermo

Questa attività di laboratorio, di semplice attuazione per l’utilizzo di materiali di facile reperibilità, è stata proposta, dopo alcune esperienze preliminari inerenti le proprietà delle sostanze (che spesso rimangono slegate l’una dall’altra nella pratica di laboratorio) a degli alunni del secondo anno di un Istituto Tecnico Industriale.

Tale attività è stata progettata sotto forma di problem solving.

Infatti le informazioni di partenza (i dati) sono incomplete.

L'obiettivo è chiaramente definito (lo scopo).

Il metodo con cui collegare i dati allo scopo (risolvere il problema) è legato alla capacità dello studente di “operare” per trovare i dati mancanti. Ciò richiede un ragionamento per progettare un percorso personale che porti alla raccolta dei dati e alla risoluzione del problema.

(vedi A. Johnstone in Creative problem solving in Chemistry, (C. Wood Ed.), The Royal Society of Chemistry: London 1993, p. IV-VI).

Sono stati preparati dei campioni utilizzando cloruri del primo gruppo, monosaccaridi (glucosio o fruttosio), disaccaridi (saccarosio) e naftalina.

Distribuiti i campioni, contrassegnati con delle lettere, si sono fornite le seguenti informazioni:

  • - alcune sono sostanze ioniche (cloruri del primo gruppo);
    - altre sono molecole polari (mono e disaccaridi);
    - altre ancora sono sostanze molecolari apolari (naftalina).

Per questa attività sono state messe a disposizione bacchette di plastica, bacchetta di vetro,cartoncino scuro, provette, becher, filo di Ni-Cr, vetrino d’orologio, bruciatore di Bunsen, piastra riscaldante, circuito elettrico con elettrodi di grafite, acqua distillata, esano, acido cloridrico diluito 1:1, reattivo di Tollens e del ghiaccio.

Il percorso sperimentale, attuato dagli alunni, prevedeva varie prove per caratterizzare i campioni e attraverso tali prove essi mettevano in evidenza:

- il comportamento in un campo elettrico indotto da una bacchetta elettrizzata di vetro e/o di plastica (Parte sperimentale 1).

- La solubilità dei campioni, utilizzando come solventi acqua ed esano (Parte sperimentale 2).

- La conducibilità delle sostanze esaminate, che permetteva di classificarle in composti ionici, molecolari polari e molecolari apolari (Parte sperimentale 3).

L’identificazione finale delle sostanze è stata effettuata utilizzando i saggi alla fiamma per i composti ionici (Parte sperimentale 3a); il test di Tollens per i composti molecolari polari, mono e disaccaridi (Parte sperimentale 3b); la sublimazione, caratteristica delle molecole apolari che a temperatura ordinaria si presentano allo stato solido. (Parte sperimentale 3c).

Parte sperimentale 1 (prove d’elettrizzazione)

Al campione incognito, posto su un cartoncino scuro, si avvicina una bacchetta di vetro o plastica precedentemente elettrizzata. In base al tipo di sostanza si potranno osservare i seguenti comportamenti:

a. i granelli di sostanza non subiscono alcuno spostamento (l’ipotesi è che il campione in esame è una sostanza molecolare apolare);

b. soltanto alcuni granelli saranno attratti (l’ipotesi è che si tratta di una sostanza molecolare polare);

c. alcuni granelli sono attratti, mentre altri saranno dispersi su una superficie maggiore (l’ipotesi è che si tratta di una sostanza ionica).

Parte sperimentale 2 (prove di solubilità)

Il campione viene saggiato con due liquidi, l’acqua (liq. polare) e il normal esano (liq. apolare). Il tipo di sistema che si genererà, omogeneo o eterogeneo, discriminerà il campione che potrà essere classificato come soluto di tipo ionico o molecolare polare, se si scioglie in acqua o di tipo molecolare apolare se si scioglie in esano.

Parte sperimentale 3 (prove di conducibilità)

Sui campioni che danno sistemi omogenei saranno eseguite le prove di conducibilità, utilizzando un circuito elettrico.

Per le miscele omogenee, che hanno come solvente l’acqua, si potranno verificare due casi:

A) si ha passaggio di corrente elettrica (rilevato dall’accensione della lampadina) e ciò indica che si tratta di un composto ionico. L’identificazione potrà essere effettuata utilizzando la tecnica del “saggio alla fiamma”.

B) Non si ha passaggio di corrente, quindi si tratta di un composto molecolare polare. La differenziazione del monosaccaride o del disaccaride sarà in seguito effettuata tramite il saggio di Tollens. Questa prova se risulta positiva identifica il monosaccaride (glucosio o fruttosio), mentre se negativa identifica il disaccaride (saccarosio).

Per le miscele omogenee che hanno come solvente l’esano, non si ha conduzione di elettricità e la natura del soluto potrà essere identificata attraverso la sublimazione che è una trasformazione fisica.

Parte sperimentale 3a (saggio alla fiamma)

Una piccola quantità di sostanza incognita viene prelevata con il filo di Ni-Cr, precedentemente inumidito con acido cloridrico diluito 1:1, e portata alla base della fiamma del bruciatore.

In base al colore che assume la fiamma si potrà stabilire, in modo certo, di quale metallo si tratta. (mentre, sebbene in questa esercitazione non sia stato utilizzato, la presenza di cloruri nel campione poteva essere messa in evidenza usando il nitrato d’argento).

Parte sperimentale 3b (saggio di Tollens)

A due ml di reattivo di Tollens*, posti in una provetta, viene aggiunta una piccola quantità di campione.

Se si osserva la formazione di uno “specchio” di argento metallico sulle pareti della provetta si potrà affermare che il camione in esame è un monosaccaride, mentre se non si avrà la formazione dello specchio d’argento si potrà affermare che siè in presenza di un disaccaride:saccarosio.

*Il reattivo di Tollens (Ag(NH3)OH) si prepara aggiungendo a un ml. di AgNO3 in soluzione, un ml di NaOH al 10%. Si avrà la formazione di un precipitato che verrà dissolto per aggiunta; goccia a goccia; di NH4OH.

Parte sperimentale 3c (sublimazione)

Una parte del campione incognito viene messo in un becker che viene coperto da un vetrino d’orologio contenente del ghiaccio. Il tutto è posto su una piastra riscaldante e scaldato cautamente sotto cappa.

Il riscaldamento genererà dei vapori provenienti dal solido che condenseranno sotto forma di polvere finissima sulla superficie fredda del vetrino d’orologio.

Tabella raccolta dati
Prove di elettrizzazioneattrattinon attratti
Prove di solubilità acquaesano
Prove di conducibilitàconduce non conduce
Saggio alla fiammacolore alla fiamma 
Test di Tollenspositivonegativo
Sublimazionesino
Sostanza identificata  

Conclusioni
L’esperienza è stata effettuata da alunni delle seconde classi. L’attività proposta ha stimolato gli allievi a ragionare e a riflettere, più che eseguire meccanicamente l’esperienza; inoltre ha permesso di toccare parecchi contenuti teorici, svolti nel corso dell’anno scolastico, consentendo di trovare un filo conduttore e permettendo una più razionale organizzazione delle conoscenze.

Si è trattato pertanto di un’attività che, affidando all’allievo la progettazione del percorso, lo metteva in grado di cogliere appieno gli aspetti cognitivi del problema.

Il coinvolgimento degli alunni è stato notevole. Anche gli studenti meno motivati hanno raggiunto, con qualche aiuto mirato, risultati accettabili ed il loro livello di autostima è cresciuto. Il voto medio delle relazioni di laboratorio, compilate contestualmente al termine delle prove è stato di 6,38. Questo dato è da confrontarsi con i voti medi conseguiti in tutte le precedenti relazioni (4,45; 4,68; 5,00; 4,80; 4,60; 4,85; 5,63; 5,26; 5,50; 5,38; 5,78;) i cui valori sono stati inferiori a 6. Pertanto, nel caso di questa esperienza progettata come problem solving, il voto medio è stato più elevato delle medie dei voti precedenti e ciò è da attribuire, come risulta dalle votazioni più elevate, alle migliori prestazioni degli alunni, normalmente, meno interessati ed a un maggior grado di interesse ed autonomia, come risulta dall’osservazione durante lo svolgimento dell’esperienza, raggiunto dagli alunni e soprattutto da quelli meno motivati.

Provvidenza Ciprì I.T.P.

I.T.I.S.”A.Volta” Palermo