Il vuoto esiste ?

1. È pura follia continuare a fare sempre le stesse cose ed aspettarsi differenti risultati Albert Einstein Il vuotoesiste? Giuseppe Valitutti Università di Urbino ‘’Carlo Bo’’ gvalitutti@virgilio.it Napoli 2011

2. Indirizzi utili • www.ihmc.us Per scaricare il software sulle mappe concettuali • www.leparoledellascienza.it 25 Film di 3 minutisu ‘’Il MondodellaChimica’’ • www.itismajo.it/chimica Come siorganizzaunospettacolodiChimica • www.learner.org • http://www.indire.it/delivery_unit/allegati/rfu278.pdf • http://www.scienzeformaz.urbino.com/Prodotti/SchedaProdotto.asp?PathID=329.469&IDDB=1&Lan=IT • Per i collegamenti ai siti bisogna aprire a schermo intero. Quindi si porta il cursore (col mouse) al centro di ciascuno indirizzo e si clicca.

4. Sotto zero (0°C) l’acqua è solida. Le molecole vibrano e oscillano, pur conservando una struttura rigida. Le molecole sono separate da spazi vuoti. Le molecole si muovono liberamente e sono separate da grandi spazi vuoti. L’acqua è liquida da 0°a 100°. Le molecole si muovono liberamente, ma rimangono vicine e sono separate da spazi vuoti. Modello particellare

6. L’entità del moto (energia cinetica media)delle particelle allo stato solido, liquido e gassoso è la stessa se le temperature di solidi, liquidi e gas sono uguali. Cambiano solo le modalità con cui si muovono: nei solidi le particelle vibrano e oscillano intorno a delle posizioni fisse, nei liquidi scorrono l’una sull’altra e sono disordinate ma vicine , nei gas si muovono in tutte le direzioni. Il Bollitore

7. Di che cosa sono fatte le bollicine ? • Carlo: sono bollicine di calore • Nicola: le bollicine sono piene d’aria • Teresa: le bollicine sono una forma invisibile d’acqua • Laura: le bollicine sono vuote e dentro non c’è niente • Michele: le bollicine contengono idrogeno e ossigeno, che sono gli elementi componenti dell’acqua. • Con quale allievo/a siete più d’accordo e perché ? Spiegate per iscritto il vostro pensiero.

8. Investigazioni • 1. Tappetino di gomma e libro • 2. Siringa e manometro • 3. Termometro digitale • 4. Pompa da vuoto e beuta codata • 5. Cubi di zinco e rame • 6. Palloncino con chiodi di garofano • 7. Stratificare l’alcol sull’acqua (matraccio) • 8. Il palloncino nella beuta • 9. Reazioni chimiche sul lucido

9. Investigazioni • 10. La logica chimica: le 4 bottiglie colorate e l’ingrediente misterioso • 11. Colorante in acqua calda, fredda e su ghiacciolo • 12. Gocce d’acqua e d’olio su carta da forno • 13. Spezzare le molecole: fermentazione • 14. Cromatografia di carotene e licopene C40 H56 • 15. Volume di ossigeno in H2O2.

10. La pressione atmosferica

12. Motivazione e organizzazione • Ha scritto J.Osborne, ‘’se gli argomenti e le attività di laboratorio di per i docenti non sono interessanti e motivanti, difficilmente essi riusciranno a suscitare in classe la curiosità e l’entusiasmo degli allievi verso le discipline scientifiche’’. • Per questi motivi si propongono molte investigazioni tra le quali scegliere quelle più adatte. Gli obiettivi della proposta didattica sono: • 1. la comprensione profonda delle grandi idee contenute nel nucleo tematico trasformazioni ; • 2. il miglioramento dell’organizzazione dei materiali da studiare; • 3. la scelta delle strategie più efficaci per connettere i concetti, dando la preferenza alla didattica laboratoriale, alla Chimica verde e alla cooperazione fra studenti, in classe e in laboratorio. • 4. Gli studenti devono essere posti di fronte a problemi reali, che abbiano senso per loro.

13. Le idee centrali delle Trasformazioni Nel tema Trasformazioni ci sono 4 idee centrali che, se costruite attraverso investigazioni e valutazioni autentiche (Cooperative Learning, Problem – solving, WebQuest), permettono allo studente di conquistare e di mantenere a lungo la comprensione – competenza. • Le particelle microscopiche (atomi e molecole), che compongono la materia, sono in perenne moto e sono separate da spazi vuoti. Tale modello serve a spiegare il mondo visibile mediante il mondo invisibile degli atomi e delle molecole. • Ci sono le trasformazioni fisiche (cambiamenti di stato) e le trasformazioni chimiche. Le prime comportano cambiamenti che non fanno variare la natura degli atomi e delle molecole che compongono i materiali e le sostanze.

14. Le idee centrali delle Trasformazioni 3. Il Sistema Periodico consente di spiegare le proprietà macroscopiche degli elementi: densità, punto di fusione, punto di ebollizione. Per esempio, confrontando e discutendo le densità di Rame e Zinco e di altre coppie di metalli (come Osmio e Piombo), è possibile comprendere che lo spazio vuoto fra gli atomi esiste anche allo stato solido ed è diverso fra metalli differenti. Attraverso gli spazi vuoti, che separano gli atomi e le molecole, avvengono le interazioni elettromagnetiche (attrazioni e repulsioni). 4. Il sistema duale (Pierre Laszlo) di presentazione, rappresentazione e spiegazione dei concetti contrapposti (atomo-molecola, elemento-composto, sostanza-miscuglio, acido-base) aiuta ad apprendere significativamente le idee centrali.

15. I quesiti concettuali

16. Quesiti concettuali Il grafico rappresenta il volume e il peso dei 6 oggetti da A ad F: 1. Ordina i 6 oggetti dal più leggero al più pesante (alcuni oggetti hanno lo stesso peso) 2. Ordina gli oggetti dal volume minore al volume maggiore 3. Ordina gli oggetti secondo la densità (alcuni oggetti hanno la stessa densità).

17. Quesiti concettuali Osserva la figura e rispondi ai quesiti A. Qual è il volume dell’oggetto? Descrivi in due righe come ottieni il risultato. B. Qual è la massa dell’oggetto? Descrivi in due righe come ricavi il risultato. C. Qual è il peso dell’oggetto? Descrivi in due righe come ottieni il risultato. D. Qual è la densità dell’oggetto? Descrivi in due righe come calcoli la densità.

18. Quesiti concettuali • Osserva la figura precedente e rispondi ai quesiti: • Se l’oggetto si trova su un pianeta che ha una forza di attrazione gravitazionale doppia della Terra: • E. La sua massa sarà: • (a) Doppia che sulla terra • (b) Metà che sulla terra • (c) La stessa che sulla terra. • F. Il peso sarà: • (a) Doppio che sulla terra • (b) Metà che sulla terra • (c) Lo stesso che sulla terra. G. Il volume sarà: (a) Doppio che sulla terra (b) Metà che sulla terra (c) Lo stesso che sulla terra.

19. Come risolvere i problemi • Riflessione • L’allievo legge il problema e identifica i dati che gli servono; • Evoca mentalmente (con immagini visive, uditive o verbali) il problema; • Evoca gerarchicamente le leggi generali e le relative strategie risolutive; • Confronta la legge o la relazione col problema (andata e ritorno ripetuti più volte) e trova la soluzione. • Le quattro tappe sono tutte indispensabili !!

20. Investigazioni su acidi e basi • 1. Introduzione • Per molte persone, e forse anche per voi, la parola ‘’acido’’ esprime il massimo della pericolosità di un materiale che, a contatto della pelle, genera estese e dolorose ferite. L’acido solforico, l’acido nitrico e pochi altri acidi, in soluzioni concentrate, si comportano proprio come descritto. Ma la maggioranza degli acidi non sono così aggressivi. • 2.Compito • Si divide la classe in gruppi di 4 allievi, che dovranno investigare sulla natura acida o basica dei seguenti materiali in tabella. I dati sperimentali sul comportamento acido e basico dei materiali della tabella si raccolgono con una serie di prove sperimentali.

21. Investigazioni su acidi e basi • 3. Procedimentoe risorse • I dati sperimentali sul cambiamento di colore dell’indicatore vanno inseriti nella seguente scheda. Ciascun gruppo compilerà la scheda. I gruppi si scambiano le schede, dopo averle discusse e compilate. Attraverso il confronto delle tabelle prodotte e dei criteri individuati, si arrivi a una soluzione del problema in cui la classe si riconosce. Si deve cioè pervenire a un prodotto negoziato, frutto del lavoro collettivo, che soddisfa tutti e che rappresenta il lavoro della classe. Per la compilazione della scheda i gruppi possono consultare i seguenti siti insieme al libro di testo.

22. Investigazioni su acidi e basi • Siti da visitare per raccogliere le informazioni • http://www.funsci.com/fun3_it/acidi/acidi.htm Il sito descrive le prove con gli indicatori, per riconoscere gli acidi e le basi. Contiene pure tutte le indicazioni per estrarre un indicatore dal cavolo rosso. • http://www.cosediscienza.it/index.html Il sito espone una breve storia dei concetti di acido e di base, necessaria per compilare la comunicazione finale della Webquest. • http://www.mednat.org/bioelettr/acidi_basi.htm Il sito spiega il comportamento acido – base di alcuni materiali del corpo umano. • http://video.google.it/videoplay?docid=3932487430362878433 Il video mostra i cambiamenti di colore degli indicatori dovuti al comportamento acido dell’anidride carbonica in soluzione.

24. Investigazioni su acidi e basi • 4. Valutazione • Le schede sono scambiate fra i gruppi, sono discusse e negoziate, corrette e quindi valutate dai vari gruppi. • 5. Conclusione (ossia comunicazione di quanto investigato). • Si riassume l’esperienza, facilitando la riflessione sul processo e sulle collaborazioni attivate. Si descrivono i risultati e le attività portate a termine. Rispondere alle domande proposte, descrivendo le riflessioni sul processo e sulle collaborazioni attivate, i risultati e le attività portate a termine. I gruppi comunicano la ricerca, condensata in scheda, ad Antoine Lavoisier che classificava gli acidi in maniera diversa da quella odierna. • Quali altre investigazioni e webquest si possono pianificare per completare le conoscenze – competenze sugli acidi e le basi ? Le informazioni ricavate dai siti possono guidare la progettazione di altre webquest sull’argomento ?

25. Griglia di autovalutazione del gruppo

26. Problemi e investigazioni in classe Densità dell’aria: • Come usi la beuta codata, la bilancia digitale e la pompa da vuoto per calcolare la densità dell’aria ? • Se la densità dell’idrogeno H2 è 0,084 g/L, a temperatura ambiente, puoi calcolare il peso molecolare medio dell’aria nelle stesse condizioni di temperatura e pressione ?

27. Emissione di luce Cambiamento di colore Produzione o assorbimento di calore Formazione di bollicine Formazione di un Precipitato Solido Le Trasformazioni chimiche comportano cambiamenti Cambiamento di odore

28. Il ragionamento logico di Van’t Hoff, per giustificare il carbonio tetraedrico, si basa sull’esistenza di un unico CH3OH e di un unico CH2Cl2 e non di due, se le strutture planari e piramidali fossero vere. No planare Cis Trans No Piramide Tetragonale CisTrans Si Tetraedro

29. Logica chimica 1 Na2H2P2O7

30. Logica chimica 2 • Pensiero critico – Problem solving: identifica le 4 polveri bianche usando le soluzioni in 3 pipette: acqua, aceto, colorante del cavolo rosso. Le polveri sono gesso (CaCO3), Alka-seltzer, bicarbonato di sodio, vitamina C. • Pensiero critico – Problem solving: in 3 pipette ci sono le soluzioni di cloruro di calcio, carbonato di sodio, acido cloridrico. Identifica le 3 soluzioni.

31. Logica chimica 3 Tieni a bagno, per 30 minuti in acqua calda a 50 °C (non in acqua bollente ! ), le foglie tagliate sottilmente del cavolo rosso. Filtra il miscuglio. Il filtrato freddo dell’estrazione, di colore blu, lo usi per valutare il pH di una soluzione incognita.

32. Logica chimica 4

33. Logica chimica 5 • Pensiero critico – Problem solving – Identifica le 3 soluzioni di acido cloridrico, di carbonato di sodio e acqua. Puoi usare il colorante del cavolo rosso. • Pensiero critico – Classificazione– Le 4 pipette contengono soluzioni acide e basiche. Classifica le soluzioni usando il colorante del cavolo rosso.

34. Marco Falasca: un altro esempio di logica chimica

35. In quale soluzione ci sono meno spazi vuoti fra le particelle?

38. Si riscalda la bottiglia con 2 – 3 mL d’acqua, sino alla fuoriuscita della prima nebbiolina di vapore, si tappa, si lascia raffreddare. Si pone la bottiglia sulla bilancia e si azzera. Si lascia entrare l’aria nella bottiglia e si legge sulla bilancia la massa in grammi del Litro d’aria ossia la sua densità. Densità aria (g/L)/Densità idrogeno H2 (0,084 g/L) = = ½ Peso molecolare medio dell’aria

39. TITOLO INVESTIGAZIONE Scheda

40. La massa si conserva ? • Materiale • Carta da filtro, bilancia digitale, acqua, contagocce • Domande • “Quando la carta assorbente è asciutta, misura e registra la nuova massa. • Dove è andata a finire l’acqua? Dopo discussione, descrivi sul quaderno il tuo pensiero. • L’acqua si è trasformata in un gas invisibile? • Se il sistema è chiuso la trasformazione subisce cambiamenti di massa? • Se la massa non cambia, come lo possiamo spiegare? • Come chiami questo processo? Cosa avviene asciugando i panni al sole? • Puoi dire che l’acqua sparisce e si trasforma in un gas invisibile, formato da particelle microscopiche, che non riesci a vedere? • Qual è la massa di una camicia umida in kg e in g? • Qual è la massa della camicia asciutta, sempre in kg e in g? • In cucina sta bollendo l’acqua sul fornello. Sotto quale forma l’acqua si trasferisce dalla pentola e fa appannare il vetro della finestra? • Il vapore che si trasferisce è visibile o invisibile?’’

41. Ci sono spazi vuoti fra le molecole dell’aria ? • Materiale • Siringa con manometro, bilancia digitale, elastico • Domande • Discuti col gruppo e poi disegna la struttura microscopica del gas. • Ripeti l’esperimento riempiendo la siringa d’acqua. Riesci a comprimere l’acqua? • In che cosa sono diversi e quali sono le somiglianze fra il gas e il liquido? • C’è maggiore spazio vuoto fra le molecole del gas o le molecole dell’acqua? • L’acqua liquida si può trasformare in vapore? • Se riempi la siringa col vapor d’acqua riesci a comprimerlo come hai fatto con l’aria ?

42. Ci sono degli spazi vuoti fra le molecole dell’acqua ? • Materiali • Matraccio da 250 mL con tappo, imbuto a gambo lungo, contagocce, alcol denaturato, bilancia digitale • Domande • Ci sono spazi vuoti fra le molecole dell’acqua ? • C’è più spazio vuoto fra le molecole dell’acqua o fra le molecole dell’alcol ? • Come posso verificare se sono più vicine le molecole dell’alcol oppure le molecole dell’acqua ? • Il modello del cubo unitario.

43. Ci sono spazi vuoti fra gli atomi dei metalli ? • Materiali • Barrette di rame e di zinco, bilancia digitale, cilindro graduato, acqua, righello, Tavola Periodica, cubo con palline. • Domande • Qual è il più denso metallo identificato? • Qual è il meno denso? • Confronta la massa atomica dei metalli identificati, che leggi sulla Tavola Periodica, con le rispettive densità. • Il metallo con massa atomica più grande ha pure una densità più elevata? • Le eventuali anomalie riscontrate come possono essere spiegate? • C’è maggiore spazio vuoto fra gli atomi di zinco o fra gli atomi di rame?

44. Perché il ghiaccio galleggia in acqua e affonda in alcol etilico ? • Materiale • 2 becher, acqua, alcol, cubetti di ghiaccio • Domande • Le molecole d’acqua sono più pesanti delle molecole del ghiaccio ? • Perché le particelle di ghiaccio galleggiano sull’acqua ? • Perché il ghiaccio affonda nell’alcol ? • Sono più pesanti le molecole dell’acqua o le molecole dell’alcol ? • Come spieghi le densità diverse di alcol e acqua ? Discuti nel gruppo e arriva a una soluzione del quesito condivisa pure dal docente.

45. Modello particellare e trasformazioni fisiche • Materiali • Guanto da forno, 2 beute da 200 mL, bilancia digitale, palloncini di gomma • Domande • Appena il vapore esce dalla beuta siamo sicuri che l’aria non sia più presente ? • Il vapore acqueo può essere compresso come l’aria della siringa ? • Lo spazio vuoto fra le molecole d’acqua è maggiore allo stato gassoso o allo stato liquido ? • Come possiamo dimostrare che le molecole d’acqua sono separate da spazio vuoto ?

46. Il modello particellare • Materiale Bicchiere alto, lenticchie piccole, fagioli borlotti grandi. • Stratificare nel bicchiere prima le lenticchie piccole. • Stratificare poi i fagioli borlotti. • Quale altezza raggiunge il miscuglio dopo agitazione del bicchiere?

47. Singapore 1 Maggio 2008 Magritte – La memoria Meno insegnamento, più apprendimento

48. La scuola del nuovo millenniosecondo Norberto Bottani • Eccellenza ed equità non sono incompatibili. • Ci sono sistemi scolastici che riescono molto bene a conseguire medie elevate con tutti gli studenti, a ridurre il divario tra studenti forti e deboli e a elevare le competenze degli studenti deboli, senza penalizzare gli studenti forti.

49. La scuola del nuovo millenniosecondo Norberto Bottani • La seconda principale novità del decennio è l'obbligo, imposto alle scuole e agli insegnanti, di rendere conto dei risultati conseguiti nella scuola ossia ‘’l’accountability della scuola’’. • In generale, "l'accountability" è combinata con la valutazione, ossia con la somministrazione di prove con quesiti concettuali. • Questa cultura del senso di responsabilità collettiva, della presentazione dei risultati, degli studenti iscritti nelle scuole, mette fine ai tentativi di autovalutazione. • Il mio messaggio conclusivo è un forte richiamo alla nostra responsabilità come genitori e come insegnanti: • abbiamo il dovere di attrezzarci per conoscere quello che sta avvenendo nell'universo giovanile e intorno a loro. Se non comprendiamo i ragazzi e il loro mondo, non riusciremo in alcun modo ad educarli.

50. Giuseppe Peano (1858 – 1932) • La differenza fra noi e gli allievi, affidati alle nostre cure, sta solo in ciò, che noi abbiamo percorso un più lungo tratto della parabola della vita. Se gli allievi non capiscono, il torto è dell'insegnante che non sa spiegare. Né vale addossare la responsabilità alle scuole inferiori. Dobbiamo prendere gli allievi come sono, e richiamare ciò che essi hanno dimenticato, o studiato sotto altra nomenclatura. Se l'insegnante tormenta i suoi alunni e, invece di accattivarsi il loro amore, eccita odio contro sé e la scienza che insegna, non solo il suo insegnamento sarà negativo, ma il dover convivere con tanti piccoli nemici sarà per lui un continuo tormento.