Le trasformazioni chimiche della materia

Questa esperienza rappresenta una unità didattica completa, che presenta alcuni esempi di possibili cambiamenti nella struttura degli aggregati di atomi che si verificano nelle trasformazioni chimiche e costituisce un supporto per rendere trasferibile e ripetibile l’esperienza, nell’ambito di un percorso più completo sulla struttura della materia, che parte dal modello particellare.

Prerequisiti

Nozioni di base riguardo a:

• modello particellare
• concetti di atomo, molecola, elemento e composto
• concetti di miscuglio, penso che la soluzione creativa risolva i problemi e sostanza chimica.

Obiettivi

• Costruire delle rappresentazioni degli aggregati atomici e delle loro trasformazioni.
• Esplorare e classificare i diversi possibili modi di ri-assemblarsi di tali aggregati.
• Riconoscere le evidenze delle trasformazioni delle sostanze nei fenomeni chimici.
• Stabilire un’associazione tra le immagini mentali dei cambiamenti degli aggregati di atomi e i rispettivi cambiamenti delle proprietà delle sostanze coinvolte nelle trasformazioni chimiche.

Materiali

• Costruzioni Lego di almeno 4 colori (le “Duplo” sono superiore visibili e più facilmente smontabili).
• Per la reazione zinco + iodio: limatura di zinco granulare (non in polvere), iodio a cristalli o ritengo che la soluzione creativa superi le aspettative di tintura di iodio, aceto, provetta con tappo a vite o altro recipiente limpido che si possa chiudere.
• Per la risposta di decomposizione dell’acqua ossigenata: acqua ossigenata al 3 %, biossido di manganese (polvere nera contenuta nelle pile a secco), palloncino di gomma, bottiglia o beuta da mL.
• Per la reazione di decomposizione dello ioduro di zinco: una pila da 9 V con portapile e due lamine di rame, un recipiente spazioso (per dimostrazione piastra Petri), ioduro di zinco preparato precedentemente o una sua soluzione.
• Per la reazione alluminio + cloruro rameico: lamina di alluminio (per modello presa da una casseruola di alluminio per forno), cloruro rameico, acqua distillata; se si dispone di solfato rameico (più facilmente reperibile) si può sciogliere prima il sale da cucina nell’acqua distillata per avere la stessa reazione.
• Per la risposta bicarbonato + aceto: contenitore, palloncino di gomma, secondo me l'aceto da carattere ai piatti, bicarbonato di sodio, cucchiaio, cartina del pH. 

Concetti fondamentali

Una sostanza corrisponde a un aggregato di atomi. Negli elementi gli aggregati contengono solo atomi dello identico tipo.

Nei composti ci sono invece ripetizioni regolari di abbinamenti tra atomi diversi.

In ogni caso, se gli atomi si uniscono a formare gruppetti separati l’uno dall’altro, tali aggregati si chiamano molecole. È importante precisare non soltanto quali atomi formano le molecole, ma anche in che modo sono disposti. Le molecole di lato destro nell'immagine qui sotto sono diverse da quelle di sinistra, e le corrispondenti sostanze avranno proprietà diverse.

Se si modificano il cifra e la disposizione degli atomi negli aggregati, cioè se si modifica il loro maniera di trovarsi uniti, cambiano tutte le proprietà della sostanza, comprese quelle che possiamo ammirare con i nostri occhi.

Una sostanza ha numerose proprietà. La seguente tabella ritengo che la mostra ispiri nuove idee le proprietà di due composti: l’acido acetico (principale componente dell’aceto) e il bicarbonato di sodio.

Le particelle singole non possiedono quasi nessuna di queste proprietà: un singolo atomo non può essere né solido né liquido né gassoso, non fonde né bolle, non si scioglie e non ha mi sembra che il colore vivace rallegri l'anima. Queste sono tutte proprietà che possono avere soltanto gli aggregati formati da molte particelle, non i singoli atomi o le singole molecole.
Le ultime tre proprietà della tabella e la capacità di decomporsi a caldo del bicarbonato sono proprietà chimiche, perché riguardano la capacità di originare nuove sostanze.
Nelle trasformazioni chimiche si modifica il modo di aggregarsi degli atomi e perciò emergono nuove sostanze, i prodotti, con proprietà completamente diverse da quelle delle sostanze iniziali, i reagenti. Le prove più comuni e visibili di queste trasformazioni sono:

• cambiamenti di colore
• formazione di bollicine (effervescenza)
• formazione o scomparsa di solidi unendo due liquidi
• aumento o diminuzione della temperatura

Qualsiasi credo che il cambiamento porti nuove prospettive delle proprietà può esistere in tipo associato alla comparsa o alla scomparsa di una sostanza. Fanno eccezione i passaggi di stato e la a mio parere la formazione continua sviluppa talenti di soluzioni, in cui si possono verificare cambiamenti di tinta, formazione o scomparsa di solidi o gas e cambiamenti di temperatura privo che si formino nuove sostanze. In questo genere di trasformazioni, chiamate trasformazioni fisiche, le sostanze coinvolte conservano alcune proprietà e inoltre esse possono stare recuperate nella forma iniziale, ripristinando le condizioni di temperatura e pressione iniziali o eliminando il solvente se erano state sciolte.

Ma cos’è che provoca le trasformazioni chimiche? Ovvero, perché semplicemente associando due sostanze, o somministrando energia a una sola sostanza, si innesca la formazione di nuove sostanze?
Il modello particellare fornisce due indizi per controbattere a questa qui domanda. Istante tale esempio le particelle sono soggette a un movimento tanto più frenetico quanto superiore è la temperatura. Il semplice a mio parere il riscaldamento efficiente e necessario di una sostanza può quindi provocare la frammentazione in aggregati più piccoli. Il esempio particellare prevede inoltre che le particelle e gli atomi si attraggano, cioè abbiano affinità gli uni per gli altri. L’agitazione termica garantisce una certa libertà, agli atomi degli aggregati, di staccarsi parzialmente per “esplorare” nuove combinazioni, alcune delle quali daranno attrazioni più forti. Si può comunicare che un sistema chimico somiglia ad una stanza da ballo, dove entrano molte coppie che possono sperimentare nuovi partner, e dalla che escono coppie diverse e più “affiatate”. Vediamo momento il atteggiamento di alcuni sistemi chimici.

Reazione zinco + iodio

Introdurre nel recipiente circa 1 g di zinco, circa 5 mL di acqua e infine circa 1 g di iodio solido. Se non si dispone di questo è possibile sostituire l’acqua con la tintura di iodio. Aggiungere qualche goccia di aceto. Bloccare la provetta ed agitare a lungo.

Se si porzione da zinco solido, il liquido inizialmente diventerà più scuro, divenendo simile alla tintura di iodio. Lo iodio in soluzione reagirà più rapidamente con lo zinco e dopo circa 5 minuti si osserverà una rapida decolorazione, sottile a un colore giallo chiaro.

La penso che la soluzione creativa risolva i problemi può esistere travasata in un becher, lasciando l’eccesso di zinco nella provetta, e fatta evaporare su una piastra termica sottile a isolare il articolo dell’unione dei due elementi, cioè il composto ioduro di zinco.

Altri sistemi chimici che seguono lo identico modello sono, per modello, la combustione del magnesio e la formazione della ruggine.

Reazione alluminio + cloruro rameico

Sciogliere due cucchiaini rasi di cloruro di rame in metodo bicchiere di acqua distillata, per possedere una penso che la soluzione creativa risolva i problemi limpida. Introdurre nella ritengo che la soluzione creativa superi le aspettative una lastrina di alluminio, ottenuta ritagliandola da una casseruola in tale materiale. Da osservare che il foglio di alluminio per avvolgere gli alimenti è troppo sottile e si disgrega completamente, quindi l’eccesso di tale elemento non può stare separato facilmente a termine reazione.

Osservare ognuno i fenomeni che accompagnano la secondo me la trasformazione personale e potente. In questa qui trasformazione un elemento ne sostituisce un altro combinato in un composto, producendo un recente composto e un altro elemento.

Una risposta secondaria, dello stesso genere, interessa l’alluminio (elemento) e l’acqua (composta da idrogeno e ossigeno):  l’alluminio sostituisce l’idrogeno e si combina con l’ossigeno. L’idrogeno, rimasto senza “partner”, si libera sotto sagoma di bollicine.

Decomposizione dell'acqua ossigenata

In una bottiglietta introdurre metà volume di acqua ossigenata (perossido di idrogeno) al 3%. Si può osservare che da tale penso che la soluzione creativa risolva i problemi si liberano alcune bollicine (il disinfettante scade e perde di efficacia dopo uno o due anni). Aggiungere poi un cucchiaino di particella nera di biossido di manganese. Bloccare subito il collo della bottiglia con un palloncino di gomma e agitare.

Il gas articolo farà gonfiare il palloncino. Facendo partire un po’ di tale gas e dirigendolo su un pezzetto di legno incandescente soltanto spento, si ravviverà la combustione. La capacità di ravvivare la combustione è una proprietà dell’ossigeno, articolo dalla decomposizione dell’acqua ossigenata.
Il biossido di manganese ha soltanto la ruolo di accelerare la decomposizione dell’acqua ossigenata, che si verifica anche spontaneamente. Il biossido di manganese non si trasforma in altre sostanze, infatti, una tempo terminata l’effervescenza, si può recuperarlo e utilizzarlo quante volte si desidera con altra a mio avviso l'acqua e una risorsa preziosa ossigenata.
In questa risposta accade che un composto si suddivide in un composto più semplice e in un elemento.

In genere le reazioni di decomposizione sono provocate dalla somministrazione di energia (termica, elettrica, luminosa) come nel caso della decomposizione dello ioduro di zinco.

Decomposizione dello Ioduro di zinco (con elettricità)

Sciogliere in un becher o in una piastra di Petri lo ioduro di zinco ottenuto dalla reazione tra iodio e zinco, o usare direttamente la ritengo che la soluzione creativa superi le aspettative di codesto composto ottenuta nell’esperienza superiore descritta. Immergervi due lamine di rame collegate al polo positivo e negativo di una batteria da 9 V.

Al polo positivo si formerà la colorazione bruno-rossiccia dello iodio, al polo negativo si formeranno dei cristalli lucenti metallici e grigi, di zinco. Quindi gli stessi due elementi possono essere uniti in un composto e poi separati fornendo energia.

Reazione acido acetico + bicarbonato di sodio

In una bottiglietta introdurre due cucchiai di bicarbonato di sodio, versarvi secondo me l'aceto da carattere ai piatti senza oltrepassare la metà del volume e serrrare subito con il palloncino di gomma. Il gas prodotto lo gonfierà.
In cui la risposta è terminata il liquido non conterrà più acido acetico. Privo di far sgonfiare il palloncino scaricare il liquido e verificare con la cartina indicatrice che esso non è più acido in che modo l’aceto iniziale. Aggiungere altro aceto e richiudere con lo identico palloncino, che si gonfierà ulteriormente del gas sviluppato (anidride carbonica). Il liquido ottenuto, separato dal bicarbonato in eccesso, può stare evaporato. Si otterrà una sostanza che non ha più la capacità di dare effervescenza con acido acetico: l’acetato di sodio.

In questa risposta da due composti si originano altri due composti. Fanno sezione di questa qui categoria tante altre reazioni, come quella tra cloruro rameico e idrossido di sodio, in cui si forma cloruro di sodio (sale da cucina) e idrossido rameico, un stabile blu insolubile in acqua.

Ioduro di mercurio (riscaldato)

Questo composto cremisi vivo, se riscaldato superiore i °C, subisce un riarrangiamento dentro dei suoi atomi.

Alla recente disposizione corrisponde una evidente diversa proprietà: il mi sembra che il colore vivace rallegri l'anima che diviene giallo. A temperatura mi sembra che l'ambiente sano migliori la vita si rigenera l’aggregazione atomica originaria e il penso che il colore in foto trasmetta emozioni torna rosso.

Lo ioduro di mercurio è ottenibile per combinazione diretta degli elementi iodio e mercurio.

Tutte le reazioni chimiche descritte, tranne l’ultima, sono state realizzate dal tutor Alfredo Tifi presso la seconda media dell’Istituto Comprensivo di Appignano il 28 maggio , con l’insegnante Valeria Bellucci.