Laboratori sull'acqua - Progetto Comenius Regio C.E.V.I.P.

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Presentazione del laboratorio sull'acqua in occasione delle attività del progetto Comenius Regio C.E.V.I.P. 2009-2011 a Castiglione del Lago.

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Laboratori sull'acqua - Progetto Comenius Regio C.E.V.I.P.

  1. 1. BOLLE e la scienza della schiuma L ’ACQUA E IL SAPONE: L’azione di un tensioattivo BIOLOGIA: SCIENZE DELLA VITA -LE BOLLE PRIMORDIALI -L ’APPARATO RESPIRATORIO NELL ’ARTE:pittura, musica, poesia, teatro NELL ’ARCHITETTURA NELLA FISICA NELLA MATEMATICA La legge delle superfici minime NELLA GEOMETRIA L ’ACQUA: La tensione superficiale capillarità..coesione..bagnabilità tecnologia NELLA CHIMICA NELL ’ALIMENTAZIONE: dal cappuccino al pane, dalla birra alle meringhe; SCIENZE DELLA TERRA: IL VULCANO E I SUOI PRODOTTI
  2. 2. acqua e...
  3. 3. INTERAZIONE ACQUA-ARIA OCCORRENTE: bacinella,acqua,bottiglia, bicchiere La bottiglia è vuota, Il bicchiere, capovolto, è posizionato sul fondo della bacinella
  4. 4. Abbiamo sicuramente notato in alcune situazioni delle piccole bollicine d'aria fuoriuscire dall'acqua: un acquario, un subacqueo in un documentario, la pentola che bolle. I pesci respirano l'aria che si trova nell'acqua, attraverso degli organi particolari che si chiamano branchie. La solubilità dell'aria nell'acqua segue delle leggi diverse da quelle che possiamo sperimentare con i miscugli e le soluzioni tra liquidi e solidi. Infatti mentre la solubilità dei solidi nell'acqua aumenta se si scalda l'acqua, con l'aria funziona esattamente al contrario. Questo perché la solubilità dei gas dipende dalla pressione che il solvente esercita sul soluto. Quindi la presenza di aria nell'acqua è alta se l'acqua è fredda, mentre è bassa se l'acqua è calda. Questo spiega perché i mari del nord sono più pescosi di quelli caldi: l'acqua è più fredda, quindi contiene più ossigeno ed offre un habitat migliore ai pesci. Per rendere più chiaro il fatto che l'aria può trovarsi dentro l'acqua si può fare una semplice esperienza
  5. 5. Problema: E ’ POSSIBILE MPASSARE L’ARIA DELLA BOTTIGLIA NEL BICCHIERE E VICEVERSA PASSARE L’ACQUA DEL BICCHIERE NELLA BOTTIGLIA?
  6. 6. TENTATIVI...
  7. 7. GIULIO E ’ VICINO ALLA SOLUZIONE CI SIAMO ACCORTI CHE QUANDO L ’ACQUA DEL BICCHIERE ENTRA NELLA BOTTIGLIA, IL BICCHIERE RIEMPIENDOSI D ’ACQUA … SI SOLLEVA DAL FONDO DELLA BACINELLA
  8. 8. Mario ci dà una mano , anzi due!! L ’esperimento non è facile, bisogna tenere contemporaneamente, nella giusta posizione bottiglia e bicchiere Così facendo, la bottiglia si riempie dell ’acqua del bicchiere e a sua volta il bicchiere di aria: LA BOTTIGLIA RESTA SUL FONDO, IL BICCHIERE SI SOLLEVA E VIENE A GALLA!! L'ARIA E' PIU' LEGGERA DELL'ACQUA!
  9. 9. LA "PELLE "DELL'ACQUA la tensione superficiale
  10. 10. Interazione borotalco-sapone VERSIAMO DEL BOROTALCO IN UNA BACCINELLA PIENA DI ACQUA
  11. 11. Il borotalco “rimane in superficie” e “non si bagna ”
  12. 12. Le nostre dita rimangono asciutte
  13. 13. Muovendo l ’acqua si muove anche il borotalco
  14. 14. Incredibile!! Ho le mani asciutte!
  15. 15. “ BUCHI NELL’ACQUA” Adesso le nostre dita si bagnano Bagniamo le dite con gocce di sapone
  16. 16. Il borotalco si raggruppa e lascia spazio all ’acqua
  17. 17. Togliamo con setaccio il borotalco : e ’ rimasto asciutto
  18. 18. <ul><li>Materiale: bacinella – detersivo per piatti – borotalco. </li></ul><ul><li>Procedimento: Versare della polvere di borotalco in una bacinella d ’acqua. Versare poi qualche goccia di sapone nella bacinella. </li></ul><ul><li>Osservazioni: Dopo aver messo un po' di borotalco sulla superficie dell'acqua lo si osserva galleggiare. Aggiungendo poi una goccia di sapone sulla superficie dell'acqua si potrà osservare che il borotalco comincia ad affondare e, dopo qualche minuto è completamente scomparso dalla superficie dell'acqua. </li></ul>VARIAZIONE ESPERIMENTO
  19. 19. La tensione superficiale Riempiamo un bicchiere d ’acqua. Aggiungiamo lentamente gocce d’acqua fino a che…
  20. 20. L ’acqua raggiunge l’orlo del bicchiere Secondo me, ora l ’acqua non c’entra più … E invece non “cade!! L ’acqua è sopra l’orlo del bicchiere, ma resta lì!!
  21. 21. Esperienza 1: L'ago galleggiante Perché certi insetti camminano sull'acqua? Dall ’esperimento precedente siamo portati a pensare che la gocciolina d’acqua sia tenuta insieme da qualcosa di simile al sacchetto di gomma: la &quot;pelle&quot; dell’acqua che consente anche a certi insetti di camminare sull'acqua. 1 - L'ago galleggiante. Appoggiate con cura un ago sulla superficie dell'acqua, se l'acqua non riuscirà a bagnarlo completamente, vedrete che essa lo sosterrà senza lasciarlo affondare. Per facilitare la riuscita di questo tentativo di fare galleggiare un oggetto più pesante dell'acqua per il solo merito della tensione superficiale, ponete sull'acqua una strisciolina di carta velina e su questa adagiate l'ago. Piano piano, l'acqua inzupperà la strisciolina che finirà per affondare, mentre l'ago rimarrà alla superficie.
  22. 22. Osserviamo il formarsi una goccia al rallentatore: La goccia piano piano si ingrossa, finché non raggiunge una certa misura ben precisa e allora improvvisamente cade. Proviamo a disegnare le varie forme della goccia mentre si forma e cade. I disegni possono dare l ’impressione che l’acqua sia tenuta sospesa in un sacchetto e che il sacchetto si stacchi quando il peso del contenuto aumenta oltre il suo limite di resistenza. Impressione che si puo' confermare con un attrezzatura come quella in figura in cui si nota che il deformarsi della guaina elastica sotto il peso dell'acqua fa assumere alla guaina le stesse forme della goccia come se anche attorno alla goccia ci fosse una specie di pellicola elastica.
  23. 23. Perché il sapone pulisce Lo sporco è grasso e non si scioglie in acqua perciò ci laviamo usando acqua e sapone. La parte idrofoba della molecola di sapone si lega allo sporco mentre quella idrofila resta rivolta all'esterno. Lo sporco viene così completamente circondato dalle parti idrofile e può essere lavato via dall'acqua. Il sapone aumenta la bagnabilità fra l ’acqua e i tessuti che devono essere lavati
  24. 24. Il sapone dal punto di vista chimico è un SALE ottenuto dalla reazione (detta di saponificazione ) tra un grasso (per esempio olio vegetale) e una base (per esempio l'idrossido di sodio). Le molecole di sapone hanno: I saponi appartengono ad una classe di composti chiamati tensioattivi (agenti attivi in superficie), composti capaci di diminuire la tensione superficiale dell'acqua rendendo la &quot;pelle&quot; dell ’acqua, in un certo senso, più &quot; elastica &quot;. <ul><li>un estremo non solubile che può legarsi coi grassi ( “catturandoli”) detto CODA IDROFOBA </li></ul>un estremo solubile che si lega facilmente all ’acqua (ecco perché il sapone si scioglie in acqua) detto TESTA IDROFILA
  25. 25. <ul><li>Le molecole di sapone spingono le loro code idrofobe fuori dall ’acqua (perché a loro non piace stare nell’acqua). Mentre le teste idrofile rimangono nell’acqua e separano le molecole d’acqua le une dalle altre. Questo fa diminuire la tensione superficiale perché la distanza fra le molecole d’acqua aumenta. </li></ul>I saponi appartengono ad una classe di composti chiamati tensioattivi (agenti attivi in superficie), composti capaci di diminuire la tensione superficiale dell'acqua rendendo la &quot;pelle&quot; dell ’acqua, in un certo senso, più &quot; elastica &quot;. <ul><li>Osserviamo come si dispongono le molecole di sapone sulla superficie dell ’acqua: </li></ul>
  26. 26. LA DUREZZA DELL'ACQUA <ul><li>La durezza dell'acqua è dovuta alla quantità di calcare che contiene. L'acqua più pura è l'acqua distillata o l'acqua demineralizzata (quella che di solito si usa per il ferro da stiro a vapore), perchè non contiene nessun sale. Il sapone ha la capacità di rendere meno dura l'acqua: quindi più gocce di sapone occorrono per fare schiuma, più l'acqua è dura. Sulla base di queste informazioni proviamo a misurare la durezza dell'acqua del nostro rubinetto. Utilizziamo l'acqua distillata come campione di controllo. Prendiamo due bottigliette di vetro trasparente e mettiamo la stessa quantità d'acqua e tre gocce di sapone liquido. Cerchiamo di agitare le due bottiglie con la stessa forza e per lo stesso tempo. Se l'acqua del nostro rubinetto è abbastanza dura, si dovrebbe notare una differenza nella quantità di schiuma (di meno rispetto all'acqua distillata); se invece è un'acqua poco dura ci sarà più o meno la stessa schiuma. </li></ul>
  27. 27. Il galleggiamento <ul><li>È governato dal principio di Archimede e coinvolge una serie di fattori come massa, densità, peso specifico. Il galleggiamento si presta alla formulazione di ipotesi e alla loro verifica sperimentale. Sebbene tutti i bambini abbiano delle esperienze di galleggiamento, alcuni oggetti hanno un comportamento non facile da prevedere. Una prima prova si può fare con: uno stuzzicadenti, un elastico, una graffetta, un bottone di plastica e un cucchiaino da gelato di plastica. I bambini devono fare una previsione e subito verificarla. Di solito nessuno indovina il comportamento del bottone! Una seconda fase può prevedere l'utilizzo della creta. Una pallina di creta affonda subito nell'acqua, ma se la si modella per formare una sorta di ciotola concava galleggia. Questo dimostra che oggetti che galleggiano si possono costruire con materiali che affondano. Un'ulteriore fase può consistere nel provare se un oggetto galleggia di più nell'acqua dolce o nell'acqua salata. Sempre per il principio di Archimede, poiché l'acqua salata ha una densità maggiore di quella dolce, gli oggetti galleggiano meglio nell'acqua salata. Per questo esperimento conviene utilizzare un cubetto di legno o un oggetto simile. Prima si fa galleggiare il cubo in una vaschetta d'acqua del rubinetto, lo si estrae dall'acqua e si segna con una penna la linea di galleggiamento. Poi lo si fa asciugare, si aggiungono all'acqua due pugni di sale, li si fa sciogliere bene e si immerge di nuovo il cubo. Si dovrebbe vedere la differenza! </li></ul>
  28. 28. Esperienza con il mercurio Il mercurio è un metallo che si trova….. Il suo punto di fusione è di -39 gradi quindi si mantiene allo stato liquido quasi in tutte le parti del pianeta. Per questa sua proprietà viene utilizzato in molti settori. Noi lo conosciamo perché usato nei termometri che si usano per misurare le temperature .
  29. 29. Mescolando possiamo notare che il mercurio è in grado di formare delle “palline” separate le une dalle altre e anche il resto del mercurio …
  30. 30. ARIA-ACQUA- PRESSIONE Occorrente Bottiglia di plastica Tubo in gomma Bacinella d ’acqua Procedimento Passare il tubo bella bottiglia capovolta nella baccinella;
  31. 31. Per “vedere” meglio ciò che succede coloriamo l’acqua con un colorante (coca-cola)
  32. 32. Soffiamo aria dal tubo cosa succederà? <ul><li>l ’aria va dentro la bottiglia! </li></ul>-Ma non c ’entra, ecco allora che forma le bolle!!
  33. 33. E se aspiriamo aria? La bottiglia si riempe a mano a mano di acqua!!! MERAVIGLIA!!
  34. 34. E il divertimento è assicurato!!
  35. 35. Nicola propone… Voglio vedere se riesco a togliere l ’ aria dalla bottiglia!
  36. 36. ACQUA E GHIACCIO insieme! Mettiamo due blocchi di ghiaccio in un vaso e aggiungiamo acqua fino…al bordo
  37. 37. Il ghiaccio piano piano si scioglie Adesso l ’acqua si rovescia -Eh, già perché aumenta e non ce la fa a restare tutta nel vaso…
  38. 38. Mah!! Non capisco proprio!! Il ghiaccio si è sciolto,ma non è successo quello che tutti pensavano! Eppure, non mi convince! -Ma allora se gli icerb si sciogliessero….
  39. 39. L ’ ACQUA NEI MINERALI gesso Il gesso è un minerale che si trova in natura:ha un aspetto biancastro, lucente ed una certa trasparenza Il gesso è morbido..può scrivere infatti sulla lavagna senza rigarla..
  40. 40. Vediamo se nella struttura molecolare del gesso ci sono molecole d ’ acqua. Mettiamo alcune scaglie di gesso in una provetta, la teniamo con una molletta da esperimenti e la poniamo sopra a del calore (lampada a spirito)
  41. 41. Sì!! Ci sono!! Non mi vedi?!qui faccio delle goccioline!! Ehi,!! Sono anche qui!! “ Sto fumando”!!Cioè sto… evaporando!! Sì..sì intanto che voi ve la date a gambe mi sa che io RESTO ASCIUTTO!! Oh Dio!! Sto cambiando anche colore ..ho perso la mia lucentezza!!
  42. 42. Ahi!!! Eh no!! Adesso mi pestano anche!! Ecco mi hanno ridotto in polvere! Però sono contento…così posso far divertire questi bambini!! Eh lo so che con me alla lavagna è uno spasso!!!
  43. 43. Mario ci spiega … Lo sappiamo... acqua!! acqua!! calcio ABBIAMO DIMOSTRATO CHE NEL GESSO CI SONO MOLECOLE D ’ACQUA, “ORDINATE” E CHE QUINDI SI RIPETONO IN MANIERA REGOLARE
  44. 44. Che bel colore! Non lasciatevi ingannare, non è quello che sembra! Una pietra azzurra! Sarà turchese?! Infatti, Mario ci dice che è SOLFATO DI RAME! Ma il rame non è “rossiccio”?!
  45. 45. Anche , vogliamo vedere, o meglio dimostrare che dentro questo composto c ’è acqua. Stesso procedimento: con il calore l ’acqua dovrebbe “uscire”…e ..Mmm Infatti eccomi!Sono tutta bollicine!! Oggi è proprio una giornataccia! Non si può stare proprio in pace!
  46. 46. Oh venite a vedere! Incredibile! Il minerale è cambiato proprio di colore! E ’ diventato del tutto bianco!
  47. 47. Fonte luminosa In posizione diretta luce acqua Fenomeni di &quot;riflessione&quot; La luce attraversa l ’acqua, ma fino ad un certo punto… Poi l ’acqua assorbe la luce e
  48. 48. Se mettiamo la fonte luminosa è obliqua, Il RAGGIO LUMINOSO Si ferma in superficie e poi… “ si piega” formando UN ANGOLO RETTO!!! Nell ’acqua abbiamo versato un po’ di latte “per sporcare” Eh, sì perché noi vediamo la luce perché nell ’ aria c’è un pulviscolo ….che ci permette di vedere il “fascio di luce” come quando…
  49. 49. ACQUA E RIFRAZIONE “ La moneta magica ” Fissiamo una moneta sul fondo di un recipiente, mettiamo acqua Ci poniamo davanti e lentamente ci spostiamo fino a quando la vediamo scomparire al nostro campo visivo.
  50. 50. “ Mi allontano…ma… Aggiungiamo acqua: la vedo….non la vedo…la moneta resta ferma mentre io mi allontano… Come Mario aggiunge acqua..vedo ricomparire la moneta!!!
  51. 51. “ E ’ davvero una moneta magica??!! Cosa e' successo? Quale fenomeno? Come per “riflessione”, (qui la luce rimbalza) quando la luce attraversa l’acqua(ostacolo) CAMBIA DIREZIONE (forma un angolo) In questo caso il raggio di luce “si rifrange” e torna all’occhio dello spettatore Più acqua aggiungiamo più il raggio che attraversa l ’acqua è lungo e più lungo il campo visivo
  52. 52. Costruiamo un circuito elettrico Occorrente: 1 pila 2 fili di rame 1 lampadina Colleghiamo i fili direttamente alla pila. Se colleghiamo i fili e chiudiamo il circuito la corrente passa e la lampadina si accende. Se i fili non sono collegati fra loro la corrente non passa e la lampadina non si accende. CIRCUITO CHIUSO: OFF “O” CIRCUITO APERTO: ON “1” L ’interruttore….
  53. 53. Acqua ed elettricità elettrolisi Come tutti sappiamo l ’acqua è costituita da 1 atomo di ossigeno e 2 di idrogeno:H20. L ’idrogeno ha carica positiva e l’ossigeno carica negativa : l ’ acqua è polare cioè è dotata di carica elettrica .
  54. 54. <ul><li>Si usa anche in ambienti industriali, ad esempio nei processi di cromatura di diversi materiali (soprattutto metalli, a scopo sia protettivo che decorativo). Dal punto di vista etimologico, il termine elettrolisi e composta da elettro (elettricità) e lisi (separazione). </li></ul>L'elettrolisi dell'acqua è un processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica causa la decomposizione dell' acqua in ossigeno ed idrogeno gassosi .
  55. 55. Sale da cucina <ul><li>AGGIUNGIAMO una soluzione di cloruro di sodio ( NaCl , il comune sale da cucina ): si libera idrogeno dal polo negativo, ma al polo positivo invece che ossigeno si forma cloro che reagisce con la soluzione formando ipoclorito di sodio ( NaClO ) … </li></ul>… .. la presenza di sali che si scompongono in ioni aumenta moltissimo la conduttività, per questo motivo l ’acqua di rubinetto, che contiene diversi materiali in soluzione, è conduttrice di elettricità. Anche l' acqua naturale, per esempio, come composto non è abbastanza conduttivo per l' elettrolisi e per questo viene solitamente aggiunto all' acqua qualche composto acido come ad esempio qualche goccia di idrossido di sodio (NaOH). La lampadina si è accesa
  56. 56. Chiudiamo il circuito con due mollette di ferro agganciate al bicchiere: le mollette sono bagnate dall ’acqua. Cosa succede? LA LAMPADINA SI ACCENDE: -Passa la corrente L ’acqua e’ una BUONA CONDUTTRICE DI ELETTRICITA’
  57. 57. COSA SUCCEDE? ALCUNE BOLLICINE VENGONO IN SUPERFICIE L ’ACQUA CAMBIA COLORE:marroncina… IL FERRO delle mollette “si stacca” e si arrugginisce
  58. 58. Sempre più verde-blu…
  59. 59. Sono evidenti i segni di ruggine…. Il CLORURO del sale (Cl2 ) si è unito alla molecole del FERRO (Fe) e si forma CLORURO DI FERRO
  60. 60. Conclusione: L ’ACQUA SI E’ SCOMPOSTA e … UNA MOLECOLA D ’ IDROGENO SE NE VA DA SOLA (positiva ) H+ UNA MOLECOLA DI IDROGENO VA CON L ’OSSIGENO OH- (negativa Ora queste NUOVE MOLECOLE si possono COMBINARE CON ALTRE:l ’IDROGENO può combinarsi con il CLORURO ClH e formare ACIDO CLORIDRICO.
  61. 61. <ul><li>IN UN COMPOSTO LE SOSTANZE REAGISCONO CHIMICAMENTE E FORMANO UNA SOSTANZA DIVERSA , </li></ul><ul><li>CON NUOVE CARATTERISTICHE </li></ul>Alcune sostanze cambiano colore se messe a contatto con altre così che si può scoprirne la presenza Le reazioni chimiche possono separare, unire o abbinare diversamente gli elementi dei composti
  62. 62. Gocce di limone: la carta si colora di rosso vivo Il PH dell ’ACQUA: alcune sostanze acide e non… indicatori Gli indicatori rivelano caratteristiche non evidenti delle sostanze
  63. 63. Il limone è acido
  64. 64. Versiamo della soda caustica nell ’acqua. Mescoliamo
  65. 65. Carta di tornasole Immergiamo la carta: diventa blu!! ATTENZIONE! NON E ’ ACIDO, MA E’ UGUALMENTE CORROSSIVO!! Ph 11
  66. 66. Misuriamo la nostra saliva IL NOSTRO PH è NEUTRO: 6/7
  67. 67. Prendiamo l ’acido cloridrico HCl e lo mettiamo in una provetta, aggiungiamo pezzetti di zinco
  68. 68. L ’ACIDO BOLLE E CORRODE LO ZINCO
  69. 69. Attraverso un tappo di sughero e una provetta più sottile l ’idrogeno è più facilmente spinto ad uscire
  70. 70. Mario prova a dare “fuoco” all’idrogeno che fuoriesce… La reazione avviene: si sente lo “scoppio” e sulle pareti del bicchiere si raccoglie il vapore acqueo.
  71. 71. SI GONFIA…SI GONFIA..!! Sulla stessa provetta mettiamo un palloncino…. Dopo alcuni minuti…eccolo che si gonfia
  72. 72. Proviamo ancora legato il palloncino è molto…molto leggero!! idrogeno
  73. 73. Neutralizziamo!!! Occorrente: Acqua Acido cloridrico Soda caustica Cartina tornasole
  74. 74. Bilanciamo Mettiamo acido: La carta è rossa Aggiungiamo soda: La carta è blu
  75. 75. Infine per tentativi…ci avviciniamo
  76. 76. LA FORMA DELL'ACQUA <ul><li>Questa è un'attività semplicissima, che si può proporre ai più piccoli.Si scelgono delle bottiglie di forme diverse e si riempiono della stessa quantità d'acqua, circa mezzo litro. </li></ul><ul><li>Per rendere il risultato ancora più evidente si può aggiungere un po' di colore a tempera e agitare. L'acqua assume ovviamente la forma della bottiglia e sebbene sia stata versata la stessa quantità il livello è molto diverso. </li></ul>

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