2. Nel 1903 ,Wilheim Ostwald, premio Nobel per le sue
ricerche sugli equilibri nel 1909, scrisse alcuni libri di
chimica a carattere squisitamente didattico.
Sono pagine scritte in forma di dialogo docente/ discente
che, ritengo, possano essere ancora oggi proposte come
lettura.
Tratti da “ Come si impara la chimica “ qui troverete :
•Un dialogo sul passaggio di stato solido/liquido
(proposto integralmente )
•alcuni brani sul significato del calore , tratti da un
dialogo successivo.
P. S, ScusaWilheim, ma ho dovuto fare qualche modifica …
Margherita Spanedda
3. Scuola di chimica
Come s’impara la chimica
Lipsia 1903
• Fusione e
congelamento
• Come si costruisce un
termometro?
• La fusione del ghiaccio
Margherita Spanedda
5. Di che cosa si è parlato ieri?
Delle soluzioni . Ma ti
confesso di non aver
capito molto
Sentiamo , cosa non hai
capito?
Come da un corpo solido ,
unito a uno liquido ne venga
fuori un vero e proprio
liquido
Margherita Spanedda
6. Rifletti un po’ se non v’è qualche altro caso in
cui , da un corpo solido , si può ottenere un
liquido.
Sì per esempio dal ghiaccio e dalla neve che fondono
Solo il ghiaccio e la neve? Non ci sono
altri corpi che fondono?
Sì i metalli: mi ricordo la notte di San
Silvestro facemmo fondere lo stagno!
Margherita Spanedda
7. In generale tutti i corpi
solidi, riscaldati oltre una
certa temperatura, sono
capaci di fondere, cioè di
diventare liquidi.
Raffreddandosi poi il
liquido …
Ritorna solido
Insomma noi possiamo
cambiare il ghiaccio in acqua e
l’acqua in ghiaccio, a seconda
che riscaldiamo del ghiaccio o
raffreddiamo dell’acqua
Margherita Spanedda
8. A quale temperatura si
liquefa il ghiaccio?
A 0°C
E a quale l’acqua si
solidifica in ghiaccio? A 0°C
Il ghiaccio si liquefa
subito
riscaldandolo
sopra 0°C? Dovrebbe …
Margherita Spanedda
9. Del resto facciamone noi stessi una
prova. Prendo questo termometro: un
tubo di vetro con in fondo una dilatazione
a forma di pallottola, piena di mercurio.
Hai dimenticato ciò che ti
deve essere stato
insegnato dal professore
di fisica su questo
argomento!!!
Margherita Spanedda
10. Siccome il mercurio si dilata molto più del
vetro, così sale lungo il tubo via via che la
temperatura cresce.
Una serie di lineette disposte a ugual distanza
e numerate ( ciò che costituisce una
scala), indicano l’altezza del mercurio: cioè la
temperatura del momento .
Ora immergo la pallina del termometro in
questo bicchiere di ghiaccio finemente
spezzato: ben presto il mercurio arriverà al
segno 0°C
Come mai proprio lì
Margherita Spanedda
11. In seguito ha inciso la scala
in modo che lo 0°C cadesse
proprio in quel punto
Vuol dire che in quel
punto il calore è nullo?
Sai benissimo che d’inverno la temperatura
scende spesso sotto lo zero. La temperatura più
bassa raggiunta dall’uomo finora è di 250°C
sotto zero.
Così ha provveduto chi ha costruito il
termometro!
Una volta finito l’apparecchio prima di apporvi
la scala, l’ha immerso nel ghiaccio e poi ha
segnato l’altezza a cui si è fermato il mercurio.
Oh no!
Vuol dire solo che in quel punto v’è una
temperatura che noi indichiamo con il numero
zero, ma è una determinazione del tutto
arbitraria.
Margherita Spanedda
12. E allora perché si è scelto proprio
questo punto per lo zero?
Te ne renderai conto. Ora
circondo il bicchiere con le mie
mani, tentando di riscaldarlo.
Osserva un po’ il termometro!
Segna sempre 0°C
Ora invece verso un po’ d’acqua da
questa bottiglia che trovo in questa
stanza. Che temperatura avrà
quest’acqua?
Più o meno quella della stanza 17° o
18°C
Margherita Spanedda
13. Osserva il
termometro
Segna 5°C
L’acqua più calda del ghiaccio, ha innalzato
la temperatura. Ora agita bene il contenuto
del bicchiere.
Toh! Il termometro ridiscende: ecco è tornato
allo zero e vi si ferma. Come mai?
La temperatura della stanza è più alta: il
termometro dovrebbe continuare a salire!
Margherita Spanedda
14. Se si tenta di aumentare la temperatura
apportandovi del calore, subito si discioglie
tanto ghiaccio quanto basta per assorbire e
consumare il calore aggiunto:
Davvero si produce del
calore quando l’acqua
gela?
Certamente! Quando l’acqua si muta in
ghiaccio, mette in libertà esattamente tanto
calore tanto è quello che bisognerà poi
adoperare per sciogliere quella quantità di
ghiaccio formata.
Quando si mescola del ghiaccio con
dell’acqua, la temperatura rimane
costantemente allo zero, finché tutti e due
sono presenti
Se si sottrae del calore tentando di
diminuire la temperatura, subito
si, congela dell’acqua finché è
restituito tutto il calore sottratto.
Margherita Spanedda
15. Come mai proprio la stessa
quantità?
Immagina che le due quantità siano diverse:
per esempio nel congelamento si mette in
libertà una quantità di calore che
indicheremo con il numero 80 e poi per
sciogliersi di nuovo, ne si adopera una
quantità che indicheremo con 60.
Allora prendiamo una certa
quantità la congeliamo e poi la
facciamo sciogliere: la quantità
rimane invariata mentre del calore
se ne era prodotto 80 e ne viene
usato 60 , ne avanzerebbe 20.
Ciò si potrebbe ripetere all’infinito e questo
significherebbe che noi possiamo produrre dal
niente grandi quantità di calore. Noi
sappiamo che ciò non è possibile. Dunque è
chiaro che , nell’atto di sciogliersi, si deve
consumare esattamente la stessa quantità di
calore liberata nel congelamento.!
Margherita Spanedda
16. E’ veramente impossibile
creare calore dal niente? Con lo
sfregamento si può ottenere!
Ma non è dal niente! Nello sfregamento si
impiega un certo lavoro , e questo non si
origina dal niente.
Deve essere pressappoco così, visto
che per esempio, il piombo si scioglie
facilmente e l’argento difficilmente
Ritorniamo alla nostra acqua e al nostro
ghiaccio. Hai visto che, quando stanno
assieme, il termometro segna sempre e una
temperatura fissa e costante, alla quale il
ghiaccio solido si liquefa, ossia si fonde per
formare dell’acqua. Ora, pensi che quando una
sostanza si fonde , si debba sempre avere una
stessa temperatura costante?
La fusione del
ghiaccio
Margherita Spanedda
17. Giusto. Esiste una legge generale secondo la quale ogni sostanza si fonde
sempre ad una data temperatura, che è poi la stessa a cui solidifica: cioè il
punto di fusione e di congelamento coincidono.
Chi ha fissato questa legge?
Questo punto è dato dalla temperatura alla
quale possono permanere, in presenza l’uno
dell’altro, lo stato solido e lo stato liquido di un
corpo. Il calore aggiunto o sottratto, viene
adoperato solo per diminuire o aumentare una
delle due forme- la liquida e la solida – a spese
delle altre.
Così il punto di fusione costituisce una delle
proprietà fisse e invariabili d’una
sostanza, come il colore e la solubilità.
Margherita Spanedda
18. Il termine legge qui va preso solo in senso
figurato. Mi spiego: si è trovato che tutte le
sostanze dimostravano uno stesso
comportamento e le si sono paragonate a
scolari ubbidienti che eseguono sempre con
precisione il loro dovere
Nelle scienze naturali con il nome di legge si
intende solo un dato di fatto, osservato per via
dell’esperienza, comune a molte cose diverse
e che si può esprimere in una forma
universale.
Margherita Spanedda
19. Ce ne sono molte di queste
leggi?
Moltissime e il conoscerle appiana molto la
difficoltà di osservare i singoli fatti, tenerne
conto e trarne le conclusioni
Spiegamelo più
chiaramente
Prendiamo ad esempio la legge per cui un miscuglio di acqua e di
ghiaccio deve conservare sempre una temperatura fissa. Ora un
fabbricante di termometri di Roma, che ha seguito questo criterio
per costruire lo strumento, sarà certo che il suo termometro
segnerà sempre 0°C in qualunque miscuglio di acqua e ghiaccio
venga immerso. Se non fosse così non potrebbe vendere i suoi
termometri e noi servirci di quelli comprati.
Margherita Spanedda
20. Comoda questa legge dei
termometri!
Il bello è aver scoperto che acqua e
ghiaccio mescolati assieme conservano
sempre la stessa temperatura!
Non basta segnarle in mm, col metro a
partire da 0?
Ti sbagli di grosso!
Il tubo è alle volte sottile alle volte largo, la pallina col mercurio più o
meno grossa, per tali differenze il mercurio sale più o meno
rapidamente nei diversi termometri anche se ugualmente riscaldati,
sicché essi non combinano tutti fra loro.
Ma un termometro non è finito con lo zero!
Bisogna tracciare anche altre lineette!
Margherita Spanedda
21. E’ vero! Allora bisognerebbe scaldare tutti i termometri
allo stesso modo e segnare su ciascuno il punto in cui
arriva allora il mercurio; poi dividere in parti uguali lo
spazio compreso tra questi punti e lo zero
E cosi si fa, ma a quale temperatura
bisogna riscaldarli?
A una qualunque!
Bravissimo!Così andrebbero d’accordo tutti i
termometri fatti con la stessa infornata.
E tutti gli altri? Quelli fatti in un altro
momento e in un altro paese? Non si potrebbe
più risalire alla temperatura comune servita a
determinare il segno superiore dei primi!
Margherita Spanedda
22. Non so come uscirne
Si dovrebbe, anche qui, sapere un’altra
temperatura così facile e sicura da stabilirsi
in modo costante, come è il punto di
congelamento.
Ah ora mi viene in mente! È il
punto di ebollizione
dell’acqua!
Ecco!Cioè la temperatura alla quale l’acqua
bolle. Ne parleremo domani
Margherita Spanedda
24. Proviamo a considerare un po’ più da
vicino il fenomeno della fusione del
ghiaccio.
A quale scopo lo facciamo?
Pongo sopra un treppiede una spessa lamina
di latta e vi accendo la solita lampada a
spirito.. Poi prendo due vasi di vetro conici, li
riempio uno di ghiaccio e uno di acqua a 0 °C.
Li dispongo infine simmetricamente in modo
che ciascuno di essi riceva, dal disotto, la
stessa quantità di calore. Infilo dentro a
ciascuno di essi un termometro Ora
sorvegliamo l’andamento dell’esperienza.
Margherita Spanedda
25. Per osservare come il ghiaccio
consumi una certa quantità di calore
senza aumentare la sua temperatura
Come è possibile?
Non hai che da osservare. Adesso il
termometro dalla parte dell’acqua è
salito a 20°C, mentre quella del
ghiaccio segna sempre 0°C
Margherita Spanedda
26. Non può che essere così
Perché, essendo acqua e ghiaccio
assieme, laT non può essere altro
che 0°C
In ogni modo il ghiaccio ha assorbito la
stessa quantità di calore che è stata assunta
dall’acqua per passare dalla temperatura di
di 0°C a quella di di 20°C senza essere
diventato più caldo.
Si è fuso in parte: vuol dire forse
che durante la sua fusione viene
consumato calore? Proprio e
veramente consumato?
Giustissimo!!
Però che cosa è avvenuto in esso?
Margherita Spanedda
27. Proprio così.Che cosa è il calore?
E’ una forma di energia, ossia lavoro.
Vuol dire dunque che per trasformare in
acqua il ghiaccio, ci vuole lavoro.
Bravo, hai detto ottimamente ! Una volta
quando non si possedeva il concetto di
energia, questo fatto destava meraviglia e
si diceva che il bilancio di calore non era più
rilevabile per mezzo del termometro, ma
che tuttavia il calore non andava
perduto, ma si nascondeva dentro al corpo
accumulandosi allo stato latente.
Margherita Spanedda
28. Spiegati meglio perché
vorrei capire.
Tu sai che ogni volta che si vogliono mutare le condizioni nelle
quali si trova un corpo bisogna compiere lavoro. Ossia
adoperare energia.
Si parlava quindi di calore latente. Questo
nome si è conservato e lo si adopera
benissimo ancora, anche se quel modo
erroneo di concepire il fenomeno è stato
rimpiazzato da una più esatta
rappresentazione,.
Margherita Spanedda
29. Certamente. Per esempio
sfregando fra di loro due
pezzi di ghiaccio anche alla
temperatura di 0°C a poco
a poco si sciolgono ….
Così per esempio non si può ridurre una
zolletta di zucchero in polvere, rompere una
bacchetta, piegare una spranga metallica
senza spendere della fatica.
Allo stesso modo trasformare del ghiaccio in
acqua costa lavoro, che si può eseguire con
una semplice aggiunta di calore.
Non si può raggiungere con
un altro mezzo?
Margherita Spanedda
30. E qui
Il dialogo s’interrompe
bruscamente.
Forse più tardi ….
Margherita Spanedda
