Alla Scoperta Delle Reazioni Chimiche

Lo studio della Chimica è indubbiamente affascinante, ma può presentare notevoli difficoltà, se non si cerca di affrontarne la trattazione in un modo che sia dotato di senso per i giovani alunni e, quindi, partendo dalle situazioni di vita reale già note, per procedere gradatamente verso la sua organizzazione epistemologica.

Riproducendo alcune situazioni risultanti dalla manipolazione delle sostanze, facendo osservare ai ragazzi cosa succede, ad esempio, quando due materiali vengono messi a contatto oppure quando si riscalda una sostanza o, ancora, quando la si pone a contatto di una fiamma, si stimolerà la loro naturale curiosità affinché si interroghino sul perché e sul come avvengano i fenomeni osservati.


Si propongono di seguito, a titolo esemplificativo, tre esperienze di laboratorio per iniziare a costruire un percorso sperimentale.

1° Esperienza: "Osserviamo alcune reazioni…spettacolari".

Materiale: becco Bunsen; filo di nichel-cromo, lungo 5-6 cm e fissato su una bacchetta di vetro; soluzione di acido cloridrico, piuttosto concentrata; alcuni campioni di sali di metalli (litio; sodio; potassio; calcio; rame; stronzio; bario).

Procedimento: 1. accendere il becco Bunsen e accertarsi che il filo di nichel-cromo, arroventato alla fiamma, non determini alcuna colorazione. In caso contrario, immergere il filo nell'acido cloridrico una o più volte, fino a quando non si ottiene il risultato voluto, ossia la scomparsa di una qualsiasi colorazione della fiamma. 2. Fare un piccolo anello sulla punta del filo di nichel-cromo, immergerlo nuovamente nell'acido cloridrico e, subito dopo, raccogliere, nella parte ad anello, una piccola quantità di uno dei campioni di sali metallici a disposizione. 3. Scaldare mediante il becco Bunsen e osservare il colore assunto dalla fiamma. 4.Ripetere la stessa operazione per ciascun campione dei differenti metalli.

Analisi dei risultati: le colorazioni assunte alla fiamma dai metalli impiegati sono le seguenti:

I sali dei metalli adoperati conferiscono alla fiamma colorazioni caratteristiche che ne consentono il riconoscimento, essendo i cloruri facilmente volatili.
Naturalmente, la conclusione, in questo caso, non scaturisce dai ragazzi ma è fornita dall'insegnante. Gli alunni comprenderanno, comunque, che alcune sostanze si sono trasformate in altre sostanze.

Un video sui saggi alla fiamma.







 2° Esperienza: "Osserviamo cosa succede mescolando sostanze"

Materiale: alcuni campioni di sostanze diverse, chiamati "sostanza 1"; altrettanti campioni di sostanze diverse, chiamati "sostanza 2"; pipette contagocce; provette.

Procedimento: 1. prelevare piccole quantità della sostanza 1 e della sostanza 2 e versarle in diverse provette, tante quante sono le coppie di sostanze interessate.

Analisi dei risultati: nella seguente tabella si riporta quanto avviene:

 
I ragazzi comprenderanno che si è formata una nuova sostanza, diversa dalle prime due sia nell’aspetto sia nel comportamento, e che da essa, spontaneamente, non si possono ottenere quelle impiegate.

Si preciserà, inoltre che  quanto avvenuto è una “reazione chimica” e che le sostanze 1 e 2 si chiamano “reagenti”, mentre la nuova sostanza è il “prodotto” della reazione. A questo punto, si rinforzerà il concetto di reazione chimica, richiamando esempi noti dal vivere quotidiano quali la combustione della legna, la formazione della ruggine  in un chiodo, l’annerimento della superficie di taglio di una mela ecc.

La riflessione sulle reazioni chimiche, incontrate nei contesti di vita reale, fornirà l’occasione per analizzarle e classificarle nelle loro diverse tipologie: sintesi, decomposizione , scambio semplice, doppio scambio.

3° Esperienza: "Facciamo arrugginire il ferro".

Materiale: paglietta di ferro per la pulizia delle pentole; provetta; becher o recipiente di vetro di circa 10 cm di diametro; acqua.

Procedimento: 1. depositare sul fondo della provetta un piccolo groviglio di fili staccati dalla paglietta di ferro e versare un po’ d’acqua; 2. Versare altra acqua nel becher e rovesciare al suo interno la provetta. 3. Segnare il livello raggiunto dall’acqua nella provetta, aspettare due o tre giorni e, quindi, controllare i risultati dell’esperimento.

Analisi dei risultati:
- all’osservazione, i fili risulteranno di un colore rossiccio dovuto alla formazione di ossido di ferro;
- si noterà, inoltre, che il livello dell’acqua è salito nella provetta in quanto essa ha occupato il posto lasciato libero dall’ossigeno, che ha reagito con il ferro formando la ruggine o ossido di ferro.

Si presenterà agli alunni la scrittura formale, o equazione chimica, della reazione:    

          

3Fe + 4H₂O -> Fe₃O₄ + 4H₂

[In realtà la questione è un po' più complessa, come mi fa sapere Paolo Gifh, che ringrazio.

Fe₃O₄ è una specie di coniugazione dei due ossidi derivanti dall'ossidazione del ferro nei suoi due principali numeri di ossidazione. FeO, l'ossido ferroso (o meglio l'ossido di Ferro (II)) è molto instabile e si ossida ulteriormente a Fe₂O₃ formando la miscela Fe₃O₄. Tuttavia nella ruggine possono essere compresenti sia gli ossidi che gli idrossidi di entrambi i numeri di ossidazione +2 e +3, più altri intermedi cioè:

• Fe₂O₃ (oltre il 30-40%, anche fino al 97%)
• Fe(OH)₃, FeO(OH), Fe₃O₄, FeO, Fe(OH)_{2     ]}

 

A questo livello scolastico può però bastare, rimandando ad un ulteriore approfondimento negli studi successivi.

Si informerà, inoltre, che nella chimica moderna tutti i composti ottenuti dal legame di un elemento con l’ossigeno vengono denominati ossidi mentre fino a qualche tempo si faceva una distinzione, presente ancora nell’uso comune:

 1. metallo + ossigeno ---->   ossido o ossido basico

 2. non metallo + ossigeno ---->   anidride o ossido acido. 

Un esempio del secondo tipo di ossidazione è l’anidride solforosa ( il termine più moderno usato a livello internazionale è diossido di zolfo):

  S + O2 ---->  SO2  

Il docente proporrà altri esperimenti per far osservare agli alunni la formazione di basi, acidi e sali, ricorrendo il più possibile ad esempi presi dalla vita quotidiana.