progetto_acqua

Acqua: Un percorso curricolare trasversale Annarita

Ruberto

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Ruberto MAPPA TEMATICA DEGLI ARGOMENTI TRATTATI

CLASSE 1°   

 

- FORMA PROPRIETA’ DELL’ACQUA - PESO - VOLUME PRINCIPI E FENOMENI - CAPILLARITA’ - VASI COMUNICANTI COMPORTAMENTI: DIFFUSIONE MATERIALI ETEROGENEI: MISCUGLI MATERIALI OMOGENEI: SOLUZIONI

 SOSTANZE IDROSOLUBILI  SOSTANZE NON IDROSOLUBILI

CLASSI: 1° - 2°  STATI DI AGGREGAZIONE DELL’ACQUA  PASSAGGI DI STATO

CLASSI: 2° - 3°  IL CICLO IDROLOGICO E LA QUANTITA' D'ACQUA SULLA TERRA  ALCUNE PAGINE DI REPORTAGE DEI GRUPPI  ESPERIMENTO DI SIMULAZIONE DEL CICLO DELL'ACQUA

CLASSE 3° SCIENZE – GEOGRAFIA  RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELL'IDROSFERA  LA DISTRIBUZIONE DELLE ACQUE DOLCI SULLA TERRA E LE RISORSE IDRICHE  TABELLA 1: I PAESI PIU' ASSETATI DEL MONDO  TABELLA 2: CONSUMO MEDIO GIORNALIERO PRO CAPITE IN EUROPA  TABELLA 3: ACQUA DOMESTICA  TABELLA 4: CONSUMI OCCULTI D'ACQUA  NORME PER IL RISPARMIO IDRICO

SCIENZE - GEOGRAFIA - EDUCAZIONE TECNICA  INQUINAMENTO IDRICO E PRINCIPALI CAUSE  I VARI TIPI DI INQUINAMENTO E IL PROBLEMA DELLA QUALITA' DELLE ACQUE

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Ruberto  LE PIOGGE ACIDE E LE PIOGGE DI FANGO  L'AUTOPURIFICAZIONE

SCIENZE  TRASFORMAZIONI ENERGETICHE NEL CICLO IDROLOGICO

CLASSE 2°  SOSTANZE CONTENUTE NELL'ACQUA  DETERMINAZIONE DELLA QUALITA’ DELLE ACQUE POTABILI MEDIANTE ANALISI CHIMICO – FISICHE (IN COLLABORAZIONE CON IL LABORATORIO CHIMICO DELL’ITIS-IPSIA DI FAENZA)

 PAGINE DI REPORTAGE DELLE CLASSI

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Ruberto PERCORSO DIDATTICO – SPERIMENTALE (INDICE DELLE ESPERIENZE - APPENDICI )

CLASSE 1°          

COME TARARE UN COMUNE RECIPIENTE? L'ACQUA E' COMPRIMIBILE? - ESPERIENZA N.1 LA COMPRIMIBILITA': ESPERIENZA N.2 LA COMPRIMIBILITA': ESPERIENZA N.3 PERCHE' LA ZOLLETTA DI ZUCCHERO SI COLORA? - ESPERIENZA N.1 LA CAPILLARITA': ESPERIENZA N.2 COME SI DISPONE L'ACQUA VERSATA IN UN SISTEMA DI RECIPIENTI COMUNICANTI? PERCHE' L'ACQUA SI COLORA DI AZZURRO? I MATERIALI SI COMPORTANO ALLO STESSO MODO RISPETTO ALL'ACQUA?

APPENDICE          

SCHEDA DI LAVORO N.1: separazione fisica dei componenti di una soluzione salina SCHEDA DI LAVORO N.2: separazione dei componenti di un miscuglio eterogeneo mediante filtrazione ed evaporazione dei componenti SCHEDA DI LAVORO N.3: separazione dei componenti non miscibili in una emulsione acqua - olio SCHEDA DI LAVORO N.4: la diffusione del permanganato di potassio SCHEDA DI LAVORO N.5: la velocità della diffusione SCHEDA DI LAVORO N.6: il congelamento di una soluzione salina SCHEDA DI LAVORO N.7: la formazione di una soluzione satura e sovrassatura PROPOSTE PER LE ESERCITAZIONI PROPOSTE DI APPROFONDIMENTO PROPOSTE PER LE VERIFICHE

CLASSI: 1° - 2°     

L'EBOLLIZIONE DELL'ACQUA - ESPERIMENTO N.1 VARIA LA TEMPERATURA DELL'ACQUA DURANTE L'EBOLLIZIONE? (CLASSE 2°) PERCHE' L'ACQUA HA BOLLITO AD UNA TEMPERATURA INFERIORE A 100°C? - (CLASSE 2°) LA FUSIONE DEL GHIACCIO - ESPERIMENTO N.2 L'ACQUA EVAPORA ANCHE A TEMPERATURA AMBIENTE? - (CLASSE 2°)

CLASSI: 2° - 3°

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Ruberto    

IL CICLO IDROLOGICO N.2 PAGINE DI REPORTAGE - CLASSE 3° N.2 PAGINE DI REPORTAGE - CLASSE 2° SIMULAZIONE DEL CICLO DELL'ACQUA - ESPERIMENTO (CLASSE 2°)

CLASSE 3°

Gli argomenti della ricerca, svolta dai ragazzi, sono quelli elencati nelle rispettive sezioni della MAPPA TEMATICA

 

SCIENZE - GEOGRAFIA SCIENZE - GEOGRAFIA - ED. TECNICA

 -

SCIENZE: RAPRRESENTAZIONE SCHEMATICA DEGLI SCAMBI ENERGETICI NEL CICLO IDROLOGICO PER CONCLUDERE

-

CLASSE 2°     

INDIVIDUARE IL PH DI ALCUNE ACQUE VERIFICARE LA TORBIDITA' DELL'ACQUA RILEVARE LA PRESENZA DEL FERRO NELL'ACQUA RILEVARE LA PRESENZA DEL PIOMBO E DEL MERCURIO NELL'ACQUA



SCHEDA DI LAVORO N.I: analizziamo le etichette delle bottiglie di acqua oligominerale da tavola SCHEDA DI LAVORO N.2: verifichiamo l'inquinamento dell'acqua VERIFICA FORMATIVA

APPENDICE  

PAGINE DI REPORTAGE

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Ruberto PREMESSA GENERALE

Il lavoro, che sarà illustrato nelle pagine seguenti, è stato sviluppato come contributo al TEMA N.1 - PROCESSI DI CAMBIAMENTO E TRASFORMAZIONE - , fra le varie tematiche previste dal PROGETTO SeT. Anche la scuola elementare e l'istituto superiore, selezionati per la sperimentazione Set hanno fornito il loro contributo allo stesso TEMA N.1, nello spirito della continuità verticale, tra i diversi livelli scolastici, e trasversale, fra le varie discipline.

Il percorso sperimentale è stato effettuato, nel periodo settembre - febbraio, dalle mie tre classi di qualche anno fa.

Come si potrà constatare analizzando quanto seguirà, il percorso didattico riguarda principalmente le SCIENZE ma risultano significativi i collegamenti con la GEOGRAFIA e l'EDUCAZIONE TECNICA. All’interno di un CD – ROM realizzato, sono documentati i contributi di altre discipline, come ITALIANO, STORIA, GEOGRAFIA, ED. TECNICA, ED. ARTISTICA, a completamento del lavoro sull'acqua.

Come ulteriore testimonianza del lavoro trasversale svolto, é stata inserita, inoltre, nel CD - ROM, la presentazione dell'intero lavoro, realizzata dalla sottoscritta, sotto forma di diapositive con POWER POINT, in occasione del 1° CONVEGNO SET. I ragazzi hanno lavorato con impegno, divertendosi e traendo profitto dal dialogo educativo, che hanno sostenuto e arricchito costruttivamente.

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Ruberto Positivo è risultato lo spirito di cooperazione, che i gruppi hanno saputo instaurare, e che non è venuto mai meno sia durante l'attività nel laboratorio scolastico sia nei momenti dedicati alla ricerca guidata sulla tematica dell'inquinamento.

L'attività è iniziata, nella classe 1°, con la taratura di un barattolo e con altri lavori preparatori, necessari per poter iniziare costruttivamente il percorso sperimentale previsto per la classe.

Sono state realizzate pagine di reportage dai ragazzi delle tre classi per documentare, in qualche modo, la spontaneità dell'esperienza vissuta.

Per finire, costruttiva è risultata la collaborazione con il laboratorio chimico dell'ITIS - IPSIA di Faenza, dove i ragazzi hanno potuto disporre, per un mese, di attrezzature adeguate e della consulenza sapiente e paziente dei tecnici di laboratorio.

Annarita Ruberto

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Ruberto

COME

TARARE UN COMUNE RECIPIENTE?

OGGETTO DELL’ESPERIENZA

MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONI

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Tarare un recipiente

   

Acqua; recipiente in vetro, di forma cilindrica; becker graduato; pennarello nero; nastro adesivo, di carta non trasparente.

 Fare aderire, sulla superficie esterna del recipiente, una striscia verticale di nastro adesivo, per tutta la lunghezza, fino all’orlo.  Dosare accuratamente, nel becker graduato, 50 ml di acqua; quindi versarla nel recipiente.  Utilizzando il pennarello nero, segnare , con una tacca sul nastro adesivo, il livello raggiunto dall’acqua.  Ripetere l’operazione fino a raggiungere l’orlo del barattolo.  Il nostro recipiente può contenere 1350 ml di acqua.  Le tacche segnate sono 27.

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Ruberto

CONCLUSIONI TEMPI

Abbiamo trasformato un recipiente comune in uno strumento in grado di misurare una quantità non nota di liquido.  Un’ora

SCHEMA DEL MATERIALE UTILIZZATO

BECKER RECIPIENTE CILINDRICO DI VETRO

NASTRO ADESIVO

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PENNARELLO

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Ruberto NOTA DIDATTICA:  Si può fare rilevare agli alunni come la distanza tra una tacca e l’altra dipenda dal diametro del recipiente.  Si fa rilevare come, suddividendo ulteriormente la distanza tra le tacche, possa migliorare l’accuratezza nella lettura della misura.  A tale scopo, l’insegnante può decidere, se lo reputa opportuno, di organizzare ulteriori attività sperimentali per approfondire l’argomento.  Si possono organizzare diverse attività operative per misurare una stessa quantità d’acqua. Il confronto dei risultati ottenuti può risultare utile ad avviare una riflessione sui limiti insiti nell’operazione di misura. Problema che si dovrà necessariamente trattare con sistematicità nel corso del curricolo triennale di Scienze.

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Ruberto LE PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE DELL’ACQUA

*

*

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L’ACQUA E’ COMPRIMIBILE? - ESPERIENZA N.1

OGGETTO DELL’ESPERIENZA MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONI CONCLUSIONI TEMPO

Indagine sulla comprimibilità dell’acqua Becker Siringa graduata, in plastica.

Acqua Abbiamo messo dell’acqua nel becker.

Con la siringa, abbiamo aspirato 50 ml di acqua, tirando verso l’alto lo stantuffo.  Abbiamo tappato, con un dito, il foro della siringa e spinto lo stantuffo verso il basso.  Abbiamo potuto osservare che, pur spingendo lo stantuffo con forza, il livello dell’acqua rimaneva invariato.  Abbiamo dovuto concludere, sulla base dell’esperienza fatta, che l’acqua non è comprimibile.     



Un’ora

SCHEMA DEL MATERIALE UTILIZZATO

BECKER

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SIRINGA

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Ruberto LA COMPRIMIBILITA’: ESPERIENZA N.2

 OGGETTO DELL’ESPERIENZA: indagine sulla comprimibilità dell’acqua.  MATERIALE: - due bicchieri di plastica; - nastro adesivo; - acqua.

BICCHIERI DI PLASTICA

NASTRO ADESIVO

 PROCEDIMENTO: - si prende uno dei due bicchieri e si versa dell’acqua fino al segno indicato dal nastro adesivo, posizionato con cura ad una prefissata altezza; - inserendo delicatamente il 2° bicchiere nel primo, si cerca di comprimere l’acqua.  OSSERVAZIONE: sotto l’azione esercitata, l’acqua non si abbassa di livello ma sale, fuoriuscendo dal bicchiere.  CONCLUSIONI: non è possibile comprimere l’acqua.  TEMPO: un’ora

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Ruberto LA COMPRIMIBILITA’: ESPERIENZA N.3

 OGGETTO DELL’ESPERIENZA: ulteriore indagine sulla comprimibilità dell’acqua.  MATERIALE: - un bicchiere della nutella;

- un pestello tritacarne;

- acqua.  PROCEDIMENTO: - si prende il bicchiere e si versa al suo interno un po’ d’acqua; - con il pestello si cerca di comprimere l’acqua.  OSSERVAZIONE: notiamo che l’acqua fuoriesce dal bicchiere.  CONCLUSIONI: ancora una volta, sulla base dell’evidenza sperimentale, concludiamo che l’acqua non è comprimibile.  TEMPO: un’ora.

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Ruberto LE ESPERIENZE SVOLTE CI INDUCONO A CONCLUDERE CHE :

L’ACQUA NON E’ COMPRIMIBILE PERCHE’

PERCHE’

L’ACQUA OCCUPA UN VOLUME PROPRIO PUR NON AVENDO UNA FORMA PROPRIA

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Ruberto

PERCHE’ LA ZOLLETTA DI ZUCCHERO SI COLORA? ESPERIENZA N.1

OGGETTO DELL’ESPERIENZA

La capillarità

Contenitore in vetro, di forma larga e bassa Blu di metilene Zolletta di zucchero Acqua Bacchetta di vetro

MATERIALE

    

PROCEDIMENTO

 Abbiamo versato pochissima acqua nel contenitore, aggiungendo qualche goccia di blu di metilene.  Abbiamo rimescolato con la bacchetta di vetro per uniformare la colorazione, diventata di un bell’azzurro intenso.  Infine, abbiamo appoggiato delicatamente la zolletta di zucchero sul fondo del contenitore, a contatto con la soluzione colorata.

OSSERVAZIONI

 Abbiamo notato che la zolletta di zucchero si colorava rapidamente di azzurro, come se ‘risucchiasse’ il liquido colorato.

CONCLUSIONI

 Quanto abbiamo osservato avviene per ‘capillarità’, un fenomeno fisico che approfondiremo nel corso degli studi.

TEMPO

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 Un’ora http://scientificando.splinder.com

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Ruberto SCHEMA DEL MATERIALE UTILIZZATO

BLU DI METILENE

POCA ACQUA

INSERIRE LA ZOLLETTA DI ZUCCHERO NEL CONTENITORE CON LA SOLUZIONE ACQUA+BLU DI METILENE

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Ruberto LA CAPILLARITA’: ESPERIENZA N.2 OGGETTO DELL’ESPERIENZA

MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONI

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La capillarità

 Un sistema di sottili tubi di vetro comunicanti, con diametro diverso ma piccolo;  blu di metilene;  bacchetta di vetro per agitare;  piccolo becker;  acqua.  Abbiamo versato un po’ d’acqua di rubinetto nel becker;  vi abbiamo lasciato cadere dentro alcune gocce di blu di metilene;  abbiamo rimescolato con la bacchetta di vetro per uniformare il colore rapidamente;  abbiamo versato il tutto nel sistema di tubi sottili.  Abbiamo notato che l’altezza del liquido non era uguale in tutti i tubi. Infatti , nel tubo con il diametro maggiore l’altezza raggiunta dal liquido era la minore e, inversamente, nel tubo con il diametro minore l’altezza del liquido era la maggiore..

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Ruberto

CONCLUSIONI

TEMPO

 Questo fenomeno fisico, noto con il nome di capillarità, si manifesta soltanto quando, appunto, i tubi sono molto sottili. La prof. dice che esso è dovuto al concorso di due tipi di forze che si sviluppano, l’uno, fra sostanze diverse e, l’altro, fra le particelle della stessa sostanza.*  Un’ora

*NOTA DIDATTICA: le forze di adesione come anche quelle di coesione saranno approfondite più avanti nel corso degli studi, quando sarà introdotto il modello particellare della materia, che non è opportuno trattare a questo livello scolare.

COLLEGAMENTI DISCIPLINARI : si può far rilevare, nell’ambito dello studio dei vegetali, come il fenomeno della capillarità sia molto importante per la risalita della linfa grezza dalle radici fino alla chioma delle piante ai fini dello svolgimento del complesso quanto essenziale processo della fotosintesi clorofilliana.

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COME SI DISPONE L’ACQUA VERSATA IN UN SISTEMA DI RECIPIENTI COMUNICANTI?

OGGETTO DELL’ESPERIENZA

MATERIALE

PROCEDIMENTO

I vasi comunicanti

 Recipienti di vetro comunicanti, di diversa grandezza;  blu di metilene;  acqua;  comune contenitore in vetro trasparente;  bacchetta di vetro per rimescolare.  Abbiamo versato, nel contenitore di vetro, dell’acqua, aggiungendovi qualche goccia di blu di metilene.  Abbiamo rimescolato con la bacchetta di vetro, versando, successivamente, l’acqua ‘colorata’ di azzurro nel sistema di recipienti comunicanti.

OSSERVAZIONI

 Abbiamo notato che il livello, raggiunto dal liquido, era uguale in tutti i vasi.

CONCLUSIONE

 Il principio dei vasi comunicanti è reso possibile dalla mancanza di capillarità, oltreché da altri fenomeni che studieremo nei prossimi anni.

TEMPO

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Un’ora http://scientificando.splinder.com

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PERCHE’ L’ACQUA SI COLORA DI AZZURRO?

OGGETTO DELL’ESPERIENZA MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONE

CONCLUSIONI TEMPO

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La diffusione del solfato di rame in acqua  Un piccolo cristallo blu di solfato di rame idrato.  Acqua di rubinetto.  Becker di diametro largo, forma bassa.  Bacchetta di vetro per agitare.  Abbiamo versato una quantità d’acqua, nel becker, pari a circa due terzi della sua capacità.  Abbiamo immerso il piccolo cristallo blu di solfato di rame idrato nell’acqua.  Dopo un po’ di tempo( che non abbiamo misurato in quanto non strettamente necessario ai fini dell’esperimento) si è formato un alone colorato.*  Con il passare del tempo l’alone si è esteso sempre di più, diluendosi fino a che tutta l’acqua non si è uniformemente colorata di azzurro.  Abbiamo rilevato che, agitando con la bacchetta, la colorazione del liquido veniva accelerata.  Alla fine, abbiamo osservato che il cristallo blu era ‘completamente svanito’.

Il cristallo blu ‘ non è, in realtà, svanito’ si è semplicemente disciolto nell’acqua colorandola di azzurro per ‘diffusione’.* Un’ora

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Ruberto NOTE * Il formarsi dell’alone, oltre alla diffusione, è dovuto anche all’esistenza della pressione di soluzione. L’insegnante valuterà se sia il caso di farne riferimento, in relazione alle pre-condizioni maturate dagli allievi. * A questo livello di età sarebbe opportuno rilevare soltanto l’aspetto macroscopico del fenomeno. Negli anni successivi si ritornerà sulla questione, interpretandola correttamente sotto l’aspetto microscopico, quando sarà stato introdotto il modello particellare della materia.

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Ruberto

I MATERIALI SI COMPORTANO ALLO STESSO MODO RISPETTO ALL’ACQUA?

OGGETTO DELL’ESPERIENZA

MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONI

CONCLUSIONI TEMPO

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Sperimentare il comportamento di diversi materiali rispetto all’acqua.    

Pane; zucchero; sale; farina; biscotto; formaggio ‘Squacquerone’; sabbia; vino rosso; aranciata; olio; acqua; contenitori di vetro, a forma bassa .

 Abbiamo predisposto alcuni recipienti con dell’acqua, tanti quanti i differenti materiali.  Abbiamo immerso o versato, secondo i casi, in ciascuno di essi, il materiale destinato.  Non tutti i materiali hanno reagito allo stesso modo.  Fra i solidi, alcuni sono rimasti immutati, altri si sono come ‘sgretolati’, il sale e lo zucchero si sono disciolti completamente.  I liquidi si sono miscelati con l’acqua in maniera omogenea, tranne l’olio che ha formato delle macchie di diverse dimensioni, galleggianti sull’acqua. *Abbiamo riportato i risultati dell’osservazione in una tabella .  Abbiamo rilevato che materiali diversi evidenziano un diverso comportamento rispetto all’acqua.  Un’ora

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Ruberto TABELLA RIASSUNTIVA MATERIALE Sale Biscotto Pane Zucchero Squacquerone Aranciata Vino rosso Olio Farina Sabbia

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COMPORTAMENTO Si scioglie completamente non distinguendosi dall’acqua.

Si sgretola, ma si distingue dall’acqua.

Si comporta come il biscotto.

Si comporta come il sale.

Si scioglie parzialmente.

Si mescola con l’acqua e la colora in maniera omogenea.

Si comporta come l’aranciata.

Galleggia sull’acqua, a macchie di diversa grandezza.

Non si scioglie, dopo un po’ di tempo si deposita sul fondo.

Si comporta come la farina.

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SI COMPORTANO COME LE SOSTANZE IDROSOLUBILI

 Il sale  Lo zucchero

SI COMPORTANO COME

LE SOSTANZE NON IDROSOLUBILI

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 La sabbia  La farina  Il biscotto  Il pane  Lo squacquerone

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Ruberto

La classe 1°B, nel periodo dalla metà di settembre alla fine di ottobre, ha trattato sperimentalmente, sempre nell’ambito del SeT, il percorso ‘Il concetto di sostanza dal punto di vista chimico e fisico’(vedi sito provveditorato – Progetto SeT a.s.1999/200). Gli alunni, pertanto, conoscono già la differenza tra miscugli eterogenei e miscugli omogenei(o soluzioni), il significato dei termini solvente, soluto, filtrato, precipitato, perciò, a questo punto, abbiamo ripreso gli argomenti effettuando una sintesi concettuale delle competenze pregresse, puntando a mettere in luce il discorso dell’acqua intesa come solvente ed il suo chiaro rapporto con la quasi totalità dei fenomeni vitali.

In APPENDICE sono riportate alcune schede di lavoro, tra cui quella sull’esperienza del congelamento di una soluzione salina. In questa esperienza si potrà far notare che la soluzione salina dell’acqua ha un punto di congelamento più basso dello 0°C e che congela solo H 2 O, provocando, quindi, un aumento della concentrazione salina nella soluzione sottostante. Questo comportamento sarà utile per chiarire quanto accade nei mari glaciali, nei quali la salinità è abbastanza alta da far sì che , nonostante le basse temperature, sotto la calotta polare l’acqua non riesca a congelare ulteriormente, permettendo ai pesci di sopravvivere.

Si potrà fare anche un parallelo con quanto succede nei mari equatoriali e tropicali, nei quali la salinità aumenta, questa volta, per il fenomeno della massiccia evaporazione di H 2 O, provocata dalla intensa insolazione.

Si potrebbero anche aggiungere, in base alla capacità di ricezione della classe, altre notizie come ad esempio la conducibilità elettrica delle soluzioni acquose e parlare di norme di sicurezza nell’uso degli elettrodomestici o della pericolosità di ripararsi sotto gli alberi durante i temporali.

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SCHEDA DI LAVORO N. 1 Problema – Domanda Tutto ciò che sembra "uguale" è in realtà formato dalle stesse sostanze?

Oggetto dell'esperienza Separazione fisica dei componenti di una soluzione salina mediante evaporazione Materiale: due becker termo-resistenti, forma bassa; acqua distillata; soluzione di acqua di rubinetto e sale da cucina (cloruro di sodio NaCl); due treppiedi in acciaio; due fiamme Bunsen; due reticelle metalliche frangi-fiamma; due bacchette di vetro.

Procedimento: osservate i due becker, uno contenente solo acqua distillata, l'altro una soluzione di acqua e NaCl (già preparati e indistinguibili). Formulate delle ipotesi, quindi fate evaporare i contenuti dei due becker alla fiamma Bunsen.

Descrizione: descrivete accuratamente quanto succede, traendo motivate conclusioni.

Note per l’insegnante Risultato dell’osservazione Osservazione: nel primo becker non rimane nulla, nel secondo si osserva un residuo secco.

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Ruberto Conclusioni: si può far rilevare ai ragazzi che nel secondo becker c'era almeno una sostanza in più rispetto al primo.

Non si pone per ora il problema di verificare se il liquido evaporato, nel secondo becker, era formato da una o più sostanze, la stessa cosa per il residuo secco. Siamo, comunque, riusciti a separare sostanze mediante evaporazione.

Tempi: 1 ora SCHEDA DI LAVORO N.2 Problema- Domanda Dopo aver preparato davanti agli alunni un miscuglio di acqua, sabbia e solfato di rame, si chiede loro come poter separare i tre componenti.

Oggetto dell'esperienza Separazione dei componenti di un miscuglio eterogeneo mediante filtrazione ed evaporazione dei componenti.

Materiale (per ciascun gruppo): becker termo-resistente; beuta; bacchetta di vetro; carta da filtro; imbuto; spruzzetta; sabbia; solfato di rame CuSO4;acqua distillata; treppiede; fiamma Bunsen; reticella metallica frangi-fiamma.

Procedimento: 1° fase- Mescolate nel becker acqua distillata, solfato di rame e sabbia, riscaldate il tutto alla fiamma Bunsen rimescolando con la bacchetta di vetro.

2° fase- Ponete l'imbuto sulla beuta, preparate un filtro normale, inseritelo nell'imbuto e bagnatelo con la spruzzetta per farlo aderire meglio alla superficie di appoggio.

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Ruberto 3° fase- Versate il miscuglio nel sistema filtro – imbuto e attendete il tempo necessario…

4° fase- Per separare il solfato di rame dall'acqua distillata, fatela evaporare per riscaldamento Descrizione: descrivete bene ciò che accade e traete conclusioni motivate Note per l’insegnante Risultato delle osservazioni nelle varie fasi 1° osservazione relativa alla 1°fase: Il liquido si colora in azzurro per lo scioglimento dei cristalli di solfato di rame, mentre la sabbia rimane in sospensione.

2° osservazione relativa alle fasi 2° e3°: Il liquido, passato nella beuta, attraverso il sistema filtro - imbuto, è di colore azzurro limpido, senza tracce di sabbia, che rimane depositata sulla carta da filtro.

Conclusioni : Si fa rilevare ai ragazzi che si possono separare i due componenti solidi di un miscuglio eterogeneo per filtrazione della parte liquida; il componente insolubile rimane sulla carta da filtro mentre il componente disciolto si ottiene per evaporazione del solvente.

Tempi :2 ore

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Ruberto SCHEDA DI LAVORO N.3 Problema- Domanda Come si possono separare due liquidi non miscibili?

Oggetto dell'esperienza Separazione dei componenti non miscibili in una emulsione acqua olio

Materiale: imbuto separatore o in alternativa imbuto normale con un tappo di gomma applicato all'imboccatura e chiuso con una pinza; olio; acqua.

Procedimento: versate due uguali quantità di acqua e olio nell'imbuto separatore chiuso al fondo, e lasciate riposare l'emulsione. Fate previsioni su quale liquido uscirà per primo aprendo il rubinetto. Successivamente aprite il rubinetto e osservate……quindi, chiudete il rubinetto e provate a isolare la seconda sostanza. Potete recuperarla ? In che modo?

Descrizione: descrivete con cura che cosa accade , traendo conclusioni motivate.

Note per l’insegnante Risultato dell’osservazione: l'acqua uscirà per prima perché più pesante dell'olio. Si chiude il rubinetto e la frazione di olio rimane nell'imbuto. Successivamente l'olio si recupera facendolo defluire in un recipiente.

Conclusioni: si fa rilevare ai ragazzi che liquidi non miscibili (in questo caso acqua e olio) si possono separare sfruttando il loro diverso peso.(Questa esperienza offre la possibilità ai ragazzi di riflettere sul peso e come tale caratteristica sia determinante per separare sostanze diverse)

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Ruberto Eventuale approfondimento: Si chiede ai ragazzi se lo stesso risultato si può ottenere senza l'imbuto separatore. Si arriva alla conclusione, e successivamente se ne potrebbe effettuare la prova, che si può separare l'acqua dall'olio semplicemente lasciando a riposo per qualche tempo l'emulsione. L'olio si dispone sull'acqua e si può aspirare molto attentamente con una pipetta di tipo Pasteur. Questo procedimento si chiama decantazione.

Tempi: 2 ore

SCHEDA DI LAVORO N.4 Oggetto dell’esperienza La diffusione del permanganato di potassio

Materiale: un becker da 250 ml circa oppure un bicchiere trasparente, anche di plastica; un cucchiaino; un fazzoletto di carta; permanganato di potassio.

Procedimento:  Servendoti del cucchiaino, metti pochi cristallini di permanganato di potassio al centro del fazzoletto aperto.

Attenzione che i cristallini siano pochi: tre o quattro al massimo!  Chiudi il fazzoletto, formando un sacchettino.  Immergi il sacchettino nel becker o nel bicchiere, contenente acqua per 2/3 circa.  Guarda con attenzione quello che succede e registra le tue osservazioni subito dopo avere immerso il sacchettino e dopo un minuto circa.  Leva il sacchettino dall’acqua e mettilo in un contenitore facendo attenzione a non sgocciolare intorno.  Ripeti le osservazioni sul contenuto del becker dopo dieci minuti e dopo un’ora.

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Ruberto Descrizione: descrivi accuratamente quello che osservi, traendo motivate conclusioni.

Nota per l’insegnante Questa esperienza offre un bell’esempio di diffusione di sostanza colorata; è necessario usare poco permanganato altrimenti dopo poco tempo non si vede più nulla perché la colorazione è intensissima.

SCHEDA DI LAVORO N. 5 Oggetto dell’esperienza La velocità della diffusione Materiale: un becker da 250 ml o un bicchiere trasparente, anche di plastica; zucchero; un cucchiaino; un contagocce abbastanza lungo( deve arrivare senza difficoltà fino sul fondo del becker o del bicchiere) e soprattutto ben pulito: Procedimento:  Metti due cucchiaini di zucchero nel becker, pieno per 2/3 di acqua. Lavora con molta precauzione, senza mescolare assolutamente.  Osserva cosa succede: lo zucchero si scioglie immediatamente?  Dopo cinque minuti, osserva il fondo del becker senza muoverlo. C’è ancora zucchero? C’è qualcosa di particolare nell’acqua?  Preleva col contagocce poca acqua vicino alla superficie e assaggiala. E’ dolce o no? Se la risposta è affermativa, quanto è dolce, molto o poco?

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Ruberto  Sempre servendoti del contagocce, preleva poca acqua questa volta dal fondo. E’ dolce o no? Se la risposta è affermativa, quanto è dolce, poco o molto?

Descrizione: descrivi accuratamente quanto osservi, traendo motivate conclusioni.

Nota per l’insegnante L’esperienza mostra come, almeno in certi casi, la diffusione sia un fenomeno molto lento: se si è lavorato con attenzione, anche dopo una decina di minuti l’acqua in superficie non è apprezzabilmente dolce, mentre sul fondo si forma uno strato di soluzione molto concentrata di zucchero, che la differenza di indice di rifrazione rende abbastanza visibile.

SCHEDA DI LAVORO N. 6 Oggetto dell’esperienza

Il congelamento di una soluzione salina Materiale: acqua, due cubetti da ghiaccio, mezzo cucchiaino di sale.

Procedimento, osservazione e descrizione:  Prendi i due cubetti da ghiaccio, riempili di acqua ed in uno di questi aggiungi mezzo cucchiaino di sale, avendo cura di scioglierlo bene.  Mettili nel freezer, registra l’ora ogni dieci minuti, per circa dieci volte.  Predisponi una tabella, in cui annotare tutto ciò che osservi: dopo quanto tempo cominciano a formarsi i due ghiaccioli? Si

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Ruberto formano contemporaneamente? Formula delle ipotesi di spiegazione.  Dopo 3 o 4 ore togli i due cubetti dal freezer e osserva cosa si è formato. I due ghiaccioli sono perfettamente uguali?  Deponi i due ghiaccioli su di un piattino, dopo averne sciacquato leggermente la superficie e assaggiali. Puoi riconoscere col gusto il ghiacciolo che si è formato dall’ acqua salata? Perché?

SCHEDA DI LAVORO N. 7 Oggetto dell’esperienza La formazione di una soluzione satura e sovrasatura Materiale: un recipiente, un bicchiere d’acqua, un cucchiaino, zucchero, fornello elettrico.

Procedimento, osservazione e descrizione:  Prendi il recipiente , versa il bicchiere d’acqua e osservala attentamente.  Sciogli nell’acqua un cucchiaino di zucchero e ripeti le tue osservazioni, mettendo in evidenza se è cambiato qualcosa.  Sciogli un cucchiaino alla volta finché, nonostante i tuoi tentativi, capita che non se ne scioglie più e un po’ di zucchero si deposita sul fondo.  Registra tutto quello che hai fatto e prova a dare una spiegazione di quello che può essere accaduto.  Metti adesso il recipiente sul fuoco, osserva e descrivi cosa accade.  Prova a spiegare cosa è successo nella soluzione, giustificando le tue risposte.

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Ruberto PROPOSTE PER LE ESERCITAZIONI

(CONSOLIDAMENTO/APPROFONDIMENTO)

PER L’ALUNNO  Verificate il comportamento di sostanze uguali in solventi diversi.  Effettuate le prove sperimentali e compilate una tabella descrivendone il comportamento.

PER L’INSEGNANTE Si propongono materiali come quelli indicati di seguito e si fanno compilare tabelle analoghe.

Solvente

Soluto

Comportamento

Acqua

Sale (NaCl)

Solubile

Acqua

Zucchero

Solubile

Acqua

Inchiostro Solubile

Acqua

Olio

Non solubile, si separa poi dal solvente

Alcool

Sale (NaCl)

Poco solubile

Alcool

Zucchero

Poco solubile

Alcool

Inchiostro Solubile

Alcool

Olio

Appaiono tante goccioline ma non si separano dal solvente

Olio

Sale

Poco solubile

Olio

Zucchero

Poco solubile

Olio

Inchiostro Poco solubile

Olio

Olio

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Non si distinguono più

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Ruberto NOTA A discrezione dell’insegnante, si potrebbero approfondire alcuni aspetti come il seguente:  la temperatura del solvente può influenzare la solubilità di una sostanza? Si fanno alcune prove suggerite dagli alunni, riferite a situazioni quotidiane (per fare il tè o il caffè come deve essere l'acqua?).

PROPOSTE DI APPROFONDIMENTO

 PER VERIFICARE IL FENOMENO DELLA COESIONE Si fa effettuare agli alunni una prova molto semplice ma significativa, consistente nel disporre, su di un vetrino, goccioline di vari liquidi. Successivamente si fa osservare , con una lente di ingrandimento, quale liquido tende ad assumere la forma semi-sferica.  PER VERIFICARE IL FENOMENO DELL’ADESIONE Si lasciano scorrere su di una lastra di vetro, opportunamente inclinata, gocce di liquidi diversi. Anche in questo caso i risultati si valutano soltanto a livello descrittivo, aspettando, per una piena comprensione, che i ragazzi abbiano maturato le pre-condizioni adeguate, nel corso degli studi.  PER ACCERTARE LA TENSIONE SUPERFICIALE Si fa galleggiare un ago sottilissimo sulla superficie dei diversi liquidi prescelti.

Per l’acqua, l’esperienza può essere ripetuta variando la temperatura al fine di osservare come si modifica la tensione superficiale.

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Ruberto  PER IL FENOMENO DELLA CAPILLARITA’ Si fanno immergere parzialmente, nei diversi liquidi, alcuni capillari e si fanno osservare i livelli di risalita di ciascun liquido.

Si concentra l’attenzione dei ragazzi sul comportamento dell’acqua e del mercurio: la prima raggiungerà il livello più alto, il secondo raggiungerà il livello più basso. Tra le particelle del mercurio si esercitano, infatti, forze di coesione molto intense e perciò il liquido non aderisce, bagnandole, alle pareti del capillare.

TABELLA N.1 LIQUIDI

ACQUA

ALCOOL

MERCURIO

OLIO

……… …….

PROPRIETA’ COESIONE ADESIONE TENSIONE SUPERFICIALE CAPILLARITA’

I dati delle osservazioni, relative alle varie esperienze proposte, vengono raccolti e progressivamente tabulati in uno schema

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Ruberto analogo alla tabella n.1( vedi sopra) per poter procedere, alla fine delle varie prove, ad una discussione generale che faccia emergere considerazioni e ipotesi sui vari fenomeni indagati.  INDICAZIONI PER L’EDUCAZIONE ALLA SALUTE Numeroso sono gli argomenti che possono essere presentati agli alunni: - l’acqua rappresenta una notevole percentuale del peso corporeo umano e risulta il suo composto inorganico più importante.

- E’ il mezzo in cui si svolgono tutte le reazioni metaboliche della vita organica e il solvente di tutte le sostanze solubili dell’organismo.

- E’ il mezzo di trasporto delle sostanze nutrienti e di quelle prodotte dal metabolismo.

- L’acqua permette alle cellule di conservare l’equilibrio termico corporeo grazie ai raffinati meccanismi autoregolativi organici, tra cui il meccanismo della sudorazione

PROPOSTE PER LE VERIFICHE

 VERIFICA N. 1 Rispondi alle seguenti domande: - Perché si può affermare che l’acqua è un costituente essenziale per gli organismi?

- Quali proprietà hai potuto verificare nelle varie prove sperimentali?

- Il liquido che rivela la massima tensione superficiale , evidenzia anche una notevole adesione?

- Il liquido che manifesta massima tensione superficiale , è caratterizzato da una notevole coesione?

- L’acqua fredda ha una tensione superficiale maggiore o minore di quella dell’acqua calda? Sai motivare il fenomeno?

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Ruberto - All’interazione di quali proprietà è dovuto il fenomeno della capillarità?

- Verifica se, sciogliendo sapone in acqua , si manifesta ancora il fenomeno della capillarità.  VERIFICA N. 2 a)Determina quali dei seguenti materiali sono solubili in acqua: sale da cucina, zucchero, sabbia, borotalco, gesso in polvere, caffè in polvere, farina, limatura di ferro, segatura, citrato di sodio, acido borico, coca-cola, olio di semi, miele, vino. b) Definisci i seguenti termini, aiutandoti con il dizionario: solvente, soluto, soluzione, soluzione satura, solubile, solubilità, insolubile, precipitato, residuo secco.

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Ruberto

Di seguito viene riportato il percorso sugli stati fisici e sui cambiamenti di stato dell’acqua fatto in parallelo per le classi 1° e 2°.

Per la precisione la classe 2°B, che aveva trattato l’argomento l’anno scorso, ha approfondito le conoscenze con ulteriori esperienze, progettate e realizzate dai ragazzi sulla base di domande, scaturite spontaneamente durante i momenti di discussione.

STATI DI AGGREGAZIONE DELL'ACQUA L'acqua è l'unica sostanza che si trova in natura, a temperatura ambiente, nei tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso.

Allo stato solido è presente sotto forma di ghiaccio, nella neve, nella grandine, nella brina e nelle nubi; allo stato liquido si trova sotto forma di pioggia e rugiada, ma soprattutto ricopre i tre quarti della superficie terrestre costituendo oceani, mari, laghi e fiumi; allo stato aeriforme, infine, è presente come nebbia e vapore ed è il principale costituente delle nuvole.

La quantità di vapore presente nell'atmosfera viene espressa per mezzo del tasso di umidità relativa, calcolata come il rapporto tra la quantità di vapore acqueo presente a una determinata temperatura e il valore massimo possibile nelle stesse condizioni termiche.

Per effetto della gravità, l'acqua filtra attraverso il terreno e le rocce nel sottosuolo, dove va a costituire la falda che alimenta i pozzi e le sorgenti dei corsi d'acqua.

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Ruberto ESPERIMENTO N.1

OGGETTO DELL’ESPERIENZA

MATERIALE

PROCEDIMENTO

OSSERVAZIONI

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Ebollizione dell’acqua

    

Fornellino elettrico Acqua di rubinetto Reticella frangi-fiamma Becker termoresistente Termometro a mercurio, scala -20 °C, +130 °C, sensibilità un decimo di °C.

 Abbiamo posto sul fornellino la reticella frangifiamma e il becker pieno d'acqua;  abbiamo immerso nell'acqua del becker il termometro a mercurio, facendo attenzione che non venisse a contatto con le pareti e con il fondo del recipiente;  abbiamo letto la temperatura iniziale dell'acqua;  infine, abbiamo acceso il fornellino e iniziato a registrare, in una tabella, i valori della temperatura, rilevati ogni due minuti, fino a raggiungere l'ebollizione dell'acqua;  quindi abbiamo realizzato il grafico relativo al fenomeno osservato.

All'interno del becker abbiamo potuto notare piccole bollicine d’acqua aderenti alle pareti, via via che il riscaldamento dell'acqua procedeva. Più il tempo passava, più le bollicine si ingrandivano e salivano in superficie con moto progressivamente tumultuoso, fino a quando, raggiunta la temperatura di ebollizione, il moto ha interessato

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Ruberto l'intera massa d'acqua.

CONCLUSIONI

 Con questo esperimento abbiamo appreso che l’acqua bolle ad una temperatura di 100 °C , in condizioni normali di pressione atmosferica.

TEMPI

 Un'ora circa

SCHEMA DEL MATERALE UTILIZZATO

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Ruberto TABELLA

TEMPO in minuti

TEMPERATURA in °C

11.24

25

11.26 11.28 11.30 11.32 11:34

30 37 39 41 45

11:36

50

11:38

60

11:40 11:42

65 70

11:44

75

11:46 11:48

79 85

11:50

90

11:52

95

11:54

100

11.56

100

11:58 12.00 12.02 12.04 12.06

100 100 100 100 100

43

OSSERVAZIONI Temperatura ambiente dell'acqua.

Abbiamo acceso il fornello.

Abbiamo aumentato la fiamma

Il vetro si appanna e si formano piccole bollicine sul fondo.

Abbiamo aumentato nuovamente la fiamma

Le bollicine sono aumentate andando verso l’alto.

Le bollicine salgono più velocemente e aumentano di numero.

Le bollicin aderiscono alle pareti e aumentano ancora di quantità.

Il vapore acqueo fuoriesce dal becker in quantità notevole.

Le bollicine si staccano con continuità dalla superficie dell'acqua, che appare interamente 'rimescolata'.

Il vapore acqueo fuoriesce in quantità massiccia e con continuità.

La temperatura non aumenta più, mentre l'acqua continua a bollire.

L'ebollizione continua . " " " "

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Ruberto GRAFICO

Temperatura in Temperaturain 째C 째C

Ebollizionedell'acqua dell'acqua Ebollizione

44

150 150 100 100 50 50 00 11.16 11.16

11.31 11.45 12.00 11.31 11.45 12.00 Tempoin inminuti minuti Tempo

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12.14 12.14

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Ruberto

Varia la temperatura dell'acqua durante l'ebollizione?

(La classe, che in prima aveva già trattato i cambiamenti di fase dell'acqua, ha approfondito l'argomento ponendo alcune domande, alle quali ha cercato di fornire delle risposte, come viene documentato di seguito.)

Oggetto dell’esperienza: l'ebollizione dell’acqua Materiale:     

becker; acqua; fornello a gas; rete frangi-fiamma; termometro.

Procedimento:

 Abbiamo versato l’acqua nel becker, senza riempirlo troppo, e lo abbiamo sistemato sulla rete frangi-fiamma, posta sul fornello.  Abbiamo, poi, immerso il termometro facendo attenzione che non toccasse il fondo o la parete del becker.  Dopo aver acceso la fiamma del fornello, abbiamo iniziato a compilare la tabella seguente, registrando, ogni due minuti, i valori della variazione della temperatura.  Raggiunta l'ebollizione, abbiamo lasciato accesa la fiamma per dieci minuti al fine di osservare il comportamento della temperatura in questo intervallo di tempo.  Successivamente, spenta la fiamma, abbiamo osservato il raffreddamento per un'ora circa, rilevando le temperature ogni quindici minuti.

Osservazione e tabella 45

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Ruberto Tempo in minuti

Temperatura in °C

10.42 10.26 10.28 10.30 10.30 10.32 10.34 10.36

22° 24° 37° 44° 51° 58° 64° 71°

10.38 10.40

76° 80°

10.42

86°

10.44 10.48

89° 91°

10.50

91°

10.52 10.54 10.56 10.58 11.15 11.30 11.45 12.00

91° 91° 91° 88° 62° 50° 43° 38°

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Osservazioni

Si osservano delle bollicine aderire alle pareti del becker.

La quantità di vapore acqueo, che fuoriesce dal becker, aumenta notevolmente.

I movimenti della massa d'acqua diventano sempre più tumultuosi.

I movimenti di rimescolamento interessano l'intera massa d'acqua e grosse bolle di vapore lasciano il recipiente continuamente. L'ebollizione è in pieno regime.

L'ebollizione continua e la temperatura rimane invariata.

Idem Idem Idem. Spegniamo la fiamma

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Ruberto GRAFICO

100 50

12.00

11.30

10.58

10.54

10.50

10.44

10.40

10.36

10.32

10.30

0

10.26

Temperatura in °C

Ebollizione dell'acqua

Tempo in minuti

Conclusioni

La temperatura dell’acqua, durante l'ebollizione è rimasta costante

Domanda aperta:

perché l'acqua ha bollito a 91°C e non a 100°C, come ci aspettavamo?  Cercheremo di trovare una risposta con i prossimi esperimenti.

Nota didattica:

I ragazzi hanno discusso a lungo e formulato varie ipotesi per rispondere alla 'domanda aperta', verificandone alcune sperimentalmente prima di pervenire a mettere in relazione l'abbassamento della soglia dei 100°C con la pressione atmosferica.

In sintesi, vengono riportate di seguito le prove effettuate e le relative conclusioni.

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Ruberto

Perché l'acqua ha bollito ad una temperatura inferiore a 100°C?

Oggi abbiamo parlato dell'esperimento fatto la volta scorsa, nel quale l’acqua bolliva a una temperatura minore di 100°C. Perché succedeva questo?

Per fornire una risposta scientificamente attendibile, abbiamo formulato delle ipotesi variando alcune condizioni.

Ipotesi e proposte

Riportiamo alcune proposte, scaturite dalla discussione:  utilizzare un secondo termometro digitale, per controllo;  usare l’acqua gassata e l'acqua distillata al posto dell'acqua del rubinetto;  cambiare il recipiente di vetro con un altro metalllico;  aumentare la quantità dell’acqua nel becker;  chiudere il becker con un coperchio.

Procedimento:

 abbiamo svolto gli esperimenti, relativi alle proposte su esposte, contemporaneamente, uno per ciascun gruppo;

Osservazione:

 ciascun gruppo ha ottenuto la stessa temperatura di ebollizione, questa volta testata a 92°C.

Conclusioni:

 Abbiamo concluso, sulla base dei dati sperimentali, che la

temperatura di ebollizione diversa da 100°C deve essere in relazione a qualche altra variabile, diversa da quelle esaminate.

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Ruberto Nota didattica:

abbiamo svolto gli stessi esperimenti a distanza di una settimana, includendo anche il primo esperimento, in cui si adoperava acqua di rubinetto.

Questa volta abbiamo ottenuto per tutte le postazioni la temperatura di 100°C. I ragazzi si sono chiesti il perché, visto che le condizioni erano le medesime della volta precedente, almeno apparentemente.

Qualcuno ha suggerito di rilevare il valore della pressione atmosferica, ipotizzando che potesse dipendere da questa.

A distanza di due giorni abbiamo ripetuto gli stessi esperimenti e la temperatura di ebollizione era nuovamente cambiata, per la precisione abbiamo rilevato 98°C; era però cambiata anche la pressione atmosferica rispetto al valore della volta precedente, ...quindi

L'acqua bolle a una temperatura di 100°C

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Quando la pressione atmosferica misura 760 mm di mercurio e si è al livello del mare.

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Ruberto Esperimento n.2

Oggetto dell’esperienza : la fusione del ghiaccio Materiale:

 Un recipiente di plastica, graduato in ml;  acqua del rubinetto;  termometro a mercurio, sensibilità un decimo di °C.

Procedimento.

 Abbiamo riempito il recipiente d’acqua il giorno precedente all'esperimento.  Lo abbiamo, quindi, sistemato nel freezer della scuola.  Il giorno dell'esperimento, lo abbiamo preso dal freezer e, come era nelle aspettative, l'acqua si era trasformata in ghiaccio.  Abbiamo letto la temperatura ambiente.  Successivamente, abbiamo inserito il termometro nel recipiente, dopo aver fatto un foro nel ghiaccio.  Abbiamo rilevato per mezz'ora, ogni quattro minuti, la temperatura all'interno del recipiente.  Con i dati ottenuti abbiamo compilato una tabella e realizzato il grafico relativo alla fusione del ghiaccio.

L’acqua, che è stata nel freezer, è divenuta ghiaccio aumentando leggermente di volume. E' avvenuto il fenomeno della solidificazione.

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Ruberto Osservazioni

 Abbiamo osservato che il volume occupato dal ghiaccio è diventato 225 ml mentre il volume dell'acqua, il giorno prima, era di 200 ml.  Il valore della temperatura ambiente è 23 °C, quello della cella frigorifera di - 30 °C.  Dopo pochissimo tempo le pareti del recipiente si appannano e la temperatura scende rapidamente assestandosi a 0 °C.  Contemporaneamente si comincia ad osservare sul fondo del recipiente un po' d'acqua, proveniente dalla fusione del ghiaccio.  La temperatura è ferma a 0 °C fino a quando tutto il ghiaccio non si è trasformato in acqua.  Il volume dell'acqua è ritornato all'incirca a 200 ml.  La temperatura inizia ad aumentare.

TABELLA TEMPO in minuti 12:30 12:34 12:38

TEMPERATURA in °C 23°C 0°C 0°C

12:42 12:46

0°C 3°C

12:48 12:50 12:52

3°C 4°C 5°C

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OSSERVAZIONI

La parte esterna del becker inizia a bagnarsi mediante minute goccioline, dal livello dell’acqua in giù.

Abbiamo tolto il ghiaccio e la temperatura dell’acqua inizia a salire.

La temperatura continua a salire.

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Ruberto GRAFICO

Temperatura in °C

Fusione del ghiaccio 30 20 10 0 1

2

3

4

5

6

7

8

Tempo in minuti

Conclusioni  Il ghiaccio fonde perché ha assorbito calore dall'ambiente, nel passaggio dalla cella frigorifera alla temperatura esterna.

Nota didattica:  I ragazzi sia di prima che di seconda hanno rilevato lo strano

 

comportamento dell'acqua, che aumenta di volume, anziché diminuire come le altre sostanze, quando solidifica, diventando ghiaccio, per diminuire quando questo fonde ritornando allo stato liquido.

E' stato precisato che tale comportamento è tipico soltanto dell'acqua, venendo riconosciuto scientificamente come il 'comportamento anomalo dell'acqua'.

Come percorso di approfondimento per le seconde classi si potrebbe far rilevare come il comportamento anomalo dell'acqua si manifesti tra 0 °C e 4 °C, mentre al di fuori di tale range di temperature il comportamento è analogo a quello degli altri liquidi.

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Ruberto

L'acqua evapora anche a temperatura ambiente?

Oggetto dell'esperienza:

l'evaporazione dell'acqua

Ipotesi:  La maggior parte di noi ragazzi pensa di sì, sulla base dell'esperienza quotidiana.

Alcuni ragazzi pensano di no.

Due non sanno rispondere.

  Materiale:  

un becker da 400 ml; acqua del rubinetto.

Procedimento:

 Abbiamo versato 400 ml di acqua del rubinetto nel becker;  Abbiamo esposto il becker sul davanzale interno della vetrata, lasciandolo per diversi giorni alla temperatura del laboratorio.

Osservazione:

 Abbiamo condotto due osservazioni, a distanza di sette giorni l'una dall'altra e la prima a distanza di sette giorni dall'inizio dell'esperimento, fino a coprire un arco di due settimane per l'intera osservazione.  In tale intervallo di tempo, la temperatura dell'ambiente ha oscillato tra i 19 °C e i 22 °C.  Il volume dell'acqua è diminuito rispetto a quello iniziale secondo i valori riportati nella tabella.

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Ruberto Tabella

Temperatura ambiente in °C 22

Volume dell'acqua in ml 400

20

375

19

<350

Osservazioni Naturalmente, la temperatura ambiente è riferita al giorno dell'osservazione All'incirca. A distanza di sette giorni dalla prima osservazione.

A distanza di sette giorni dalla seconda osservazione.

Volume ml Volumeininml

L'EVAPORAZIONE DELL'ACQUA

410 410 400 400 390 390 380 380 370 370 360 360 350 350 340 340 18 18

19 19

20 21 22 20 21 22 Temperaturain in°C °C Temperatura

23 23

NOTA: Il grafico si legge secondo l'ordine decrescente dei valori ( da 22°C a 19°C per la temperatura e da 400 ml a 350 ml per il volume dell'acqua ).

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Ruberto Conclusioni:  Sulla base dei dati sperimentali concludiamo che l'acqua

evapora anche quando non bolle, cioè alla temperatura dell'ambiente, che è ovviamente diversa da quella di 100 °C.

Nota didattica:

 L'esperimento dimostra come non sia ovvio, per i ragazzi, che l'acqua evapori anche a temperatura ambiente.  E' stato precisato, inoltre, che l'ebollizione è un processo indotto, durante il quale l'acqua, relativamente alle condizioni riprodotte in laboratorio, evapora più velocemente e in maggiore quantità rispetto alla temperatura ambiente, prorio in virtù della maggiore quantità di calore, fornito dalla fiamma.  Come percorso di approfondimento, a discrezione dell'insegnante, può essere messo in evidenza, mediante prove sperimentali, come l'acqua in realtà non evapori a tutte le temperature ma solo quando queste sono superiori a 4 °C.

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Ruberto

Per quanto riguarda la CONDENSAZIONE e la SOLIDIFICAZIONE dell'acqua, non abbiamo allestito esperimenti appositi, ma ci siamo limitati a riorganizzare le conoscenze pregresse, possedute dagli allievi sulla base della loro esperienza quotidiana.

Abbiamo, pertanto, riflettuto consapevolmente e analizzato quanto giĂ noto, cercando di attribuirgli un significato scientificamente corretto.

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Ruberto

20\12\... - CLASSE II°B

IL CICLO IDROLOGICO E LA QUANTITA' D'ACQUA SULLA TERRA La maggior parte della superficie terrestre è ricoperta d’acqua, per la precisione circa il 75%, e questa forma l'idrosfera, ovvero l'insieme degli oceani, mari, laghi, fiumi, acque sotterranee, ghiacciai, le calotte polari e il vapore acqueo che entra nell'atmosfera per evaporazione degli oceani e dalle terre emerse.

L'acqua salata costituisce circa il 97% del volume complessivo dell'idrosfera .

Il rimanente, in acqua dolce, è quello che noi possiamo usare.

L’acqua della terra è in continuo movimento; l’acqua marina circola portata dalle correnti; le acque dei fiumi scorrono sul terreno.

Come conseguenza dell’evaporazione, azionata dal sole, l’acqua si trasforma in vapore, si addensa in nuvole che vengono mosse dal vento, condensa nell'atmosfera, per effetto dei fronti di aria fredda, in minutissime goccioline e ritorna sulla Terra sotto forma di pioggia, grandine e neve, per effetto della gravità.

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Ruberto L'acqua ritorna, quindi, sulla Terra sotto forma di acqua dolce per confluire nuovamente, attraverso i fiumi, agli oceani o alla terra e ricominciare il ciclo.

La trasformazione dell'acqua salata in acqua dolce e viceversa è quindi ciclica e continua; da milioni di anni è sempre la stessa.

L'evaporazione dell'acqua dagli oceani è un fenomeno di straordinaria importanza, non solo per la produzione di acqua dolce ma anche nell'economia energetica del pianeta e nella sua distribuzione.

Il ciclo dell'acqua sulla Terra è, in effetti, molteplice ed articolato: esso si può supporre costituito nel ciclo idrologico, in senso stretto, quello geofisico - cosmico ed il biologico, tutti costituiti da onde sovrapposte.

Nel ciclo idrologico, vi sono poi cospicue differenziazioni zonali, anche localmente ( climaticità diverse).

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Ruberto

Vengono riportati di seguito uno degli esperimenti di simulazione del ciclo dell'acqua, realizzati in laboratorio, e alcune pagine del reportage degli alunni sull'argomento

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Ruberto

PAGINA DI REPORTAGE

GRUPPO N.3

CLASSE III B Il 20 dicembre, abbiamo effettuato, in laboratorio, la simulazione del ciclo dell’acqua come avviene in natura.

Nella lezione precedente, con l’aiuto dell’insegnante, avevamo progettato gli esperimenti ma siamo riusciti a realizzarne solo uno.

Abbiamo preso un fornellino, una reticella frangi-fiamma, una beuta termo-resistente piena di acqua, che abbiamo chiuso per mezzo di un tappo a un foro. In questo abbiamo inserito un tubicino di vetro termo-resistente, comunicante con un altro tubicino di plastica che sgocciolava in un becker.

Dopo pochi minuti l’acqua ha iniziato a scaldarsi (formazione di piccole bollicine), il tubo si è riempito di vapore acqueo che, chiaramente, a contatto col vetro, ha iniziato a condensare percorrendo poi il tubicino di plastica e andando a finire nel becker.

Questo esperimento vuole simulare il ciclo dell’acqua, che viene attivato dal sole, in natura, mentre viene attivato dal fornellino, in laboratorio.

L’acqua nella beuta rappresenta le fonti dell’acqua in natura (mari, oceani, fiumi, laghi), che, per mezzo del calore, ceduto dal fornello, evapora formando il vapore acqueo.

Questo, a contatto col vetro del tubicino, condensa così come condensa, in natura, nell'atmosfera, dove si forma la pioggia o altre precipitazioni che , poi, ricadono sulla terra, grazie alla forza di gravità.

Quest’esperienza ci ha fatto cogliere con più chiarezza ciò che significa sperimentare e progettare esperimenti adeguati a quello, che si vuole verificare. Inoltre è servito a renderci chiaro il complicato processo del ciclo dell’acqua 60 http://scientificando.splinder.com

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PAGINA DI REPORTAGE

GRUPPO N.5

CLASSE III B La settimana scorsa abbiamo provato a realizzare degli esperimenti sul ciclo dell’acqua; ogni gruppo doveva cimentarsi a realizzarne uno.

Ecco l'esperimento del nostro gruppo : abbiamo utilizzato una lampada a raggi infrarossi, per riscaldare l’acqua contenuta in un becker.

Sopra al becker abbiamo posto un imbuto - grande quanto l'imboccatura di quello - con un tubo, inserito all’estremità.

Nel tubo, veniva convogliato il vapore acqueo, proveniente dall'evaporazione dell'acqua, riscaldata per mezzo della lampada ad infrarossi.

Infine, nel tubo - raffreddato con il getto di aria fredda proveniente da un phon - il vapore acqueo condensava in minute goccioline d'acqua, che si raccoglievano in un contenitore di vetro.

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PAGINA DI REPORTAGE - Classe 2°B Gruppo n° 1 Oggi abbiamo costruito un modellino per potere simulare in laboratorio il CICLO DELL’ ACQUA. Nelle lezioni precedenti, i vari gruppi hanno ideato ciascuno il proprio modellino, che oggi è stato messo in prova.

L’esperimento ha funzionato, tra varie difficoltà, e siamo riusciti a osservare i vari passaggi di stato dell’acqua implicati nel ciclo idrologico, così come avviene in natura.

PAGINA DI REPORTAGE - Classe 2°B - Gruppo n°4 Ipotesi di progettazione di una simulazione, in laboratorio, del ciclo dell’acqua.

1) Becker pieno d’acqua, fornellino per riscaldare l’acqua, un tubo di vetro, posto vicino al becker, che peschi in un secondo becker vuoto, destinato a raccogliere l’acqua di condensazione.

Per limitare la dispersione di vapore acqueo nell’ambiente circostante, un compagno suggerisce di 62

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Ruberto ricorrere a un imbuto, di diametro pari a quello del becker.

Poi si fissa nella parte terminale dell’imbuto, con del silicone, un tubo di plastica trasparente a tenuta termica, immerso in una soluzione refrigerante.

Tutti i gruppi hanno progettato e realizzato un modellino per simulare il ciclo dell’acqua.

Successivamente abbiamo discusso tutti insieme gli aggiustamenti da apportare ai vari modelli, prima di cominciare con l'esperimento.

E' stata, proprio, un'esperienza molto interessante e divertente.

Esperimento(realizzato dal gruppo n.6, 2°B):  Simulazione del ciclo dell’acqua Scopo: simulare, in laboratorio, il ciclo dell'acqua, mediante un modellino appositamente realizzato.

Materiale :  una beuta media;  un tappo di plastica, con due fori;  un po' di pongo;  un tubicino di materiale plastico trasparente, abbastanza resistente al calore; 63

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Ruberto       

un tubicino di vetro termo - resistente; becker da 400 ml; fornelletto a gas, del tipo da campeggio; acqua di rubinetto; retina frangi - fiamma e treppiede; ghiaccio in cubetti; contenitore basso, in vetro.

Procedimento:  abbiamo inserito il tappo forato nell'imboccatura della beuta;  abbiamo infilato il tubicino di vetro in uno dei due fori del tappo e chiuso il secondo foro con del pongo;  abbiamo collegato il tubicino al becker, dopo averlo immerso in un bagno freddo, realizzato con acqua e i cubetti di ghiaccio nel contenitore in vetro, a forma bassa;  abbiamo posto la beuta, riempita d'acqua fino a 300 ml, sulla retina frangi - fiamma e acceso il becco bunsen al di sotto del treppiede.

Osservazioni:  l’acqua va in ebollizione, dopo un po';  evapora e, successivamente, condensa nel tubo, raffreddato nel bagno con acqua e ghiaccio;

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Ruberto  quindi si raccoglie nel becker, fino a quando tutta l'acqua contenuta nella beuta non è evaporata.

Conclusione: il livello dell'acqua, ritrovata nel becker, è di circa 300 ml.

La simulazione, in laboratorio, del ciclo idrologico è riuscita.

Passaggi di stato implicati: 1) ebollizione/evaporazione; 2) condensazione.

Illustrazione dell'apparecchiatura utilizzata:

Qui è stato inserito il bagno di acqua e ghiaccio, non riportato in figura

dalla lampada ad infrarossi.

Infine, nel tubo, raffreddato con il getto di aria fredda proveniente da un phon, il

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RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELL'IDROSFERA

TABELLA Parti dell'idrosfera Oceano

Volume in km3 x1000 1.370.323

% sul volume Rinnovamento totale in n. di anni 93,93* 2.600

Acque sotterranee Ghiacciai

60.000

4,12

5.000

24.000

1,65

10.000

Laghi

230

0,016

3,3

0,005

0,9

0,001

0,027

0,0001

0,033

UmiditĂ del 75 suolo Vapore 14 acqueo Acque fluviali 1,2

* (Il dato lievemente differente da quello del 97%, riportato nelle pagine precedenti, è relativo alle diverse fonti utilizzate dagli alunni nella loro ricerca.)

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GRAFICO

Oceano Oceano Acque Acque sotterranee sotterranee Ghiacciai Ghiacciai Laghi Laghi Umiditàdel del Umidità suolo suolo Vaporeacqueo acqueo Vapore La quantità di acqua sulla Terra è pressochè costante e viene 'riciclata' continuamente.

I tempi di ricambio delle masse d'acqua sono caratteristiche per ogni parte dell'idrosfera.

Il ciclo idrologico è attivato dall'energia solare che fa evaporare l'acqua dagli oceani, dai laghi dai fiumi e dagli strati superficiali del terreno. Il vapore acqueo viene trasportato nell'atmosfera attraverso le correnti d'aria e poi ricade sotto forma di pioggia o di altre precipitazioni.

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Ruberto LA DISTRIBUZIONE DELLE ACQUE DOLCI E LE RISORSE IDRICHE Il volume di acqua a basso contenuto salino, cioè dolce, rappresenta il 2,61% del volume totale della massa d'acqua del pianeta e corrisponde a 36.020.000 km3.

Tuttavia, questa quantità, per la maggior parte, non è disponibile direttamente perché il 2,01% è costituito essenzialmente dalle calotte polari, ghiacciai e iceberg; restano lo 0,058% per le acque sotterrane e l'umidità del suolo, lo 0,02 per i laghi e i fiumi e lo 0,001% per l'atmosfera.

La percentuale contenuta nei minerali, nei vegetali e negli animali è dell'ordine di un miliardesimo.

Per quanto minima, la quantità disponibile e accessibile, 9000 km3 all'anno, dovrebbe bastare a soddisfare i bisogni dell'umanità, ma purtroppo non è distribuita uniformemente.

E' stata fatta una stima percentuale dell'acqua potabile che corrisponderebbe allo 0,0000064% dell'acqua dolce disponibile.

I fiumi, scorrendo, trasportano circa 50.000 km3 di acqua all'anno, ma la loro ripartizione geografica è ineguale: la maggior parte è situata nell'emisfero settentrionale.

Nelle zone aride dell'Africa e nell'Asia esistono, tuttavia, ingenti riserve d'acqua sotterranea, le quali, però, sono riserve quasi non 'rinnovabili', dati i lunghi tempi necessari, stimati in millenni, per il loro accumulo.

Si parla, in questi casi, di 'acqua fossile'. Per le popolazioni di tali paesi si pone il problema di programmare in modo accorto lo sfruttamento delle miniere d'acqua sotterranea.

Abbiamo già visto che l'acqua dolce, che utilizziamo, proviene dal ciclo idrologico.

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Ruberto L'acqua viene continuamente riciclata in quanto fa parte di un sistema chiuso in cui vi è un continuo scambio fra la Terra e l'atmosfera, dovuto all'energia radiante del sole, che fa evaporare l'acqua degli oceani, dei mari, dei laghi, dei fiumi, dal suolo e dalla vegetazione, e alla forza di gravità che la fa precipitare sotto forma di pioggia, neve , grandine e quindi di acqua dolce.

Questa ritorna poi, attraverso i corsi d'acqua, agli oceani o alla terra, pronta a ricominciare il ciclo.

TABELLA 1:

I PAESI PIU' ASSETATI DEL MONDO

PAESI

TOTALE GIORNALIERO (in milioni di litri) Stati Uniti 1.440.000 Canada 100.000 Australia 50.000 Olanda 39.000 Italia 150.000 Spagna 100.000 Giappone 290.000 Belgio 25.000 Finlandia 11.000 Germania Occ.* 115.000 Francia 78.000 Norvegia 5.000 Svezia 11.000 Nuova Zelanda 3.000 Gran Bretagna 36.000 Danimarca 3.000 Svizzera 2.000 *Dati precedenti il 1989

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EQUIVALENTE PER PERSONA ( in litri) 6.320 4.100 3.320 2.730 2.680 2.650 2.530 2.510 2.120 1.870 1.370 1.340 1.310 1.050 700 650 290

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Ruberto GRAFICO StatiUniti Uniti Stati Canada Canada Australia Australia Olanda Olanda Italia Italia Spagna Spagna Giappone Giappone Belgio Belgio Finlandia Finlandia GermaniaOcc.* Occ.* Germania

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Ruberto TABELLA 2:

CONSUMO MEDIO GIORNALIERO ( DOMESTICO) PRO CAPITE IN EUROPA

USI DOMESTICI Bagno e doccia Lavare i piatti Bere e cucinare Fare le pulizie Fare il bucato WC Perdita rubinetto

CONSUMO (in litri) 50 7 6 7 32 36 2

GRAFICO

Bagnoeedoccia doccia Bagno Lavarei ipiatti piatti Lavare Bereeecucinare cucinare Bere Farelelepulizie pulizie Fare Fareililbucato bucato Fare WC WC Perditarubinetto rubinetto Perdita

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Ruberto TABELLA 3:

ACQUA DOMESTICA

USI DOMESTICI

CONSUMO %

Bagno e lavandino 27 Gabinetto

24

Lavatrice

17

Lavastoviglie

14

Bere e mangiare

10

Usi esterni

8

POTENZIALE DI RIDUZIONE Alto: si può ridurre usando la doccia Altissimo: si può ridurre con piani di risparmio Medio: si può ridurre con il pieno carico Medio: si può ridurre con il pieno carico Basso: non si possono ridurre i consumi basilari Alto: pochi usi esterni sono essenziali

GRAFICO

Bagnoee Bagno lavandino lavandino Gabinetto Gabinetto Lavatrice Lavatrice Lavastoviglie Lavastoviglie Bereeemangiare mangiare Bere Usiesterni esterni Usi

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Ruberto TABELLA 4:

CONSUMI OCCULTI DI ACQUA

Nell'acqua consumata giornalmente da ciascuno di noi è compresa anche quella usata per la fabbricazione di prodotti destinati all'uso domestico.

La tabella mostra quant'acqua assorbono all'anno alcuni oggetti di uso comune.

Le cifre corrispondono ad un consumo medio. Se siete un consumatore di bibite in lattina o leggete piĂš di un quotidiano, i vostri consumi occulti di acqua aumenteranno.

CONSUMO D'ACQUA (in litri) PRODOTTO 22.500 Benzina (22 litri a settimana) 85.000 Plastica (1 kg a settimana) 110.000 Bibita in lattina (2 al giorno) 180.000 Pneumatici (4 all'anno) 250.000 Giornali (1 al giorno) 450.000 Automobili (1 all'anno)

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Ruberto NORME PER IL RISPARMIO IDRICO Ognuno di noi può cominciare a risparmiare acqua, giornalmente a casa propria, con semplici azioni concrete ed accorgimenti, che permettono di eliminare gli sprechi:  eliminiamo le perdite di vecchie tubature, potremo risparmiare l'acqua fino al 20%;  utilizziamo la doccia ( 25 litri) invece della vasca da bagno (100 litri);  riduciamo con dispositivi il carico d'acqua dello sciacquone del water (20 litri mediamente senza dispositivo, solo 2 litri con dispositivo ad aria compressa);  applichiamo il frangipetto ai rubinetti, soprattutto a quelli vecchi; dimezzeremo il consumo;  Non laviamo l'auto al lago o al fiume e riduciamo la quantità utilizzata per ogni lavaggio;  Usiamo la lavatrice e la lavastoviglie solo a pieno carico e a bassa temperatura; possiamo usare anche meno detersivo di quanto normalmente consigliato dalle ditte produttrici e scegliere quello non contenente fosfati o NTA;  Non usiamo l'acqua del rubinetto per annaffiare le piante del terrazzo, ma piuttosto l'acqua di cottura o di lavaggio delle verdure , che contiene sali utili alle piante;  Recuperiamo sempre in recipienti l'acqua piovana;  Scegliamo piante adatte ai nostri climi che possano sopportaremanche lunghi periodi di siccità.

NOTA: i ragazzi hanno utilizzato, per lo svolgimento della loro ricerca, il Supplemento a: LEGA PER L'AMBIENTE E NOTIZIE- Ottobre 1991

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Vengono riportate di seguito le ricerche, effettuate da alcuni gruppi, sull'inquinamento lavoro svolto in classe.

idrico, come documentazione del

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INQUINAMENTO DELLE ACQUE Gruppo 3 L'acqua durante il suo ciclo fisico e biologico diventa anche un mezzo di trasporto di sostanze nocive per l'uomo.

L'origine dell'inquinamento delle acque può essere naturale oppure causato dalle attività domestiche, agricole e industriali dell'uomo.

Le acque superficiali diventano l'ultimo contenitore di tantissimi inquinanti chimici biologici che sono fonte di rischio per l'uomo.

I microrganismi sono fondamentali per i processi di auto - depurazione delle acque.

La biodegradazione è a carico dei batteri chemio - organotrofi che metabolizzano, in presenza o in assenza di ossigeno, i super - strati organici e quelli inorganici composti dall'azoto, fosforo e zolfo.

In condizioni di aerobiosi, i prodotti finali del metabolismo di grassi, zuccheri e proteine, attraverso il ciclo degli acidi tricarbossilici (ciclo di Krebs), sono ossidati in anidride carbonica e acqua, mentre i derivati inorganici dello zolfo e dell'azoto (acido solfidrico, ammoniaca etc.) si trasformano nei gli anioni solfato (SO4), nitrato (NO3), assimilabili dai vegetali e quindi funzionali alla catena alimentare.

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Ruberto In condizioni di anaerobiosi, i composti finali del metabolismo microbico sono invece rappresentati da composti organici (acidi, alcooli, amine, fenoli etc.) e gas maleodoranti (metano, ammoniaca, acido solfidrico etc.), i quali compromettono la vita stessa del corpo idrico.

Nei processi di depurazione (in aerobiosi) dei liquami, i microrganismi giocano un ruolo fondamentale per l'aggregazione delle sostanze organiche.

La massa fioccosa (fango attivo) che si forma, anche per l'aggregazione con sostanze colloidali, può essere rimossa per sedimentazione separandola dalle acque depurate.

Alcuni microrganismi risultano nocivi per l'uomo; arrivano alla massa d'acqua attraverso le feci e le urine di portatori infetti.

Quelli trasmessi con maggiore frequenza sono responsabili di gravi patologie batteriche (tifo, dissenteria, colera) o virali (enterovirus, epatite).

Casi di colera si sono verificati nell'ottobre del 1994 nell'Italia del sud per il consumo di pesce crudo e di prodotti ortofrutticoli.

Il batterio colerigeno è stato isolato, anche in una partita di seppie, senza danno per nessuno perché probabilmente il prodotto era stato cotto: il vibrione, infatti, è termolabile.

Anche la salmonella ha fatto la sua comparsa nello stesso periodo.

Una salsa tonnata, preparata con uova fresche, inquinate da SALMONELLA ENTERITIDIS, ha causato un’epidemia da salmonellosi in 80 bambini delle scuole materne bolognesi.

Sara Daniela Elena Giovanni 3^B

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I VARI TIPI DI INQUINAMENTO E IL PROBLEMA DELLA QUALITA' DELL'ACQUA Gruppo n.6 Il problema dell'inquinamento idrico si è diffuso rapidamente solo nel secondo dopoguerra, per l'accentuarsi dello sviluppo economico e dell'urbanizzazione.

Alle acque marine risulta dannoso, oltre l'inquinamento proveniente dalla costa causato soprattutto dagli scarichi industriali, quello causato dagli idrocarburi, a volte persi per incidenti di navigazione, ma più spesso scaricati volontariamente in mare aperto durante il lavaggio delle cisterne.

Le acque utilizzate in agricoltura si caricano di molte sostanze nocive in tutte le aree del mondo, dove, alla fertilizzazione organica con letame, è stata sostituita la fertilizzazione minerale con fosfati e nitrati , e soprattutto dove vengono utilizzati insetticidi e pesticidi.

Tutte queste sostanze contaminano in misura crescente sia le acque continentali che quelle marine, producendo effetti molto dannosi sulla flora e sulla fauna , con gravi pericoli anche per l'uomo.

Infatti, lo squilibrio causato nella competizione naturale fra gli organismi presenti, trasforma le acque costiere in un ambiente favorevole alla sopravvivenza di una grande quantità di batteri fecali e di altri germi patogeni , fra cui: i bacilli del tifo, del paratifo, del colera e della tubercolosi, i virus dell'epatite virale e della poliomielite, e tanti altri.

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Gli insetticidi e i pesticidi , trasportati dalle acque fluviali o diffusi attraverso l'atmosfera , si aggiungono ai detergenti utilizzati nell'igiene domestica procurando un inquinamento chimico, veramente preoccupante a causa della sua estensione geografica.

Fra le sostanze tossiche estremamente dannose o addirittura letali per l'uomo, prodotte dall'industria e presenti nelle acque residuali, spesso immesse nei mari senza essere depurate, si può citare il mercurio (esempio tragico quello della baia di Minamata, in Giappone).

Un tipo particolare di inquinamento è quello denominato termico, consistente nell'innalzamento di temperatura del corpo idrico che riceve acque usate nell'industria per raffreddamento.

Gran parte dei settori industriali sono fonti di tale inquinamento, ma la responsabilitĂ maggiore ricade sulle centrali termoelettriche.

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Ruberto L'inquinamento termico può causare sensibili alterazioni fisico - chimiche all'ambiente marino e gravi disturbi agli organismi acquatici, i quali sono generalmente sono poco adattati a sbalzi di temperatura.

A tale quadro deleterio bisogna aggiungere ancora l'inquinamento da sostanze radioattive, dovuto alle esplosioni atomiche (in mare, sulla terra ferma e nell'atmosfera), agli scarichi ed alle perdite incontrollate o incontrollabili (allo stato gassoso, liquido e solido) delle centrali elettro nucleari, ai rifiuti e alle scorie degli impianti di utilizzazione e di ritrattamento dei materiali radioattivi, ai sommergibili e alle navi a propulsione nucleare.

Infine, merita un cenno l'inquinamento acustico dell'ambiente marino, prodotto dalla sempre più numerosa presenza dell'uomo: la navigazione, le attività estrattive petrolifere e minerarie, che si svolgono in mare, le industrie egli insediamenti costieri stanno allontanando, forse, da molte zone gli organismi acusticamente più deboli, come i mammiferi.

L'inquinamento incide negativamente su tutte le funzioni dell'acqua.

Sul piano delle funzioni biologiche, le sostanze inquinanti possono risultare letali per gli organismi viventi sia perché ostacolano la respirazione sia perché danneggiano le fonti alimentari.

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Ruberto Per quanto riguarda gli impieghi produttivi, ad esempio, l'acqua da raffreddamento non deve contenere sostanze corrosive; l'acqua per la produzione di vapore deve avere una bassa salinitĂ e l'acqua di processo richiede, in generale, le stesse caratteristiche dell'acqua potabile.

Le conseguenze dell'inquinamento sono , quindi, molto diverse a seconda del tipo particolare di inquinamento e a seconda dell'impiego cui l'acqua è destinata.

I danni citati sono quelli dell'inquinamento sofferto passivamente, tuttavia l'uomo può reagire adottando misure protettive o ricorrendo a servizi sostitutivi.

Naturalmente tutte le misure adottate presentano dei costi, ai quali si aggiunge il danno residuo dell'inquinamento, che non si riesce ad evitare e che comporta una riduzione del benessere collettivo.

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LE PIOGGE ACIDE E LE PIOGGE DI FANGO Gruppo n.5 Il fenomeno delle piogge acide sta assumendo proporzioni sempre più rilevanti.

La pioggia incontaminata ha un PH uguale a 5,6: trattandosi di una scala logaritmica, ad un intervallo di una unità corrisponde un aumento dell'acidità dieci volte superiore al valore iniziale.

Pertanto se si rileva un PH pari a 4,6 si ha una pioggia dieci volte più acida del valore normale.

Negli ultimi anni nella pianura padana si sono rilevati valori medi di 4,2 4,7; a Milano si è giunti sino a 3,6.

Gli agenti maggiormente responsabili dell'acidità sono probabilmente l'anidride solforosa , gli ossidi di azoto, l'ossido di carbonio, alcuni metalli pesanti come piombo, mercurio e cadmio, scorie volatili degli idrocarburi , fuliggine, ceneri volanti, fluoruri e ossidanti foto - chimici.

Questi elementi vengono immessi normalmente nell'atmosfera dall'attività vulcanica e altri processi naturali quali la decomposizione batterica di sostanze organiche e dagli incendi.

Ma l'abnorme aumento dell'acidità è dovuto alle attività umane : centrali termoelettriche, industrie, scarichi di autoveicoli, riscaldamenti domestici, che provocano in continuazione processi di combustione.

Le zone della Terra interessate al fenomeno non sono solo quelle industrializzate poiché le sostanze inquinanti vengono trasportate dai venti anche a migliaia di km di distanza dal luogo di origine.

Le conseguenze sono disastrose: lesioni alle radici degli alberi, modificazione degli ecosistemi lacustri, danni al patrimonio artistico, che viene eroso ed annerito etc.

Per affrontare ed arginare il problema occorre ridurre le emissioni di anidride solforosa, ossidi di azoto e polveri, tramite l'installazione di sistemi di desolforazione per l'abbattimento degli inquinanti all'uscita dei camini.

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Ruberto La comunitĂ economica europea ha approvato una norma che, entro il 1995, ha previsto l'abbattimento del 60% dei camini.

Le piogge di fango sono cariche di impuritĂ solide, gialle o rossastre.

Il fenomeno deriva dai processi di turbolenza e di convezione che convogliano le particelle fino alle nubi che produrranno la pioggia.

Succede, spesso, che la sabbia, sollevata nel Sahara o nell'Africa settentrionale, ricada sotto forma di fango sull'Italia, la Francia, la Germania o le isole Britanniche, dopo avere raggiunto l'altezza di 3 - 5 km.

Se vengono trasportati limi rossi, frequenti nelle savane tropicali, o pollini, la pioggia è rossastra (pioggia di sangue) o giallastra (pioggia di zolfo).

Se il materiale trasportato è formato da polvere finissima dovuta ad eruzioni vulcaniche , si hanno le piogge di cenere ( o vulcaniche).

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L'AUTOPURIFICAZIONE Gruppo n.2 Qualsiasi raccolta di acque, inquinate da sostanze organiche, se non viene alimentata con nuove sostanze inquinanti, dopo un certo tempo ritorna pulita grazie ad un processo naturale di autopurificazione.

Esso avviene, quasi esclusivamente, per opera di batteri che scindono le sostanze organiche e le scompongono in acqua , anidride carbonica ed elementi minerali.

L'autopurificazione segue sistematicamente certe tappe :  la sostanza organica in eccesso causa lo sviluppo massiccio di batteri e quindi un rapido consumo di ossigeno;  in tali condizioni, negli strati profondi, possono vivere solo i batteri anaerobi che attivano soprattuto i processi di fermentazione;  sul fondo si deposita fango putrido con presenza di idrogeno solforato e ammoniaca.  Quando buona parte delle sostanze organiche è ridotta, l'ossigeno, assorbito dall'atmosfera, non viene più consumato immediatamente e, nell'acqua, possono svilupparsi i batteri aerobi che finiscono di eliminare le sostanze inquinanti ossidandole.  Al diminuire delle sostanze organiche, si riduce anche il numero di batteri che dipendono dal nutrimento organico preformato.

Non esiste sostanza naturale che non possa essere decomposta da qualche specie di batteri grazie alle catene di processi riduttivi, che avvengono in natura e che sono antichissimi.

L'autopurificazione può, quindi, avvenire solo dove sono presenti i batteri adatti a quel tipo di inquinamento (acque domestiche di scolo, scarichi degli zuccherifici e fabbriche di cellulosa).

Contro alcuni composti organici artificiali, i batteri sono impotenti perchè non sono riuscirti a sviluppare in breve tempo un adattamento a tali sostanze.

Peraltro la capacità chimica dei batteri è sorprendente e gli impianti di depurazione biologica si basano sull'autochiarificazione , dove ancora una volta sonio i batteri, grazie ad alcuni accorgimenti tecnici, a compiere l'opera di depurazione.

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La classe III B ha concluso il lavoro relativo all'acqua con un approfondimento sugli scambi energetici implicati nel ciclo idrologico, avendo giĂ affrontato la tematica dell'energia ogniqualvolta se ne sia presentata l'occasione, a proposito di problemi sia desunti dal programma di studi, sia relativi alla vita quotidiana.

Tale tematica, infatti, non ĂŠ esclusivo patrimonio della fisica e deve essere sempre presente nello studio delle scienze sperimentali per l'importanza e gli aspetti trasversali che riveste.

Nella pagina seguente viene riportato lo schema riassuntivo dell'indagine svolta dai ragazzi.

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Ruberto Luce solare Alla superficie del mare si trasforma in Calore

Decomposizione Il calore fa evaporare l'acqua e produce

Energia chimica

Fotosintesi Il vapore si solleva e acquista

Ritorno al mare

Energia potenziale

Energia chimica Il vapore si condensa in nuvole

Passaggi vari tra viventi

Energia chimica La pioggia cade ed acquista

Energia chimica Trasformazioni che producono combustibile

Energia cinetica Disgregazione delle rocce Energia chimica

Caduta in montagna e mantenimento di Energia potenziale

Combustione

Diga, condotta forzata, turbina Azione erosiva dei fiumi

Turbina

Energia elettrica Centrale termoelettrica

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Calore

Energia cinetica Centrale idroelettrica

Utilizzi vari

Energia chimica

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Energia cinetica

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L'acqua è stata una delle prime fonti di energia e l'uomo l'ha sfruttata attraverso il mulino per macinare il grano.

All'inizio, per utilizzare questa fonte energetica, si usava la ruota di legno, poi, circa un secolo fa, fu inventata una moderna turbina per favorire le fabbriche.

Prima della scoperta dell'energia elettrica, le fabbriche erano situate lungo i corsi d'acqua.

Nacquero così città idrauliche; ce ne danno esempio le città di Lowell in Massachussettes e di Paterson nel New Jersey.

Per esemplificare, circa il 20% di tutta l'energia usata negli USA è generata da energia idrica.

Qualsiasi fiume può produrre energia idraulica, ma solo in pochi luoghi si può ricavare perché c'è bisogno di un'ampia e costante portata.

L'energia prodotta da combustibile non è affidabile, per questo si costruiscono bacini di raccolta durante i periodi di alta portata per mantenere una buona riserva idrica.

E' difficile formulare ipotesi sulla quantità di energia elettrica di origine nucleare, mentre la produzione di energia elettrica di origine idrica, probabilmente, raddoppierà.

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