Didattica della Fisica
Alla scoperta dell’acqua e delle sue proprietà
Le indicazioni nazionali 2012
Le Indicazioni Nazionali, in riferimento alle scienze, sottolineano l’importanza
dell’osservazione dei fatti e dello spirito di ricerca, in quanto elementi essenziali di un
efficace insegnamento.
Gli alunni incoraggiati e coinvolti, senza un ordine temporale rigido e senza forzare
alcuna fase, dovrebbero essere portati a porre domande sui fenomeni e sulle cose, a
progettare esperimenti/esplorazioni seguendo ipotesi di lavoro e a costruire i loro
modelli interpretativi.
Il lavoro individuale e di gruppo sono visti come mezzi per un apprendimento che si
costruisce imparando anche attraverso i propri errori e quelli altrui.
Gli alunni sono portati ad argomentare le proprie ipotesi, ad accettare quelle degli altri, a
far emergere le loro idee originali e a capire ciò che studiano.
I bambini dovrebbero saper descrivere le attività di ricerca in testi di vario tipo (racconti
orali, testi scritti, immagini, disegni, schemi, mappe, tabelle, grafici, ecc.), sintetizzando
il problema affrontato, l’esperimento progettato, la sua realizzazione e i suoi risultati, le
difficoltà incontrate, le scelte adottate, le risposte individuate.
L’impostazione metodologica deve tener conto dei contenuti trasversali per evitare la
frammentarietà nozionistica e per costruire invece un continuum.
Traguardi per lo sviluppo delle competenze al termine della
scuola primaria
L’alunno sviluppa atteggiamenti di curiosità e modi di guardare il mondo che lo
stimolano a cercare spiegazioni di quello che vede succedere;
esplora i fenomeni con un approccio scientifico: con l’aiuto dell’insegnante, dei
compagni e in modo autonomo, osserva e descrive lo svolgersi dei fatti, formula
domande, anche sulla base di ipotesi personali, propone e realizza semplici
esperimenti;
individua nei fenomeni somiglianze e differenze, fa misurazioni, registra dati
significativi, identifica relazioni spazio/temporali;
espone in forma chiara ciò che ha sperimentato, utilizzando un linguaggio
appropriato;
ricava da varie fonti (libri, internet, discorsi degli adulti, ecc.) informazioni e
spiegazioni sui problemi che lo interessano.
Alla scoperta dell’acqua e
delle sue proprietà
CLASSE COINVOLTA: IV PRIMARIA
Metodologia
•Brainstorming .
•Conversazione guidata.
•Lezione frontale.
•Narrazione.
•Problem Solving.
•Didattica laboratoriale.
•Ricerca-azione .
Strumenti:
•Immagini.
•Materiali per gli esperimenti.
Collegamenti interdisciplinari
•Italiano (formulazioni di frasi in forma scritta e orale).
•Arte e immagine (creazione di piccoli fiori di carta utilizzati durante l’esperimento
sulla capillarità; produzione di un disegno personale).
•Cittadinanza e Costituzione (l’acqua come bene da salvaguardare, perché necessaria alla
vita).
Obiettivi di apprendimento
•Comprendere la struttura dell’atomo e della molecola dell’acqua.
•Sperimentare e riconoscere il concetto di solubilità.
•Sperimentare e riconoscere il concetto di tensione superficiale.
•Identificare le principali leggi fisiche alla base del fenomeno della capillarità.
Risultati attesi in termini di competenze
•Promuovere la pratica laboratoriale scientifica, formale e informale e il metodo
sperimentale.
•Sviluppare la capacità di chiedersi “perché” di fronte a fenomeni naturali.
•Usare a vantaggio di sé e degli altri quello che si impara.
Prove accertamento prerequisiti:
Frasi da formulare in maniera
scritta e orale.
Verifica esiti in uscita:
Attività “leghiamo le molecole dell’acqua”.
Test somministrato ad inizio percorso e a
fine percorso (confronto tra le risposte date
nelle due diverse fasi, riproponendo lo stesso
test).
Produzione di un disegno personale su uno
degli argomenti affrontati.
Valutazione:
La valutazione, basata sull’osservazione e sulla registrazione del processo di sviluppo
formativo personale dell'alunno, tiene conto dei risultati ottenuti nelle prove di
verifica, delle competenze acquisite, ma anche di vari aspetti legati alla persona:
situazione di partenza e prerequisiti, capacità di apprendimento, modalità di lavoro e di
studio, interesse, impegno, partecipazione alle attività, autonomia personale e
disponibilità a relazionarsi con gli altri.
Realizzazione di un percorso didattico sulla composizione
chimica dell’acqua, sulle proprietà e sui vantaggi per la vita.
BREVE SINTESI DEI CONTENUTI:
1) Breve introduzione focalizzata sulla composizione della molecola dell’acqua.
2) L’acqua è un solvente, è in grado di sciogliere molte sostanze.
3) La tensione superficiale: le molecole che compongono l’acqua si attraggono
l’una con l’altra. Si tratta di una grande forza e spiega la formazione di una
goccia perfetta e perché, osservando bene l’acqua in superficie, appare protetta
da una specie di pellicola.
4) La capillarità: l’acqua in certe condizioni sale verso l’alto, ovvero all’interno
di canali sottili come capelli. La forza che spinge le molecole dell’acqua ad
attaccarsi ad altri materiali fa sì che esse riescano a risalire come se si
arrampicassero lungo delle pareti.
Le piante sfruttano questa proprietà, trasportando l'acqua dalle radici alle foglie.
Incontriamo il fenomeno nella vita di ogni giorno quando, ad esempio, vediamo
l'umidità risalire dal terreno lungo i muri di una casa, oppure quando usiamo
uno straccio o una spugna per assorbire l'acqua.
Lo sviluppo delle attività parte dalla considerazione
che l’elemento acqua ha per il bambino una grande
valenza affettivo - emozionale sin dalla più tenera età;
rappresenta qualcosa che si impara a conoscere
attraverso i sensi e può diventare oggetto di
osservazione sperimentale, con l’obiettivo di imparare
a conoscere le sue proprietà e di comprendere l’enorme
importanza che essa ricopre per la vita dell’uomo e di
tutte le creature viventi sulla terra.
Il percorso parte dall’esperienza pregressa degli allievi
maturata in contesti formali e informali e tenta di
sistematizzare gradualmente le sensazioni e le
osservazioni informali in osservazioni sperimentali
scientifiche.
Siamo tutti degli scienziati
I compiti dello scienziato sono:
-osservare i diversi fenomeni;
-trovare la spiegazione al perché accadono;
-cercare di volgerli al vantaggio dell’uomo.
Per riuscirci lo scienziato si pone molte domande:
PERCHE’ accade un certo fenomeno?
CHE COSA lo caratterizza?
QUANDO e in quali condizioni avviene?
DOVE è possibile osservarlo?
INIZIO
Il metodo sperimentale
•Lo scienziato osserva un
fenomeno e si pone delle
domande riguardo a esso:
perché accade? Quando,
come e dove si verifica?
Quali rapporti ci sono fra i
suoi vari aspetti?
•Poi formula un’ipotesi per
dare una prima risposta alle
domande.
•Quindi compie esperimenti
per verificare se la sua
ipotesi è giusta.
•Infine trae una
conclusione, che esprime il
risultato della sua indagine.
OSSERVAZIONE DI UN
FENOMENO DA CUI NASCE
UNA DOMANDA
FORMULAZIONE DI
UN’IPOTESI
UNO O PIU’ ESPERIMENTI
CONFERMANO L’IPOTESI
si
CONCLUSIONE E
SPIEGAZIONE DEL
FENOMENO
FINE
Prerequisiti
• L’alunno rispetta, all’interno del gruppo dei bambini coinvolti,
le regole di comportamento per parlare, lasciar parlare e
ascoltare;
• riconosce e descrive alcune caratteristiche dell’acqua;
• comprende il rapporto uomo e natura;
• conosce l'importanza di un corretto utilizzo delle risorse
naturali per la salvaguardia dell'ambiente.
Se dico la parola “acqua”, cosa ti viene in mente?
Potremmo vivere senza l’acqua?
Cosa possiamo fare con l’acqua?
ACQUA
Cos’è l’acqua?
Storia di piccoli pesci che non sanno cosa sia l’acqua
Mostriamo un’immagine di un famoso cartone animato, molto familiare
ai bambini, che parla di piccoli pesci e del loro mondo.
Partiamo da un’ipotetica domanda posta da alcuni simpatici pesciolini,
che non hanno mai sentito la parola acqua, che non immaginano di
viverci immersi e di non poter sopravvivere senza di essa.
Ehi ragazzi,
com’è
l’acqua?i
Cos’è
l’acqua?
L’acqua per i pesci è invisibile, sebbene ci sguazzino dentro.
Non ha colore, però riflette quello degli oggetti: il mare è di
colore blu perché riflette il cielo. Non ha neanche un sapore né
un odore.
Discussione guidata:
spieghiamo ai pesci cos’è l’acqua
Avviamo una discussione guidata sui concetti che i bambini hanno già
appreso con l’intento di sistematizzarli e porre attenzione ad alcune
caratteristiche. I bambini saranno portati a raccontare ipoteticamente,
come se avessero davanti i simpatici pesciolini, cos’ è l’acqua, come la
riconoscono e l’importanza.
Facciamo rispondere ai bambini alla domanda posta dai pesciolini
“bambini, i pesciolini hanno fatto una domanda, proviamo a parlargli
dell’acqua: cos’è, a cosa serve, dove la troviamo” …
È un liquido
necessario
per dissetarci
È un liquido
È fatta da
tante gocce
messe insieme
È importante
per lavarci e
per giocare
Se mettiamo
troppo cibo
nella casetta del
pesce, il pesce
muore
È una cosa
importante
per la vita
È un liquido
trasparente, se
mi bagno la mano
non vedo nulla
Forma i mari,
i fiumi, gli
stagni.
Possiamo berla
e i pesci
possono viverci
solo se è pulita
È il posto dove
vivono i pesci.
Forma il mare
Serve per
pulire e per
cucinare.
Cari bambini dovete
sapere che ci sono degli
strumenti che
ingrandiscono le cose e
possiamo vedere e
studiare la loro
composizione. Adesso vi
parlo dell’acqua. Vi
presento una goccia
d’acqua!
Bambini, io sono
piccola piccola, ma
sono formata da
“particelle”
(piccolissime parti)
ancora più piccole
di me. Non mi
credete? Seguite e
vedrete.
Le parole
della
scienza:
“particelle”
Viaggio alla scoperta
dell’acqua. Entriamo in
una piccola gocciolina.
Osserviamo da vicino la composizione dell’acqua e
vediamo perché le sue particelle restano cosi unite.
• Tutto quello che vediamo attorno a noi è fatto di
materia: noi stessi, i nostri compagni, il banco, la
carta.
• E’ evidente che la materia di cui è fatto un fiore è
diversa da quella di cui è fatto un sasso: i diversi tipi
di materia si chiamano sostanze.
• Ogni sostanza è formata da molecole dello stesso
tipo.
La molecola:
la più piccola parte della sostanza.
La molecola è composta dagli atomi
La molecola di acqua
CAPIAMO PERCHE’
H2O
Questa formula chimica indica che ogni molecola (la più piccola parte)
dell'acqua è composta da
due atomi di idrogeno e da uno
di ossigeno.
Molecola di acqua: 3 atomi
Atomo
idrogeno
1 di ossigeno + 2 di idrogeno
Cosa sono gli atomi? Sono
piccolissime che formano tutto.
Atomo
idrogeno
Atomo
ossigeno
particelle
Gli atomi si uniscono insieme per formare
particelle sempre molto piccole che si
chiamano molecole. La molecola di acqua è
formata da due atomi di idrogeno e un atomo di
ossigeno.
L’atomo:
Studiamo l’atomo dell’ossigeno e l’atomo
dell’idrogeno, perché uniti compongono una
molecola di acqua.
INGRANDIAMO!!!!
L’atomo di OSSIGENO è formato da
8 protoni
che si trovano nel nucleo, ovvero
nel centro, nel cuore della nostra
piccola particella.
8 neutroni
anche i protoni sono nel centro.
8 elettroni
girano attorno al nucleo.
i protoni
hanno carica
positiva
gli elettroni
I neutroni
sono neutri
hanno carica
negativa
L’atomo di IDROGENO è formato da
1 protone
nel cuore della nostra piccola particella
1 elettrone
gira attorno al nucleo
un elettrone
Un protone
Abbiamo detto che la molecola di acqua è formata da due atomi di
idrogeno ed uno di ossigeno.
Come si legano questi 3 atomi per formare la molecola? Come mai si
ritrovano ad essere così vicini?
Per semplificare possiamo dire che una molecola di acqua assomiglia ad
una testa di topolino, al cui centro c’è l’atomo di ossigeno molto grande, e
in alto si trovano i due atomi di idrogeno.
Gli atomi di idrogeno e di ossigeno sono uniti da un legame molto forte
detto “covalente”:
ogni atomo mette a disposizione un elettrone e la coppia che ne risulta
viene condivisa (messa in comune) tra i due. Quando gli atomi si legano,
condividono, si comportano come due persone che decidono di abitare
insieme (ad esempio una
mette a disposizione la casa e l’altra
l’arredamento, creando un legame per ricavarne utilità entrambi).
Coppia che
adesso
appartiene
ad entrambi
Gli elettroni (che hanno carica negativa) passano più tempo
attorno all’atomo di ossigeno. E’ come se l’ossigeno fosse
avvolto da una nuvoletta di carica negativa, mentre l’idrogeno
da una nuvoletta di carica positiva.
+
+
+
-
+
-
Perché è così importante la nuvoletta con il
segno più e meno?
In natura esiste questa particolare legge che porta gli opposti ad attrarsi.
Grazie alla nuvoletta che avvolge gli atomi, essi possono legarsi o
respingersi con altri atomi. Cosi facendo le molecole di una sostanza
possono legarsi tra di loro o legarsi con molecole di altre sostanze.
si lega con
si lega con
respinge
respinge
Una molecola di
acqua.
Tante molecole
uguali che si
legano … come se
si agganciassero
l’una all’altra.
Le molecole si legano, come se si
tenessero per mano, perché la
molecola dell'acqua si comporta
come una piccola pila.
Per questo si dice che è una
sostanza polare.
Le cariche elettriche permettono
alle molecole di rimanere unite le
une alle altre.
LE MOLECOLE DI ACQUA SI
TENGONO PER MANO
Tante molecole
Tutte insieme, come se si
tenessero per mano, le nostre
molecole cadono nel bicchiere
(sono tantissime) e prendono
la sua forma .
Ecco a voi, Signori e Signore, il
bicchiere d’acqua.
Tantissime molecole
ABBIAMO OSSERVATO ED IMPARATO DUE
LEGAMI CHIMICI IMPORTANTI
1) Gli atomi di idrogeno si legano all’atomo di ossigeno
tramite il legame covalente (legame di condivisione per
rimanere uniti e formare qualcosa di bello e
importante), così si forma una molecola d’acqua.
2) Tante molecole di acqua si attraggono e si legano tramite il
legame a idrogeno (
cerca
e si prendono per
mano).
+
-
Ho consegnato ai bambini (dividendoli in
gruppetti da quattro) delle molecole di acqua
di cartoncino, a forma di testa di topolino, ed
ho chiesto di legarle. Si sono divertiti
moltissimo ed hanno conservato le formine
gelosamente ….
Alcune domande poste ai bambini
La materia è costituita da:
La molecola di acqua è formata da 3 atomi, quali?
Quante molecole ci sono in un bicchiere d’acqua ?
Una goccia è formata da una molecola o da tante molecole?
Le risposte dei bambini hanno mostrato di aver seguito con
interesse.
Proviamo a far rispondere ad un test, le cui
risposte, prima del nostro percorso,
scaturiranno dalle intuizioni dei bambini, da
ciò che hanno appreso dall’osservazione di
semplici eventi quotidiani.
Le domande hanno quattro possibili risposte, ma una sola è quella giusta.
Prima di ogni risposta c’è una lettera dell’alfabeto.
Per rispondere metti una crocetta nel quadratino a sinistra della risposta che ritieni
giusta, come nell’esempio seguente.
Esempio:
Quanti minuti ci sono in 1 ora?
a)
30
b)
60
c)
90
d)
100
È stata messa una crocetta nel quadratino corrispondente alla lettera ‘b’ perché in 1 ora ci
sono 60 minuti. Se ti accorgi di aver sbagliato, puoi correggere scrivendo NO accanto alla
risposta sbagliata e mettendo una crocetta nel quadratino della risposta che ritieni giusta,
come nell’esempio seguente.
Quanti minuti ci sono in 1 ora?
No
a)
30
b)
60
c)
90
d)
100
1) Cosa succede se versiamo un liquido in un bicchiere che contiene acqua?
a) il liquido si mescola con l’acqua
b) il liquido non si mescola con l’acqua
c) dipende dal liquido
d) il liquido galleggia
2) Cosa succede se versiamo del sale in un bicchiere che contiene acqua?
a) il sale si scioglie e scompare nell’acqua
b) Il sale si scioglie e il livello dell’acqua si alza
c) si formano tante palline che galleggiano in acqua
d) il sale non si scioglie
3) Esistono degli insetti che possono camminare sull’acqua?
a) si
b) no
c) solo se hanno le ali e possono volare a pelo d’acqua
d) non ci ho mai pensato e non li ho mai visti
4) Quando annaffiamo una pianta (continua scegliendo una delle frasi che
seguono)
a) le radici assorbono l’acqua che raggiunge le foglie
b) l’acqua rimane nelle radici perché le foglie non ne hanno bisogno
c) l’acqua rimane nelle radici e le foglie verranno annaffiate solo quando
pioverà
d) l’acqua si accumula sul fondo del vaso
Ma quante meraviglie
nasconde l’acqua?
Pronti per degli esperimenti?
Soluzioni e Miscugli
Tante volte ci sarà capitato di mescolare il vino o il sale con
l’acqua, oppure abbiamo visto la mamma versare la farina in
acqua. Abbiamo tutti giocato, mescolando diverse sostanze.
Domande chiave:
Se in acqua mettiamo delle sostanze liquide, cosa succede?
Tutti i liquidi posti in acqua si comportano allo stesso modo?
Se in acqua mettiamo sostanze in polvere cosa succede? Esse si comportano
allo stesso modo?
Le nostre ipotesi
registrare le risposte dei bambini
Tutti i liquidi si uniscono.
Alcuni liquidi si uniscono, alcuni no.
Alcuni liquidi sono densi.
Le polveri come il sale si sciolgono.
Le polveri si sciolgono tutte.
Non è vero, non tutte le polveri si sciolgono, anche se giri con il cucchiaino.
Alcune non si sciolgono, l’ho visto, ho provato.
La coca cola e l’acqua si mescolano.
Lo zucchero si scioglie nell’acqua.
Anche il sale si scioglie, mamma lo mette nell’acqua quando cuoce la pasta.
Facciamo esperimenti
TITOLO
CONTENUTI
Acqua + liquido:
1) vino,
2) olio.
SOLUZIONI e
MISCUGLI
Acqua + polvere:
1) farina,
2) sale,
3) the.
ATTIVITA’
LABORATORIALE
-Realizzazione :
acqua-olio,
acqua-vino.
Ed ancora:
acqua-sale,
acqua-farina,
acqua-the.
-Osservazione del diverso
comportamento di soluzioni
e miscugli.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Acqua e vino.
Acqua e olio
Abbiamo riempito due bicchieri con acqua.
Abbiamo versato in uno del vino, nell’altro dell’olio
e li abbiamo mescolati.
Abbiamo fatto un segno sui bicchieri, osservando che
il livello dell’acqua è salito in entrambi i casi.
L’acqua e il vino si sono amalgamati, l’olio invece è
rimasto sospeso nell’acqua.
Acqua e sale.
Acqua e farina. Acqua e the in polvere
Abbiamo ripetuto l’operazione con sostanze in
polvere (sale, farina, the).
Farina e acqua: la farina non si scioglie.
The ed acqua: la polvere non si scioglie.
Acqua e sale si amalgamano perfettamente.
Anche in questo caso abbiamo fatto un segno sul
bicchiere pieno d’acqua prima di versare le polveri
ed anche in questo caso il livello dell’acqua è salito.
rispondiamo con calma
POLVERE
SI SCIOGLIE
SALE
X
FARINA
NON SI
SCIOGLE
VA A FONDO
X
THE’
X
LIQUIDO
SI SCIOGLIE
VINO
X
OLIO
GALLEGGIA
NON SI
SCIOGLIE
VA A FONDO
GALLEGGIA
X
Analizziamo
Dall’analisi dei dati della tabella si avvierà la discussione per
mettere in evidenza quali liquidi e quali polveri si sono sciolte.
Cosa si è sciolto perfettamente?
Sale
Vino
Cosa non si è sciolto e rimane separato dall’acqua?
Farina
The
Olio
Le nostre ipotesi sono state
confermate?
• Osservando bene, mescolando e registrando i risultati nella tabella,
abbiamo capito che alcuni liquidi e alcune polveri si sciolgono e diventano
un tutt’uno con l’acqua, altri no.
• Segnando con un pennarello indelebile il livello dell’acqua prima e dopo
aver versato liquidi e polveri, abbiamo compreso che anche il vino ed il
sale, che si sciolgono completamente, non scompaiono, infatti anche in
questi casi si verifica un innalzamento del livello dell’acqua.
Alcuni bambini hanno correttamente ipotizzato che solo alcuni liquidi e
alcune polveri si sciolgono.
Conclusione e spiegazione
Alcune sostanze si sciolgono perfettamente nell’acqua, altre no,
rimangono separate.
Perche?
Tutto dipende dalla composizione della sostanza che sciogliamo.
•
Alcune sostanze, unite all’acqua, si dividono in particelle
piccolissime e formano un insieme omogeneo, detto soluzione.
Queste sostanze si dicono solubili in acqua.
Le loro molecole si legano perfettamente a quelle dell’acqua e si
chiamano idrofile (che amano l'acqua).
•
Al contrario, alcune sostanze, pur mescolate all’acqua,
conservano le loro caratteristiche, si distinguono una dall’altra e
formano un miscuglio.
Queste sostanze si dicono insolubili in acqua.
Le loro molecole non si legano all’acqua e si chiamano idrofobe
(che temono l’acqua).
Se un liquido o una polvere si sciolgono in
acqua, otteniamo una soluzione.
L’acqua si chiama
SOLVENTE cioè
“sostanza capace di
sciogliere”
Il liquido o la polvere
disciolta si chiama
SOLUTO.
Il soluto è una sostanza
-capace di sciogliersi,
- solubile in acqua,
-idrofila.
SOLUZIONE
Le due sostanze non possono essere più separate se non con
metodi fisici, perché le particelle immerse sono piccolissime.
Per sciogliere il soluto, la quantità dell’acqua deve essere
maggiore rispetto a quella del soluto.
Se un liquido o una polvere non si sciolgono
in acqua, otteniamo un miscuglio.
Acqua.
Sostanza che
non si scioglie:
insolubile in
acqua.
MISCUGLIO
Sostanza
idrofoba.
Possiamo separare le due sostanze, usando strumenti adeguati ma
semplici; possiamo porre l’acqua da una parte e l’altra sostanza
dall’altra, in quanto le particelle poste in acqua sono abbastanza
grandi.
ACQUA
SOSTANZE
IDROFILE
SOSTANZE
IDROFOBE
Ricordiamo:
In natura esiste questa particolare legge che porta gli opposti ad attrarsi.
Grazie alla nuvoletta che avvolge gli atomi, essi possono legarsi o
respingersi con altri atomi. Cosi facendo alcune molecole possono
legarsi tra di loro o legarsi con molecole di altre sostanze.
si lega con
si lega con
respinge
respinge
Riflettiamo:
Uno dei bambini, durante l’esperimento dell’acqua e dell’olio, ha espresso la sua
ipotesi ovvero che l’olio galleggia nell’acqua perché è più denso. E’ importante in
questa fase gratificare i bambini per ogni osservazione spontanea che formulano
nel contesto, ma è anche importante far capire che l’ipotesi non è esatta, non
contraddicendoli, ma puntando alla riflessione e ritornando sull’idea nativa.
Dopo le ipotesi, l’esperimento e le conclusioni, ho ritenuto importante
sottolineare che l’olio in realtà è meno denso dell’acqua, ma ho espresso
apprezzamento per il bambino che si è messo in gioco ed ha esposto con
entusiasmo il suo pensiero.
L’argomento non è stato approfondito in quanto il nostro esperimento era, in
questa fase, incentrato sulle sostanze idrofile e idrofobe.
La tensione superficiale
Esistono degli insetti, chiamati GERRIDI o INSETTI
PATTINATORI, che hanno la capacità di "scivolare" sull'acqua
senza affondare.
Domanda chiave
Come fanno gli insetti, che vi ho mostrato, a rimanere sull’acqua e a muoversi
sulla superficie?
Le nostre ipotesi
registrare le risposte dei bambini
Hanno delle ventose.
Sono leggeri.
Camminano veloce.
Nuotano.
Galleggiano come noi in mare, quando facciamo “il morto”.
Hanno le pinne.
Ci riescono perché sono piccolissimi.
Sembra che l’acqua li mantiene.
Come sui pattini sul ghiaccio.
Sembrano magici.
Facciamo esperimenti
TITOLO
TENSIONE
SUPERFICIALE
DELL’ACQUA
CONTENUTO
ATTIVITA’
LABORATORIALE
Realizzazione:
contenitori d’acqua e piccoli
Mantenimento in superficie di
oggetti.
piccoli oggetti che assomigliano
Osservazione:
alle zampe dell’insetto mostrato
Piccoli oggetti si mantengono
in figura.
in superficie.
Le nostre ipotesi sono state
confermate?
Osserviamo che non c’è nessuna magia, le ali non sono
importanti, le zampette in parte.
Le nostre graffette sembrano galleggiare, ma osservando
bene sono proprio mantenute dall’acqua.
Alcuni insetti camminano letteralmente sull'acqua senza
affondare, non nuotano e non s’immergono.
Qualcuno ha risposto che sono mantenuti dall’acqua e che
sembrano avere dei pattini. Bene!
Conclusione e spiegazione
Gli insetti camminano sull’acqua, le nostre graffette sembrano galleggiare,
ma quello a cui abbiamo assistito non è un fenomeno di galleggiamento
secondo la densità dei corpi (argomento che si studierà in un altro
momento), bensì un fenomeno che dipende da una importante proprietà
dell'acqua: la tensione superficiale. Le molecole dell'acqua sono
strettamente legate tra loro anche in superficie, creano una certa resistenza
alla penetrazione di corpi e riescono addirittura a sostenere il peso di una
graffetta di metallo.
Alcuni animaletti sfruttano questa proprietà per camminare letteralmente
sull'acqua senza affondare.
La tensione superficiale dell'acqua è la conseguenza dell'azione della forza
di coesione fra molecole: mentre le molecole all'interno del liquido sono
attratte da tutte le parti da altre molecole, quelle poste sulla superficie sono
attratte solo dalle molecole sottostanti e da quelle laterali, non verso
l’esterno, venendo quindi richiamate verso il basso. Questa forza che le
unisce mantiene compatta la superficie dell'acqua, che sembra protetta da
una specie di pellicola.
In più, molti insetti che camminano sull'acqua sono provvisti di peli
superficiali ricoperti di oli, ossia sostanze idrofobe che respingono l'acqua e
permettono alla parte terminale delle zampe di non affondare.
FORZA DI COESIONE:
grande attrazione che
si verifica tra molecole
dello stesso tipo
L’acqua è cosi compatta da sembrare una
pellicola.
Forze che permettono alle molecole di
acqua di aggregarsi in gocce.
Rompiamo la tensione superficiale
Rompiamo la forza di coesione tre le molecole di acqua
Facciamo esperimenti
TITOLO
Diminuzione della tensione
superficiale a causa
dell’aggiunta in acqua di
alcune gocce di sapone.
CONTENUTO
ATTIVITA’
LABORATORIALE
Aggiungendo alcune gocce
di sapone, i piccoli oggetti
La tensione superficiale affondano.
viene abbassata da alcune
sostanze.
Una goccia a contatto con il
sapone si sfalda.
LE GRAFFETTE AFFONDANO
UNA GOCCIA PERFETTA SI SFALDA
L’acqua è composta da molecole che sono molto unite, ma ci sono alcune
sostanze, dette tensioattive (ad esempio i saponi), che rendono meno forte
questo legame.
Pensiamo ad un girotondo di bambini che si prendono per mano. E se si
insaponano le mani?
Si possono definire tensioattivi
quelle sostanze che sciolte in
acqua ne abbassano la tensione
superficiale.
Io odio
l’acqua !
A me piace il
grasso
Hanno questa proprietà le
sostanze nella cui molecola
coesistono due zone: una
idrofila (a cui piace l’acqua)
ed una lipofila (a cui piace il
grasso).
I saponi sono tipici esempi di tensioattivi.
Osserviamo come si dispongono le molecole di sapone sulla superficie
dell’acqua: esse spingono le loro code idrofobe fuori (perché a loro non
piace stare nell’acqua), mentre le teste idrofile rimangono nell’acqua e
separano le molecole. Questo fa diminuire la tensione superficiale
perché la distanza fra le molecole d’acqua aumenta.
I saponi lavano via lo sporco dai vestiti. Come fanno?
Basta separare le molecole dell’acqua?
La capacità dei saponi di ridurre la tensione superficiale ci
permette di togliere lo sporco dai nostri indumenti. Per
verificare questo fenomeno prova a mettere una maglietta
sporca di unto solo nell'acqua pura e ti accorgerai che la
macchia rimane attaccata come una ventosa. Il motivo è
semplice: l'acqua da sola non riesce a staccare la macchia,
perché le sue molecole sono troppo appiccicate tra loro e non
riescono a penetrare nelle fibre.
Se, invece, versiamo nell'acqua un po’ di detersivo succede
una cosa straordinaria: le molecole di sapone, che hanno la
forma di vermetti con una testa e una coda,
si agganciano con la testa alle molecole dell'acqua e con la
coda allo sporco per poterlo staccare. Una volta staccata la
macchia, le molecole dell'acqua e del detersivo, come in un
girotondo, tengono sospeso lo sporco per evitare che si
depositi da un'altra parte. Alla fine basta un bel risciacquo per
spazzare tutto.
Proviamo:
• Catalogo plastificato : goccia.
• Fogli di quaderno: nessuna goccia.
• Banco: goccia.
• Grembiule: nessuna goccia.
• Pennarello: goccia.
La forma perfetta della goccia non è visibile spruzzando acqua su qualunque
superficie. Se versiamo un po’ d’acqua su una SUPERFICIE IDROFOBA come
una piuma d’oca, oppure un catalogo plastificato (usato in classe), vediamo
visibilmente la goccia (esempio di forza di coesione), ma se la versiamo su una
SUPERFICIE IDROFILA come una maglietta di cotone, oppure un foglio di
quaderno, non c’è goccia, la superficie si bagna, ma la goccia non si forma,
perché entrano in campo le forze di adesione.
Le superfici idrofobe hanno repulsione Le superfici idrofile hanno attrazione
per l’acqua.
per l’acqua.
FORZA DI ADESIONE:
grande attrazione che si verifica tra le molecole
di acqua ed alcuni materiali solidi con i quali viene a contatto.
Anche l’acqua, come qualunque cosa, deve confrontarsi
con ciò che è esterno ad essa, aderisce in certi casi, rifugge in altri.
Io sono l’acqua, sono
attratta dal foglio e vi
aderisco.
L’acqua, se incontra un materiale
che l’apprezza e che l’attira,
rinuncia alla forza si coesione , si
distende e aderisce.
Io sono la carta e mi
piace tanto
l’acqua.
Materiale idrofobo
e goccia
Materiale idrofilo
e goccia
noi ci
abbracciamo
ed io mi
distendo e
O
(
O
Scappo, le mie
molecoline si
chiudono in se stesse.
La goccia
scappa ed io
non mi bagno
La goccia
ADERISCE BENE
su di me e mi
bagno
Questa forza di adesione, tenetela a mente, perché
è importantissima per spiegare cosa succede nei
prossimi esperimenti.
RICORDARE BENE:
Le molecole di acqua sono attratte una dall’altra (quindi
soggette alla forza di coesione), ma anche da alcuni tipi
di materiali che amano l’acqua (soggette alla forza di
adesione).
COESIONE: le molecole di acqua si attraggono tra loro.
ADESIONE: l’acqua aderisce e penetra in alcuni materiali.
La capillarità
Tutti abbiamo delle piantine in casa ed avremo notato che
versando l’acqua nella terra, tutta la pianta, rami e foglie,
ricevono da bere.
Domanda chiave
Tutto viene attirato verso il basso.
L’acqua, in certe condizioni, può salire verso l’alto?
Come fa l’acqua, che versiamo nella terra dove sono poste le radici, ad
arrivare alle foglie della pianta?
Le nostre ipotesi
Registrare le risposte dei bambini
Bevono dalle radici.
Ci sono piccole cannucce che permettono alle foglie di bere.
Non lo so.
Non ci ho mai pensato.
Le radici si nutrono di terra e acqua e la pianta vive.
L’acqua bagna la terra e cosi la pianta beve.
Si lo so che l’acqua va dalle radici alle foglie.
La pianta beve, è fatta cosi.
Le radici bevono e le foglie stanno bene.
Le piante hanno delle vene, come noi, bevono ma poi tutto scorre all’interno.
Facciamo esperimenti
TITOLO
CAPILLARITÀ
CONTENUTO
ATTIVITA’ LABORATORIALE
Realizzazione: bicchiere con acqua e
batuffolo di cotone o fazzolettino di
carta in prossimità dell’acqua.
Osservazione:
Comportamento dell’acqua il batuffolo /il fazzolettino si impregna
che in certe condizioni è in d’acqua.
grado di salire, al contrario
della legge che ci dice che
tutto è attirato verso il Realizzazione di un fiore con i petali
basso.
chiusi e successivamente inserito in una
ciotola d’acqua.
Osservazione: i petali si dischiudono.
Le nostre ipotesi sono state
confermate?
Alcuni bambini hanno osservato, prima dell’esperimento, che
le piante si procurano l’acqua grazie alle radici ed hanno
parlato di piccole cannucce.
I nostri esperimenti hanno mostrato che l’acqua, in determinate
condizioni, effettivamente sale.
Conclusione e spiegazione:
Il fenomeno della capillarità permette all’acqua di salire dalle
radici fino ai rami più alti attraverso capillari (tubicini molto
sottili) posti all’interno dei fusti.
All’interno di canali sottili, la forza che attrae le molecole
dell’acqua fa sì che esse riescano a salire come se si
arrampicassero lungo le pareti.
Questo fenomeno è spiegato dalle forze di attrazione tra le
molecole dell’acqua e i tubicini, che sicuramente sono “amici”
dell’acqua. Tali forze, di cui abbiamo già parlato, sono dette
forze di adesione.
Anche la carta ci ha mostrato questo fenomeno, assorbendo
l’acqua e gonfiandosi progressivamente, perché anch’essa è
formata da piccoli filamenti che attirano l’acqua.
Alcuni vantaggi per la vita
•La capacità dell’acqua di sciogliere molte sostanze permette la sopravvivenza
di tutti gli organismi. Possiamo introdurre nel nostro corpo tante sostanze,
semplicemente bevendole, perché sciolte in un bicchiere d’acqua.
•La tensione superficiale porta vantaggi agli insetti e ad altri animaletti che
possono muoversi sull’acqua e svolge un ruolo fondamentale nelle funzioni di
molti organismi viventi.
La capacità dei saponi di ridurre questa coesione ci permette di togliere lo
sporco dai nostri indumenti. Attenzione! Tutto va usato nella maniera giusta,
non bisogna esagerare e usare in maniera impropria le scoperte dell’uomo.
•Grazie alla capillarità, le piante assorbono l’acqua attraverso le radici e la
fanno salire anche a diversi metri di altezza fino alle foglie, attraverso
sottilissimi canali esistenti nelle radici, nel tronco e nei rami.
•Il trasporto dell'acqua attraverso i tessuti delle piante è dovuto alla tensione
superficiale (notiamo come tutto è collegato) che mantiene la colonna d'acqua
unita. Intervengono poi le forze che mantengono l’acqua aderente ai tessuti.
Colonne altrettanto alte e sottili di liquidi meno aderenti andrebbero a
spezzarsi, rendendo impossibile il trasporto del liquido in tali tessuti.
Proteggere l’acqua dall’inquinamento
•
L’acqua è per natura un solvente, ha la funzione di trasportare i
principi nutritivi nel nostro corpo, promuove la digestione e
trasporta le scorie fuori dall’organismo.
E’ facile intuire che l’assunzione continua di acqua inquinata
comporta disturbi alla salute.
•
Stagni, fiumi e mari inquinati uccidono tutti gli organismi
dell’ambiente marino. Anche gli insetti, mostrati in figura, a
contatto con l’acqua inquinata, finiscono per soccombere. Essi
affogano in uno stagno dove la tensione superficiale viene
diminuita da sostanze che, come il sapone, ne abbassano la
tensione. Guidati dall’istinto e sicuri di poter camminare sulla
superficie, incontrano invece un’acqua sporca, non compatta e
non elastica.
•
Anche le piante hanno bisogno di acqua pulita.
Riproponiamo lo stesso test
1) Cosa succede se versiamo un liquido in un bicchiere che contiene acqua?
a) il liquido si mescola con l’acqua
b) il liquido non si mescola con l’acqua
c) dipende dal liquido
d) il liquido galleggia
2) Cosa succede se versiamo del sale in un bicchiere che contiene acqua?
a) il sale si scioglie e scompare nell’acqua
b) Il sale si scioglie e il livello dell’acqua si alza
c) si formano tante palline che galleggiano in acqua
d) il sale non si scioglie
3) Esistono degli insetti che possono camminare sull’acqua?
a) si
b) no
c) solo se hanno le ali e possono volare a pelo d’acqua
d) non ci ho mai pensato e non li ho mai visti
4) Quando annaffiamo una pianta (continua scegliendo una delle frasi che
seguono)
a) le radici assorbono l’acqua che raggiunge le foglie
b) l’acqua rimane nelle radici perché le foglie non ne hanno bisogno
c) l’acqua rimane nelle radici e le foglie verranno annaffiate solo quando
pioverà
d) l’acqua si accumula sul fondo del vaso
COMPARAZIONE RISPOSTE DATE ALLO STESSO
TEST, RIPETUTO IN DUE DIVERSI MOMENTI
Nella prima scheda ho registrato il numero di
bambini che hanno risposto all’una o all’altra
delle alternative proposte
(TEST SOMMINISTRATO AD INIZIO PERCORSO).
Nella seconda scheda ho riportato il numero dei
bambini che hanno risposto correttamente
(TEST SOMMINISTRATO ALLA FINE).
TOTALE BAMBINI CHE
ENTRAMBI I TEST: 25.
HANNO
RISPOSTO
AD
1) Cosa succede se versiamo un liquido in un bicchiere che contiene acqua?
a) il liquido si mescola con l’acqua
12
b) il liquido non si mescola con l’acqua
3
8
c) dipende dal liquido
2
d) il liquido galleggia
2) Cosa succede se versiamo del sale in un bicchiere che contiene acqua?
a) il sale si scioglie e scompare nell’acqua
13
b) Il sale si scioglie e il livello dell’acqua si alza
7
c) si formano tante palline che galleggiano in acqua
1
d) il sale non si scioglie
4
3) Esistono degli insetti che possono camminare sull’acqua?
a) si
11
b) no
6
c) solo se hanno le ali e possono volare a pelo d’acqua
5
d) non ci ho mai pensato e non li ho mai visti
3
4) Quando annaffiamo una pianta (continua scegliendo una delle frasi che
seguono)
a) le radici assorbono l’acqua che raggiunge le foglie
12
4
b) l’acqua rimane nelle radici perché le foglie non ne hanno bisogno
c) l’acqua rimane nelle radici e le foglie verranno annaffiate solo quando
pioverà
3
6
d) l’acqua si accumula sul fondo del vaso
1) Cosa succede se versiamo un liquido in un bicchiere che contiene acqua?
a) il liquido si mescola con l’acqua
b) il liquido non si mescola con l’acqua
23
c) dipende dal liquido
d) il liquido galleggia
2) Cosa succede se versiamo del sale in un bicchiere che contiene acqua?
a) il sale si scioglie e scompare nell’acqua
24
b) Il sale si scioglie e il livello dell’acqua si alza
c) si formano tante palline che galleggiano in acqua
d) il sale non si scioglie
3) Esistono degli insetti che possono camminare sull’acqua?
a) si
25
b) no
c) solo se hanno le ali e possono volare a pelo d’acqua
d) non ci ho mai pensato e non li ho mai visti
4) Quando annaffiamo una pianta (continua scegliendo una delle frasi che
seguono)
23
a) le radici assorbono l’acqua che raggiunge le foglie
b) l’acqua rimane nelle radici perché le foglie non ne hanno bisogno
c) l’acqua rimane nelle radici e le foglie verranno annaffiate solo quando
pioverà
d) l’acqua si accumula sul fondo del vaso
Produzione personale di un
disegno che rappresenti
l’esperienza che maggiormente
ha attirato l’attenzione.
