Gli stati della materia e i passaggi di stato

Gli stati della materia
e i passaggi di stato
Una proposta di lavoro
per la secondaria di I grado e il biennio
di quella di II grado:
spunti, riflessioni e suggerimenti
per un percorso sperimentale
Gli stati della materia intorno a noi
• Partiamo dall’evidenza della presenza
attorno a noi di “categorie di oggetti” che
chiamiamo solidi, liquidi, aeriformi (gas e
vapori)
• Le loro proprietà (forma e volume) sono
diverse e possono essere facilmente
esplorate anche con mezzi semplici
• ⇒ prove su volume e forma di gas e
liquidi
Una sostanza in 3 stati: l’acqua
• L’acqua è una sostanza che – nelle
condizioni esistenti sulla Terra – più
facilmente può esistere nei tre stati solido,
liquido e aeriforme
• Essa può passare dall’uno all’altro come
avviene nel ciclo dell’acqua
• Esistono quindi i passaggi di stato
Si apre il sipario per…
…Uno sguardo sulla materia
z Dove
Premesse –
collocare il segmento di percorso
z Cosa apprendere
z I problemi
Dove collocare il segmento
di percorso
z
z
z
In una sviluppo di argomenti legati alla fisica
(termologia: calore, temperatura, scale
termometriche ecc.)
In un sviluppo di argomenti legati alla Terra
come pianeta (meteorologia, biologia, ecologia:
ciclo dell’acqua, caratteristiche di abitabilità del
pianeta, ruolo dell’acqua per la vita ecc.)
Come parte di un percorso sulla struttura della
materia (modello particellare) e sulle sue
trasformazioni
Cosa apprendere
conoscenza degli stati fisici della materia,
comprensione del ruolo del calore
(energia) nei passaggi da uno all’altro
stato fisico, interpretazione in chiave
microscopica, capacità quindi di leggere a
vari livelli i fenomeni…
I problemi
z
z
z
z
Lessicali: es. sciogliere/liquefare/fondere usati
come sinonimi
Difficoltà di ordine sperimentale (non costanza
delle temperature nei passaggi di stato,
riscaldamento in genere troppo rapido, rischi
legati all’uso di fonti di calore…)
Necessità di connettere due livelli, il macro che
osserviamo e il micro che ipotizziamo…
… Quindi il problema di introdurre il modello
particellare in modo adeguato
Prerequisiti
► Conoscenza
– anche approssimativa - del
concetto di temperatura
► Conoscenza – anche approssimativa - del
concetto di calore
► Padronanza teorica e operativa dei grafici in
coordinate cartesiane
La curva di riscaldamento
dell’acqua
T
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
EBOLLIZIONE
E
M
DA
L
CA
S
RI
O
T
N
TEMPO t
Le “domande guida”
«Finché le osservazioni non servono a rispondere a una domanda posta con
chiarezza è possibile che i ragazzi non registrino accuratamente quello che vedono»
(Rosalind Diver, L’allievo come scienziato)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
di quante parti si compone il grafico?
che cosa accade nella prima parte?
che cosa accade nella seconda parte?
come varia la temperatura nella prima parte?
come varia la temperatura nella seconda parte?
nella seconda parte della prova continua il
riscaldamento?
dove va “a finire” il calore che continuiamo a fornire
all’acqua?
Punto di fuga
• Qui si potrebbe inserire uno sviluppo sulla
relazione tra variazione di temperatura
durante il riscaldamento e massa d’acqua
usata (→ capacità termica, calore
specifico ecc.)
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
La curva di raffreddamento
del tiosolfato di sodio
cristalli
50°C
TEMPO
Le “domande guida”
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
di quante parti si compone il grafico?
cosa accade nella prima parte?
cosa accade nella seconda?
Cosa accade nella terza parte?
come varia la temperatura nella prima parte?
come varia la temperatura nella seconda
parte?
come varia la temperatura nella terza parte?
perché la temperatura rimane costante
durante la seconda parte del grafico?
Che cosa succede se…
ƒ Indaghiamo che cosa avviene durante la
solidificazione
ƒ Verifichiamo due ipotesi
ƒ Scopriamo il calore latente
La curva di raffreddamento
del tiosolfato di sodio
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
cristalli
T amb.
TEMPO
Si chiude il sipario…
… Con il modello particellare
zA
questo punto si può completare il
modello particellare della materia, come
ipotesi interpretativa di quanto osservato.
Questo non emerge però semplicemente
dall’osservazione, richiede immaginazione,
inventiva…
z È un percorso che parte dal dato
z Lega teoria e pratica