Lezione-laboratorio su elettricità e chimica
L’attività presentata
ai bambini di IV elementare, sviluppata precedentemente in classe
all'interno di un percorso sull'elettricità, è centrata
sull'esplorazione degli effetti chimici prodotti dal passaggio
di corrente elettrica.
Prerequisiti: Conoscenza
elementare dei circuiti elettrici
Obiettivi: Rendersi
conto del fatto che il passaggio di corrente produce delle profonde
trasformazioni in alcune sostanze (trasformazioni chimiche) e che
viceversa l’interazione di particolari sostanze produce corrente
elettrica.
Cosa
succede all'interno di un circuito
elettrico?
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La corrente elettrica che
fa accendere la lampadina è un flusso di particelle cariche
chiamate elettroni. Le cariche sono sempre presenti nel filo di
rame, ma si ha corrente elettrica solo se gli elettroni sono messi
in movimento dalla pila che spinge gli elettroni lungo i fili,
un po' come il cuore pompa il sangue all’interno di arterie
e vene. Questo avviene perchè tra i due poli della pila
c'è un dislivello di cariche, chiamato tensione o voltaggio.
La tensione può essere paragonata al dislivello tra le estremità di
un tubo al cui interno scorre acqua; se le due estremità si
trovano allo stesso livello, l'acqua non scorre più. In
modo analogo quando la pila è scarica il "dislivello" tra
cariche è stato annullato e la corrente non fluisce più
Le
cariche circolano solo all'interno dei fili elettrici?i? |
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Se si inserisce nel
circuito elettrico un recipiente con acqua in cui è stato
sciolto un po’ di sale (o succo di limone, o soda caustica,
si osserva che il circuito si chiude e all'interno del bicchiere
si sviluppano delle bollicine. Quindi la corrente circola anche
all'interno di altre sostanze, come l'acqua salata o leggermente
acida, e nel circolare, produce delle trasformazioni. Cosa sono
e da dove vengono le bollicine?
Elettrolisi
dell'acqua
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Per studiare meglio
il fenomeno si possono raccogliere le bollicine in provette (vedi smontare l'acqua)
Un modello costituito
da due lucidi, su uno dei quali sono disegnati con il pennarello
dei pallini rossi, sull'altro dei pallini verdi nella stessa posizione
di quelli rossi, può aiutare a comprendere. I pallini rossi
rappresentano le particelle con carica positiva che vanno a formare
l'idrogeno, i pallini verdi quelle con carica negativa che vanno
a formare l'ossigeno. Quando i fogli sono perfettamente sovrapposti
i pallini coincidono e non sono distinguibili; la macchia scura
data dalla loro sovrapposizione rappresenta la molecola d'acqua,
in cui le cariche + e – sono
bilanciate. La corrente elettrica provoca lo spostamento delle
cariche e la loro separazione. llo stesso modo si fa scorrere un
foglio sull’altro i pallini rossi e verdi si separano e diventano
distinguibili.
Elettrodeposizione
del rame
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Si può osservare
un’altra trasformazione prodotta dal passaggio di corrente
riempiendo un recipiente con una soluzione di solfato di rame ed
inserendovi due chiodi (vedi ricoprire con il
rame)
In conclusione
la corrente produce delle profonde trasformazioni nella materia,
da una sostanza si forma un’altra sostanza completamente
diversa, si ha una trasformazione chimica. Nella pila avviene
il processo inverso: la trasformazione chimica di alcune sostanze
provoca la produzione di corrente (cioè mette in movimento
le cariche)
Dentro
una pila
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In commercio esistono
diversi tipi di pile. Se si smonta ad esempio una pila carbonio-zinco,
si osserva che il polo + è collegato
ad un bastoncino di grafite immerso in un impasto scuro (polvere
di grafite e biossido di manganese), il polo - è collegato
ad involucro di zinco, posto all'interno della guaina di acciaio
che protegge la pila. Si osserva anche un impasto grigio, tra la
grafite e l'involucro di zinco
Gli
elementi essenziali di una pila sono
E' facile costruire
pile di tipo diverso. Il passaggio
di corrente
può essere rilevato
da un tester oppure, se si dispongono due o tre pile in serie,
può essere verificato tramite l’accensione di piccoli
apparecchi digitali, come un orologio o una calcolatrice.In questo
secondo caso è necessario controllare la polarità dei
collegamenti ( se la pila non funziona, i collegamenti con gli
elettrodi vanno
invertiti).
Pila
rame/zinco e pila rame/alluminio
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Si possono utilizzare
una barretta di rame ed una di zinco, separate da un pezzetto di
carta da filtro imbevuto di un elettrolita (sale o succo di limone
o soda caustica). I due elettrodi non devono toccarsi, perché in
questo caso gli elettroni passerebbero direttamente da un metallo
all’altro, annullando il dislivello di cariche. La forma
degli elettrodi non ha importanza ai fini del passaggio della corrente.
Si può anche costruire una pila
con una lattina e una moneta.
Pila
alla frutta
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Si costruisce semplicemente
inserendo all'interno di un frutto (limone, pomodoro, arancia,
mela ...) una barretta di rame ed una di zinco (vedi pila
alla frutta).
Pila
a mano |
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E' possibile fare
una pila anche con il proprio corpo, una lastrina di zinco ed una
di rame. La pila funziona meglio se si forma una catena umana,
dando la mano a qualche compagno (vedi pila
a mano)