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? 

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?

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

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

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

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

  • Due elettrodi, spesso (ma non sempre) costituiti da due metalli diversi tra loro, che sono collegati rispettivamente al polo + ed al polo -. Nella pila smontata corrispondono alla grafite immersa nella polvere nera ed all'involucro di zinco.
  • Una sostanza, chiamata elettrolita, che ha il compito di permettere il flusso continuo di cariche tra i due elettrodi anche all'interno della pila, chiudendo il circuito.

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

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

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

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)