Palloni effervescenti

Indagare le proprietà del biossido di carbonio (anidride carbonica) con un esperimento divertente
Space Awareness, Leiden Observatory
Goals

Questa attività introduce gli studenti all’anidride carbonica (CO2) attraverso un esperimento. Gli studenti imparano alcune proprietà sul comportamento della CO2.

Learning Objectives
  • Gli studenti dimostrano la presenza della CO2 con acqua e calce.
  • Gli studenti spiegano che l’anidride carbonica da una sorgente reagisce chimicamente con l’acqua e calce per formare l’acido carbonico.
  • Gli studenti dimostrano che la CO2 è più pesante dell’aria e descrivono una situazione quotidiana utilizzando questa proprietà.
  • Gli studenti conducono e interpretano un esperimento (individualmente o in piccoli gruppi).
Evaluation
  • Chiedere agli studenti di disegnare le fasi di ogni esperimento e notare le loro osservazioni.
  • Scrivere sulla lavagna le ipotesi degli studenti dopo aver realizzato ogni esperimento. Alla fine dell’attività, controllare quale di queste ipotesi può essere validata.
  • Chiedere agli studenti di spiegare cosa accade alla luce di una candela quando è posta in un bicchiere con CO2.Controllare sperimentalmente.
  • Chiedere agli studenti di disegnare cosa sarebbe accaduto alla candela se la CO2 fosse stata più leggera dell’aria.
  • Chiedere agli studenti di descrivere un uso della CO2 come gas più leggero dell’aria nella vita di tutti i giorni.
Materials
  • Palloncini
  • Un imbuto
  • Tavolette effervescenti (ad esempio tavolette di vitamina C) o lievito in polvere
  • Una bottiglia di vetro trasparente da 500 ml
  • Acqua
  • Becher
  • Una candela
  • Fiammiferi
  • Un paio di pinze (o uno spiedo di legno)
  • Acqua di calce: mescolare un cucchiaio di cemento o malta con circa 250 ml di acqua. Lasciar depositare la sospensione, quindi filtrare utilizzando due filtri da caffè. Il filtrato è acqua e calce.
  • Una cannuccia sottile
Background Information

Anidride carbonica

L’anidride carbonica (CO2) o biossido di carbonio, non è solo uno dei più importanti gas serra, ma si trova tutto intorno a noi: nell’aria (0,0388 % vol) che respiriamo; nell’aria che espiriamo (4 % vol). Si trova anche nelle bibite gassate; nelle torte, che crescono grazie alla CO2 prodotta dal lievito in polvere; e quando viene fatto bruciare un composto organico come la paraffina, la carta, il legno o il petrolio. Sia i geyser sia il vapore possono essere prodotti dall’anidride carbonica. Nella forma liquida, è utilizzata negli estintori e come refrigerante nell’industria del cibo (ad esempio per conservare e trasportare i gelati).

Immagine: primo piano del geyser di “El Tatio” a San Pedro de Atacama, Cile. Credit: Andres Gottlieb

Ad alte concentrazioni, la CO2 può diventare pericolosa per gli umani e gli altri animali, ma è anche una sorgente di vita: durante la fotosintesi, le piante utilizzano CO2 e luce per produrre zucchero, amidi, grassi e proteine, così come l’ossigeno di cui abbiamo bisogno per sopravvivere.

Un % vol o percentuale di volume è il numero di centimetri cubi di una sostanza (di solito ossigeno o anidride carbonica) contenuta in 100 ml di un’altra sostanza (ad esempio il sangue).

Nota: nessuna preoccupazione. La quantità di anidride carbonica prodotta in questa attività non è abbastanza alta da risultare pericolosa.

Proprietà della CO2

L’anidride carbonica è senza colore. A basse concentrazioni, è inodore. Ad alte concentrazioni ha un forte odore acido. A pressione e temperatura standard, la sua densità è intorno a 1.98 kg/m3, essendo circa 1,67 volte più pesante dell’aria. La CO2 è presente in quantità molto piccole nell’aria, il che rende difficile all’anidride carbonica mantenere uno strato. I gas non restano fermi ma si muovono nell’aria. Così la CO2 non resta nelle parti basse dell’atmosfera anche se più pesante dell’aria.

Rilevazione della CO2 con l’acqua di calce

L’acqua di calce che serve per testare la rilevazione della CO2 è stata sviluppata dal chimico Joseph Black (1728–1799). L’acqua di calce è una soluzione di idrossido di calcio (calce spenta o calce idratata). Quando il diossido di carbonio viene fatto gorgogliare attraverso di essa, si forma un precipitato di carbonato di calcio. Il carbonato di calcio è gesso o calcare, ed è questo a rendere torbida l’acqua di calce.

Idrossido di calcio + diossido di carbonio -> carbonato di calcio + acqua

Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O(l)

Full Activity Description

Dopo i primi 6 passi, hai due opzioni (A: Che tipo di gas è? oppure B: Il gas è è pesante) su come proseguire l’attività.

Passo 1

Gonfiate un palloncino e lasciate uscire nuovamente l’aria per rendere la gomma più elastica.

Passo 2

Utilizzate l’imbuto per riempire il palloncino con un po’ di lievito in polvere (20 g) o con cinque tavolette effervescenti schiacciate.

Passo 3

Versare 2-3 cm di acqua nella bottiglia.

Passo 4

Coprire il collo della bottiglia con il palloncino e far cadere la polvere effervescente dentro la bottiglia. Potrebbe essere necessario mantenere il palloncino sul collo di bottiglia per prevenirne lo scivolamento.

Passo 5

Scuotere la bottiglia leggermente. Il palloncino si riempie con un gas che è prodotto dall’effervescenza.

Passo 6

Quando il palloncino ha finito di gonfiarsi, girarlo e stringerlo in modo tale che il gas non fuoriesca e staccarlo dalla bottiglia.

Chiedere agli studenti cosa sta accadendo. Chiedergli di condividere le loro ipotesi su ciò che ha gonfiato il palloncino. Discutere le ipotesi prima di passare alla parte A.

A) Che tipo di gas è?

Passo 7

Mettere un po’ di acqua di calce in un bicchiere.

Passo 8

Mettere una cannuccia nella bocca del palloncino e lentamente e con attenzione rilasciare il gas all’interno dentro l’acqua di calce. L’acqua di calce diventa torbida.

Passo 9

Ripetere il passo 7 con acqua chiara. Chiedere agli studenti di disegnare due bicchieri e illustrare le loro osservazioni.Perché l’acqua è chiara e l’acqua di calce è nebbiosa? Cosa potrebbe causare la nebbia nell’acqua di calce? Discutere le risposte con gli studenti. Quali conclusioni si possono fare? Come si legano alle ipotesi discusse nella prima parte dell’attività? Nota di sicurezza: se l’acqua di calce finisce negli occhi, sciacquarli immediatamente con dell’acqua.

Il gas nel palloncino è anidride carbonica. Da dove viene la nostra CO2? Sia il lievito in polvere sia le tavolette effervescenti contengono bicarbonato di sodio (NaHCO3) e un acido solido (come ad esempio cristalli di acido citrico o fosfato monocalcico). A contatto con l’acqua, il bicarbonato di sodio e l’acido reagiscono uno con l’altro, formando acqua e CO2. È questo gas che forma le bolle quando una tavoletta effervescente si dissolve. Nella vita di tutti i giorni, è anche ciò che fa crescere le torte.

B) Il gas è pesante

Passo 7

Tenere la bocca del palloncino in un bicchiere e lasciar fluire il gas. Non puoi vedere nulla, ma vedremo successivamente se è accaduto qualcosa. Mettere da parte il bicchiere.

Passo 8

Accendere una candela e utilizzare un paio di pinze per posizionarla in un secondo bicchiere vuoto (in alternativa si può infilare uno spiedo di legno e sollevare la candela fino al bicchiere). Dovrebbe continuare a bruciare.

Passo 9

Posizionare, quindi, la candela nel primo bicchiere, che contiene il gas del palloncino. La candela dovrebbe smettere di bruciare poiché il gas (CO2) soffoca la fiamma. Chiedere agli studenti di disegnare l’esperimento e annotare le loro osservazioni. Discutere le loro note. Cosa ha causato il soffocamento della fiamma nel primo bicchiere?

Passo 10

Ripetere i passi 1-7 per collezionare più CO2 in un bicchiere. Versare quindi il contenuto invisibile di questo bicchiere in un altro bicchiere vuoto. Posizionare una candela nel bicchiere. Cosa accade? Ancora una volta la fiamma viene soffocata, mostrando che siamo in grado di versare il gas da un bicchiere a un altro, proprio come un liquido. Chiedere agli studenti di disegnare l’esperimento e annotare le loro osservazioni. Discutere i risultati con gli studenti. Quali conclusioni si possono trarre da questo esperimento? Questo esperimento dimostra che la CO2 è più pesante dell’aria. Chiedere agli studenti cosa accadrebbe se la CO2 fosse più leggera dell’aria. Chiedere agli studenti se sono in grado di pensare ad applicazioni quotidiane per questa proprietà. Un esempio è l’uso della CO2 in alcuni estintori. Tali estintori espellono la CO2 sul fuoco per contenere le fiamme ed estinguere il fuoco. Lavorano esattamente come dimostrato nella parte B.

Curriculum
Paese Livello Materia Certificazione Argomento
I ultimi anni scuola primaria Scienze - Proprietà e cambiamenti nei materiali: spiegare che alcuni cambiamenti comportano la formazione di nuovi materiali e che questo genere di cambiamenti non è solitamente reversibile, inclusi quelli associati con la combustione e con l’azione dell’acido sul bicarbonato di sodio.
I scuola secondaria I grado Chimica - Reazioni chimiche: reazioni degli acidi con gli alcali per produrre sale e acqua.
Conclusion

Grazie a una dimostrazione pratica, questa attività introduce la CO2 agli studenti della scuola primaria. Essi noteranno che la CO2 è più pesante dell’aria, può essere utilizzata per spegnere le fiamme e rendere l’acqua di calce torbida.

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