QUALE DIDATTICA PER LA CHIMICA

CONVEGNO SCUOLA
UNIVERSITA’
Quale Didattica per la Chimica
3 Aprile 2008
FACOLTA’ DI FARMACIA UNIVERSITA’
di CHIETI
CASI DI STUDIO : Le Esperienze di Laboratorio
Il ruolo del laboratorio nella didattica chimica nel corso di
Chimica Generale nella scuola secondaria di secondo
grado
L’INSEGNAMENTO DELLA CHIMICA GENERALE
NEL LICEO SCIENTIFICO TECNOLOGICO
In questa presentazione si farà riferimento al ruolo del laboratorio nell’insegnamento
della chimica generale nella scuola secondaria di secondo grado, in particolare nel
Liceo Scientifico Tecnologico. In questo tipo di scuola questo insegnamento si
sviluppa nell’arco di quattro anni, nei primi due anni nella disciplina “ Laboratorio
di fisica e chimica” con 5 ore settimanali tutte di laboratorio, al terzo e quarto anno
“ Chimica “ con 3 ore settimanali di cui 2 di laboratorio. Si tratta di una situazione
abbastanza privilegiata per il fatto di:
 poter sviluppare l’insegnamento della chimica generale in quattro anni
 aver a disposizione un buon numero di ore di laboratorio
 avvalersi della preziosa collaborazione dell’insegnante di laboratorio
Le esperienze che vengono riportate si riferiscono al lavoro svolto dall’a. s. 99-00
all’a. s. corrente nella sez. B del LSTS di Lanciano dagli insegnanti:
Tommaso Giancristofaro
Enrico Remigio – laboratorio di chimica e fisica -biennio
Tina Ciccotelli – laboratorio di chimica -triennio
METODOLOGIA
Il Metodo della Ricerca
Il metodo scientifico si basa su ragionamenti sia di carattere induttivo che di
carattere deduttivo.
Infatti sulla base delle osservazioni fatte e dei dati sperimentali ottenuti si giunge
alla formulazione di leggi -metodo induttivo- e successivamente alla elaborazione
di teorie che spiegano le leggi trovate -metodo deduttivo.
METODOLOGIA
Le esperienze di laboratorio nella didattica chimica seguono questo metodo; infatti
esse vengono eseguite allo scopo di ottenere informazioni e dati sull’argomento
oggetto di studio dopo averlo presentato e discusso con i ragazzi, senza però mai
anticiparne le conclusioni in modo da lasciare vivo quel senso di “scoperta” e di
“meraviglia” necessari a tenere vivo l’interesse e la partecipazione.
I ragazzi eseguono le esperienze di laboratorio in gruppi - da 5 o 6 - dopo aver discusso
con l’insegnante sugli obiettivi, metodo ed apparecchiature da utilizzare; al termine
della prova i ragazzi sono tenuti a presentare una relazione in cui dovranno porre
particolare attenzione alle conclusioni.
Alcune esperienze, che richiedono particolari apparecchiature o prevedono l’impiego di
sostanze tossiche, vengono eseguite in cattedra dall’insegnante di laboratorio.
OBIETTIVI GENERALI
L’attività sperimentale non è semplicemente vista come un sussidio o
come una integrazione della lezione teorica bensì come parte
integrante della didattica chimica. Le esperienze di laboratorio infatti
vengono inserite nel percorso didattico come mezzo essenziale per
arrivare ad ottenere determinate leggi e/o teorie ripercorrendo
anche cronologicamente lo sviluppo del pensiero scientifico.
Gli obiettivi, prettamente didattici e volti alla ricerca di leggi e di
regolarità di comportamento nei primi tre anni di corso, diventano
quasi esclusivamente applicativi o di verifica di leggi e teorie già
note nell’ultimo anno di corso.
OBIETTIVI SPECIFICI
• Conoscere le più comuni apparecchiature di laboratorio, in particolare la bilancia e
quelle relative alle misure di volume
•Saper eseguire misure sperimentali apprezzandone l’errore
•Saper organizzare una tabella per la raccolta dei dati
•Saper costruire un diagramma da dati sperimentali interpolandoli correttamente
•Acquisire un minimo di manualità che consenta di operare autonomamente
•Progettare, magari sotto la guida dell’insegnante, una esperienza di laboratorio in
funzione del problema che si intende studiare
La Relazione di Laboratorio
Al termine di ogni esperienza i ragazzi devono presentare una relazione
sul lavoro svolto articolata nei seguenti punti essenziali:
•Titolo
•Obiettivo
•Materiali ed apparecchiature utilizzate
•Prerequisiti teorici
•Descrizione
•Tabella raccolta dati
•Grafici
•Conclusioni
Normalmente il titolo e l’obiettivo vengono proposti dall’insegnante.
Si raccomanda di non dilungarsi troppo nella parte della descrizione,
riportando magari dettagli insignificanti, ma di concentrarsi soprattutto sulle conclusioni che dovranno ricollegarsi all’obiettivo dichiarato.
Esperienze di Laboratorio di
Chimica
svolte nei vari anni del Liceo Scientifico Tecnologico
I ANNO
 Presentazione del materiale di laboratorio,in particolare delle
apparecchiature di misura del volume
 Relazione massa-volume
 Passaggi di stato – fusione ed ebollizione – per una sostanza pura
 Passaggi di stato – ebollizione - per una soluzione
 Miscugli e metodi di separazione
 Distillazione miscela acqua-alcool
 Scomposizione dell’acqua
 Reazioni chimiche e massa
 Determinazione raggio atomico - per elementi metallici –
Queste esperienze si aggiungono a quelle di fisica che sono altre dieci.
Esperienze di Laboratorio di
Chimica
svolte nei vari anni del Liceo Scientifico Tecnologico
II ANNO
 Acidi, basi ed indicatori
 Spettroscopia
 Reazioni dei metalli del I e II gruppo
 Conducibilità
 Soluzioni a titolo noto
 Serie elettrochimica
 Pile
Queste esperienze si aggiungono a quelle di fisica che sono altre nove.
Esperienze di Laboratorio di
Chimica
svolte nei vari anni del Liceo Scientifico Tecnologico
III ANNO
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Legge dei gas : a temperatura costante
Legge dei gas : a pressione costante
Legge dei gas : a volume costante
Legge generale dei gas ideali – Volume molare H2 -Reazione Mg-HCl
reazione magnesio acido cloridricoSpettroscopia –colorazioni alla fiammaConducibilità elettrica di sostanze pure e soluzioni
Polarità delle molecole – miscibilità delle sostanzeReazioni in soluzione
Reazioni chimiche e calore
Velocità di reazione
Equilibrio chimico
Esperienze di Laboratorio di
Chimica
svolte nei vari anni del Liceo Scientifico Tecnologico
IV ANNO
 Titolazione acido forte – base forte
 Titolazione acido debole –base forte
 Determinazione del titolo di un aceto commerciale
 Acidità dell’olio di oliva
 Determinazione della costante di ionizzazione dell’acido acetico
 Analisi qualitativa primo gruppo
 Analisi complessometrica – durezza dell’acqua –
 Serie elettrochimica
 Analisi permanganometrica
 Pile elettrochimiche e a concentrazione
 Elettrolisi – acqua, ioduro di potassio –
Si tratta quindi di circa 40 esperienze che vengono svolte nel corso di chimica
generale.
ESEMPI DI RELAZIONI
scelte fra alcune di quelle svolte da ragazzi nei vari anni di corso
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Acidi e basi - Indicatori e p H
Spettroscopia di emissione –Struttura atomica a strati
Comportamento chimico dei metalli –Sistema periodico degli elementi
Conducibilità elettrica di sostanze pure e soluzioni-Legami
Serie elettrochimica –Reazioni redox
Reazioni con trasferimento di elettroni - Pile
Determinazione gas volumetrica del magnesio –Legge generale dei gas
Titolazione acido forte-base forte
Titolazione acido debole-base forte
Determinazione della costante di ionizzazione dell’acido acetico
Determinazione dell’acidità di un olio di oliva
Determinazione del titolo di un aceto commerciale
Le relazioni presentate sono dei ragazzi Daniele Sabatini e Vincenzo Suriani della
attuale IV sez.B e sono riportate senza alcuna correzione.
REAZIONI DEI METALLI DEL I E II
GRUPPO
Prerequisiti:
•Conoscere il concetto di acido e base e l’uso degli indicatori, in particolare la fenolftaleina
•Conoscere la struttura dell’atomo, in particolare la configurazione elettronica, e l’energia di
ionizzazione
•Conoscere la classificazione e la nomenclatura dei composti chimici inorganici, soprattutto gli ossidi
basici e gli idrossidi
•Conoscere la tavola periodica
Obiettivi:
•Conoscere le reazioni dei metalli del I e del II gruppo con l’aria – ossigeno- e con l’acqua e darne una
interpretazione in termini di configurazione elettronica, energia di ionizzazione e volume atomico
•Individuare una relazione tra comportamento chimico e posizione sulla tavola periodica dei diversi
metalli studiati
•Saper prevedere il comportamento chimico di metalli diversi da quelli osservati, sia dei primi due
gruppi che di quelli successivi, in base alla posizione occupata sulla tavola periodica.
Conclusioni:
I metalli reagiscono con l’ossigeno contenuto nell’aria ossidandosi alcuni velocemente, sodio e potassio,
altri lentamente –magnesio e calcioI metalli reagiscono con l’acqua in maniera molto violenta con una reazione esplosiva –sodio e potassioo molto lentamente-magnesio e calcioNelle reazioni con l’acqua di tutti i metalli si ottiene una soluzione basica evidenziata dalla presenza
della fenolftaleina
Le reazioni con l’acqua sono sicuramente esotermiche infatti l’idrogeno formatosi si incendia
immediatamente
Da questa esperienza risulta evidente che il metallo più reattivo tra i quattro studiati- Na, Mg, K, Ca- è il
potassio in quanto i tempi di reazione sono molto brevi e la reazione con l’acqua risulta esplosiva anche
usando piccole quantità di questo elemento.
Il potassio infatti essendo nel I gruppo ha un solo elettrone esterno come il sodio ma ha un volume
atomico maggiore e quindi una minore energia di ionizzazione; il magnesio ed il calcio sono nel II gruppo
quindi hanno due elettroni esterni e l’energia di ionizzazione risulta notevolmente più alta soprattutto per
il magnesio che ha un volume atomico minore.
Si conclude quindi che i metalli più reattivi sono quelli del I gruppo in basso e che il carattere metallico
sulla tavola periodica aumenta da destra verso sinistra e dall’alto verso il basso.