TENSIONE SUPERFICIALE

Ecco alcuni semplici esperimenti sulla tensione superficiale:

1 - L'ago galleggiante. Appoggiare con cura un ago sulla superficie dell'acqua

Materiale occorrente: un ago, carta velina, un bicchiere, acqua

Per facilitare la riuscita di questo esperimento e fare galleggiare un oggetto più

pesante dell'acqua grazie alla tensione superficiale, porre sull'acqua una

strisciolina di carta velina e su questa adagiare un ago. Piano piano, l'acqua

bagnerà la strisciolina che finirà per affondare, mentre l'ago rimarrà alla

superficie.

Materiale: bacinella – detersivo per piatti – borotalco.

Procedimento: Versare della polvere di borotalco in una bacinella d’acqua. Versare poi qualche goccia di sapone nella bacinella.

Osservazioni: Dopo aver messo un po' di borotalco sulla superficie dell'acqua lo si osserva galleggiare. Aggiungendo poi una goccia di sapone sulla superficie dell'acqua si potrà osservare che il borotalco comincia ad affondare e, dopo qualche minuto è completamente scomparso dalla superficie dell'acqua.

Per spiegare il fenomeno osservato, chiediamoci perché il borotolco rimaneva "a galla" prima di mettere il sapone e richiamiamo il concetto di tensione superficiale. Se è la tensione superficiale a permettere al borotalco di non affondare, cosa succede quando aggiungiamo il sapone?

2 – L’effetto del sapone rompere la tensione superficiale con il sapone

I saponi appartengono ad una classe di composti chiamati tensioattivi (agenti attivi in superficie), composti capaci di diminuire la tensione superficiale dell'acqua rendendo la "pelle" dell’acqua, in un certo senso, più "elastica".

Osserviamo come si dispongono le molecole di sapone sulla superficie dell’acqua:

Le molecole di sapone spingono le loro code idrofobe fuori dall’acqua (perché a loro non piace stare nell’acqua). Mentre le teste idrofile rimangono nell’acqua e separano le molecole d’acqua le une dalle altre. Questo fa diminuire la tensione superficiale perché la distanza fra le molecole d’acqua aumenta.

2.1 – L’effetto del sapone rompere la tensione superficiale con il sapone Materiale occorrente: un contagocce acqua acqua e sapone 2 monete da 50 centesimi fazzoletti o tovaglioli Procedimento: 1. Pulire le monete con acqua e asciugarle. 2. Mettere la prima moneta su un fazzoletto e (contandole) far cadere gocce d’acqua sulla moneta. Devono contare quante gocce hanno messo prima che l’acqua fuoriesca dalla moneta. 3. Eseguire lo stesso procedimenti con l’acqua saponata contando le gocce. 4. Disegnare un istogramma dei risultati dell’esperimento mettendo la media della classe

Per vedere come diversi liquidi abbiano diversa tensione superficiale,

proviamo a depositare sulla cattedra una goccia d’acqua, una di olio e

una di alcol. Vedremo che il comportamento dei liquidi è molto diverso e

che le gocce che si formano sono molto diverse.

Possiamo sfruttare questo esperimento anche per far notare la natura

multi molecolare dei liquidi e la presenza di legami che si spezzano e si

riformano.

Distribuiamo (attraverso un conta gocce) diverse gocce di acqua sulla

cattedra e chiediamo ai bambini di dirci come sia possibile che dall’acqua

del bicchiere vengano diverse gocce separate fra di loro.

Annotiamo le risposte e quindi con la punta del contagocce riuniamo fra

di loro le gocce a formare un’unica grande goccia.

Chiediamo come sia possibile questo e se riescono a vedere nella goccia

grande traccia di quelle piccole che la compongono.

Come mai abbiamo potuto rompere e ricongiungere l’acqua?

Scopriremo che i bambini hanno in se l’idea del legame che intercorre fra

le varie «parti» e che queste parti sono indistinguibili le une dalle altre.

L’acqua tenderà, se costretta, a formare una goccia compatta. Lo stesso

esperimento fatto con l’alcol (che ha legami molto più deboli) non avrà un

comportamento analogo.

OSMOSI

L’OSMOSI NELLA PATATA

MATERIALE OCCORRENTE:

Una patata, zucchero, un coltello, un cucchiaino, acqua.

Taglia a metà una patata, appiattisci leggermente la parte curva in

modo che le due metà stiano in piedi, scavale dall'altra parte in modo

da formare due "tazzine" facendo attenzione a non forare il fondo (

vedi figura di fianco).

Metti acqua in una vaschetta, (A) e versa dello zucchero nell’altra

(B).

Osserva cosa accade e descrivi la differenza di comportamento tra la

tazzina con acqua e quella con lo zucchero.

Dopo poco tempo l'acqua è stata assorbita dalla patata,

mentre lo zucchero ha assorbito l’acqua della patata.

L'acqua della metà A è "sparita" perché è stata

assorbita dalla patata: infatti le cellule della patata

contengono una soluzione più concentrata rispetto

all'acqua e l'acqua entra nelle cellule.

La cavità della patata B si è riempita di acqua perché lo

zucchero è molto più concentrato rispetto alle soluzioni

presenti nelle cellule della patata.

L’OSMOSI DELL’UOVO MATERIALE OCCORRENTE:

Un uovo Un barattolo Aceto Dapprima occorre liberare la membrana semipermeabile che si trova sulla superficie interna del guscio dell'uovo, immergendo quest'ultimo in un barattolo di aceto; è sufficiente un barattolo di circa il doppio del volume dell'uovo (circa 60-70 ml) come un bicchiere da tavola mezzo pieno di aceto in cui si immerge l'uovo fino a ricoprirlo. Il guscio dell'uovo è costituito quasi interamente di carbonato di calcio insolubile che a contatto con l'acido acetico dell'aceto reagisce per dare acetato di calcio solubile liberando anidride carbonica secondo la reazione seguente: CaCO3 + 2CH3COOH -> Ca2+ + 2CH3COO- + CO2 Durante questo processo si dovrebbe notare la formazione di bollicine sulla superfice del guscio che dopo qualche ora formano una schiuma galleggiante.

Dopo circa 24-40 ore il guscio dell'uovo è ridotto ad uno strato molto sottile e l'uovo è flessibile. A questo punto la membrana semipermeabile a contatto con la soluzione esterna comincia a far fluire solvente (aceto) dall'esterno all'interno dell'uovo in modo che la concentrazione delle particelle all'interno equilibri quello all'esterno. Dopo circa 24 ore si potrà constatare che il volume dell'uovo è visibilmente aumentato rispetto all'uovo di partenza o ad un altro uovo simile al primo, dimostrando l'effetto della pressione osmotica.

Il ciclo dell’acqua

La serie di esperimenti che stanno per essere

descritti, permetterà ai bambini di visualizzare i

passaggi di stato dell’acqua e di aiutarli a

comprendere il ciclo dell’acqua.

L’evaporazione è uno dei concetti principali. Come

possiamo “vederla”?

Possiamo dividere i bambini in piccoli gruppi ( 2 o 3)

e dare ad ogni gruppetto più di un esperimento da

iniziare

Evaporazione spontanea a temperatura ambiente

Materiale:

un recipiente graduato

due barattoli

un pennarello che scriva sul vetro

I bambini riempiranno due barattoli uguali con la stessa quantità di acqua.

Segneranno il livello di entrambi con un pennarello.

Metteranno i barattoli su un tavolo vicino al sole, uno chiuso dal coperchio e

l’altro aperto.

L’esperimento deve essere compiuto se possibile in una bella giornata (il calore

aiuterà a far evaporare quello aperto in un tempo più breve). Il giorno dopo,

verificheranno i livelli dei due barattoli e scriveranno sul quaderno cosa hanno

visto.

Dovranno quindi notare che il livello del contenitore aperto e’ diminuito, mentre il

livello nel contenitore chiuso e’ rimasto più o meno allo stesso livello.

I bambini dovrebbero dunque concludere che

l’acqua tende ad evaporare e a disperdersi nell’atmosfera.

Si potrà poi suggerire una generalizzazione:

quello che accade all’acqua delle pozzanghere (che è un evento a

cui potrebbero aver fatto caso)

e inserire il concetto dell’evaporazione degli oceani, dei

fiumi e dei mari.

Evaporazione grazie al vento

Materiale:

un filo per stendere i panni

un fazzoletto

mollette per bucato

un asciugacapelli

I bambini bagnano il fazzoletto e lo strizzano e lo stendono.

Misurando il tempo (sempre da segnare sul quaderno di laboratorio)

la maestra asciugherà con l’asciugacapelli il fazzoletto prima con

l’aria calda e poi con l’aria fredda e i bambini segneranno i diversi

tempi necessari.

Questa esperienza farà capire loro che il vento aiuta l’evaporazione

dell’acqua e che quando è caldo aumenta notevolmente il processo.

Questa esperienza farà capire loro che

il vento aiuta l’evaporazione dell’acqua

e che

quando è caldo aumenta notevolmente il processo.

Condensazione del vapore acqueo a formare le nuvole:

Materiale:

un bicchiere di plastica

ghiaccio

Colorante

i bambini riempiranno i bicchieri di ghiaccio e metteranno una goccia di

colore (quest’acqua colorata permetterà loro di distinguerla dalla

condensa del vapore acqueo).

Poi aspetteranno qualche minuto e vedranno che la superficie esterna

del bicchiere sarà ricoperta da goccioline d’acqua NON colorata.

Questo esperimento mette bene in risalto come

non sia l’acqua scioltasi dal ghiaccio a formare le goccioline,

ma che queste sono risultato della condensazione

(passaggio da gas a liquido)

dell’acqua presente nell’atmosfera.

L’aria calda tende a salire e una volta arrivata negli strati più alti

dell’atmosfera incontra temperature fredde.

Quindi qui il vapore acque condensa e forma le goccioline che

daranno origine alle nuvole.

Precipitazione a formare le gocce di pioggia

Materiale:

un barattolo

pellicola trasparente

una finestra

Il barattolo, riempito di acqua, deve avere un tappo a tenuta ed

essere messo sotto il sole.

Sotto il coperchio deve essere poi applicata la pellicola trasparente

che ci serve per “raccogliere” le gocce e poi farle cadere per gravità

fuori dal barattolo.

Se l’esperimento viene iniziato in ore calde potrebbe essere bene

terminarlo in giornata.

Altrimenti si aspetta il giorno dopo, si apre il barattolo, si asporta la

pellicola e si osserva la formazione di goccioline.

Le goccioline formatesi

rappresentano le gocce di pioggia

che si erano condensate nelle nuvole

e che sono pronte a cadere.

Le nuvole, spinte dal vento, possono incontrare altre masse d’aria a temperatura più bassa (venti freddi) o le cime delle montagne; in questo modo le nuvole si raffreddano. Abbassandosi la temperatura, nelle nuvole si formano nuove gocce d’acqua perché altro vapore si condensa. Le goccioline si urtano e si uniscono a formare gocce più pesanti, così pesanti che l’aria non le sostiene più e cadono verso terra sotto forma di pioggia. Se l’aria vicino al suolo è molto fredda (intorno a zero gradi di temperatura), le gocce di pioggia si trasformano in fiocchi di neve. Durante i temporali, soprattutto estivi, a volte le gocce d’acqua vengono risospinte dal vento in alto, dove trovano zone freddissime. Qui congelano e si trasformano in chicchi di ghiaccio, più o meno grossi. Si tratta della grandine, molto dannosa per le coltivazioni.

Il ciclo ricomincia: il deflusso

Piove, grandina, nevica: l’acqua ristagna sulla terra nel luogo in cui è caduta. In breve tempo l’aria e il sole la fanno evaporare….

E il ciclo ricomincia…

Altre volte l’acqua penetra sottoterra, compie un lungo

percorso nel sottosuolo, per poi zampillare da una roccia e formare una sorgente. Una buona parte si raccoglie in rigagnoli,

in brevi ruscelli, in impetuosi torrenti, forma i fiumi. I fiumi alimentano i laghi o sfociano nel mare.