Guarda su YouTube il video Chemistry with LEGO - La chimica con il LEGO. Scrivi sul tuo quaderno come sono rappresentati gli elementi chimici e riproduci la struttura degli schemi usati dai ragazzi.
Compito di realtà
Reazioni in gara
Riguarda il video indicato nella Flipped Classroom. In base alle conoscenze acquisite, scrivi le regole che vengono usate per ottenere reazioni chimiche corrette. Attenzione, il tipo di mattoncini viene scelto in base al numero di elettroni che possono essere condivisi, ceduti o acquistati per formare un legame chimico. Il mattoncino base su cui posizionare gli altri è quello con otto incastri. Usa il modello di schema che hai riportato sul quaderno. Organizza una gara di reazioni, assegnando al gruppo avversario una reazione chimica da risolvere.
1 Reazioni e leggi chimiche
Quando si parla di chimica e di reazioni chimiche si pensa subito a un laboratorio dove qualche scienziato opera in condizioni controllate. Le reazioni chimiche invece avvengono dovunque intorno a te e dentro di te: si usa la chimica in cucina quando si cucinano i cibi, in bagno quando si utilizzano prodotti per la pulizia, creme, dentifrici, dal parrucchiere, quando si tingono i capelli o si fa la permanente; reazioni chimiche sono anche quelle che permettono le funzioni della vita come la digestione, la respirazione, la fotosintesi. Tutti gli elementi, tranne i gas nobili, hanno tendenza a unirsi con altri atomi per formare le varie sostanze. Queste combinazioni di elementi avvengono mediante particolari reazioni chimiche dette di sintesi o di combinazione, attraverso le quali, a partire da due o più elementi si formano i composti.
Come avviene una reazione di sintesi?
È possibile ottenere un composto a partire da ferro e zolfo, due elementi che già conosci, dei quali hai analizzato il miscuglio. Anche in questo caso bisogna miscelare la limatura di ferro con la polvere di zolfo, avendo però cura, prima, di pesarne quantità prestabilite: 7 g di ferro e 4 g di zolfo ( a ).
Il miscuglio, messo in provetta, si scalda sulla fiamma ( b ) sino a quando si forma una zona incandescente ( c ).
La reazione si completa lontano dalla fiamma. Quando la provetta è ormai fredda, si avvolge in un giornale e si rompe per poter estrarre la sostanza che si è formata e pesarla ( d ).
Il prodotto della reazione chimica, innescata dal calore tra ferro e zolfo è un composto nerastro che si chiama solfuro di ferro. In esso non si riconoscono più le caratteristiche del ferro e dello zolfo ma essi non si sono distrutti, si sono solo uniti per formare il composto. È impossibile separare il ferro dallo zolfo usando la calamita ( e ) o l’immersione in acqua ( f ).
Il peso del solfuro di ferro ottenuto è di 11 g. Se invece si usano delle quantità diverse, prese a caso, può capitare che parte di uno dei due elementi non partecipi alla reazione. Ciò ti suggerisce che debbano esistere delle leggi che regolano le quantità delle sostanze che reagiscono con quelle che si ottengono.
Alla fine del Settecento Antoine Lavoisier ( 1 ), considerato il fondatore della chimica moderna, e Joseph Louis Proust ( 2 ) enunciarono due leggi fondamentali della chimica. La prima legge, di Lavoisier, è nota come “legge della conservazione della massa”: in una reazione chimica, la somma delle masse delle sostanze che reagiscono è sempre uguale alla somma delle sostanze che si ottengono. In pratica, durante una reazione chimica, nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma. La seconda legge, di Proust, è nota come “legge delle proporzioni definite”: gli elementi non si combinano a caso ma secondo quantità definite, seguendo delle precise proporzioni. Nella sintesi del composto solfuro di ferro, 7 g di ferro reagiscono con 4 g di zolfo; se si usano per esempio 8 g di ferro e 4 g di zolfo, 1 g di ferro non parteciperà alla reazione. Se si raddoppia la quantità di ferro, si deve raddoppiare quella di zolfo. Per descrivere sinteticamente e in modo chiaro una reazione chimica si ricorre a un sistema di simboli detto equazione chimica .
1 Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), qui ritratto con la moglie, è stato un chimico, biologo, filosofo ed economista francese e uno tra i più importanti personaggi nella storia della scienza.2 Joseph Louis Proust (1754-1826) è stato un chimico francese, divenuto famoso per la sua legge delle proporzioni definite.
Come si scrive un’equazione chimica?
A sinistra si scrivono le formule delle sostanze che reagiscono, i reagenti, al centro una freccia indica il verso della trasformazione, a destra si scrivono le formule delle sostanze che si ottengono, i prodotti.
Nella reazione chimica esaminata si avrà:
Una molecola di zolfo si unisce a una molecola di ferro dando origine a una molecola di solfuro di ferro.
Come vedi, il numero di atomi di zolfo presenti a sinistra e a destra della freccia è sempre lo stesso, cioè 1; la stessa cosa vale per il ferro. In questo caso si dice che la reazione è bilanciata.
Considera ora questa nuova reazione tra l’acido cloridrico (HCl) e il carbonato di calcio (CaCO3), conosciuto anche con il nome calcare. È una reazione comune, che avviene ogni volta che si usa un prodotto anticalcare contenente acido cloridrico per pulire i lavandini. Alla fine della reazione si hanno il cloruro di calcio (CaCl2), l’anidride carbonica (CO2) e l’acqua (H2O).
I numeri di alcuni atomi nei reagenti e nei prodotti non è lo stesso: nei reagenti c’è un solo atomo di idrogeno (H) e nei prodotti ce ne sono due, e lo stesso succede per il cloro (Cl). Poiché non è possibile modificare la formula della molecola, per far tornare i conti puoi cambiare il numero delle molecole: prendendo due molecole di acido cloridrico, il numero totale degli atomi dei reagenti e dei prodotti è lo stesso.
Si scrive dunque il coefficiente 2 davanti al simbolo della molecola di acido cloridrico:
Questo sistema di attribuire dei coefficienti in una reazione di definisce bilanciamento dell’equazione.
Per scrivere un’equazione bilanciata occorre dunque:
- scrivere le formule chimiche delle sostanze reagenti e dei prodotti;
- sistemare i coefficienti in modo che ciascun tipo di atomo sia presente in uguale numero in entrambi i membri dell’equazione.
