[Attività laboratoriale] Curve di evaporazione e di solidificazione

Parlando di grandezze direttamente e inversamente proporzionali e loro "leggi",
ci si è avviati naturalmente al concetto di funzione. Le "leggi" che regolano le proporzionalità non sono altro che funzioni matematiche.
Abbiamo quindi distinto le funzioni matematiche dalle funzioni empiriche.

Possiamo utilizzare ora le nostre conoscenze in un'attività di laboratorio di Scienze, mediante la raccolta e l'elaborazione in un grafico, dei dati relativi ad alcuni esperimenti.

Curve di evaporazione e di solidificazione

Materiale necessario
Becco Bunsen o un fornellino elettrico;
se si usa il bunsen, è necessario un treppiede e una reticella frangifiamma.
Becher, ossia un bicchierone di vetro resistente alle alte temperature (pirex); se non si dispone del becher, basta un pentolino.
Termometro tarato in modo da misurare temperature comprese almeno tra 0°C e 120 °C.
Pinza di legno,
provetta pirex a pareti robuste,
batuffoli di cotone,
carta millimetrata, carta quadrettata, biro;
orologio con la lancetta dei secondi,
acqua distillata,
sale da cucina,
naftalina (o paradiclorobenzolo, che è un altro comune antitarmico),
piccolo mortaio.

In questo primo post descriveremo il primo di quattro diversi esperimenti.

Curva di evaporazione dell'acqua

Preparazione delle tabelle di raccolta dati.
Gli esperimenti consistono nel misurare come varia nel tempo la temperatura di un certo corpo (sottoposto a riscaldamento o raffreddamento) e contemporaneamente nell'osservare che cosa succede relativamente allo stato del corpo: è liquido? È solido? È in parte liquido e in parte solido? E aeriforme? Lo è in parte?
Per ciascun esperimento conviene preparare su un foglio una tabella come la seguente:
La colonna del tempo va riempita fin dall'inizio. Per l'esperimento di vaporizzazione dell'acqua vanno bene intervalli da 30 secondi.
La colonna della temperatura andrà riempita durante l'esperimento.
Anche la colonna delle osservazioni va riempita durante l'esperimento. Tutti osservano e lo scrivano riporta quanto gli viene segnalato a proposito dello stato della sostanza su cui si sperimenta.
Bisogna infatti prevedere dei ruoli ben precisi.
Ruoli.
Per ciascun esperimento occorre individuare:
un cronometrista: il suo ruolo è quello di guardare con attenzione l'orologio e dare un segnale al lettore (anche semplicemente un "via!") ogni 30 secondi (ogni 10 secondi, per l'esperimento di fusione della naftalina);
un lettore: il suo ruolo è quello di non perdere di vista nemmeno un attimo il livello al quale si trova la colonnina di mercurio del termometro; ogni volta che il cronometrista lancia il suo segnale, il lettore deve dire ad alta voce quale temperatura ha raggiunto il corpo che si sta osservando;
uno scrivano: il suo ruolo è quello di compilare la tabella durante l'esperimento, con le temperature annunciate dal lettore e con le osservazioni fatte dai compagni.
Gli altri compagni hanno il compito di osservare lo stato del corpo su cui si sta sperimentando e di riferire, educatamente, i loro commenti allo scrivano.

Preparazione ed esecuzione dell'esperimento
Se si usa un fornellino elettrico, si accende e si lascia portare a temperatura.
Se si usa il bunsen, si prepara il treppiede con la reticella frangifiamma.
Si sistema la pinza di legno, eventualmente utilizzando un batuffolo di cotone, in modo tale che sostenga il termometro.
Si riempe il becher circa a metà di acqua distillata, si inserisce il termometro e si pone sopra alla fonte di calore.
Quando tutti sono pronti il cronometrista inizierà a dare il tempo e lo scrivano a segnare le temperature rilevate dal lettore.
Si procede fino a qualche minuto dopo che l'acqua inizia a bollire vivacemente.
Attenzione: osservare quando l'acqua inizia a bollire e prendere nota accuratamente ...!

Grafico
Con i dati raccolti nella tabella si costruisca il grafico: è la curva di riscaldamento-evaporazione-ebollizione dell'acqua.
Si può utilizzare la carta millimetrata o riportare la tabella dati su Excel e realizzare il grafico con il software.
Sull'asse delle ascisse (x) si riportano i tempi (in sec), su quello delle ordinate (y) le temperature (in °C).
Osservate poi:
Che tipo di andamento ha il grafico (crescente, decrescente, costante)?
Tutti i punti sono uniti da un'unica retta?
Mettete in relazione il grafico con le osservazioni riportate nella tabella di raccolta dati e poi proseguite con altre riflessioni.
Osservando la tabella dati e il grafico, rispondete alle domande:
A quale temperatura bolle l'acqua?
Che cosa succede alla temperatura quando l'acqua bolle?
Fare delle misurazioni, descrivere cioè la realtà attraverso i numeri, ossia in modo quantitativo, permette di descrivere con precisione quello che vediamo e anche di scoprire qualcosa in più sui cambiamenti di stato della materia.

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