Chimica · Scuola media
Percorso introduttivo proposto per la prima o la seconda media. Servono soltanto le idee di massa, liquido e solido. Tempo indicativo: 15 minuti di lettura, circa 30 minuti per l’attività, 15 minuti per gli esercizi.
Revisione docente e prova in classe: aperte.
Scheda in breve
- Solvente: il liquido che, in questo percorso, scioglie il soluto. Useremo l’acqua.
- Soluto: la sostanza che viene sciolta. Useremo il sale da cucina.
- Soluzione: un miscuglio omogeneo; il soluto disciolto è distribuito nel solvente e non si distingue a occhio.
- Soluzione insatura: nelle stesse condizioni può sciogliere ancora un po’ di quel soluto.
- Soluzione satura: ha raggiunto il limite di soluto disciolto per quelle condizioni.
- Idea da tenere: sciogliersi più in fretta non significa potersi sciogliere in quantità maggiore. [1, 2, 3]
1. Il sale è sparito davvero?
Metti poco sale in un bicchiere d’acqua e mescoli. Prima vedi i granelli, poi non li distingui più. È facile dire «il sale è sparito». Ma non è sparito: si è sciolto. [1, 3]
Nel caso del sale da cucina, il cloruro di sodio, il cristallo è formato da particelle cariche, chiamate ioni. Quando il sale si scioglie, queste particelle si separano dal cristallo e si distribuiscono nell’acqua. Non devi ancora conoscere le formule degli ioni: qui conta capire che non vedere più i granelli non significa aver eliminato il sale. [3, 4]
L’acqua è il solvente, il sale disciolto è il soluto. Insieme formano una soluzione. La parte liquida ben mescolata ha composizione uniforme: non ci sono un lato salato e uno senza sale. Questo non significa, però, che sia acqua pura. [1, 4]
2. Un bicchiere non ne scioglie senza fine
Ora immagina di aggiungere altro sale, poco per volta. All’inizio i granelli si sciolgono. A un certo punto, continuando ad aggiungerne, una parte resta sul fondo anche dopo aver mescolato e aspettato abbastanza.
A temperatura costante, una certa quantità d’acqua non può sciogliere una quantità illimitata di sale. Quando il liquido ha raggiunto il suo limite, la soluzione è satura rispetto al sale. Il sale aggiunto oltre quel limite resta solido. Se invece può sciogliersene ancora, la soluzione è insatura. [1, 2]
Attenzione alle parole: con sale sul fondo, nel recipiente ci sono una soluzione liquida e un solido non disciolto. Il deposito non fa parte del sale disciolto. [2]
La solubilità indica quanto soluto può sciogliersi in una data quantità di solvente nelle condizioni considerate. Bisogna specificare la sostanza, il solvente e la temperatura. Cambiando queste condizioni, il limite può cambiare. In questa lezione teniamo la temperatura il più possibile costante e non riscaldiamo nulla. [1, 2]
3. Mescolare aiuta, ma non cancella il limite
Se un granello resta sul fondo per pochi secondi, puoi già dire «la soluzione è satura»? No. Potrebbe semplicemente non avere avuto il tempo di sciogliersi.
Mescolare favorisce il contatto fra il solido e il liquido e può rendere la dissoluzione più rapida. Anche ridurre le dimensioni dei granelli può far cambiare il tempo necessario. Nessuna delle due cose, però, aumenta da sola la quantità massima che può sciogliersi, a parità di sostanza, acqua e temperatura. [1, 4, 5]
Sono due domande diverse:
- Quanto tempo serve? Riguarda la velocità con cui il solido si scioglie.
- Quanto se ne può sciogliere? Riguarda il limite di solubilità.
Per questo, nella nostra attività, un deposito che persiste dopo più tentativi è un indizio di saturazione, non una misura precisa della solubilità.
4. Se aggiungo acqua, che cosa cambia?
Con più acqua, alla stessa temperatura, può sciogliersi una quantità totale maggiore dello stesso sale. Perciò aggiungere acqua a un recipiente con soluzione satura e sale sul fondo può far sciogliere altro deposito. Non è detto che sparisca tutto: dipende da quanto sale e da quanta acqua ci sono. [1, 2]
La solubilità espressa rispetto a una quantità fissa d’acqua non è aumentata: è aumentata l’acqua disponibile. È come raddoppiare una ricetta mantenendo le stesse proporzioni, non cambiarne le proporzioni.
E una soluzione limpida è sicuramente insatura? No. Può essere satura anche senza deposito visibile, se contiene proprio la quantità limite disciolta. Guardarla non basta per decidere. Limpido non vuol dire puro; senza deposito non vuol dire per forza insaturo. [1, 2]
5. Attività: una piccola aggiunta alla volta
Domanda: che cosa osserviamo quando aggiungiamo sale, poco per volta, alla stessa quantità d’acqua?
L’attività è pensata per la classe, con la supervisione dell’insegnante. Non è una gara a sciogliere più sale possibile e non serve a misurare con precisione la solubilità.
Occorrente
Un bicchiere trasparente di plastica rigida, un cucchiaino, una bilancia con lettura almeno al grammo, un vassoio, acqua a temperatura ambiente e 12 g di sale fino da cucina, divisi in sei porzioni da circa 2 g. Servono 20 g d’acqua iniziali e altri 20 g per la prova finale. Se disponibile, un termometro permette di annotare la temperatura.
Prima di iniziare
Usa soltanto acqua e sale da cucina, senza aggiungere altri prodotti. Non assaggiare né bere i campioni, anche se gli ingredienti sono alimentari. Non scaldare e non usare detergenti, alcol o sostanze sconosciute. Lavora sul vassoio, evita schizzi e usa occhiali protettivi da laboratorio. Il docente valuta materiali e condizioni della classe prima di iniziare. Al termine segui le sue indicazioni per lo smaltimento delle piccole quantità e lava le mani.
Procedimento
- Scrivi una previsione: «Penso che, aggiungendo sale, …». Non correggerla dopo aver visto il risultato.
- Pesa 20 g d’acqua nel bicchiere, azzerando prima la bilancia con il recipiente vuoto. Annota la temperatura, se puoi misurarla; altrimenti scrivi «temperatura ambiente, non misurata».
- Aggiungi la prima porzione da circa 2 g di sale. Mescola dolcemente per un minuto, aspetta due minuti e osserva.
- Ripeti con le altre porzioni, senza superare i 12 g totali. Dopo ogni aggiunta usa gli stessi tempi e registra se ci sono granelli visibili. Non aggiungere acqua in questa fase.
- Se resta un deposito, mescola ancora e aspetta altri cinque minuti prima di descriverlo come persistente. Se entro sei aggiunte non osservi un deposito persistente, registra anche questo risultato: non forzarlo e non inventare una soglia.
- Aggiungi ora altri 20 g d’acqua, alla stessa temperatura ambiente. Mescola e osserva di nuovo. Il deposito diminuisce? Resta uguale? Scompare? Scrivi ciò che vedi, non ciò che pensi di dover vedere.
Tabella delle osservazioni
| Sale aggiunto in totale, circa | Granelli dopo mescolamento e attesa | Annotazioni |
|---|---|---|
| 2 g | ||
| 4 g | ||
| 6 g | ||
| 8 g | ||
| 10 g | ||
| 12 g | ||
| Dopo l’aggiunta finale d’acqua |
Le masse sono quantità da preparare, non risultati già ottenuti. I valori reali dipendono anche dalla precisione della bilancia.
Come leggere il risultato
Un deposito persistente di sale, nelle condizioni controllate della prova, è coerente con il raggiungimento della saturazione. Ma granelli visibili dopo un’attesa breve, da soli, non bastano: i tempi e il mescolamento contano. Questa prova non certifica l’equilibrio e non fornisce un valore esatto della solubilità. [1, 2, 4]
Se dopo aver aggiunto acqua il deposito diminuisce, l’osservazione è coerente con l’idea che più solvente possa sciogliere altro sale. Scrivi una conclusione in tre frasi: che cosa hai visto; quale spiegazione proponi; quale limite ha la tua prova.
6. Mettiti alla prova
1. Le parole giuste. In una soluzione di sale in acqua, indica solvente e soluto. Il sale sul fondo è soluto disciolto?
2. Una correzione importante. Riscrivi in modo scientificamente corretto: «Il sale non si vede più, quindi nell’acqua non c’è più».
3. Scegli e spiega. Una soluzione è satura quando: A) non contiene più acqua; B) ha raggiunto il limite di soluto disciolto nelle condizioni considerate; C) è sempre torbida; D) contiene soltanto solido.
4. Un’osservazione troppo veloce. Luca vede granelli cinque secondi dopo aver aggiunto sale. Scrive subito «soluzione satura». Quale controllo manca?
5. Tempo o quantità? Nelle stesse condizioni, un solido in granelli piccoli si scioglie prima dello stesso solido in un pezzo grande. Questo dimostra che se ne può sciogliere una massa maggiore? Spiega.
6. Il problema del fondo. Per un solido immaginario X, a una temperatura fissata, il limite è 8 g in 40 g d’acqua. Ne aggiungi 11 g e aspetti il raggiungimento dell’equilibrio. Quanti grammi sono disciolti e quanti restano solidi? I numeri sono dati didattici inventati: non descrivono il sale da cucina.
7. Più acqua, stessa temperatura. Riprendi il problema 6 e aggiungi altri 40 g d’acqua, senza perdere materiale. Nelle stesse condizioni, qual è ora la massa massima di X che può sciogliersi? Gli 11 g già presenti possono sciogliersi tutti? La soluzione finale è satura o insatura?
8. Si può decidere a occhio? Un bicchiere contiene una soluzione limpida, senza deposito. È sicuramente acqua pura? È sicuramente una soluzione insatura? Motiva entrambe le risposte.
7. Soluzioni ragionate
1. L’acqua è il solvente; il sale sciolto è il soluto. Il sale sul fondo è solido non disciolto: non va contato come parte disciolta della soluzione.
2. Una possibile risposta: «Non distinguo più i granelli perché il sale si è sciolto; le sue particelle sono ancora presenti, distribuite nell’acqua».
3. Risposta B. La saturazione riguarda un limite nelle condizioni considerate, non il colore o la torbidità.
4. Deve mescolare e attendere abbastanza, controllando che acqua e temperatura non cambino. Granelli ancora visibili dopo pochi secondi possono semplicemente essere in corso di dissoluzione.
5. No. L’osservazione riguarda il tempo: i granelli piccoli possono sciogliersi più rapidamente. Il limite di massa disciolta non aumenta per questo, se sostanza, quantità d’acqua e temperatura restano le stesse.
6. Si sciolgono 8 g. Restano solidi 3 g, cioè 11 − 8. La parte liquida è satura rispetto a X; il deposito è una fase solida distinta.
7. L’acqua totale è 80 g, il doppio dei 40 g iniziali. La massa massima disciolta diventa 16 g. Gli 11 g presenti possono quindi sciogliersi tutti: 11 g è meno di 16 g. La soluzione finale è insatura rispetto a X. Si assume sempre la stessa temperatura e nessuna perdita.
8. No in entrambi i casi. Una soluzione può essere limpida pur contenendo soluto disciolto. Può anche essere satura senza avere un deposito visibile. L’aspetto da solo non risponde alle due domande.
Prima di chiudere il quaderno
Completa a voce: «Per capire se ho raggiunto il limite, non basta guardare subito il fondo: devo anche…». Se nella risposta compaiono tempo, mescolamento e condizioni, hai colto il punto.
Fonti per approfondire
[1] Royal Society of Chemistry, Catherine Smith, “Teaching solubility at 14–16”. Introduzione: definizione di soluzione; sezioni What students need to know (secondo punto, limite riferito a una quantità d’acqua e a una temperatura) e Common misconceptions (granulometria, velocità e soluto non scomparso). La fonte guida il controllo scientifico; qui il tema è ridotto a un’introduzione qualitativa per le medie.
Consulta la fonte originale
[2] OpenStax, Rice University, “Chemistry 2e”, §11.3 “Solubility”. Tre paragrafi iniziali dopo gli obiettivi: aggiunte successive, limite all’equilibrio, definizioni di solubilità e di soluzione satura/insatura. Sezione Solutions of Solids in Liquids, primo paragrafo e figura 11.16: dipendenza dalla temperatura, con eccezioni.
Consulta la fonte originale
[3] American Chemical Society, “Middle School Chemistry”, lezione 5.3 “Why Does Water Dissolve Salt?”. Key Concepts, punti 2–5; Instructions, Engage, Step 2, spiegazione dopo l’animazione Sodium Chloride Dissolving in Water: ioni separati e distribuiti nell’acqua; significato di soluto e solvente.
Consulta la fonte originale
[4] OpenStax, Rice University, “Chemistry 2e”, §11.1 “The Dissolution Process”. Introduzione e lista Solutions exhibit these defining traits: composizione uniforme e particelle disperse; sezione The Formation of Solutions, primo paragrafo: il mescolamento può accelerare la dissoluzione. Per l’effetto delle dimensioni dei granelli sul tempo, ma non sulla solubilità, si veda [1], Common misconceptions.
Consulta la fonte originale
[5] Lumen Learning, “CHEM101 ONLINE: General Chemistry”, “Rate of Dissolving”, contenuto CK-12 di Calbreath, Baxter e altri. Sezioni Surface Area e Agitation of the Solution, in particolare l’ultima frase di quest’ultima: mescolare e suddividere il solido cambiano il tempo, non la quantità complessiva che può sciogliersi.
Consulta la fonte originale