Le reazioni di ossido-riduzionein un percorso di tipo tradizionale

definizione di reazioni di ossido-riduzione

semireazioni di ossidazione e di riduzione

bilanciamento delle redox

scala dei potenziali standard di riduzione

le pile

l’elettrolisi

(In alcuni casi non emerge neppure il fatto che il fenomeno della corrosione dei metalli è l’effetto di una reazione di ossidazione)

Con un percorso di questo tipo:

il focus è sui contenuti disciplinari che l’alunno deve fare propri

non c’è contestualizzazione, il contenuto è insegnato come tale

protagonista è il docente e la sua azione didattica

il profilo in uscita sono i contenuti disciplinari da riprodurre

viene valutato il grado di acquisizione dei contenuti

Il rischio è che gli studenti :

vadano ad ingrossare le fila di coloro che ricordano con orrore lo studio delle

reazioni di ossido-riduzione

non capiscano che le reazioni di ossido- riduzione sono alla base di

moltissimi fenomeni della natura e di altrettante applicazioni tecnologiche

Le reazioni di ossido-riduzione

nella progettazione per competenze

Competenza attesa al termine dell’obbligo di istruzione:

lo studente sa riconoscere in alcuni fenomeni naturali e in alcune applicazioni tecnologiche processi di tipo elettrochimico e sa darne un’interpretazione di tipo scientifico.

Unità di apprendimento 1

contesto di senso: la corrosione dei metalli

gli studenti propongono

una esperienza preliminare:

varie lamine nelle soluzioni

più disparate si accorgono che l’esperienza non è interpretabile perché contiene troppe variabili

Si arriva a limitare lo studio al comportamento di alcune lamine nelle soluzioni dei loro ioni

si preparano le soluzioni

si puliscono le lamine

Analisi dei risultati

dopo un’ora

il giorno successivo

Si osservano le eventuali variazioni, le si registra in una tabella e si documenta fotograficamente ogni singola situazione.

il rivestimento del chiodo assomiglia per colore ed aspetto a quello della lamina di rame (sarà rame?)

dopo un’ora la soluzione è blu, ma il giorno dopo è verde, come se si fosse mischiata con la soluzione gialla degli ioni ferro (che ci siano degli ioni ferro?)Ipotesi

Fe° Fe++

Cu++ Cu°

Analizzando una particolare situazione gli studenti osservano che:

Interpretazione

Fe° può diventare Fe++ solo se perde due elettroni;

Cu++ può diventare Cu° solo se acquista due elettroni (saranno gli stessi?)

Fe° Fe++ + 2e

Cu++ + 2e Cu°

si analizzano e si interpretano tutte le situazioni e si perviene ai concetti di ossidazione, riduzione, reazione di ossido riduzione

si verifica quali lamine e quali soluzioni si sono più frequentemente modificate e si arriva al concetto di tendenza all’ossidazione o alla riduzione e quindi alla scala dei potenziali redox

consultando la scala dei potenziali redox si capisce perché alcune lamine non sono state corrose da alcune soluzioni e perché alcune reazioni sono state molto evidenti ed altre molto poco

E°rid Cu = + 0,34 V

E°rid Pb = - 0,13 V

E°rid Fe = - 0,44 V

E°rid Zn = - 0,76 V

Interpretare i risultati dell’esperienza e comprendere i concetti che ne derivano non è facile e non tutti ci arrivano con gli stessi tempi, ma l’esperienza può essere fatta una sola volta

L’aiuto della documentazione fotografica

Perché scattiamo fotografie durante le nostre gite?

perché le immagini che vediamo ci piacciono

perché vogliamo ricordarle

perché sappiamo che rivedendo le fotografie ricorderemo meglio la gita e ne rivivremo le

emozioni

Per gli studenti avere a disposizione le immagini fotografiche può voler dire:

poterci lavorare su (per ripassare, per consolidare o proprio per capire)

avere materiale da utilizzare o rielaborare al computer per approfondimenti o anche

solo come documentazione nelle relazioni di laboratorio

Perché non dovrebbe funzionare anche per la didattica?

Aver fatto l’esperienza e aver più volte rimaneggiato le relative immagini fotografiche fornisce senso e significato al problema e aiuta a collegare la teoria a situazioni reali di deterioramento di strutture metalliche (tubi, profilati, grondaie)

Classici esercizi del tipo:

Supponi che una lamina di cromo sia immersa in una soluzione di ioni argento. Prevedi che si verifichi un’interazione tra la soluzione e la lamina? Giustifica la tua risposta e scrivi e bilancia le eventuali reazioni.

troppo spesso, o non sono capiti o sono risolti mediante l’automatica applicazione di un meccanismo

Con la stessa metodologia si scopre il funzionamento della pila e dell’elettrolisi

conoscenzeconoscenze abilitàabilità capacitàcapacitàsanno definire le sanno definire le redoxredox

le riconoscono e le le riconoscono e le sanno bilanciaresanno bilanciare

sanno che cosa sanno che cosa sono i potenziali sono i potenziali redoxredox

li sanno utilizzareli sanno utilizzare

sanno che la sanno che la corrosione è il corrosione è il risultato di una risultato di una ossidazioneossidazione

sanno realizzare e sanno realizzare e interpretare interpretare esperienze esperienze esplorativeesplorative

sanno prevedere il sanno prevedere il risultato risultato dell’interazione tra dell’interazione tra due metallidue metalli

sanno spiegare sanno spiegare come funzionano le come funzionano le pile pile

le sanno costruire le sanno costruire utilizzando elementi utilizzando elementi diversidiversi

ne sanno prevedere ne sanno prevedere il voltaggio e la il voltaggio e la redox risultanteredox risultante

sanno spiegare sanno spiegare come funzionano le come funzionano le celle elettrolitichecelle elettrolitiche

le sanno costruire le sanno costruire con composti o con composti o soluzioni diversesoluzioni diverse

sanno fare e sanno fare e giustificare ipotesi giustificare ipotesi sui prodotti di sui prodotti di reazionereazione

A questo punto gli studenti hanno:

Modelli atomici Tavola periodica Legami

Gli elementi a sinistra della tavola periodica tendono a cedere elettroni; quelli a destra tendono ad acquistarne

“ecco perché i metalli alcalini sono forti riducenti e gli alogeni sono potenti ossidanti!

Unità di apprendimento 2

contesto di senso: caratteristiche di elementi e composti

Lo studente competente è quello che dice:

conoscenzeconoscenze abilitàabilità capacitàcapacitàConoscono la Conoscono la disposizione degli disposizione degli elettroni negli atomielettroni negli atomi

Sanno scrivere la Sanno scrivere la configurazione configurazione elettronica degli elettronica degli elementielementi

Sanno prevedere le Sanno prevedere le caratteristiche degli caratteristiche degli elementielementi

Conoscono i modelli Conoscono i modelli di legamedi legame

Sanno riconoscerli Sanno riconoscerli nei composti chimicinei composti chimici

Sanno prevedere se Sanno prevedere se tra due elementi si tra due elementi si forma un legame o forma un legame o nono

Conoscono le Conoscono le tipologie di tipologie di composti chimicicomposti chimici

Sanno scrivere e Sanno scrivere e bilanciare le bilanciare le reazioni di reazioni di preparazionepreparazione

Sanno riconoscere il Sanno riconoscere il modello di legame modello di legame alla base della alla base della formazione del formazione del compostocomposto

A questo punto gli studenti hanno:

Lo studente competente riconosce nei composti ionici il prodotto di una reazione di ossido-riduzione

Con un percorso di questo tipo:

il focus è sulle situazioni che l’alunno deve essere in grado di affrontare

c’è contestualizzazione degli apprendimenti

protagonista è il discente con le sue azioni e le sue scelte

il profilo in uscita sono classi di situazioni da trattare con competenza a conclusione del percorso formativo

vengono valutati gli apprendimenti e certificata o non certificata la competenza attesa

Verticalità vuol dire percorsi ricorsivi e ricorrenti:

nessun argomento dovrebbe essere aperto, studiato e chiuso in un limitato spazio di tempo.

Tutto ciò che si studia deve essere più volte rimaneggiato, ripreso, ampliato e approfondito nell’ottica dell’insegnamento-apprendimento a spirale

(Da questo punto di vista i Programmi Brocca, con il corso di Laboratorio di Fisica e Chimica del biennio e i corsi di Fisica e Chimica del triennio, offrivano (!!!) un contesto ideale)

processi di estrazione dei metalli dai minerali (ossidi, carbonati, solfuri)

processi di produzione della ghisa (funzionamento dell’altoforno)

fenomeni di corrosione galvanica (per soluzioni galvanicamente attive, per differenza di concentrazione, per aerazione differenziata)

fenomeni di corrosione elettrolitica (correnti vaganti captate e disperse)

metodi di protezione delle strutture metalliche (norme di accoppiamento, rivestimenti, galvanostegia, anodi sacrificali)

Metalli – Corrosione e protezione

Esperienza di corrosione

processi di produzione della ghisa

corrosione galvanica

protezione delle strutture metalliche

potere ossidante e riducente dei vari

elementi

reazioni redox

scala dei potenziali standard

biennio

terza

quarta

Pila ed elettrolisi

corrosione elettrolitica

protezione delle strutture metalliche

desalinazione dell’acqua di mare (elettrodialisi) pile a secco

produzione di materie prime per l’industria chimica

trasformazione di energia chimica in

energia elettrica e viceversa

biennio

terza

quarta

Con un apprendimento/ insegnamento scientifico di questo tipo gli studenti acquistano (o dovrebbero acquistare) competenze utilizzabili anche in altri ambiti arrivando (forse) a fare propria la più generale tra le competenze chiave di cittadinanza:

IMPARARE AD IMPARARE

“Imparare a imparare è l’abilità di perseverare nell’apprendimento, di organizzare il proprio apprendimento anche mediante una gestione efficace del tempo e delle informazioni, sia a livello individuale che in gruppo.

Questa competenza comprende la consapevolezza del proprio processo di apprendimento e dei propri bisogni, l’identificazione delle opportunità disponibili e la capacità di sormontare gli ostacoli per apprendere in modo efficace.

Questa competenza comporta l’acquisizione, l’elaborazione e l’assimilazione di nuove conoscenze e abilità come anche la ricerca e l’uso delle opportunità di orientamento.

Il fatto di imparare a imparare fa sì che i discenti prendano le mosse da quanto hanno appreso in precedenza e dalla loro esperienza di vita per usare e applicare conoscenze e abilità in tutta una serie di contesti: a casa, sul lavoro, nell’istruzione e nella formazione.

La motivazione e la fiducia sono elementi essenziali perché una persona possa acquisire tale competenza.”

Riferimenti bibliografici1. Indicazioni per il curricolo” MPI – Roma - Direttiva Ministeriale 3 agosto

2007, n° 682. Raccomandazione del Parlamento Europeo e del Consiglio dell’Unione

Europea del 18 dicembre 2006 – Competenze chiave per l’apprendimento permanente3. Piano ISS – I Seminario Nazionale – Documenti di lavoro - Vol 1 – novembre-dicembre 2006

4. L.Mascitelli, Il Piano ISS Insegnare Scienze Sperimentali, finalità, metodologie, organizzazione nazionale e territoriale, sviluppo futuro, CnS, Anno XXX,

n°4, 2008

5. Tiziano Pera – L’aggiornamento partecipato e la didattica laboratoriale - Piano Nazionale ISS- CnS-Anno XXIX, n.2,2007

6. T. Pera, R. Carpignano, G. Cerrato, D. Lanfranco, Dalla centralità del programma alla centralità dello studente, La Chimica nella Scuola, CnS, XXX, n. 4, p. 7 (2008);

7. T. Pera, R. Carpignano,Didattica laboratoriale e traguardi di competenza, esperienze, esperimenti, esercitazioni: cosa fare, come, quando e perché, La Chimica nella Scuola, CnS, XXX, n. 4, p. 17 (2008);

8. Progettare per competenze, a cura di D. Maccario