Laboratorio 3: Pila Daniell

In un becker si prepara una soluzione di solfato di zinco, la soluzione è incolore e in un altro becher una soluzione di solfato rameico, la soluzione è colorata in azzurro.

 

Nella soluzione di solfato rameico si immerge una lastrina di rame mentre nella soluzione di solfato di zinco viene immersa una lastrina di zinco. Si sono realizzate quelle che si chiamano semicelle o elettrodi.

Si collega ciascuna lastrina metallica con un filo elettrico. 

Si collega ciascun filo elettrico con i puntali di un voltmetro. Sul display del voltmetro compare 0.00 V perché il dispositivo realizzato non è ancora in grado di erogare energia elettrica,

bisogna realizzare quello che si chiama il PONTE SALINO.

Si deve preparare una soluzione di cloruro di sodio (soluzione elettrolitica), poi si taglia una striscia di carta da filtro e la si immerge nella soluzione elettrolitica che si è  preparata.

Si estrae la strisciolina di carta imbevuta e le due estremità vengono immerse nelle due soluzioni contenute nei due becker a mo' di ponte, una estremità nella soluzione azzurra e l'altra invece nella soluzione incolore,   si è così realizzato il ponte salino che mette in collegamento le due semicelle.

Sul display del volmetro compare il valore della forza elettromotrice generata dalla pila. 

Nella pila la reazione chimica tra il solfato rameico e lo zinco viene realizzata senza che i due reagenti vengano a contatto, si dice che la reazione è eseguita a distanza e solo in questo modo si può produrre energia elettrica!

Se mettiamo a contatto il solfato rameico e lo zinco si ha la reazione chimica non a distanza e quindi non si può produrre energia elettrica

La lastrina di zinco diventa da argentea a nera perché su di essa si forma un deposito di rame che viene prodotto dalla reazione chimica. 

Elementi chimici

Storia dell'Atomo: dall'antichità ad oggi

La storia dell’atomo ebbe inizio molti ma molti secoli fa.

Nel 400 a.C. il filosofo greco Democrito utilizzò la parola atomo, che significa indivisibile, per indicare la più piccola particella che costituisce la materia e formulò la cosiddetta teoria atomistica; ma questa teoria, al tempo non suffragata certo da prove sperimentali, rimase ai margini del pensiero scientifico-filosofico dominato dalla visione di Aristotele (384-322 a.C.) secondo il quale i principi elementari (terra, acqua, fuoco, aria) erano gli elementi all’orgine di tutto ciò che ci circonda.

La teoria di Aristotele dei 4 elementi portò alla nascita nel medioevo di una dottrina che fu chiamata ALCHIMIA che ebbe molti seguaci fino al XVI secolo.

Lo scopo degli alchimisti era di scoprire una ipotetica sostanza chiamata “pietra filosofale” (in grado di trasformare i metalli in oro) e di un favoloso elisir di lunga vita che donasse l'immortalità.

Nel ‘600 l’introduzione del metodo sperimentale di Galileo cambiò il modo di osservare la natura.

All’inizio dell’800 l’inglese John Dalton (1766-1844) riprendendo il lavoro di altri studiosi a partire proprio da Democrito formulò la teoria atomica delle materia.

Questa teoria venne elaborata facendo riferimento agli esperimenti effettuati nel ‘700 da Antoine Lavoisier e Joseph Louis Proust i quali avevano, rispettivamente, dimostrato che in una trasformazione chimica la massa di ciò che reagisce è sempre uguale alla massa di ciò che viene prodotto (legge di conservazione della massa) e che gli elementi naturali si combinano secondo rapporti precisi fra numeri interi (legge delle proporzioni definite).

Dalton concluse che:

· La materia è formata da atomi.

· Gli atomi non vengono né creati né distrutti.

· Gli atomi sono indivisibili.

· Ogni elemento chimica ha un suo atomo e gli atomi di un elemento sono tutti uguali tra di loro (hanno tutti la stessa massa).

· Gli atomi sono di forma sferica.

· Atomi di elementi diversi hanno dimensioni diverse.

· L’atomo di un elemento non si può trasformare nell’atomo di un altro elemento.

· Atomi di elemeti diversi si uniscono tra di loro secondo precisi rapporti per dare le molecole dei composti.

Ecco...era nata la chimica!!!

Per tutto l’800 si ebbe un enorme sviluppo di questa disciplina e alla fine di questo secolo venne scoperta la radioattività che mise in crisi la teoria dell'atomo indivisibile.

Infatti alla fine dell’800 vari studiosi (tra cui Marie Curie!) scoprirono che alcune sostanze chimiche si trasformano “naturalmente” in altre per arrivare ad una condizione di maggiore stabilità emettendo raggi X e particelle cariche.

Usando un’antica versione del tubo catodico presente nelle televisioni che abbiamo avuto a casa fino a poco tempo fa (!), Joseph Jhon Thompson (1856-1940) scoprì l’elettrone.

Egli intuì che le particelle di cui vedeva traccia nel suo “rudimentale” tubo catodico e che vennero chiamati raggi catodici, in realtà erano particelle subatomiche cariche negativamente. 
Thompson immaginò allora un atomo simile ad un panettone (plum pudding model) con all’interno una materia “fluida” carica positivamente in cui erano immersi, come l’uvetta di un panettone, le cariche negative costituite dagli elettroni. 
Ma arrivò ben presto il risultato di un esperimento fondamentale nella storia dell’atomo che rivoluzionò questa visione. 
Nel 1911 Ernest Rutherford (1871-1937) bombardò una sottile lamina d’oro con delle particelle o raggi alfa (che non sono altro che nuclei di atomi di elio).

La lamina d’oro era situata tra la sorgente di particelle alfa e uno schermo sul quale Rutherford poteva vedere la traccia lasciata dalla particella alfa che aveva attraversato la lamina d’oro.

Lo scienziato vide che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati, solo pochissimi erano deviati considerevolmente dal foglio d’oro e, incredibile, alcuni venivano completamente respinti! Rutherford aveva ideato questo esperimento per confermare il modello di Thompson e invece si trovò di fronte ad un risultato sconcertante che lo portò a formulare un nuovo modello di atomo: tutta la massa dell’atomo doveva essere concentrata in una porzione molto piccola dello spazio occupato dall’atomo intero.

Questa parte fu chiamata nucleo e Rutherford capì dai risultati del suo esperimento che il nucleo era carico positivamente (infatti respingeva le particelle alfa anch’esse cariche positivamente).

Gli elettroni non sembravano invece immersi nello spazio restante ma si concentravano in zone intorno al nucleo.

Così nacque il modello planetario dell’atomo in cui gli elettroni si muovono intorno al nucleo così come i pianeti lo fanno intorno al sole.

Il dispositivo ideato da Rutherford

Nel 1913 sulla base di risultati sperimentali non spiegabili con il modello di Rutherford, NIELS BOHR propone una nuova struttura per l’atomo tale modello è detto ATOMO DI BOHR. 

Secondo tale modello l’elettrone ruota attorno al nucleo solo seguendo ben determinate orbite circolari dette Stati Stazionari.

Nel 1916 sulla base di nuove osservazioni sperimentali ARNOLD SOMMERFELD rivede e migliora il modello di Bohr e propone un nuovo modello atomico detto ATOMO DI BOHR-SOMMERFELD. 

Secondo tale modello le orbite possono avere forma sia circolare sia ellittica

A questo punto la storia dell’atomo diventa veramente difficile nel 1925 viene formulata una nuova teoria detta TEORIA QUANTISTICA. 

Con la teoria quantistica si propone un nuovo modello atomico detto ATOMO QUANTISTICO, a tuttoggi tale modello è acettato. La teoria quantistica è molto difficile ma estremamente affascinante...quindi vi invito quando sarete un pò più grandi e “sapienti” a leggere la storia di quello che hanno capito immensi scienziati come Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Karl Heisenberg, Paul Dirac e molti altri...rivoluzionando per sempre la fisica e la chimica.
Certamente in futuro sarà proposto un nuovo modello atomico se si osserveranno fenomeni che non possono essere spiegati con il modello atomico oggi accettato.

I MODELLI ATOMICI
·      1904 ATOMO A PANETTONE di Thompson
·      1911 ATOMO PLANETARIO di Rutherford
·      1913 ATOMO DI BOHR per l’atomo d’idrogeno
·      1916 ATOMO DI BOHR-SOMMERFELD
·      1925 ad OGGI ATOMO QUANTISTICO
·      FUTURO ? 

12 febbraio Compleanno di Charles Darwin

Oggi ricorre l'anniversario della nascita di Charles Darwin.

Charles Darwin da Wikipedia

L'EVOLUZIONE DELLA VITA SULLA TERRA







Patrimoni dell'umanità - Galápagos

Il viaggio di Darwin

Il 24 agosto 1831 arrivò a Darwin una lettera che gli cambiò la vita, perché conteneva la proposta di far parte dell'equipaggio della nave Beagle come naturalista per fare un sopralluogo sulla punta estrema dell'America meridionale.

Darwin accettò e così il 27 dicembre 1831 il Beagle partì da Devonport e iniziò il viaggio, durato cinque anni, che permise al giovane osservatore di raccogliere moltissime osservazioni di natura sia geologica sia biologica. 

Le tappe del viaggio

• La nave, partita dall'Inghilterra il 27 dicembre 1831, passa per le Isole Canarie e per le Isole di Capo Verde.
• Approda alla fine del febbraio 1832 sulle coste brasiliane a Bahia di San Salvador.
• In aprile va a Rio de Janeiro e in luglio a Montevideo.
• In dicembre tocca per la prima volta la Terra del Fuoco, all'estrema punta dell'America meridionale. In questo primo anno di navigazione Darwin compie due escursioni via terra dove esplora la foresta tropicale e la Patagonia settentrionale.
• Il 24 luglio 1833 il Beagle riparte da Maldonado e in agosto arriva alle foci del Rio Negro. Qui Darwin decide di abbandonare la nave e di compiere delle tappe via terra fino a Buenos Aires, però quando raggiunge la capitale argentina la rivoluzione lo blocca fino alla fine dell'anno. Nel frattempo compie varie escursioni nella pampa argentina.
• Alla fine ritorna sul Beagle e il 16 marzo 1834 salpa da Rio de la Plata e giunge alle isole Falkland.
• Nel maggio attraversa lo stretto di Magellano.
• Il 20 febbraio 1835 a Valdivia (in Cile), Darwin assiste ad un terribile terremoto e nei mesi di marzo e aprile è ancorato a Callao (il porto di Lima, in Perù).
• Il 15 settembre arriva alle Galapagos dove rimane circa un mese. Qui Darwin trova una folta varietà d'animali, e approfondisce la sua teoria sull'evoluzione; "non mi sarei mai immaginato che isole molto distanti tra loro, della stessa natura rocciosa, con un clima uniforme, ed ad un'altitudine pressappoco uguale, sarebbero state abitate in modi tanto diversi…"
• Il 12 gennaio 1836 Darwin giunge a Sidney, in Australia, e qui rimane impressionato dai marsupiali.
• Le ultime tappe sono sull'isola di sant'Elena e su quella di Bahia.
• Finalmente il 2 ottobre 1836 il Beagle approda sulle coste dell'Inghilterra.

Nella pampa argentina

Il 24 agosto 1833, quando Darwin sbarcò nella pampa argentina, fece una delle sue più importanti scoperte: dalla terra affioravano dei giganteschi resti di un mammifero terrestre. La pampa argentina, scrisse nel suo diario, "è un immenso cimitero di quadrupedi estinti". Iniziò a fare molti scavi e alla fine scoprì i resti i nove quadrupedi giganteschi. Tra questi c'era lo scheletro di un Megaterio lungo oltre quattro metri. 

Darwin iniziò a studiarlo per cercare di trovare delle somiglianze con esseri ancora viventi e notò che la struttura ossea ed i denti erano simili a quelli di un bradipo.

Darwin trovò anche resti di animali piccoli come topi e capì allora che l'estinzione non colpiva solo animali giganteschi ma sembrava essere un destino comune a tutti gli organismi viventi.

Alle Galapagos

Quando Darwin visitò le isole Galapagos vide che esistevano in esse tredici specie di fringuelli. Queste specie non si trovavano in altri luoghi del mondo. I fringuelli sono uccelli piccoli e dalla colorazione poco attraente.
Darwin riferì che ciascuna specie presentava un becco con una morfologia diversa.
Questi becchi sono il risultato della selezione naturale.
Sono adattamenti rispetto all’alimentazione dei fringuelli.
Così il fringuello terrestre dal becco grande (Geospiza magnirostris) si alimenta di semi grandi e duri.
Il fringuello arboreo grande (Comarhynchus psittacula) mangia insetti grandi.
Il fringuello gorgheggiatore (Certhidea divacea) è adattato per alimentarsi di insetti piccoli.
Il fringuello terrestre piccolo (Geospiza fuligginosa) mangia semi piccoli e duri.
L’origine delle diverse specie di fringuelli si ritiene sia la seguente: all’inizio nelle isole Galapagos non esistevano fringuelli.
Con un mezzo sconosciuto, alcuni di essi giunsero in una delle isole.
Venne fondata una popolazione e sù di essa agirono la deriva, la consanguineità e la selezione.
Questa popolazione riuscì ad adattarsi all’ambiente dell’isola.
In una seconda tappa, alcuni fringuelli colonizzarono un’altra isola (con un altro ambiente).
Venne fondata in essa un'altra popolazione e i fringuelli si adattarono al nuovo ambiente.
Quando alcuni fringuelli della seconda isola tornarono all’isola originaria, le popolazioni erano già tanto diverse da essere già specie distinte.
Il processo di colonizzazione venne ripetuto, coinvolgendo le diverse isole.
Il risultato finale è la presenza nelle isole Galapagos delle 13 specie di fringuelli che conosciamo attualmente.

LE RIFLESSIONI SUL VIAGGIO

Darwin ricavò dal suo viaggio molti spunti di riflessione per l'elaborazione della sua teoria sull'origine delle specie per selezione naturale.
In particolare la somiglianza tra alcune specie estinte e quelle viventi era per Darwin una prova del fatto che le specie attualmente viventi si erano evolute da animali estinti per adattarsi all'ambiente.
Anche la gran varietà di specie presenti in un ambiente ristretto, come quello dell'arcipelago delle Galapagos, era un'ulteriore dimostrazione della discendenza da antenati comuni.