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EDUCATIONAL BOX ACQUA – Primaria 1° ciclo – http://ragazzi.gruppohera.it

EDUCATIONAL BOX ‐ TEMA ACQUA

PRESENTAZIONE DIDATTICAScuola primaria 1° ciclo


L'acquaL'acqua è senza dubbio la risorsa più importante della Terra. Occupa il 70% della sua superficie costituendo mari, oceani, fiumi, laghi ghiacciai e nevai. È presente in molti minerali, nell'atmosfera (vapore acqueo) e negli organismi viventi dei quali è il costituente principale.Essa svolge un ruolo essenziale per la vita ed è quindi importante conoscere alcune caratteristiche fisiche e chimiche.Il ciclo dell'acqua è costituito da un insieme di trasformazioni che l'acqua subisce passando da uno stato all'altro. Il motore d questo sistema è il sole che innesca il processo con il calore.all'altro.Prima di parlare dei cambiamento di stato ci pare importante soffermarci sulla struttura molecolare dell'acqua per comprendere e spiegare le modifiche che avvengono nel passaggio da uno stato all’altro.


La molecola acquaIl legame tra gli atomi

La molecola dell'acqua è formata da due atomidi H (idrogeno) e uno di O (ossigeno), H2O.Gli atomi sono legati fra loro tramite forzedette “legami”: possiamo immaginarli come deifili immaginari che tengono legati i due atomi diH all'O. La disposizione degli atomi nellospazio ricorda una V con un angolo di 104,5°.

Angolo di 104,5°

Il legame che si instaura tra l'atomo di O e quello di H si chiama covalente.Il legame covalente è un legame chimico in cui due atomi mettono in comunedelle coppie di elettroni. In questo modo gli atomi tendono al ottenere unamaggiore stabilità della loro configurazione elettronica.L'O è un atomo con una elettronegatività maggiore rispetto all'H, cioè ha unamaggiore capacità di attrarre a se gli elettroni, per cui il risultato è che ilprimo risulta leggermente negativo e il secondo positivo.Una molecola che presenta questo squilibrio di cariche elettriche è dettaessere un dipolo elettrico e il legame è di tipo covalente eteropolare.

+‐

O

+H

H


A causa delle cariche le molecole si attraggonoreciprocamente l'una all'altra: ciò significa che ciascun atomo diidrogeno è legato non solo con un “filo” all’atomo di ossigeno della suamolecola, ma è legato anche con gli atomi di ossigeno delle molecole di acquaadiacenti, con fili più sottili e lunghi. Si forma, in tal modo, una sorta dimacromolecola.

Molte molecole tenute assieme da tali legami formano un insieme dimolecole che possono ruotare tra di loro attorno ai legami, determinando intal modo varie configurazioni nello spazio dell'insieme molecolare dell'acqua.Si capisce pertanto che tra i possibili arrangiamenti dei legami nello spazio,quella disposizione che lascia più vuoti intramolecolari, corrisponde allaconfigurazione meno densa che è quella propria del ghiaccio. Questaattrazione nell'acqua è particolarmente intensa, prende il nome di“legame idrogeno” e spiega molte delle proprietà fisiche tipichedell'acqua.

La molecola acquaIl legame tra molecole


La molecola acquaIl legame tra molecole

Disposizione delle molecole dell'acqua allo stato liquido

Disposizione delle molecole dell'acqua allo stato solido

L'acqua solidificando aumenta di volume; ciò è dovuto al fatto che le molecole si dispongono stabilmente in un reticolo di cristalli secondo una struttura geometrica esagonale, nella quale gli spazi fra molecola e molecola sono maggiori di circa l’8,7% rispetto a quelli tra le molecole allo stato liquido.

OssigenoIdrogeno


Il ciclo dell'acqua

Sulla terra l'acqua si presenta in 3 stati:

Solido ghiacciai, neve

Liquido pioggia, fiumi

Gassoso vapore acqueo

In natura il passaggio da uno stato all'altro

avviene al SOLE.Il Sole, infatti, con il suo calore fa evaporare le acque superficiali presenti sulla Terra,iniziando così un processo a catena.


Il ciclo dell'acqua

1. Il calore del sole scalda l'acqua la quale cambia di stato e si trasforma in vapore acqueo

2. Il vapore acqueo incontra temperature più basse, si condensa formando così gocce d'acqua sempre più grosse che unite fra loro danno origine alle nuvole.

3. Le nuvole incontrano correnti di aria fredda che le rendono più dense e pesanti, fino a che cadono sotto forma di precipitazioni atmosferiche: pioggia, neve e grandine a seconda della temperatura.

4. L'acqua ricaduta sulla terra può prendere varie strade: in parte torna ai fiumi, laghi, mari e in parte viene assorbita dal terreno.

5.L'acqua assorbita può servire per il nutrimento di piante, o incominciare un lungo viaggio verso il sottosuolo, che servirà per alimentare le falde acquifere. Dalle falde l'acqua ritornerà in superficie attraverso sorgenti.


I cambiamenti di statoLaVAPORIZZAZIONE è il passaggio da liquido ad aeriforme può avvenire in due modi: evaporazione ed ebollizione.L’ebollizione presenta tutte le caratteristiche di un passaggio di stato, perché avviene ad una temperatura fissa e la temperatura del sistema resta costante per tutta la durata del passaggio di stato. Man mano che il liquido si scalda, l’agitazione termica delle sue particelle aumenta. Quando si raggiunge la temperatura di ebollizione, l’agitazione termica è tanto forte che il suo effetto prevale sulle forze di attrazione fra le molecole (legame a idrogeno) del liquido; le molecole, quindi, si separano l’una dall’ altra, e passano allo stato di vapore.

L’evaporazione è un processo più lento, avviene a qualsiasi temperatura e interessa solo la superficie del liquido: sono cioè le molecole della superficie che un po’ alla volta si staccano dalle loro vicine e si mescolano all’aria. Più la temperatura dell’ambiente è elevata, più velocemente avviene l’evaporazione. Inoltre, siccome il fenomeno interessa solo la superficie del liquido, più ampia è questa superficie più rapidamente avviene l’evaporazione.


I cambiamenti di statoLa LIQUEFAZIONE o CONDENSAZIONEè il passaggio da aeriforme a liquido.Per farla avvenire senza variare la pressione, bisogna raffreddare il gas fino alla temperatura di liquefazione.A questo punto il gas comincia a condensare formando goccioline di liquido, cioè le molecole del gas cominciano a formare dei legami fra loro, a unirsi l’una all’altra: si formano così le goccioline di liquido. Se si continua a raffreddare la temperatura non cambia, ma una quantità sempre maggiore di gas si trasforma in liquido. Soltanto quando tutto il gas è divenuto liquido è possibile fare abbassare la temperatura del liquido, se si continua a sottrarre calore.

Durante la liquefazione la temperaturarimane costante, perché il calore cheviene sottratto dall’esterno con il raffreddamento è compensato dalcalore che si sviluppa nel processo di formazione del liquido, cioè nella formazione di legami fra una molecola e l’altra.


I cambiamenti di statoLa SOLIDIFICAZIONE è il passaggio da liquido a solido.Quando un liquido viene raffreddato, la sua temperatura si abbassa e quando raggiunge la temperatura di solidificazione il liquido comincia a trasformarsi in un solido e la temperatura non si abbassa più.Il calore sottratto con il raffreddamento viene compensato dal calore che si sviluppa nel processo di formazione del reticolo cristallino del solido.Infatti durante la solidificazione le molecole del liquido si dispongono man mano secondo la struttura ordinata propria dei solidi, e questo è un processo che sviluppa calore.Quando l'acqua di solidifica aumenta la distanza tra le molecole quindi diminuisce la sua densità e aumenta il volume.Questo ci spiega perché il ghiacci o galleggia sull'acqua.

La SUBLIMAZIONE è passaggio diretto da solido a vapore e viceversa (brinamento).È esperienza comune vedere che il ghiaccio “fuma”, cioè ha intorno del vapore; quel vapore è prodotto appunto dalla sublimazione del ghiaccio.


I cambiamenti di statoLa FUSIONE è il passaggio da solido a liquido.Quando si riscalda un solido la sua temperatura aumenta. Questo significa che le molecole compiono oscillazioni sempre più ampie e veloci intorno alle loro posizioni di equilibrio nel reticolo cristallino.Nel momento in cui si arriva alla temperatura di fusione, l’agitazione termica delle particelle è tale che il reticolo comincia a rompersi.


I cambiamenti di stato

Per tutta la durata della fusione, il calore che viene somministrato dall’esterno non viene utilizzato per far aumentare la temperatura, ma per rompere il reticolo cristallino.Solo quando tutto il solido si è trasformato in liquido è possibile fare aumentare la temperatura del sistema. Generalmente la fusione è caratterizzata da un aumento di volume.


• La SUBLIMAZIONE è il passaggio diretto da solido a vapore e viceversa (brinamento).

• È esperienza comune vedere che il ghiaccio “fuma”, cioè ha intorno del vapore; quel vapore è prodotto appunto dalla sublimazione del ghiaccio.


Scorrimento superficialeL'acqua che precipita sulla terra sotto forma di pioggia oltre ad alimentare fiumi, laghi e mari svolge una importante

azione di modellamento della superficie terrestre (dilavamento).


FiltrazioneQuando l'acqua incontra uno strato di roccia permeabile (sabbia, ghiaia) riesce ad attraversarla finoa quando incontra rocce impermeabili (argilla) che non si lasciano attraversare .In questo caso l'acqua inizierà a scorrereformando un fiume sotterraneo o falda.

Può succedere che la roccia impermeabilesulla quale il fiume scorre affiori in superficiein questo caso si formerà la sorgente.

Una parte dell'acqua che precipita nel terreno viene assorbita dal suolo e va a formare le falde acquifere.


L'arcobalenol fenomeno dell'arcobaleno si basa sui due fenomeni della rifrazione e della riflessione. Il raggio della luce solare, penetrando in una goccia d'acqua sospesa nell'aria, si divide ‐per rifrazione ‐ nei raggi dei vari colori dello spettro. I raggi colorati formatisi all’interno della goccia incidono sulla superficie opposta e quindi vengono totalmente riflessi. Essi escono di nuovo dalla goccia dalla stessa parte da cui è entrato il raggio originario. Perché questo si verifichi, l’angolo tra la direzione del raggio solare e il nostro sguardo deve essere di circa 42°.


Potabilizzazione ‐ fasiCiclo artificiale

Captazione: l’acqua viene trasportata al potabilizzatore tramite canali e condotte

Sedimentazione: l’acqua viene raccolta in grandi vasche rotonde: i materiali più grossi e pesanti cadono spontaneamente sul fondo della vasca

Flocculazione: le argille e le altre particelle presenti nell’acqua, grazie ad un reagente chimico, formano “fiocchi” che essendo più pesanti sedimentano sul fondo della vasca

Filtrazione: dall’acqua vengono poi eliminate le particelle più piccole ed i residui della flocculazione, facendola passare attraverso filtri a sabbia e a carbone attivo

Disinfezione: il trattamento finale, rimuove completamente i microrganismi patogeni, eliminando il rischio di infezioni utilizzando il cloro come disinfettante

A questo punto l'acqua viene convogliata in serbatoi di raccolta, per essere infine immessa nelle reti di distribuzione.


Ciclo artificiale

… così l’acqua pulita è pronta per uscire dai

nostri rubinetti ed essere utilizzata …

… ma utilizzando l’acqua quotidianamente

la sporchiamo di nuovo!


Ciclo artificialeDepuratore ‐ fasi

Grigliatura: l’acqua sporca arriva al depuratore, viene sollevata e fatta passare attraverso una griglia di ferro: in questo modo si elimina lo sporco più “grossolano”

Disabbiature e disoleatura: le acque vengono lasciate “riposare”: le sabbie e il terriccio (più pesanti) cadono al fondo; i materiali oleosi (più leggeri) galleggiano in superficie

Ossidazione biologica: microorganismi che si cibano delle sostanze organiche inquinanti si trovano all’interno dell’acqua sporca e ottengono una “carica di energia” dall’ossigeno, che viene soffiato nelle vasche

Smaltimento dei fanghi: i fanghi, tolti dall’acqua durante la depurazione, vengono raccolti e successivamente smaltiti in discarica


VASCA DI SEDIMENTAZIONE ‐ DEPURATORE


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