Le reazioni di ossido-riduzione

in 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

Si osservano le eventuali variazioni, le si registra in una tabella e si documenta fotograficamente ogni singola situazione. dopo un’ora il giorno successivo

Analizzando una particolare situazione gli studenti osservano che:  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?) Cu ++

Ipotesi

Cu ° Fe ° Fe ++

Interpretazione

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

Perché non dovrebbe funzionare anche per la didattica?

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

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

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)

Con la stessa metodologia si scopre il funzionamento della

pila

e dell’

elettrolisi

A questo punto gli studenti hanno: conoscenze abilità capacità sanno definire le redox le riconoscono e le sanno bilanciare sanno che cosa sono i potenziali redox li sanno utilizzare sanno che la corrosione è il risultato di una ossidazione sanno realizzare e interpretare esperienze esplorative sanno spiegare come funzionano le pile sanno spiegare come funzionano le celle elettrolitiche le sanno costruire utilizzando elementi diversi le sanno costruire con composti o soluzioni diverse sanno prevedere il risultato dell’interazione tra due metalli ne sanno prevedere il voltaggio e la redox risultante sanno fare e giustificare ipotesi sui prodotti di reazione

Unità di apprendimento 2 contesto di senso: caratteristiche di elementi e composti Modelli atomici Tavola periodica Legami Gli elementi a sinistra della tavola periodica tendono a cedere elettroni; quelli a destra tendono ad acquistarne Lo studente competente è quello che dice: “ecco perché i metalli alcalini sono forti riducenti e gli alogeni sono potenti ossidanti!

A questo punto gli studenti hanno: conoscenze Conoscono la disposizione degli elettroni negli atomi Conoscono i modelli di legame Conoscono le tipologie di composti chimici abilità capacità Sanno scrivere la configurazione elettronica degli elementi Sanno riconoscerli nei composti chimici Sanno scrivere e bilanciare le reazioni di preparazione Sanno prevedere le caratteristiche degli elementi Sanno prevedere se tra due elementi si forma un legame o no Sanno riconoscere il modello di legame alla base della formazione del composto 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)

Metalli – Corrosione e protezione  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)

 processi di produzione della ghisa  corrosione galvanica  protezione delle strutture metalliche  potere ossidante e riducente dei vari elementi terza  reazioni redox  scala dei potenziali standard biennio quarta Esperienza di corrosione

 corrosione elettrolitica  protezione delle strutture metalliche  desalinazione dell’acqua di mare (elettrodialisi)  pile a secco  produzione di materie prime per l’industria chimica terza  trasformazione di energia chimica in viceversa biennio quarta Pila ed elettrolisi

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 bibliografici

1.

Indicazioni per il curricolo

” MPI – Roma - Direttiva Ministeriale 3 agosto 2007, n ° 68 2.

Raccomandazione del Parlamento Europeo e del Consiglio dell’Unione Europea del 18 dicembre 2006

– Competenze chiave per l’apprendimento permanente 3.

Piano ISS – I Seminario Nazionale – Documenti di lavoro

- Vol 1 – novembre-dicembre 2006 4. L.Mascitelli,

Il Piano ISS Insegnare Scienze Sperimentali, finalità, metodologie,

n °4, 2008

organizzazione nazionale e territoriale, sviluppo futuro,

CnS, Anno XXX, 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