Investigare la densità con la Coca cola

Chi trova terribilmente noiosa la parte introduttiva di chimica alzi la mano!

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Definizioni su definizioni che spesso rimangono concetti appiccicati come post-it (prima o poi si staccano).

In prima, ho finito l’unità introduttiva sulla natura della scienza, a cui lavoro con molta cura perché è un investimento per il futuro, e ho cominciato ad affrontare l’unità introduttiva su misure e grandezze.

Sappiamo bene quanto questi concetti di base siano fondamentali, ma queste “informazioni” possono risultare davvero super noiose da studiare (e da spiegare). Almeno, per me è così.

Per cercare di migliorare la faccenda, sfrutto lo studio di questi primissimi concetti come una palestra per insegnare a studiare per cui, prima della lezione, faccio leggere a casa  alcune pagine del libro (quelle con le definizioni noiosissime ma non solo)  e chiedo ai ragazzi di analizzare il testo non solo alla ricerca di parole chiave, definizioni ed esempi ma cercando di identificare le domande a cui il testo stesso risponde, annotandole a margine.

Per capirci, quando leggono il testo devono chiedersi: queste affermazioni a quali domande rispondono?

Un processo davvero semplice per noi, quasi banale, ma per niente scontato per dei ragazzi di prima. Spesso non riescono a farlo, perché in generale non si fanno mai troppe domande e si limitano a cercare di ricordare (riuscendoci?) quanto hanno letto.

In linea generale, posso dire che questo approccio allo studio dà i suoi frutti e che bastano poche lezioni di questa “cura” per cominciare a vedere riflessioni più attente quando si discutono i compiti o le diverse attività.

In questa unità introduttiva su misure e grandezze, dedico particolare cura al concetto di densità perché ci servirà più avanti in molte occasioni, come ad esempio quando studieremo l’idrosfera marina.

E quale attività funziona meglio delle prove di galleggiamento delle lattine di Coca Cola?

Affonda o galleggia? Coca Cola vs Coca Cola light

Questa dimostrazione ultranota è davvero fantastica per studiare la densità.

Come sapete bene il tempo è davvero poco (due ore a settimana!) per cui sposto “i cuccioli” in laboratorio solo se per l’attività mi serve l’intera ora. In questo caso sperimentare dal vivo la dimostrazione non è davvero necessario per cui resto in classe e comincio la lezione mostrando un video di Steve Spangler su YouTube che dura solo un minuto:

Questa dimostrazione si basa sul principio di Archimede che afferma che un corpo completamente o parzialmente immerso in un fluido subisce una spinta dal basso verso l’alto (spinta di Archimede o spinta idrostatica- forza di galleggiamento), pari al peso del fluido che sposta.

Se l’oggetto immerso è più denso del fluido, la gravità supera la forza di galleggiamento e l’oggetto affonda. Se, invece, l’oggetto è meno denso del fluido, galleggia al livello in cui la forza di galleggiamento bilancia quella di gravità.

Mostro, quindi, il video e chiedo di dirmi che ne pensano.

Perché la Coca Cola (e le altre bibite gassate zuccherate) affonda mentre quella light galleggia?

Raccolgo un po’ di idee… e, tra la confusione generale, qualcuno alla fine ipotizza che le bibite abbiano una densità diversa.

Ma cosa significa avere densità diversa? Cos’è la densità?

Schermo nero per i più, ma lo “studente modello” di turno ricorda una formula che ha che fare con la massa e con il volume.

Ripassiamo, allora, la formula della densità e le relative unità di misura e poi li sfido a trovare un modo per dimostrare che effettivamente le bibite abbiano densità diversa.

Come possiamo fare per scoprirlo?

Qualcuno suggerisce di vedere se hanno lo stesso peso (massa!!!) e propongono di pesare le lattine con una bilancia.

Analizziamo anche le lattine e le loro etichette alla ricerca di somiglianze e differenze: stesso volume (330 ml), lattina apparentemente identica.

Cerchiamo sul sito di Coca Cola Italia le informazioni nutrizionali e troviamo questi valori:

  • COCA COLA

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  • COCA COLA LIGHT

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L’idea alla base di questa semplice dimostrazione è che una lattina di Coca Cola normale contiene 35 g di zucchero in 330 ml, mentre la Coca Cola light contiene un dolcificante (solitamente aspartame e acesulfame K) che è molto più dolce ma è presente in quantità molto minore rispetto allo zucchero della Coca Cola normale (non indicato in etichetta ma ho trovato in rete che è meno di 1 grammo).

Cosa c’è dentro la lattina di Coca Cola normale che la rende molto più densa della Coca Cola light?

Confrontando l’elenco degli ingredienti su entrambe le lattine, scopriamo che una lattina di Coca Cola normale ha un valore energetico di circa 140 calorie, mentre la Coca Cola light circa 1 caloria. Tutte queste calorie in più provengono, quindi, da un’unica fonte. . . lo zucchero!

Faccio notare la quantità di zucchero indicata in etichetta per la Coca Cola normale. La maggior parte delle bibite gassate ha tra i 39 e i 43 grammi di zucchero. Questa massa di zucchero è il motivo per cui le lattine di Coca Cola normale affondano nell’acqua. In Italia una lattina di Coca Cola normale ha circa 35 g di zucchero (10,6 g per 100 mL) mentre quella light meno di 1 grammo di dolcificante.

Ma quanto zucchero è 35 g?

Mediamente una bustina di zucchero ne contiene circa 5 grammi e quei 5 grammi hanno un valore energetico di circa 20 calorie. Ciò significa che ci sono circa 7 bustine di zucchero da 5 grammi in una sola lattina di Coca Cola (ecco da dove vengono le 140 calorie!).

È un sacco di zucchero! 

Per concludere: possiamo dire che la densità della lattina dipende proprio dalla quantità di zucchero o dolcificante utilizzata. A parità di volume (entrambe le lattine sono di 330 ml) i 35 grammi di zucchero aggiunti a una lattina di Coca Cola normale aumentano la massa della bibita e fanno affondare la lattina nell’acqua, mentre la quantità relativamente piccola di dolcificante artificiale utilizzata in quella light ha un effetto trascurabile sulla massa e consente alla lattina di galleggiare.

La lattina di Coca cola normale è, evidentemente, più densa dell’acqua e, quindi, affonda, mentre la Coca Cola light è meno densa dell’acqua e, quindi, galleggia.

Provo ad alzare l’asticella.

Cosa potremmo fare per aumentare la densità dell’acqua?

Cosa succederebbe se ripetessimo l’esperimento con acqua più densa?

Facciamo un esperimento mentale aggiungendo all’acqua un bel po’ di sale (temo di essere andata in fissa con l’idrosfera marina!).

Cosa vi aspettate che possa accadere mettendo le lattine nell’acqua molto salata?

Se l’acqua salata fosse abbastanza densa, entrambe le lattine galleggerebbero.

Cosa succederebbe, invece, se immergessimo le lattine in acqua calda?

Entrambe galleggerebbero perché la densità dell’acqua diminuirebbe un po’. La densità, infatti, varia al variare della temperatura. Alla temperatura di circa 4°C (per la precisione 3,98°C) l’acqua raggiunge il suo massimo valore di densità che è di circa 1g/cmmentre a temperature maggiori o minori la densità diminuisce.

densita-acqua

Credits: https://www.chimica-online.it/download/immagini_download/densita-acqua.jpg

Quando l’acqua viene riscaldata il suo volume aumenta perché l’energia fornita in forma di calore rompe i legami che tengono unite le molecole e queste cominciano ad occupare uno spazio maggiore e, a parità di massa, il volume aumenta. Poiché la densità è data dal rapporto tra massa e volume, a parità di massa quando il volume aumenta la densità diminuisce.

Fin qui tutto nella norma, come per la maggior parte delle sostanze. Quando la temperatura scende, invece, sotto i 4 gradi le cose diventano un po’ anomale. A differenza della maggior parte delle sostanze infatti, sotto i 4 gradi la densità dell’acqua diminuisce anziché aumentare.

Nell’acqua liquida i legami a idrogeno tra le molecole si formano e si spezzano continuamente e le molecole si trovano relativamente vicine. Nel ghiaccio, invece, i legami a idrogeno diventano stabili e le molecole dell’acqua rimangono “congelate” in una struttura che ha una forma all’incirca esagonale. Questo comporta, quindi, un aumento dello spazio occupato, ossia del volume, che comporta, a sua volta, una diminuzione della densità. Questa caratteristica dell’acqua è davvero essenziale per gli organismi acquatici, ma questa è un’altra storia e ve la racconterò un’altra volta. 😉

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Credits: http://ilsuperuovo.it/wp-content/uploads/2019/01/InShot_20190122_232131806.jpg

Anche per oggi il mio racconto finisce qui, ma prima di salutarvi ho una domanda per voi!

Quali attività fate quando affrontate la densità? Condividete le vostre idee raccontandolo nei commenti!!!

A presto! 🙂

Barbara

2 pensieri su “Investigare la densità con la Coca cola

  1. semplice e molto bello, a volte l’ho fatto anche io ma senza parlare della quantità di zucchero, che invece è interessante come educazione alimentare.
    Ciao un bacione

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