Saggi alla fiamma IBSE

I saggi alla fiamma sono un “classico” quando si affronta l’atomo e la configurazione elettronica. Ma come trasformare la più confermativa delle attività in inquiry-based? Si può realizzare questa attività con materiali poveri quando non si dispone di un laboratorio vero e proprio?

Rispondere alla prima domanda è abbastanza semplice: per trasformare un’attività confermativa in inquiry strutturato, è necessario fare l’attività sperimentale PRIMA di aver spiegato la distribuzione degli elettroni all’interno dell’atomo.

Io faccio questa attività (in terza) prima di spiegare l’atomo di Bohr, in una sorta di ENGAGE/EXPLORE.

Cosa sanno già i ragazzi?

In prima abbiamo già studiato che in particolari condizioni, ad esempio quando le sostanze sono portate all’incandescenza, gli atomi possono emettere energia sotto forma di radiazione elettromagnetica.
Atomi di elementi diversi emettono radiazioni diverse, cioè radiazioni con diversi valori di lunghezza d’onda, frequenza ed energia.
L’insieme di tutte le radiazioni emesse dagli atomi di un elemento viene chiamato spettro di emissione di quell’elemento.
Quando la luce bianca viene fatta passare attraverso un prisma di vetro, si divide nei sette colori che la costituiscono: rosso, arancio, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. L’insieme di questi colori costituisce lo spettro della luce bianca.
Questo è uno spettro di emissione continuo: il passaggio dall’uno all’altro dei colori è graduale e senza interruzioni.

Cosa succede portando ad incandescenza atomi di elementi diversi?

Poiché dispongo dei materiali necessari, per prima cosa faccio esplorare questa domanda ai ragazzi con il metodo “classico” (sempre di grande effetto):

1. si accende il Bunsen (il nostro è un fornello da campo…);
2. si immergere un filo di platino (o di nichel-cromo) pulito in una provetta con acido cloridrico diluito e si preleva una piccolissima quantità di sostanza tramite la punta del filo;
3. si porta la sostanza nella zona più calda della fiamma e si annotano i colori osservati e la loro persistenza in una tabella;
4. si ripetere il procedimento per tutte le altre sostanze preparate.

A questo punto discutiamo insieme la domanda iniziale e arriviamo ad affermare che, in qualche modo, le sostanze (gli atomi) riemettono il calore ricevuto dalla fiamma in forma di luce.

Proseguo, quindi, proponendo un altro interrogativo:

Come si può identificare una sostanza sulla base del colore della sua fiamma?

Con materiali ultra semplici e facilmente reperibili proviamo a esplorare la faccenda.

In commercio, esistono candeline per torta di compleanno che fanno una fiamma colorata che sono davvero fantastiche per questo laboratorio!

Cosa abbiamo fatto?

Abbiamo svolto un’attività in cui gli studenti hanno osservato e registrato i colori delle fiamme di diverse candele nella stanza buia. Dopo aver acceso le candele, hanno annotato il colore della fiamma sia a occhio nudo che attraverso l’uso di pellicole di diffrazione o spettroscopi per individuare i colori dominanti dello spettro. Inoltre, sono state scattate foto delle fiamme per supportare l’analisi e l’identificazione degli elementi nella fase successiva.

Quindi, i ragazzi hanno utilizzato il loro dispositivo per collegarsi al sito Web di webmineral.com, per confrontare gli spettri osservati con quelli del database del sito e cercare di identificare (approssimativamente) l’elemento che ha prodotto il colore in ciascuna fiamma.

Poiché l’identificazione non è una cosa semplicissima da fare con strumenti così semplici, per prima cosa è bene far restringere la ricerca identificando gli spettri relativi al colore della fiamma osservata ad occhio nudo. Quindi, si abbinano gli spettri di emissione pubblicati sul sito Web agli spettri osservati in laboratorio per effettuare l’identificazione finale.

Al termine dell’attività i ragazzi, a gruppi, hanno quindi risposto a una serie di domande che hanno stimolato la riflessione e il pensiero critico.

Dopo aver condiviso e discusso le risposte dei vari gruppi, si è pronti per passare alla fase di EXPLAIN partendo dal problema dell’interpretazione degli spettri di emissione degli atomi, dal passaggio dalla fisica classica alla fisica quantistica, dal modello atomico di Bohr… verso l’infinito e oltre! 😉

Se vuoi proporre le due attività ai tuoi studenti, puoi trovare il workbook per il docente e quello per lo studente sulla mia pagina Eduki: Esplorare i colori degli atomi.