11-01-2011 Riscaldamento di una sostanza elementare

Data pubblicazione: Jan 14, 2011 9:19:32 PM

Riscaldamento di una polvere marrone rossiccio, di cui si sapeva solo che si trattava di una sostanza elementare, allo scopo di determinare la variazione di massa.

La polvere è stata riscaldata da ogni gruppo per almeno 5 minuti col becco bunsen, in un recipiente di porcellana resistente al calore.

La previsione più probabile (di Gabriele) sembrava essere che la sostanza non potesse aumentare di peso: "essendo elementare non poteva succedergli nulla". Ma le cose sono andate in modo diverso.

Tutti hanno osservato il cambiamento di colore al nero (che rimaneva stabile anche raffreddando), il compattamento e l'aumento di massa. Qualcuno ha osservato anche che raschiando la parte superficiale compatta, sotto ad essa c'era ancora la polvere rossiccia.

Per giustificare l'aumento di massa sono state portate diverse ipotesi, tra cui la compattazione, l'aumento di volume, l'apporto di materia proveniente dal calore, ecc., ma nessuna di queste ipotesi metteva d'accordo tutte le osservazioni e anche ciò che si conosce sulle trasformazioni.

L'aumento di massa e il fatto che la sostanza non diventava più nera o nera per prima dove era a temperatura più alta, ma dove si trovava più all'esterno, sono stati interpretati alla fine come influssi dell'aria.

12-01-2011

Il giorno successivo, dopo aver rivelato che la sostanza era rame, si è discusso questo punto più dettagliatamente e le espressioni verbali hanno subito alcune trasformazioni, per adattarle progressivamente ai concetti microscopici e alle conoscenze sulle reazioni chimiche:

1) l'aria si aggiunge agli atomi del rame;

poiché l'aria comprende varie sostanze, delle quali l'ossigeno è la più reattiva (quella che reagisce più spesso e facilmente), invece di parlare di aria si è passati all'ossigeno, e in particolare ai suoi atomi. Inoltre il verbo aggiungere è stato sostituito da combinarsi o unirsi:

2) Gli atomi di ossigeno si combinano (uniscono) con (a) quelli di rame;

Questa affermazione ha portato Francesco a individuare il concetto di rapporto: quanti atomi di ossigeno (O) per ogni atomo di rame (Cu = simbolo dell'elemento rame)? un numero variabile o fisso? se fosse variabile non avremmo un'unica sostanza nera, ma una gradazione continua di sostanze più o meno marroni o più o meno nere. Il rapporto deve essere preciso e unico per quella sostanza nera.

Quindi la situazione è ben diversa dal mescolamento a caso in funzione dello spazio libero lasciato dalla dilatazione. Gli atomi di rame e di ossigeno non si mescolano a casaccio come se fosse una soluzione! Nonostante ciò fosse apparentemente chiaro, l'idea dello "infilamento" a caso, del miscuglio tra atomi, è riemerso in qualche interpretazione nei report dei giorni seguenti.

Dato che il termine "reagire" era stato proposto in sostituzione di "aggiungere" nel passaggio dalla frase 1 alla 2, è stato necessario chiarire che il verbo reagire si utilizza esclusivamente per riassumere cambiamenti delle sostanze, dal punto di vista macroscopico, non per dire ciò che accade ai singoli atomi:

Quindi, dal punto di vista delle sostanze, ciò che è accaduto è che:

3) "il rame ha reagito con l'ossigeno dell'aria formando ossido di rame".

Dove ossido di rame è il nome dato alla sostanza nera.

Tornando al tema del rapporto, esistono due ossidi di rame: uno rosso e uno nero.

In essi si avrà un diverso rapporto, cioè un diverso numero di atomi di ossigeno per ogni atomo di rame.

Se per ipotesi un grammo di rame si combinasse con 0,25 g di ossigeno, quale sarebbe la formula?

Cu₁O_0,25? oppure Cu₄O ?

Nessuna delle due. La prima è impossibile perché non possono esistere atomi "frazionari", ma solo "interi"; La seconda invece, sarebbe vera solo se un atomo di ossigeno e uno di rame pesassero ugualmente, cioè se fossero identici o molto simili. Si dà il caso che, invece, il peso atomico del rame (63,55) sia quasi il quadruplo di quello dell'ossigeno (16,00). Quindi un peso di rame quattro volte maggiore del peso dell'ossigeno si ottiene semplicemente combinando un atomo di ossigeno per ogni atomo di rame.

Per l'altro atomo di rame si ha un aumento di massa di 0,125 g per ogni grammo di rame: il rame nel composto è otto volte più dell'ossigeno. Come sarà allora la formula dell'altro ossido? .......... Questo ossido è quello rosso.

il 14-01-2010 abbiamo iniziato a discutere le bozze dei report online.

Innanzitutto distinguiamo i dati sperimentali (ciò che si ricava direttamente da misure o da esperimenti) dai dati ottenuti da calcoli, come la massa di rame ottenuta per differenza lordo - tara. In quel caso lordo e tara sono dati sperimentali; il peso del rame, dalla differenza lordo - tara, è un dato calcolato.

Poi si notano ancora difficoltà nel calcolare la percentuale, come rapporto parte/tutto. Come parte si riconosce l'aumento o incremento di massa tra dopo (ossido) e prima del riscaldamento (rame); come "tutto" si individua il rame iniziale.

La lettura delle interpretazioni ci porta invece ad analizzare tre concetti fondamentali:

molecola*

sostanza*

proprietà

Gli asterischi su molecola e sostanza sono messi a indicare che nessuna delle due cose in realtà è osservabile, accessibile ai nostri sensi. La molecola perché è troppo piccola e non visibile nemmeno col miglior miscroscopio.

la sostanza, poiché quando osserviamo un pezzo di materia, come un coperchio di plastica di un telecomando, non sappiamo se quello sia costituito in effetti da una sostanza, anche se sembra omogeneo. Noi possiamo sapere che un campione di materia è una sostanza, ma non vedere le sostanze. Noi possiamo vedere (osservare) solo le proprietà delle sostanze (l'essere solida, bianca, solubile in acqua, ecc.)...