Cristalli liquidi liotropici, micelle ed altre applicazioni biologiche
Outline del percorso
Il percorso didattico ha lo scopo di introdurre gli studenti alla chimica di molecole molto diffuse ed importanti come i tensioattivi. Verranno prima affrontati i concetti basilari necessari per poter comprendere l’argomento, ed in seguito ci concentreremo sugli aggregati che tali molecole creano in soluzione acquosa, con un particolare focus sulle micelle e sulla detergenza. Il percorso teorico è accompagnato da esperienze laboratoriali, a diverso livello di complessità, che hanno lo scopo di rafforzare ed illustrare praticamente i concetti introdotti a livello teorico.
A chi è rivolto il percorso
Il percorso è rivolto a studenti delle scuole superiori di secondo grado e può essere modulato sulla base delle pre-conoscenze e degli studenti e in base agli obiettivi che si intendono prefiggere. I concetti di base sono adatti a tutti gli studenti che possiedano conoscenze di chimica di base, come ad esempio studenti del primo biennio degli Istituti Tecnici (settore tecnologico), studenti dei licei scientifici e scienze applicate. Gli approfondimenti e gli esperimenti più complessi sono invece più adatti a studenti del triennio degli Istituti Tecnici ad indirizzo Chimica, Materiali e Biotecnologie.
Pre-requisiti
Per affrontare il percorso è richiesta la conoscenza di concetti di base di chimica, in particolare:
il legame chimico (ionico e covalente)
cationi ed anioni, interazioni elettrostatiche e comportamento degli ioni in soluzione acquosa
polarità delle molecole e proprietà chimico-fisiche dell'acqua
interazioni intermolecolari
Lezioni & materiale didattico
Il percorso didattico si articola in quattro lezioni che devono essere svolte in sequenza. Clicca sul link di ciascuna sezione per accedere ai materiali didattici, alla spiegazione dei concetti di base e alle indicazioni didattiche su come trattare i diversi argomenti proposti. Per ciascun nucleo fondante del percorso è previsto almeno un esperimento da realizzare in laboratorio (vedi sezione successiva).
Cos’è un anfifilo?
Idrofobicità e idrofilia
Classificazione degli anfifili
Cos’è un tensioattivo?
Cos’è la tensione superficiale? (Schiuma e potere schiumogeno)
Impieghi e applicazioni dei tensioattivi
Aggregati supramolecolari che formano i tensioattivi
Micelle, fenomeno di micellizzazione, c.m.c., relazione struttura-attività, diagramma di fase
Atri aggregati supramolecolari (Liposomi, doppi strati, …) – Possibilità di mostrare filmati di simulazioni MD di bilayer
Detergenza
Bagnabilità (Angolo di contatto)
Saponi e saponificazione (ripasso degli esteri e della loro reattività)
Prodotti detergenti
Esperimenti in laboratorio
Nel percorso didattico sono proposti quattro esperimenti, di diversa complessità. I primi due esperimenti possono essere realizzati con materiali e sostanze di uso comune e non richiedono un laboratorio di chimica attrezzato. Il terzo esperimento richiede l'utilizzo di attrezzature di base e di un conduttimetro. Ciascuna attività proposta è descritta in dettaglio per quanto riguarda la procedura sperimentale e la discussione da affrontare con gli studenti. Nel caso gli esperimenti non possano essere realizzati con gli studenti "dal vivo", sono stati preparati video didattici ad hoc.
Semplice esperimento introduttivo per capire che cos'è un tensioattivo e qual è il suo comportamento in soluzione acquosa.
Alla scoperta degli anfifili e dei tensioattivi presenti nei prodotti alimentari e naturali.
Determinazione della Concentrazione Micellare Critica attraverso misure conduttimetriche.
Esperimenti sulla CMC in chiave STEM
Con questo esperimento è possibile introdurre il concetto di concentrazione micellare di un tensioattivo e di determinarla quantitativamente attraverso misure ottiche effettate con tre diverse metodologie che possono essere scelte in base al contesto:
Analisi delle immagini: viene utilizzata la fotocamera dello smartphone per l’acquisizione dei dati e software ad-hoc per il post-processing dei dati.
Analisi colorimetrica: viene utilizzato un sistemi di misura di intensità luminosa (colorimetro home-made).
Analisi spettrofotometrica: viene applicata la spettrofotometria UV-Vis ad un caso diverso rispetto alle applicazioni «classiche» alle quali gli studenti sono abituati.
L'esperimento si presta ad un approccio STEM con il coinvolgimento trasversale di altre discipline.
CMC-Colorimetrica.pdf