Classe prima, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Usare un modello particellare per distinguere atomi e molecole senza scambiare il modello per una fotografia della materia.
Prima di iniziare
- Lettura di una fonte
- Descrizione di una figura
Osservare e definire
Un atomo è una unità di un elemento chimico; atomi possono legarsi in gruppi chiamati molecole. Un modello con sfere e collegamenti aiuta a rappresentare quante unità sono connesse e di quali tipi, ma le sfere non sono copie in scala fotografica degli atomi. Un modello a sfere e collegamenti può aiutare a rappresentare atomi e gruppi di atomi legati, ma non è una fotografia della materia. Le sfere hanno colori e dimensioni scelti per renderle distinguibili; senza legenda non sappiamo quali elementi rappresentino. Due sfere uguali collegate possono indicare due unità dello stesso tipo secondo una convenzione, ma non consentono di nominare ossigeno, idrogeno o una sostanza precisa. Una molecola, nel modello introduttivo, è un gruppo definito di atomi legati. Non tutte le sostanze devono però essere descritte come molecole isolate: alcuni solidi hanno strutture estese o reticoli. Per questa ragione 'sostanza' e 'molecola' non sono sinonimi universali. Anche una singola sfera non dice quale sia la forma reale di un atomo, né una sfera di plastica fornisce una scala del suo diametro.
Procedere e confrontare
Non tutte le sostanze sono costituite da molecole discrete. In un solido ionico o in un metallo il modello più appropriato può descrivere una struttura estesa. Perciò la frase 'ogni materia è fatta di molecole' è troppo forte. La rappresentazione va scelta in base al quesito: composizione, collegamenti, disposizione o proprietà. Per interpretare un modellino si controllano legenda, numero di unità, tipi di collegamento e scopo della rappresentazione. Se la legenda associa colori agli elementi, allora un raggruppamento può essere descritto con una composizione; per assegnare una formula occorre anche sapere quanti atomi di ogni tipo appartengono all'unità rappresentata. Se la legenda manca, la conclusione deve fermarsi alla struttura grafica osservata. Modelli differenti della stessa sostanza possono evidenziare aspetti diversi: una rappresentazione a sfere unite mette in risalto contatto e forma, una con bastoncini rende più leggibili collegamenti e angoli, ma entrambe semplificano le dimensioni e il comportamento degli elettroni. La lezione non introduce un'immagine completa della struttura atomica; chiarisce che una rappresentazione è utile quando si conoscono convenzioni e limiti. Un errore comune è trattare il colore della sfera come una proprietà naturale dell'elemento.
Verificare il limite
L'immagine mostra modelli materiali generici senza formule né codici colore affidabili. Si può dire che alcuni pezzi sono isolati e altri collegati, ma non attribuire a essi acqua, ossigeno o altri composti precisi. Per identificare una sostanza occorrono simboli, composizione e un contesto verificabile. Nell'esempio, due sfere uguali collegate e prive di legenda permettono di dire soltanto che il modellino mostra due unità collegate. Per fare un passo ulteriore si chiederebbe quale sostanza l'autore intende rappresentare e come siano definiti i simboli. Un secondo esempio mostra un reticolo di molte sfere ripetute: chiamare ogni coppia 'molecola isolata' potrebbe essere fuorviante, perché i legami possono continuare attraverso la struttura. Un esercizio corretto separa osservazione, convenzione e conclusione chimica. Osservazione: numero e disposizione delle sfere. Convenzione: colore e collegamento stabiliti dalla legenda. Conclusione: formula o tipo di struttura, solo se la convenzione è sufficiente. La figura su banco scolastico serve a distinguere unità singole e gruppi, non a identificare sostanze reali dai colori né a misurare dimensioni atomiche. Questa prudenza consente di usare il modello come strumento di ragionamento senza scambiarlo per prova visiva diretta. Per provare i limiti del modello, si possono mostrare due gruppi di sfere dello stesso colore ma con collegamenti diversi. Senza legenda entrambi restano rappresentazioni di unità collegate; non si può decidere se corrispondano a sostanze diverse o a due viste della stessa struttura. Se invece si aggiunge una legenda esplicita e un rapporto fra tipi di sfere, si può discutere una composizione nel linguaggio del modello. Anche allora il colore è una convenzione: gli atomi non diventano rossi o blu perché il kit li dipinge così. La dimensione della sfera, spesso scelta per essere maneggiabile, non fornisce il diametro reale e non mostra i movimenti degli elettroni. Una formula chimica richiede sapere quali atomi e quanti appartengono all'unità o al rapporto strutturale, non osservare soltanto un collegamento plastico. Alcuni composti sono descritti da reti estese: una porzione del reticolo non va isolata automaticamente come molecola autonoma. In una verifica, si può chiedere all'allievo che cosa vede, che cosa assume per convenzione e che cosa potrebbe concludere solo dopo la legenda. Questa sequenza rende il modello utile senza trasformarlo in una fotografia o in una falsa identificazione della sostanza illustrata. Anche il numero di sfere visibili può essere influenzato da ciò che il modellino sceglie di rappresentare: una porzione di rete tagliata ai bordi non indica una molecola finita. La legenda deve quindi spiegare anche se l'unità mostrata è completa o ripetuta. Un modello può essere corretto per una domanda e insufficiente per un'altra. Per contare tipi di atomi è utile; per ricavare distanze atomiche dai centimetri del kit non lo è. Dichiarare questa funzione e questo limite rende la rappresentazione scientificamente onesta senza rinunciare alla sua utilità didattica. Una verifica finale può chiedere di spiegare perché due palline uguali non bastano per dire 'ossigeno'. La risposta non è che i modelli sono inutili, ma che manca la corrispondenza esplicita fra simbolo ed elemento. Aggiungendo quella corrispondenza, il modello consente nuove inferenze controllate. Senza di essa, il colore e la forma restano scelte grafiche. Questo è un esempio generale del funzionamento dei modelli scientifici: dichiarano convenzioni, conservano alcune relazioni e omettono altre proprietà.
Esempio ragionato
Un modellino raffigura due sfere uguali collegate, senza legenda. Che cosa puoi concludere?
- Descrivo due sfere uguali collegate nel modellino.
- Senza legenda non conosco elementi o formula rappresentati.
- Il modello mostra una relazione, non colori o dimensioni atomiche reali.
Rappresenta due unità collegate secondo la convenzione del modello; non si può nominare un elemento o una sostanza senza legenda.
Errore da evitare
Trattare il colore e la grandezza arbitraria delle sfere come misure reali dell'atomo o come identità chimica certa.
Fonte e sequenza
- Il DM 211/2010 indica il primo biennio; la collocazione in questa classe è editoriale.
- Distinguere unità e gruppi nel modello; non identificare sostanze dai colori.
Prova subito
Che cosa indica una molecola nel modello introduttivo?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Un gruppo definito di atomi legati.
La definizione non dice che tutte le sostanze siano molecolari.
Risposta: Un gruppo definito di atomi legati.
La definizione non dice che tutte le sostanze siano molecolari.
Perché una sfera non è una fotografia di un atomo?
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Risposta: È una rappresentazione convenzionale di una unità, non una riproduzione in scala.
Le proprietà visibili del pezzo dipendono dal materiale del modello.
Risposta: È una rappresentazione convenzionale di una unità, non una riproduzione in scala.
Le proprietà visibili del pezzo dipendono dal materiale del modello.
Un metallo va rappresentato per forza come molecole isolate?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
Può richiedere un modello di struttura estesa.
Risposta: No.
Può richiedere un modello di struttura estesa.
Che cosa manca per assegnare una formula ai pezzi della figura?
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Risposta: Una legenda dei tipi di atomo e la composizione rappresentata.
Il solo colore non è un codice universale affidabile.
Risposta: Una legenda dei tipi di atomo e la composizione rappresentata.
Il solo colore non è un codice universale affidabile.
Il modello può essere utile pur avendo limiti?
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Risposta: Sì.
Può chiarire collegamenti e composizione quando le convenzioni sono esplicite.
Risposta: Sì.
Può chiarire collegamenti e composizione quando le convenzioni sono esplicite.
Allineamento curricolare e fonti
- Allegato F, primo biennio, righe HTML 1598–1610; collocazione annuale editoriale. · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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