La massa resta nel sistema: misurare prima e dopo

L'idea centrale

Una reazione può cambiare molto l'aspetto delle sostanze senza creare o cancellare materia. Nel caso inventato, il recipiente sigillato pesa 204,0 g sia prima sia dopo la formazione delle bolle. La domanda corretta non è «quanto pesa il liquido dopo?», perché una parte dei prodotti è gassosa. Dobbiamo definire prima il sistema: contenitore, tappo, reagenti e prodotti rimangono nel confine scelto. Se la bilancia sostiene tutto questo insieme, il confronto misura la massa totale del medesimo sistema. Le bolle indicano che una fase gassosa è visibile, non ne identificano la composizione. Il dato numerico nel testo sostiene la conclusione nel caso, mentre l'immagine serve solo a ricordare la chiusura del recipiente.

Per controllare la conservazione della massa bisogna confrontare grandezze omogenee. Si pesa prima l'insieme completo, con tappo e contenuti; si avvia la trasformazione senza aprire; si pesa poi lo stesso insieme, con lo stesso strumento e nelle stesse condizioni. Se si rimuove il tappo fra le due misure, il sistema considerato cambia e un gas può uscire. La massa misurata del recipiente residuo può allora diminuire senza contraddire la conservazione della materia per l'insieme più ampio che include anche il gas disperso. La formulazione «la massa si conserva» non equivale a dire che ogni porzione separata pesi uguale. È il confine materiale scelto a dare senso alla verifica sperimentale. Nel caso testuale 204,0 g non significa che ogni componente sia rimasta identica. Prima ci sono due reagenti; dopo possono esserci prodotti con proprietà diverse e una diversa distribuzione fra liquido e gas. La conservazione si riferisce alla somma, non al colore, al volume o al numero di bolle. Una misura reale avrebbe una risoluzione: due valori scritti uguali entro il decimo di grammo indicano accordo alla precisione dichiarata, non identità matematica dimostrata con infinite cifre. Lo studente deve riportare unità e precisione senza inventare decimali. Se un problema dà 204,0 g prima e 204,0 g dopo, la differenza registrata è 0,0 g alla risoluzione indicata; non serve supporre la massa del singolo gas.

Un passo in più

Consideriamo invece un secondo caso inventato. Un becher aperto con reagenti pesa 151 g; dopo l'effervescenza, becher e liquido rimasto pesano 148 g. Il confronto ha escluso il gas sfuggito. Da questi dati non possiamo nominare la sostanza gassosa né sapere se tre grammi siano solo gas: potrebbero intervenire schizzi, evaporazione o errori strumentali. Possiamo però individuare il difetto di disegno sperimentale: non è stata misurata tutta la materia prima e dopo entro lo stesso confine. Per investigare, si ripete con contenitore chiuso adatto e si controlla che la chiusura regga. Non si sigilla mai un recipiente che potrebbe accumulare pressione pericolosa in una prova domestica. La figura propone due stati visivi, ma non contiene un display numerico né una registrazione di laboratorio. Non si deve leggere dall'altezza apparente dei piatti una misura precisa; l'illustrazione non è uno strumento tarato. Il testo, al contrario, specifica i valori del problema e il vincolo del tappo. Nell'esempio guidato separiamo pertanto tre livelli: osservazione delle bolle, definizione del sistema e calcolo della differenza. Se un compagno scrive «le bolle non pesano», la correzione è spiegare che anche il gas è materia. Se un altro scrive «la reazione non è avvenuta perché il peso non cambia», la correzione è distinguere trasformazione chimica e massa complessiva.

Testo e dati del caso

Caso inventato: due sostanze reagiscono in un recipiente sigillato. Recipiente e contenuto pesano insieme 204,0 g prima e 204,0 g dopo; si vedono bolle, ma il gas resta all'interno. I numeri sono dati del problema, non letture della figura.