Piano della lezione | Piano della lezione Tradisional | Proprietà Colligative: Pressione di Vapore

Obiettivi

Durata: (10 - 15 minuti)

L'obiettivo di questa fase del piano di lezione è fare in modo che gli studenti assimilino chiaramente cosa verrà affrontato, permettendo loro di concentrarsi su ciò che è veramente rilevante nel contesto più ampio della Chimica.

Obiettivi Utama:

1. Calcolare la pressione di vapore di una miscela o di un singolo componente.

2. Comprendere la relazione tra pressione di vapore e temperatura.

3. Stabilire quali composti mostrano una pressione di vapore maggiore o minore a una determinata temperatura.

Introduzione

Durata: (10 - 15 minuti)

L’intento di questa fase è catturare l’attenzione degli studenti sin dall’inizio, fornendo un quadro chiaro e coinvolgente della pressione di vapore e delle sue applicazioni. Utilizzando esempi pratici e situazioni quotidiane, si favorisce un maggiore interesse e comprensione dei concetti che verranno approfonditi nel corso della lezione.

Lo sapevi?

Sapevi che l'acqua bolle a temperature inferiori ad altitudini elevate? Ad esempio, a La Paz in Bolivia, che si trova a circa 3.650 metri sul livello del mare, l'acqua raggiunge il punto di ebollizione a circa 88°C invece dei consueti 100°C. Ciò è dovuto al fatto che, in quota, la pressione atmosferica è ridotta e quindi la pressione di vapore necessaria per far bollire l'acqua viene raggiunta a temperature inferiori.

Contestualizzazione

Per avviare la lezione sulle proprietà colligative, concentrandoci in particolare sulla pressione di vapore, introdurremo brevemente il concetto spiegando che essa rappresenta la pressione esercitata dal vapore in equilibrio con il liquido alla medesima temperatura. Ad esempio, prendendo un semplice bicchiere d'acqua, si può osservare come alcune molecole evaporino contribuendo a creare una pressione sopra la superficie. È fondamentale evidenziare che questo fenomeno si manifesta in tutti i liquidi e ha impatti pratici tanto in ambito chimico quanto nella vita quotidiana.

Concetti

Durata: (45 - 50 minuti)

Questa fase del piano di lezione mira a fornire agli studenti una comprensione approfondita della pressione di vapore e delle sue implicazioni. Affrontando in modo dettagliato argomenti chiave, l’insegnante consente agli studenti di consolidare i concetti fondamentali e di applicare praticamente le conoscenze attraverso le domande proposte.

Argomenti rilevanti

1. Concetto di Pressione di Vapore: Spiegare in dettaglio cosa si intende per pressione di vapore, evidenziando come essa derivi dall’equilibrio tra le molecole in fase liquida e quelle in fase gassosa, supportando l’esposizione con diagrammi esplicativi dei processi di evaporazione e condensazione in un sistema chiuso.

2. Relazione Tra Pressione di Vapore e Temperatura: Illustrare come la pressione di vapore si modifichi in funzione della temperatura attraverso un grafico. Sarà utile spiegare l’equazione di Clausius-Clapeyron e mostrare, con un esempio numerico, come la variazione termica possa influenzare la pressione.

3. Influenza delle Proprietà Colligative: Analizzare in che modo l’aggiunta di soluti alteri la pressione di vapore di un solvente, facendo riferimento alla Legge di Raoult. Si illustrerà la differenza tra soluti volatili e non volatili e il diverso impatto che ciascuno ha sul fenomeno, utilizzando anche esempi concreti come l’aggiunta di sale all’acqua.

4. Applicazioni Pratiche: Discutere le numerose applicazioni della pressione di vapore in contesti reali, quali i processi di distillazione, la conservazione degli alimenti e la meteorologia, collegandoli al punto di ebollizione e alla pressione atmosferica per enfatizzare la rilevanza pratica del concetto.

Per rafforzare l'apprendimento

1. Calcolare la pressione di vapore di una soluzione formata da 0,5 mol di NaCl disciolti in 1 kg di acqua a 25°C, considerando che la pressione di vapore dell’acqua pura a 25°C è pari a 23,8 mmHg.

2. Descrivere come varia la pressione di vapore di un liquido al variare della temperatura, fornendo un esempio pratico.

3. Confrontare la pressione di vapore di due liquidi, A e B, dove A presenta 45 mmHg a 20°C e B 30 mmHg a 20°C. Quale dei due tende maggiormente all’evaporazione e perché?

Feedback

Durata: (20 - 25 minuti)

Questa fase mira a consolidare le conoscenze degli studenti tramite una discussione approfondita delle domande affrontate, stimolando un coinvolgimento attivo e favorendo riflessioni che permettano di applicare i concetti appresi in vari contesti.

Diskusi Concetti

1. Domanda 1: Calcolare la pressione di vapore di una soluzione formata da 0,5 mol di NaCl disciolti in 1 kg di acqua a 25°C, considerando che la pressione di vapore dell’acqua pura a 25°C è 23,8 mmHg.

Spiegazione: Iniziamo calcolando la molalità della soluzione: m = moli di soluto / kg di solvente = 0,5 mol / 1 kg = 0,5 m. Poiché il NaCl si dissocia completamente in Na⁺ e Cl⁻, ogni mole di NaCl produce 2 mol di particelle, il che rende il fattore di Van't Hoff pari a 2. La pressione di vapore della soluzione (Pᵦ) si determina tramite la Legge di Raoult: Pᵦ = X₀ * P₀, dove X₀ indica la frazione molare del solvente e P₀ la pressione di vapore dell’acqua pura. Avendo 1 kg di acqua, che corrispondono a circa 55,5 mol, la frazione molare risulta X₀ = 55,5 / (55,5 + 2 * 0,5) = 55,5 / 56,5 ≈ 0,9823. Quindi, Pᵦ = 0,9823 * 23,8 mmHg, che si avvicina a 23,38 mmHg. 2. Domanda 2: Descrivere come la pressione di vapore di un liquido varia in funzione della temperatura, con un esempio pratico.

Spiegazione: La pressione di vapore aumenta al crescere della temperatura, poiché più molecole dispongono di energia sufficiente per passare dalla fase liquida a quella gassosa. Ad esempio, nel caso dell’acqua, quando la temperatura passa da 20°C a 100°C, la pressione di vapore cresce da circa 17,5 mmHg fino a 760 mmHg, evidenziando così il motivo per cui l’acqua bolle a 100°C a livello del mare. 3. Domanda 3: Confrontare la pressione di vapore di due liquidi differenti, A e B, dove A ha 45 mmHg e B 30 mmHg a 20°C. Quale dei due tende maggiormente all’evaporazione e perché?

Spiegazione: Il liquido A, avendo una pressione di vapore di 45 mmHg, tende ad evaporare più facilmente rispetto al liquido B, che ha 30 mmHg a 20°C. Questo perché una pressione di vapore più elevata indica una maggiore propensione delle molecole a passare dallo stato liquido a quello gassoso, il che a sua volta evidenzia legami intermolecolari meno forti nel liquido A rispetto a quelli del liquido B.

Coinvolgere gli studenti

1. Qual è la relazione tra pressione di vapore e temperatura? Come potrebbe essere rappresentata graficamente questa relazione? 2. In che modo l’aggiunta di un soluto non volatile, per esempio il sale, modifica la pressione di vapore di un solvente? Spiega facendo riferimento alla Legge di Raoult. 3. Perché l’acqua bolle a una temperatura inferiore ad altitudini elevate? Come si collega questo fenomeno alla pressione di vapore e alla pressione atmosferica? 4. Porta un esempio quotidiano in cui la pressione di vapore gioca un ruolo importante, ad esempio in cucina o nella meteorologia, e spiega la sua rilevanza. 5. In che maniera la pressione di vapore può influenzare processi industriali, come la distillazione? Discuti delle implicazioni pratiche.

Conclusione

Durata: (10 - 15 minuti)

Questa fase finale del piano di lezione ha lo scopo di riepilogare e rafforzare i concetti principali, assicurando che gli studenti abbiano una visione chiara e completa dell’argomento e possano coglierne le applicazioni pratiche.

Riepilogo

['La pressione di vapore è la pressione esercitata dal vapore di un liquido in equilibrio con il liquido stesso alla stessa temperatura.', 'Essa aumenta con l’aumentare della temperatura, come evidenziato dall’equazione di Clausius-Clapeyron.', 'L’aggiunta di soluti non volatili riduce la pressione di vapore del solvente, in linea con la Legge di Raoult.', 'La pressione di vapore trova numerose applicazioni pratiche, dalla distillazione alla meteorologia.', 'Il fenomeno dell’ebollizione si verifica quando la pressione di vapore raggiunge quella atmosferica.']

Connessione

Durante la lezione, abbiamo messo in relazione la teoria con la pratica utilizzando esempi numerici e situazioni di vita quotidiana, come ad esempio l’effetto dell’altitudine sull’ebollizione dell’acqua o l’effetto dell’aggiunta di sale, in modo da rendere più tangibili i concetti teorici.

Rilevanza del tema

Una buona comprensione della pressione di vapore è essenziale non solo in ambito chimico, ma anche per applicazioni pratiche come la cucina, le previsioni meteorologiche e diversi processi industriali, quali la distillazione.