Il fenomeno del carsismo

Attività STEM 

Discipline coinvolte: geografia, tecnologia, chimica

Metodologia: laboratorio

Classi coinvolte: quarta e quinta

Gli alunni studiano il fenomeno del carsismo riscontrato nei terreni del Friuli Venezia Giulia e nelle Marche (Grotte di Frasassi) e approfondiscono i meccanismi di formazione delle grotte e dei fiumi sotterranei sperimentando con un'attività di laboratorio le combinazioni degli elementi chimici in gioco. Gli alunni manipolano atomi fatti con la plastilina e formano molecole unendole con gli stuzzicadenti. Il laboratorio si conclude sperimentando simulazioni interattive con la piattaforma PHetColorado di cui si posta il link:

Piattaforma per simulazioni interattive PHetColorado

Fasi di lavoro

Disegna secondo le seguenti indicazioni:

Disegna un terreno calcareo con rocce formate da carbonato di calcio CaCO3.

Disegna gocce di pioggia H2O e palline di anidride carbonica CO2 nell’aria. 

Scrivi la reazione chimica:

H2O + CO2 ➡️H2CO3 che è l’ acido carbonico che si forma. 

Disegna le gocce di pioggia acida che entrano nel terreno e che contengono Ca calcio, anidride carbonica e acqua e cadono nella grotta carsica. 

Scrivi la reazione chimica in cui si ottiene carbonato di calcio, acqua e anidride carbonica:

CaCO3 + H2CO3 ➡️Ca + 2(HCO3)

Disegna l’anidride CARBONICA che si libera nell’aria della grotta, l’acqua che cade e forma un fiume sotterraneo che scorre su terreno impermeabile. 

Disegna stalattiti e stalagmiti che si formano con il deposito di carbonato di calcio contenuto nelle gocce di pioggia che hanno attraversato il suolo e scendono in profondità.

Scrivi la reazione chimica finale in cui si ripristinano gli elementi chimici iniziali e si ottengono quindi acqua, anidride CARBONICA e carbonato di calcio:

CaCO3 + H2O + CO2

Il disegno deve essere uno, formato A4 orientamento verticale. 

Ecco un'illustrazione che riassume il processo del carsismo e la formazione di stalattiti e stalagmiti, insieme alle reazioni chimiche coinvolte.

H2O + CO2 ➡️ H2CO3

CaCO3 + H2CO3 ➡️ Ca + 2(HCO3)

CaCO3 + H2O + CO2

Non puoi non sapere che...

I Pilastri della Vita e dell'Ambiente

Queste molecole definiscono la biosfera e il clima del nostro pianeta.

• Acqua (H_2O): Il solvente universale. Senza la sua polarità e i suoi legami a idrogeno, la biochimica non esisterebbe.

• Ossigeno (O_2): Essenziale per la respirazione cellulare nella maggior parte degli organismi viventi.

• Anidride Carbonica (CO_2): La fonte di carbonio per le piante (fotosintesi) e il principale regolatore del clima.

• Azoto Molecolare (N_2): Costituisce il 78% dell'atmosfera ed è la riserva inerte da cui i batteri estraggono l'azoto per le proteine.

• Ozono (O_3): Fondamentale nella stratosfera per schermare le radiazioni UV nocive.

2. Molecole Energetiche e Combustibili

Sia in senso geologico che biologico, queste molecole muovono il mondo.

• Idrogeno (H_2): L'elemento più abbondante dell'universo e il combustibile delle stelle.

• Metano (CH_4): L'idrocarburo più semplice, potente gas serra e fonte energetica primaria.

• Glucosio (C_6H_{12}O_6): Lo zucchero fondamentale, unità base dell'energia per quasi tutti gli esseri viventi.

• ATP (Adenosina Trifosfato): Spesso chiamata la "moneta energetica" della cellula; trasporta l'energia dove serve.

3. Mattoni Biochimici

Senza queste molecole "semplici", le grandi macromolecole (DNA e Proteine) non potrebbero formarsi.

• Glicina (C_2H_5NO_2): L'amminoacido più semplice, essenziale per la costruzione delle proteine.

• Adenina (C_5H_5N_5): Una delle quattro basi azotate del DNA e componente dell'ATP.

• Ribosio (C_5H_{10}O_5): Lo zucchero che forma l'impalcatura dell'RNA.

• Acido Fosforico (H_3PO_4): Cruciale per formare i legami tra i nucleotidi nel DNA e nelle membrane cellulari.

4. Gas e Composti Inorganici Fondamentali

Spesso sottovalutati, regolano processi chimici vitali.

• Ammoniaca (NH3): Punto di ingresso dell'azoto nel ciclo biologico e base per i fertilizzanti.

• Cloruro di Sodio (NaCl): Il comune sale; regola l'equilibrio osmotico e la trasmissione nervosa.

• Monossido di Azoto (NO): Una molecola segnale cruciale nel corpo umano (vasodilatazione).

• Acido Cloridrico (HCl): Fondamentale per la digestione gastrica e nei cicli geochimici.

• Acido Solforico (H_2SO_4): Importante nei cicli dello zolfo e nei processi industriali.

• Carbonato di Calcio (CaCO3): Il componente principale di conchiglie, coralli e rocce calcaree.

• Perossido di Idrogeno (H_2O_2): Coinvolto nelle risposte immunitarie e nel metabolismo ossidativo.

In sintesi: Perché queste 20?

Se provassimo a rimuovere anche una sola di queste molecole dal "kit di montaggio" terrestre, l'intera struttura biologica o climatica collasserebbe. Ad esempio, senza N_2 non avremmo amminoacidi, e senza CO_2 la Terra sarebbe una palla di ghiaccio senza vegetazione.

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