Un modello realistico per visualizzazioni dinamiche in didattica della chimica

Abstract

In questo lavoro sono presentate due applicazioni per la visualizzazione dei processi di aggregazione e di solubilizzazione di particelle interagenti e prive di struttura. Le applicazioni consentono di dimostrare qualitativamente e quantitativamente, per mezzo dell'osservazione dell'evoluzione temporale del rapporto superficie/volume e della frazione di particelle aggregate, che, da un lato, il processo di crescita di nanoaggregati è accompagnato da una diminuzione del rapporto superficie/volume, dall'altro, che interazioni soluto-solvente favorevoli e temperature elevate producono soluzioni omogenee. Si propone che, insieme ad opportuni esempi macroscopici, visualizzazioni mediante le presenti applicazioni possano essere utilizzate per illustrare concetti relativi alla reattività e alla miscibilità/solubilità. Le applicazioni si basano su un modello dinamico bidimensionale in cui le particelle si muovono per via dell'energia termica e dell'energia potenziale di interazione; le traiettorie sono calcolate risolvendo numericamente le leggi di Newton secondo uno schema di Dinamica Molecolare (MD). A questo scopo, è stato adattato un programma MD disponibile online. Si suggerisce che, quando possibile, l'uso di simulazioni realistiche, piuttosto che semplici animazioni, offre diversi vantaggi nella visualizzazione di fenomeni di interesse in didattica della chimica. In primo luogo, in una simulazione il risultato del processo investigato non è stabilito a priori ma è una conseguenza dell'evoluzione dinamica del sistema; inoltre i parametri di simulazione possono essere variati in maniera sistematica e si possono studiare gli effetti di tali cambiamenti. Le applicazioni possono essere utilizzate con diversi livelli di dettaglio e in diversi contesti scolastici. Semplici osservazioni qualitative sono adatte a tutti i livelli. Vengono anche riportate analisi quantitative sistematiche sull'effetto di variazioni di temperatura e dei parametri di interazione che sono più indicate per le ultime classi della scuola secondaria di secondo grado e per corsi universitari di chimica generale.