Cristalli cubici di sale

Cosa imparerà

• Cosa vuol dire sciogliere e cos'è una soluzione satura: l'acqua accetta solo circa 36 g di sale ogni 100 ml.
• Che il sale sciolto non scompare: ricompare sotto forma di cristalli quando l'acqua evapora.
• Che i cristalli di sale sono cubi perché le loro particelle si ordinano in un reticolo cubico.
• Che un «seme» (cristallo piccolo) fa crescere il sale in un punto preciso invece che ovunque.
• A misurare e registrare un processo lento giorno per giorno e a fare un grafico.

Prepara prima

• Due giorni prima, fai i cristalli seme: sciogli 1 cucchiaio di sale in 3 cucchiai d'acqua calda, versalo in un piatto piano scuro e lascialo vicino a una finestra. In 1–2 giorni compaiono cubetti di 2–3 mm.
• Lo stesso giorno, semina il filo: bagnalo in quella stessa acqua salata e lascialo asciugare appeso; resterà ricoperto di cristallini.
• Lava il barattolo con acqua calda e asciugalo bene: il grasso o i residui di sapone fanno cristallizzare il sale dove non deve.
• Trova il posto: uno scaffale tiepido (20–25 °C), senza correnti d'aria, dove nessuno sposti il barattolo per 2–3 settimane, lontano dalla portata dei bambini piccoli.
• Stampa e ritaglia la pinza A e la scala B.

Materiali e attrezzi

• Sale senza additivi — ≈ 150 g (110–120 g per la soluzione e il resto per seminare)
  sale marino grosso o sale da cucina SENZA antiagglomerante né iodio (guarda l'etichetta: solo «sale»)
• Acqua del rubinetto — 300 ml
  scaldata a 60–70 °C (fuma ma non bolle)
• Barattolo di vetro — 1 (+1 pentolino o caraffa per sciogliere)
  500 ml, bocca larga, pulito e asciutto (per esempio, di marmellata o legumi)
• Filo di cotone — 30 cm
  cotone o lana sottile ruvida (i cristalli si attaccano meglio che al filo da cucito in poliestere)
• Matita o bastoncino — 1
  più lungo della bocca del barattolo
• Perlina di vetro piccola — 1
  da 8–10 mm (1–2 g), da bigiotteria: fa da peso perché il filo penda dritto, affonda nella salamoia e non arrugginisce
• Carta da cucina — 1 foglio
  per coprire il barattolo: lascia evaporare ma non fa entrare la polvere
• Elastico — 1
  di quelli da ufficio, per fissare la carta da cucina intorno al collo del barattolo
• Piatto piano scuro — 1
  per fare i cristalli seme per evaporazione
• Colorante alimentare (facoltativo) — 2–3 gocce
  per l'esperimento con il colore

Attrezzi

• Pentolino e fornello o bollitore — scaldare l'acqua a 60–70 °C adulto
• Bilancia da cucina — pesare il sale
• Caraffa graduata — misurare 300 ml d'acqua
• Cucchiaio — mescolare fino a saturazione
• Lente d'ingrandimento — vedere la forma cubica dei cristalli
• Righello o la scala B — misurare i cristalli ogni giorno

Pezzi e sagome

• A · Pinza del filo (ponte) ×1 — cartoncino 200 g/m² o cartoncino sottile
• B · Scala per misurare i cristalli ×1 — carta 80 g/m² o cartoncino

Passo passo

1. Scalda l'acqua adulto

   Un adulto scalda 300 ml d'acqua in un pentolino fino a 60–70 °C: quando fuma e sul fondo compaiono bollicine piccole, ma prima che bolla. Spegni il fuoco.

   Trucco: Se hai un termometro da cucina, meglio: più calda non aiuta con il sale.

2. Sciogli il sale adulto

   Aggiungi 100 g di sale e mescola per 2 minuti. Poi aggiungi 5 g alla volta (un cucchiaino raso), mescolando 1 minuto ogni volta, finché restano sul fondo granelli che non si sciolgono. Saranno circa 110–120 g in totale.

   Verifica: Dopo aver mescolato 2 minuti, si vedono ancora granelli sul fondo: la soluzione è satura.

3. Lascia riposare e travasa adulto

   Lascia riposare 5 minuti perché i granelli si depositino. Versa piano solo il liquido limpido nel barattolo da 500 ml, lasciando i granelli nel pentolino. Se resta torbido, passalo attraverso un filtro da caffè o carta da cucina.

   Verifica: Sul fondo del barattolo non c'è nemmeno un granello di sale.

4. Prepara il filo seminato

   Prendi il filo seminato (con cristallini attaccati) oppure lega a un'estremità un cristallo seme di 2–3 mm del piatto con un doppio nodo. Se il filo non pende dritto, lega una perlina di vetro da 8–10 mm 1 cm sotto il seme: pesa il giusto, affonda e non arrugginisce (una graffetta di ferro arrugginisce nella salamoia e macchia i cristalli).

   Trucco: Se non hai un seme, bagna il filo nella soluzione, asciugalo con il phon per 2 minuti e ripeti 3 volte.

5. Appendi il filo

   Infila l'altra estremità del filo nel taglio della pinza A (o legala al centro della matita) e appoggiala di traverso sulla bocca del barattolo. Regola l'altezza perché il seme resti a 2 cm dal fondo e a 2 cm dalle pareti.

   Verifica: Il filo non tocca né il fondo né le pareti; il seme è completamente immerso.

6. Copri con la carta

   Metti un foglio di carta da cucina sulla bocca del barattolo, sopra la pinza, e fissalo con un elastico. Così l'acqua evapora ma la polvere non entra.

7. Scegli un posto tranquillo

   Porta con cura il barattolo su uno scaffale tiepido (20–25 °C), senza correnti d'aria né sole diretto e dove nessuno lo tocchi. Attacca accanto il foglio di registrazione e la scala B.

8. Osserva e misura ogni giorno

   Ogni giorno alla stessa ora guarda il barattolo senza spostarlo. Misura con la scala B il lato del cristallo più grande e annota anche il livello dell'acqua (segna una riga con il pennarello sul barattolo).

   Verifica: Dopo 2–3 giorni ci sono già cubetti di 2–4 mm sul filo e il livello dell'acqua è sceso di qualche millimetro.

9. Pulisci la crosta del bordo

   Ogni 3 giorni, pulisci con una carta umida la crosta bianca che si arrampica sul bordo del barattolo sopra l'acqua: ruba sale al tuo cristallo. Fallo facendo attenzione a non muovere il filo.

10. Togli i cristalli rivali adulto

    Se si formano cristalli sul fondo o in altri punti del filo, dopo una settimana tira fuori il filo, togli quelli piccoli, travasa il liquido in un barattolo pulito (lasciando quelli del fondo) e riappendi il filo.

    Trucco: Se il livello dell'acqua è sceso molto, aggiungi nuova soluzione satura, già fredda, mai acqua sola: scioglierebbe il tuo cristallo.

11. Tira fuori e asciuga il cristallo

    Dopo una settimana (o dopo 3 settimane per cristalli grandi), tira fuori il filo, asciugalo con carta da cucina senza strofinare e lascialo asciugare appeso per 1 ora. Conservalo in una scatola asciutta: l'umidità lo scioglie.

12. Guardalo con la lente

    Osserva il cristallo con una lente d'ingrandimento: cerca facce quadrate e spigoli a 90°. Alcuni avranno la forma di una piramide cava (cristalli «a tramoggia»). Disegna quello che vedi sul quaderno.

Funziona? La prova

Misura ogni giorno, alla stessa ora, il lato del cristallo più grande con la scala B e il livello dell'acqua nel barattolo. Fotografa il barattolo dallo stesso punto.

Cosa deve succedere: Dopo 2–3 giorni compaiono cubetti di 2–4 mm sul filo; dopo 7 giorni, cubi di 5–10 mm; dopo 2–3 settimane, grappoli di 1,5–2 cm. Il livello dell'acqua scende di 1–3 mm al giorno a seconda dell'umidità della casa: è l'acqua che evapora e lascia indietro il sale.

Se qualcosa non va

• Dopo 3–4 giorni non compare nessun cristallo sul filo — Soluzione non satura (poco sale) o filo non seminato. Soluzione: Aggiungi sale finché ne avanza sul fondo, travasa di nuovo e semina il filo con cristallini.
• I cristalli crescono sul fondo e non sul filo — Nel barattolo sono rimasti granelli di sale non sciolti. Soluzione: Travasa il liquido in un barattolo pulito senza i granelli e riappendi il filo.
• Si forma una crosta bianca, non cubi trasparenti — Sale con antiagglomerante o iodio, o evaporazione troppo rapida (termosifone, sole). Soluzione: Usa sale senza additivi e metti il barattolo in un posto tiepido, non caldo.
• Il cristallo è sparito o è diventato più piccolo — È stata aggiunta acqua sola, o la stanza si è scaldata molto all'improvviso. Soluzione: Rabbocca solo con soluzione satura fredda ed evita sbalzi bruschi di temperatura.
• Una crosta sale lungo le pareti ed esce dal barattolo — È normale: la soluzione si arrampica per capillarità ed evapora sul bordo. Soluzione: Pulisci il bordo con carta umida ogni 3 giorni; ungere il bordo con un po' d'olio la frena.
• Tanti cristalli piccoli invece di uno grande — Troppi punti di crescita sul filo. Soluzione: Lascia un solo seme: togli gli altri cristallini e usa un filo liscio sopra il seme.

Sicurezza

• L'acqua a 60–70 °C scotta: la scalda, la mescola e la travasa un adulto. I bambini aspettano che il barattolo sia a temperatura ambiente per maneggiarlo.
• Appoggia il barattolo caldo su uno strofinaccio, non su una superficie fredda (il vetro può incrinarsi).
• La soluzione è molto salata: non si beve. Metti il barattolo fuori dalla portata dei bambini piccoli e degli animali domestici.
• Il sale irrita gli occhi e le ferite: lavati le mani dopo aver toccato il filo o la soluzione.
• Alla fine, la soluzione avanzata si può buttare nel lavandino con molta acqua del rubinetto; i cristalli sciolti, nella spazzatura.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'acqua può nascondere del sale dentro di sé, come uno zaino che tiene le cose, ma lo zaino ha una misura: quando non ci sta più sale, diciamo che è satura. A poco a poco l'acqua del barattolo scappa nell'aria, lo zaino diventa più piccolo e il sale che non ci sta più deve uscire. Uscendo, le particelle di sale si mettono in ordine, una accanto all'altra, come mattoncini da costruzione, e formano cubetti. Se diamo loro un cristallino sul filo, vanno tutte ad attaccarsi lì e lo fanno crescere.

Per l'adulto

Il cloruro di sodio si scioglie in acqua separandosi in ioni Na⁺ e Cl⁻ circondati da molecole d'acqua. La sua solubilità è ≈ 35,9 g/100 ml a 20 °C e ≈ 37 g/100 ml a 60 °C: non varia quasi con la temperatura, a differenza dello zucchero (≈ 200 g/100 ml a 20 °C e ≈ 290 g a 60 °C) o dell'allume. Per questo, con il sale, raffreddare produce pochissimi cristalli: la sovrasaturazione necessaria alla crescita la genera l'evaporazione del solvente (una casa tipica fa evaporare 1–3 mm di altezza d'acqua al giorno da un barattolo aperto). Quando la soluzione è leggermente sovrasatura, gli ioni si incorporano preferibilmente su superfici cristalline già esistenti (nucleazione eterogenea), perché creare un nucleo nuovo costa più energia: da qui l'importanza del seme, di un barattolo pulito e di non lasciare granelli sul fondo, che competerebbero per il sale. Il reticolo cristallino dell'NaCl è cubico a facce centrate, e l'abito macroscopico è il cubo; con una crescita rapida in superficie compaiono cristalli «a tramoggia» (piramidi cave) perché gli spigoli crescono più in fretta del centro delle facce. Gli antiagglomeranti come il ferrocianuro di sodio (E-535) modificano la crescita e producono forme dendritiche. Una crescita lenta (temperatura stabile, evaporazione moderata, senza vibrazioni) dà meno cristalli ma più grandi e trasparenti.

• sciogliere: quando una sostanza si distribuisce nell'acqua in pezzettini così piccoli che non si vedono.
• soluzione satura: acqua che contiene già tutto il sale che può tenere.
• evaporazione: l'acqua diventa vapore e se ne va nell'aria, lasciando indietro il sale.
• cristallo: solido le cui particelle sono disposte in un ordine che si ripete, come le piastrelle.
• seme: cristallo piccolo su cui ne cresce uno più grande.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto prepara la soluzione e il barattolo. Il bambino fa i cristalli seme nel piatto (adora vederli comparire), appende il filo e ogni giorno disegna quello che vede invece di misurare.
• 8–10 anni: Pesano il sale, contano i cucchiaini fino alla saturazione e misurano il cristallo ogni giorno con la scala. Confrontano sale e zucchero.
• 11–12 anni: Calcolano la concentrazione (g di sale per 100 ml), registrano dimensione e livello dell'acqua, fanno un grafico e mettono in relazione la massa d'acqua evaporata con il sale depositato. Sfida: coltivare un unico cristallo ben formato con un solo seme.

In gruppo o in classe

Squadre di 3–4 con un barattolo per squadra, tutti sullo stesso scaffale dell'aula. L'insegnante prepara la soluzione satura per tutta la classe (1,5 L d'acqua e ≈ 560 g di sale) e la distribuisce già travasata e tiepida. Due giorni prima, ogni squadra fa il suo piatto di cristalli seme. Sessione di 40 min: 10 min di dimostrazione per sciogliere e saturare, 20 min per seminare e appendere il filo, 10 min per preparare il foglio di registrazione. Poi, 5 min al giorno di misurazione a turno per 2 settimane. Ogni squadra può cambiare una variabile (posto, colorante, sale o zucchero) per confrontarle alla fine.

Sfide

• Ottieni un unico cristallo cubico di più di 1 cm senza altri attaccati.
• Fai crescere cristalli su uno scovolino piegato a forma di stella o della tua iniziale.
• Calcola quanto sale si è depositato: pesa il filo prima e dopo e confrontalo con l'acqua evaporata.
• Prova con l'allume (in farmacia o drogheria): forma grandi ottaedri trasparenti per raffreddamento.
• Visita (o cerca foto di) una salina e spiega come si ottiene il sale dall'acqua del mare.

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