Fantasmi che si gonfiano da soli

Cosa imparerà

• Che unendo un acido (l'aceto) e una base (il bicarbonato) si forma una sostanza nuova che prima non c'era: un gas invisibile, l'anidride carbonica.
• Che quel gas occupa moltissimo più spazio della polvere da cui nasce: 1 cucchiaino di bicarbonato (circa 5 g, che stanno nel cappuccio di una penna) dà più di 1 litro di gas.
• Che più bicarbonato dà più gas solo finché resta aceto: quando un ingrediente finisce, la reazione si ferma (reagente limitante).
• A fare un esperimento corretto: tre bottiglie uguali, lo stesso aceto e una sola cosa diversa (la quantità di bicarbonato).
• A misurare con un metro una cosa morbida e rotonda (la «pancia» del palloncino) e a stimarne il volume con una tabella.

Prepara prima

• Stampa al 100 % il foglio delle sagome: imbuto A e facce C su un foglio, lenzuoli B su cartoncino, metro D-E-F su foglio A4. Verifica il righello rosso da 50 mm nell'intestazione.
• Procurati tre bottiglie da 500 ml dello stesso modello. Lavale, togli l'etichetta e lasciale sgocciolare a testa in giù: l'interno può restare umido, ma la bocca all'esterno deve essere asciutta perché il palloncino non scivoli.
• Controlla che il bicarbonato sia asciutto e sciolto. Se ha grumi, schiacciali con un cucchiaio su un piatto.
• Prepara il tavolo: teglia, misurino, imbuto da cucina, cucchiaino, coltello per livellare, carta da cucina e un paio di occhiali per bambino. Tieni la bottiglia di aceto a portata di mano ma fuori dalla teglia.
• Se ci sono bambini allergici al lattice, compra palloncini senza lattice (in nitrile o «latex free») oppure fai l'esperimento con un sacchetto gelo da 1 litro chiuso con del nastro intorno alla bocca.

Materiali e attrezzi

• Bottiglie di plastica da 500 ml — 3 uguali (stesso modello)
  d'acqua o di bibita, pulite, senza etichetta e senza tappo; bocca standard di Ø 27–28 mm all'esterno
• Palloncini bianchi in lattice — 3 + 3 di scorta da comprare
  rotondi da 30 cm (12"), quelli normali da festa
• Aceto bianco — 200 ml per bottiglia (600 ml per la corsa; 1 litro con gli esperimenti)
  di alcol o di vino bianco, acidità 5–6 % (è scritta sull'etichetta)
• Bicarbonato di sodio — 6 cucchiaini rasi (≈ 30 g) per la corsa; una confezione da 100–200 g per tutto
  bicarbonato da cucina (NaHCO₃), asciutto e senza grumi
• Pennarello indelebile nero — 1
  punta media (tipo pennarello per CD), per disegnare le facce sul lattice
• Cartoncino bianco — 2 fogli A4
  160–200 g/m², per l'imbuto A e i tre lenzuoli B
• Foglio A4 — 2 fogli A4
  80 g, per le facce C e il metro di carta D-E-F
• Nastro adesivo trasparente — ≈ 50 cm
  per chiudere l'imbuto, unire i tratti del metro e i lenzuoli
• Pompa per palloncini — 1 (facoltativa) da comprare
  manuale, a pistone

Attrezzi

• Forbici — ritagliare l'imbuto, i lenzuoli, le facce e il metro
• Cucchiaino da caffè — misurare il bicarbonato (sempre raso: livellalo con il dorso di un coltello)
• Misurino graduato — misurare 200 ml di aceto per bottiglia
• Imbuto da cucina — versare l'aceto nelle bottiglie senza bagnare la bocca
• Occhiali protettivi (o da nuoto) — un paio per bambino durante la corsa
• Teglia da forno o bacinella — appoggiarci sopra le tre bottiglie nel caso si rovescino
• Coltello da tavola senza filo — livellare i cucchiaini
• Bilancia da cucina (facoltativa) — pesare il bicarbonato: 5, 10 e 15 g
• Cronometro (cellulare) — misurare quanto ci mette ogni fantasma a gonfiarsi

Pezzi e sagome

• A · Imbuto per caricare il palloncino ×1 — cartoncino 160–200 g
• B · Lenzuolo del fantasma ×3 — cartoncino 160–200 g (bianco)
• C · Facce da fantasma ×1 — carta
• D · Metro di carta, tratto 0–25 cm ×1 — carta
• E · Metro di carta, tratto 25–50 cm ×1 — carta
• F · Metro di carta, tratto 50–75 cm ×1 — carta

Passo passo

1. Vesti le bottiglie

   Ritaglia i tre lenzuoli B lungo la linea delle onde e la finestra. Avvolgi ciascuno intorno a una bottiglia, con le onde che toccano il tavolo e la finestra davanti, e chiudilo con il nastro sovrapponendo quello che avanza. Scrivi 1, 2 e 3 nello spazio di ogni lenzuolo.

   Verifica: Le tre bottiglie stanno in piedi, con il numero davanti e la finestra all'altezza della parte bassa.
   Trucco: La finestra permette di vedere l'aceto che fa le bollicine. Se non vuoi decorare, scrivi solo il numero sulla bottiglia con il pennarello.

2. Monta il metro di carta

   Ritaglia i tratti D, E e F. Incolla lo 0 di E proprio sopra la zona blu alla fine di D, e lo 0 di F sopra la zona blu di E, con la colla stick o il nastro. Ottieni un metro di 75 cm con i numeri da 0 a 75 di seguito.

   Verifica: Dopo il 25 di D viene il 30 di E, e dopo il 50 di E viene il 55 di F, senza buchi né salti.

3. Forma l'imbuto

   Ritaglia il semicerchio A lungo l'arco grande e quello piccolo. Arrotolalo a cono finché i due bordi dritti si sovrappongono di circa 10 mm e chiudilo con il nastro all'esterno. La punta resta con un foro di circa 13 mm, che entra nella bocca del palloncino.

   Verifica: Guardando dentro vedi la luce dalla punta, e la punta entra di 1–2 cm nella bocca di un palloncino senza romperlo.

4. Tendi i palloncini adulto

   Gonfia ogni palloncino con la pompa finché è largo circa 20 cm e lascialo sgonfiare; ripeti 2 volte. Un palloncino tirato si gonfia con molta meno forza, e la piccola spinta del gas della bottiglia basta a gonfiarlo.

   Verifica: Il palloncino sgonfio è più morbido e un po' più grande di uno nuovo.
   Trucco: Senza pompa, lo gonfia un adulto con la bocca, ognuno il proprio palloncino. Sotto gli 8 anni, il palloncino lo maneggia sempre un adulto.

5. Disegna le facce

   Gonfia un palloncino fino a circa 10 cm di larghezza (come un pompelmo) e fallo tenere a un adulto pizzicando il collo. Copia una faccia dalla sagoma C con il pennarello indelebile, dal lato opposto al collo, lascia asciugare 1 minuto e sgonfialo. Fai lo stesso con gli altri due.

   Verifica: Quando lo sgonfi la faccia si rimpicciolisce, ma non si cancella se la tocchi.
   Trucco: Sotto la faccia fai 1, 2 o 3 puntini: così saprai quale palloncino va su ogni bottiglia.

6. Carica il bicarbonato

   Infila la punta dell'imbuto A nella bocca del palloncino 1 e versa 1 cucchiaino raso di bicarbonato (circa 5 g); dai dei colpetti all'imbuto finché scende tutto. Nel palloncino 2 versa 2 cucchiaini rasi (10 g) e nel palloncino 3, 3 cucchiaini rasi (15 g).

   Verifica: Stringendo il palloncino con le dita senti la polvere dentro; il 3 ne ha chiaramente più dell'1.
   Trucco: Se la polvere si blocca nella punta, spingila con uno spiedino di legno senza bucare il palloncino. Palloncino e imbuto devono essere asciutti.

7. Versa l'aceto

   Metti gli occhiali. Con il misurino e l'imbuto da cucina, versa 200 ml di aceto in ogni bottiglia: tutte e tre con la stessa quantità. Sistema le tre bottiglie sulla teglia, a circa 25 cm l'una dall'altra.

   Verifica: L'aceto arriva alla stessa altezza nelle tre bottiglie, circa 6 cm dal fondo.
   Trucco: Se la bocca della bottiglia si è bagnata all'esterno, asciugala con la carta: il palloncino fa più presa.

8. Sistema i palloncini

   Allarga la bocca del palloncino 1 con i due pollici e infilala sulla bocca della bottiglia 1 finché scende di 1 cm sul collo, con il palloncino che pende da un lato perché la polvere non cada. Fai lo stesso con i palloncini 2 e 3 sulle loro bottiglie.

   Verifica: I tre palloncini pendono piegati da un lato della bottiglia e nell'aceto non è ancora caduto per niente bicarbonato.
   Trucco: Se fai fatica, un bambino tiene la bottiglia e un altro allarga il palloncino. Sotto gli 8 anni, lo fa l'adulto.

9. Corsa dei fantasmi!

   Ogni bambino si mette dietro una bottiglia e tiene il suo palloncino per la punta. Al «3, 2, 1, fantasmi!», sollevate i tre palloncini insieme e scuoteteli un po' perché cada tutta la polvere. Tenete la bottiglia dal basso, senza stringerla, e guardate come crescono.

   Verifica: L'aceto fa subito le bollicine e in 30–60 secondi i palloncini si alzano in piedi; il 3 cresce più del 2 e il 2 più dell'1.
   Trucco: Atmosfera: spegnete la luce principale e illuminate le bottiglie dal basso con una torcia, come in una storia di fantasmi.

10. Misura i fantasmi

    Aspetta 2 minuti che finiscano le bollicine. Gira il metro di carta intorno a ogni palloncino nella parte più larga, senza stringere, e leggi i centimetri dove incontra lo 0. Sotto i numeri di E e F trovi i litri approssimativi di gas.

    Verifica: Valori indicativi (stima): palloncino 1 circa 40 cm (≈ 1 litro), palloncino 2 circa 52 cm (≈ 2,5 litri), palloncino 3 circa 60 cm (≈ 3,5 litri).
    Trucco: Misura con delicatezza: se stringi, il palloncino si deforma e la misura risulta minore.

11. Riordina e pulisci

    Pizzica il collo di ogni palloncino, toglilo dalla bottiglia e fai uscire il gas puntandolo lontano dalla faccia. Svuota il liquido nel lavandino con acqua corrente e risciacqua le bottiglie. Il palloncino va nell'indifferenziato; la bottiglia risciacquata, nel contenitore giallo.

    Verifica: Non resta liquido nelle bottiglie né pezzi di palloncino sul tavolo o per terra.
    Trucco: Se vuoi conservare un fantasma, fagli un nodo prima di lasciarlo: vedrai che si sgonfia in poche ore, molto prima di uno gonfiato con l'aria.

Funziona? La prova

Tre bottiglie uguali da 500 ml con 200 ml di aceto ciascuna; palloncini tirati con 1, 2 e 3 cucchiaini rasi di bicarbonato (5, 10 e 15 g). Si sollevano insieme, si aspettano 2 minuti e si misura la pancia di ogni palloncino con il metro D-E-F nella parte più larga.

Cosa deve succedere: Stima: i tre palloncini iniziano a gonfiarsi in 2–3 secondi e si alzano in piedi in meno di 1 minuto. Alla fine, il palloncino 1 misura circa 38–44 cm di pancia (≈ 1–1,4 litri di gas), il 2 circa 50–55 cm (≈ 2,3–2,8 litri) e il 3 circa 56–62 cm (≈ 3,3–4 litri). Il 3 cresce un po' meno di quanto «dovrebbe» perché resta quasi senza aceto. Se un palloncino non si gonfia, controlla la tabella dei problemi.

Se qualcosa non va

• Il palloncino quasi non si gonfia anche se l'aceto fa le bollicine — Il gas scappa dalla bocca: il palloncino è infilato poco o la bocca della bottiglia era bagnata. Soluzione: Fai scendere il palloncino di almeno 1 cm sul collo e avvolgi il punto di unione con un giro di nastro adesivo. Asciuga sempre la bocca all'esterno prima di metterlo.
• Il palloncino resta raggrinzito e piccolo — Palloncino nuovo non tirato: il lattice ha bisogno di una spinta iniziale che il gas della bottiglia a malapena dà. Soluzione: Gonfia e sgonfia il palloncino 2–3 volte con la pompa prima di caricarlo (passaggio 4).
• Il bicarbonato resta attaccato dentro il palloncino — Il palloncino o l'imbuto erano umidi, oppure si è formata una pasta nella punta. Soluzione: Scuoti il palloncino verso il basso e dagli dei colpetti con il dito. La prossima volta carica la polvere con tutto asciutto e non soffiare dentro il palloncino dopo averlo tirato.
• La polvere cade prima del tempo mentre sistemi il palloncino — Il palloncino è stato messo dritto invece che pendente da un lato. Soluzione: Quella bottiglia è già partita: lasciala e preparane un'altra uguale. Quando sistemi il palloncino, piegalo sul collo e tienilo pendente fino al conto alla rovescia.
• Il palloncino salta via dalla bottiglia — Bocca del palloncino troppo larga o bottiglia a collo largo. Soluzione: Usa bottiglie d'acqua con bocca standard (Ø 27–28 mm) e fissa il collo del palloncino con il nastro o con un elastico a due giri.
• I palloncini 2 e 3 restano quasi uguali — Aceto meno acido (4–5 %) o meno di 200 ml: l'aceto finisce prima del bicarbonato. Soluzione: Guarda l'acidità sull'etichetta e misura i 200 ml. Se resta uguale, hai scoperto il reagente limitante! Aggiungi altri 50 ml di aceto nella bottiglia 3 dal lato del palloncino (togliendolo un momento) e vedrai che cresce di più.
• I fantasmi si sgonfiano dopo un po' — L'anidride carbonica attraversa il lattice molto più in fretta dell'aria e in più si scioglie piano piano nel liquido. Soluzione: È normale: misura dopo 2 minuti. Per conservarli, fagli un nodo, ma considera che in poche ore saranno mosci.

Sicurezza

• Occhiali addosso durante la corsa e quando togli i palloncini: l'aceto che schizza negli occhi brucia. Se entra, sciacqua con abbondante acqua per 10 minuti.
• Palloncini: sotto gli 8 anni, un adulto li gonfia, li sistema e li toglie. Un palloncino sgonfio o un pezzo di palloncino rotto può soffocare se finisce in bocca: raccogli subito i pezzi e non lasciare palloncini sparsi alla portata dei più piccoli.
• Non chiudere la bottiglia con il tappo né con niente che non ceda finché dentro ci sono aceto e bicarbonato: il gas fa salire la pressione e il tappo può saltare. Il palloncino invece va bene perché si allunga.
• Allergia al lattice: chiedi prima. Per quei bambini, usa palloncini senza lattice o un sacchetto gelo da 1 litro fissato con il nastro.
• Ogni bambino gonfia con la bocca solo il proprio palloncino, o meglio, usate la pompa. Il liquido delle bottiglie non si beve e non si assaggia.
• Usa bottiglie di plastica, mai di vetro, e lavora sopra una teglia: il liquido versato rende il pavimento scivoloso.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'aceto è un po' acido, per questo pizzica sulla lingua, e il bicarbonato è il contrario di un acido. Quando si incontrano, si trasformano in cose nuove, e una di queste è un gas invisibile: lo stesso che fa le bollicine delle bibite gassate. Il gas ha bisogno di moltissimo spazio, più di mille volte quello che occupava la polvere, e siccome la bottiglia è già piena, spinge verso l'unico posto che cede: il palloncino. Per questo il fantasma cresce da solo. Se metti più bicarbonato esce più gas, ma solo finché non finisce l'aceto.

Per l'adulto

Reazione acido-base con sviluppo di gas: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. Un aceto al 5 % contiene circa 50 g/L di acido acetico (M = 60 g/mol): ≈ 0,83 mol/L, quindi 200 ml apportano ≈ 0,17 mol (≈ 0,20 mol se è al 6 %). Un cucchiaino raso di bicarbonato pesa circa 5 g (varia tra 4 e 6 g a seconda di come si riempie; con la bilancia si elimina l'errore): 5 g / 84 g/mol ≈ 0,06 mol. Ogni mole di bicarbonato che reagisce libera 1 mole di CO₂, che a 20 °C e pressione ambiente occupa ≈ 24 L. Stime per la corsa: palloncino 1 (5 g, 0,06 mol, limita il bicarbonato) ≈ 1,4 L; palloncino 2 (10 g, 0,12 mol, limita ancora il bicarbonato) ≈ 2,9 L; palloncino 3 (15 g, 0,18 mol) con aceto al 5 % limita l'acido (0,17 mol) ≈ 4,0 L, e al 6 % ≈ 4,3 L. Bisogna sottrarre la CO₂ che resta disciolta nei 200 ml di liquido (solubilità ≈ 1,7 g/L a 20 °C: ≈ 0,3 g, circa 0,2 L) e la piccola parte compressa dalla pressione del lattice (3–5 kPa in un palloncino tirato, un 3–5 %), quindi ci si aspettano ≈ 1,2, 2,7 e 3,8 L. L'aria della bottiglia non conta: la camera da 300 ml resta occupata, e il volume del palloncino è praticamente quello della CO₂ aggiunta. Per misurarlo senza acqua né cilindri graduati si usa la circonferenza dell'equatore del palloncino: se fosse una sfera, V = C³ / (6π²); 40 cm → 1,1 L, 52 cm → 2,4 L, 60 cm → 3,6 L. Il palloncino sulla bottiglia è più allungato di una sfera, quindi il metro dà un volume un po' minore di quello reale: è un limite inferiore approssimativo. L'eccesso di aceto nelle bottiglie 1 e 2 si verifica perché non resta polvere; nella 3, con aceto al 5 %, può invece restare un po' di bicarbonato non reagito sul fondo (reagente in eccesso). Tirare prima il palloncino conta: un palloncino di lattice nuovo presenta un picco di pressione all'inizio del gonfiaggio che il gas della reazione supera a fatica. La reazione è leggermente endotermica (la bottiglia si raffredda di 1–2 °C) e i prodotti, acetato di sodio e acqua con un po' di acido acetico avanzato, si versano nello scarico con acqua senza problemi. La CO₂ è più densa dell'aria (1,8 contro 1,2 g/L), per questo un palloncino gonfiato così cade quando lo lasci, e inoltre diffonde attraverso il lattice molto più velocemente dell'aria, ecco perché si sgonfia in poche ore.

• acido: sostanza dal sapore aspro, come l'aceto o il limone, che reagisce con le basi
• base: il contrario di un acido; il bicarbonato è una base debole
• anidride carbonica (CO₂): gas invisibile che si forma nella reazione; è quello delle bollicine delle bibite gassate
• reagente limitante: l'ingrediente che finisce per primo e fa fermare la reazione
• circonferenza: la misura del giro intorno a una cosa rotonda, come la pancia del palloncino

Per età

• 5–7 anni: L'adulto tende, sistema e toglie i palloncini e disegna le facce con il bambino (il bambino sceglie la faccia e fa i puntini). Il bambino misura i cucchiaini, versa l'aceto con l'imbuto e solleva il suo palloncino al conto alla rovescia. Concentrati su «si mescolano ed esce un gas che gonfia il palloncino» e sul mettere in ordine i fantasmi dal più piccolo al più grande.
• 8–10 anni: Fanno tutto da soli con gli occhiali, tranne gonfiare con la bocca. Fai annotare la loro previsione prima della corsa, compilare la tabella di registrazione e confrontarla con quello che è successo. Aggiungi l'esperimento del fantasma d'acqua per parlare della prova di controllo.
• 11–12 anni: Fai pesare il bicarbonato con la bilancia, scrivere la reazione e calcolare le moli di bicarbonato e di acido acetico di ogni bottiglia per prevedere il volume di gas e qual è il reagente limitante. Poi fai confrontare la previsione con il metro e spiegare perché la misura risulta un po' minore (gas disciolto, palloncino non sferico).

In gruppo o in classe

Squadre di 3 bambini, una corsa di tre bottiglie per squadra (in una classe di 24, otto squadre). Prima della sessione: stampa un imbuto, un metro di carta e tre lenzuoli per squadra, tendi tutti i palloncini (con la pompa) e prepara per ogni squadra una bottiglia da 1 litro di aceto e 30 g di bicarbonato in un bicchiere. Sessione di 50 minuti: 15 min per ritagliare e montare metro, imbuto e lenzuoli; 10 min per disegnare le facce; 10 min per caricare e sistemare; corsa simultanea di tutta la classe con conto alla rovescia comune; 10 min per misurare e annotare in una tabella alla lavagna; 5 min per riordinare. Un tavolo di versamento con teglia, imbuto da cucina e misurino gestito dall'adulto, e un sacco della spazzatura per i palloncini rotti.

Sfide

• Fantasma gigante: ottieni il palloncino più grande possibile con una bottiglia da 500 ml (indizio: servono più aceto e più bicarbonato nella giusta proporzione; calcola quanto prima di provare).
• Fantasma preciso: ottieni un palloncino di 50 cm di pancia, né più né meno, scegliendo tu la quantità di bicarbonato.
• Scena della casa stregata: con una scatola da scarpe costruisci una casa con le finestre ritagliate e nascondi dietro le tre bottiglie, in modo che i fantasmi «si affaccino» dal tetto quando si gonfiano.
• Famiglia di mostri di Halloween: palloncino arancione con faccia da zucca, palloncino nero con ali di cartoncino incollate al collo (pipistrello) e uno bianco; quale si gonfia prima?
• Fantasma al rallentatore: registra la corsa con il cellulare e conta i fotogrammi finché ogni palloncino si alza in piedi per cronometrarlo al decimo di secondo.

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