Lampada a bolle d'olio

Cosa imparerà

• Che due liquidi immiscibili (acqua e olio) si separano in strati e quello meno denso resta sopra.
• Che una reazione chimica (acido + bicarbonato) può produrre un gas: l'anidride carbonica.
• Che un oggetto sale o scende in base alla sua densità media: una goccia d'acqua con delle bolle attaccate pesa meno dell'olio e galleggia.
• A osservare e cronometrare un fenomeno e a cambiare una sola variabile alla volta.

Prepara prima

• Lava e asciuga la bottiglia e togli l'etichetta (acqua calda e sapone).
• Stampa i pezzi A, B e C sul cartoncino oppure incolla sopra la sagoma stampata.
• Verifica che la candela LED si accenda.
• Spezza le pastiglie in 4 pezzi e conservali in un barattolo asciutto e chiuso: con l'umidità cominciano a reagire.
• Tieni pronto un barattolo vuoto con coperchio per raccogliere l'olio alla fine.

Materiali e attrezzi

• Bottiglia di plastica trasparente — 1 (2 se fai anche la versione senza pastiglia)
  500 ml, liscia (senza rilievi), Ø ≈ 65 mm, senza etichetta
• Acqua del rubinetto — 125 ml
  a temperatura ambiente
• Olio di semi di girasole — 300 ml (+ 250 ml per la versione senza pastiglia)
  chiaro e trasparente (quello d'oliva è verde e più scuro)
• Colorante alimentare liquido — 8–10 gocce
  a base d'acqua, blu, verde o rosso
• Pastiglie effervescenti di vitamina C — 1–2 pastiglie da comprare
  ≈ 4 g ciascuna; si spezzano in 4 pezzi
• Bicarbonato di sodio e aceto (versione senza pastiglia) — 5 g (1 cucchiaino) di bicarbonato + 30 ml di aceto
  facoltativo, solo per il passaggio 11; aceto bianco da cucina
• Cartoncino — 1 foglio A4
  200 g/m², nero o di colore scuro
• Candela LED — 1
  di quelle a pila a bottone, Ø ≈ 38 mm × 35 mm di altezza, luce bianca o calda
• Imbuto — 1
  per non versare l'olio fuori
• Nastro adesivo — ≈ 30 cm
  per chiudere il piedistallo e attaccare la scala
• Vassoio o canovaccio — 1
  per lavorarci sopra: l'olio macchia

Attrezzi

• Caraffa graduata — misurare 125 ml d'acqua e 300 ml d'olio
• Forbici — ritagliare il piedistallo, l'anello e la scala
• Cronometro (cellulare) — misurare quanto dura ogni giro di bolle
• Cucchiaino da dessert — aggiungere l'aceto nella versione senza pastiglia

Pezzi e sagome

• A · Parete del piedistallo ×1 — cartoncino 200 g
• B · Anello di appoggio della bottiglia ×1 — cartoncino 200 g
• C · Scala delle altezze ×1 — carta

Passo passo

1. Monta il piedistallo

   Ritaglia il pezzo A con la sua finestra di 50 × 30 mm. Arrotolalo e incolla l'estremità sull'aletta da 10 mm con il nastro dentro e fuori: ottieni un tubo di Ø 73 mm e 60 mm di altezza.

2. Metti l'anello

   Ritaglia l'anello B (Ø 80 mm con un foro di 44 mm) e fissalo sopra il tubo con 4 pezzi di nastro. Accendi la candela LED, mettila sul tavolo e cala il piedistallo sopra (non ha fondo), con la candela al centro: dalla finestra di 30 mm non passa, perché è alta 35 mm.

   Verifica: Guarda dall'alto: si vede la luce attraverso il foro dell'anello.

3. Attacca la scala

   Ritaglia la scala C e attaccala con il nastro in verticale sulla bottiglia vuota, sul lato posteriore, con lo 0 a filo del fondo.

4. Versa l'acqua

   Con la caraffa graduata misura 125 ml d'acqua e versala nella bottiglia. Deve arrivare più o meno al segno dei 4 cm della scala (un quarto della bottiglia).

5. Colora l'acqua

   Aggiungi 8–10 gocce di colorante direttamente nell'acqua e muovi delicatamente la bottiglia finché il colore è uniforme. Così il colore sarà più intenso che versandolo sull'olio.

   Trucco: Puoi anche versare le gocce sull'olio per vedere come lo attraversano, ma impiegano diversi minuti ad arrivare all'acqua e alcune restano bloccate sulla linea di separazione.

6. Aggiungi l'olio adulto

   Metti l'imbuto e versa piano 300 ml di olio di semi di girasole: il livello arriva a circa 13 cm sulla scala, appena sotto la spalla, e restano pieni d'aria la spalla e il collo (circa 7 cm). Aspetta 2–3 minuti senza muovere la bottiglia finché l'olio resta sopra, trasparente, e l'acqua sotto.

   Verifica: Si vedono due strati con una linea di separazione netta a ≈ 4 cm dal fondo.

7. Metti la bottiglia sul piedistallo

   Metti la bottiglia in piedi sull'anello B, centrata, con la scala verso il retro. Spegni la luce della stanza o abbassa le tapparelle.

8. Metti il primo pezzo di pastiglia

   Lascia cadere un quarto di pastiglia effervescente (≈ 1 g) dal collo. Scende attraverso l'olio fino all'acqua e comincia a fare bolle appena la tocca. Fai partire il cronometro.

   Verifica: In 2–3 secondi cominciano a salire gocce colorate con delle bolle attaccate.

9. Osserva il ciclo

   Guarda come ogni goccia sale fino in cima, libera la sua bolla di gas e ricade. Quando non sale più nessuna goccia (1–2 minuti), ferma il cronometro e annota il tempo.

10. Ripeti i giri

    Aspetta 1 minuto che le gocce si riuniscano all'acqua e metti un altro quarto di pastiglia. Puoi fare 6–10 giri con la stessa bottiglia; l'acqua diventa torbida poco a poco.

11. Versione senza pastiglia

    In una bottiglia nuova versa 125 ml d'acqua colorata e 1 cucchiaino (5 g) di bicarbonato, e poi solo 250 ml d'olio: arriva a 3/4 della bottiglia, circa 11 cm sulla scala. Aggiungi l'aceto un cucchiaio alla volta (fino a 30 ml): ogni cucchiaio attraversa l'olio e fa schiuma quando arriva all'acqua.

    Trucco: Fa molta più schiuma della pastiglia: per questo qui si mette meno olio (fino a 3/4, ≈ 11 cm). Con i 300 ml della versione con la pastiglia, la schiuma uscirebbe dal collo.

12. Riordina e ricicla adulto

    Aspetta che si fermi del tutto: non chiudere la bottiglia finché esce anche una sola bolla, perché il gas accumulato può far saltare il tappo. Poi chiudi la bottiglia e conservala per un altro giorno, oppure versa l'olio di sopra in un barattolo con coperchio per l'isola ecologica o il contenitore dell'olio usato. L'acqua colorata può andare nel lavandino.

Funziona? La prova

Metti un quarto di pastiglia nella bottiglia al buio, con la candela LED accesa, e cronometra da quando tocca l'acqua a quando non sale più nessuna goccia.

Cosa deve succedere: Per 60–120 s salgono gocce colorate di 5–15 mm che impiegano 2–5 s ad arrivare in cima e scendono in 3–8 s. Con mezza pastiglia le bolle sono più intense ma durano un po' meno del doppio. Con bicarbonato e aceto la schiuma dura solo 15–30 s per cucchiaio.

Se qualcosa non va

• Il colorante tinge l'olio — Colorante a base d'olio o in gel. Soluzione: Usa colorante liquido per dolci (a base d'acqua) o inchiostro lavabile sciolto in acqua.
• Le gocce non salgono — Pastiglia umida e già esaurita, oppure poca acqua. Soluzione: Usa una pastiglia asciutta appena tolta dal tubetto. Verifica che ci siano almeno 3 cm d'acqua.
• Tutto diventa torbido — La bottiglia è stata scossa o acqua e olio si sono emulsionati. Soluzione: Lasciala riposare 10 minuti senza muoverla: gli strati si separano di nuovo.
• I colori si vedono appena — Poca luce o poco colorante. Soluzione: Oscura la stanza, accendi la candela LED sotto e aggiungi altre 4–5 gocce di colorante all'acqua.
• La schiuma trabocca — Bottiglia troppo piena o reazione troppo forte (bicarbonato e aceto). Soluzione: Non riempire oltre la spalla della bottiglia (con il bicarbonato, solo fino a 3/4) e metti pezzi più piccoli o l'aceto un cucchiaio alla volta.
• Il tappo salta o la bottiglia si gonfia — È stata chiusa mentre continuava a produrre gas. Soluzione: Non chiudere mai la bottiglia finché esce anche una sola bolla.

Sicurezza

• Non chiudere la bottiglia mentre fa bolle: la CO₂ accumulata può far saltare il tappo.
• Le pastiglie effervescenti non sono caramelle: tienile fuori dalla portata dei bambini. Quelle antiacide (tipo «Alka-Seltzer») contengono acido acetilsalicilico; meglio usare la vitamina C.
• Non bere la miscela anche se gli ingredienti sono da cucina.
• L'olio versato rende il pavimento scivoloso: lavora su un vassoio e pulisci con carta e sapone.
• L'olio usato non va nel lavandino: conservalo in un barattolo e portalo all'isola ecologica o al contenitore dell'olio.
• Se usi un barattolo di vetro, deve maneggiarlo un adulto.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'acqua e l'olio non vogliono mescolarsi: l'olio è più leggero e resta sopra, come un tappo. Quando metti la pastiglia, comincia a fare bolle di gas dentro l'acqua. Le bolle si attaccano a goccioline d'acqua colorata e le sollevano, come palloncini che tirano su un bambino. In cima la bolla scoppia, il gas scappa e la goccia, che non ha più il palloncino, ricade. Ecco perché salgono e scendono di continuo!

Per l'adulto

L'olio di semi di girasole (densità ≈ 0,92 g/cm³) e l'acqua (≈ 1,00 g/cm³) sono immiscibili: l'acqua è polare e l'olio apolare, e le forze tra molecole uguali sono maggiori di quelle tra molecole diverse, così si separano in due fasi, con la meno densa sopra. Il colorante alimentare è idrosolubile e tinge solo la fase acquosa. La pastiglia effervescente contiene acido citrico e bicarbonato di sodio secchi; quando si sciolgono reagiscono: C₆H₈O₇ + 3 NaHCO₃ → Na₃C₆H₅O₇ + 3 H₂O + 3 CO₂. La CO₂ forma bolle che trascinano gocce d'acqua colorata; l'insieme goccia + bolla ha una densità media minore dell'olio e sale (principio di Archimede). In superficie la bolla si rompe, il gas esce nell'aria e la goccia, ora più densa dell'olio, torna ad affondare. L'alta viscosità dell'olio (≈ 50 volte quella dell'acqua) fa sì che salgano e scendano lentamente e che le gocce siano rotonde. Con bicarbonato e aceto la reazione è della stessa famiglia (NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂), ma più rapida perché l'acido è già disciolto.

• densità: quanta massa c'è in un volume; ciò che è meno denso galleggia su ciò che è più denso.
• immiscibile: che non si mescola: l'acqua e l'olio.
• reazione chimica: quando alcune sostanze si trasformano in altre nuove, come il gas della pastiglia.
• anidride carbonica: il gas delle bolle: lo stesso delle bibite gassate.
• viscosità: quanto è «denso» un liquido; il miele è molto viscoso.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto versa l'olio e prepara i pezzi di pastiglia. Il bambino versa l'acqua, il colorante e ogni pezzo di pastiglia, e conta le gocce. Concentrati su «l'olio è più leggero e galleggia».
• 8–10 anni: Fanno tutto il procedimento misurando con la caraffa e montano il piedistallo. Falli cronometrare i giri e confrontare le quantità.
• 11–12 anni: Falli calcolare la densità dell'olio pesando 100 ml con una bilancia da cucina e progettare un esperimento controllato (una sola variabile) con la loro tabella e un grafico.

In gruppo o in classe

Squadre di 3–4, una bottiglia da 500 ml per squadra (≈ 0,50 € di olio e pastiglia per squadra). Prima della sessione: misurare l'olio in bicchieri da 300 ml, spezzare le pastiglie in quarti e distribuire i vassoi. Sessione di 45 min: 10 min di spiegazione con la domanda «cosa galleggia?», 10 min di montaggio, 20 min di giri con cronometro e annotazioni, 5 min per riordinare (ogni squadra versa il suo olio in una tanica comune). Fate la parte finale con le tapparelle abbassate.

Sfide

• Ottieni due colori che non si mescolano: come faresti? (suggerimento: due giri con colorante diverso nella goccia che cade).
• Progetta una lampada a 3 strati (miele, acqua colorata e olio) e spiega l'ordine.
• Fai funzionare la lampada con una sola pastiglia per 10 minuti (suggerimento: pezzetti piccoli a intervalli regolari).
• Costruisci un tappo con una cannuccia che lasci uscire il gas ma non faccia versare il liquido quando inclini la bottiglia.

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