Vulcano di schiuma

Cosa imparerà

• Che mescolando un acido (aceto) con una base (bicarbonato) si forma una sostanza nuova: un gas, l'anidride carbonica.
• Che il gas occupa molto più spazio delle polveri e dei liquidi da cui nasce: 10 g di bicarbonato producono circa 3 litri di gas.
• Che il detersivo per piatti intrappola il gas in bollicine e trasforma il gorgoglio in una schiuma che sale e trabocca.
• Che la reazione si ferma quando finisce uno degli ingredienti (reagente limitante), e si può ricominciare aggiungendone altro.
• A misurare quantità (cucchiai, millilitri) e a ripetere un esperimento cambiando una sola cosa.

Prepara prima

• Stampa il cono su A3 al 100 % (o disegna le due metà con uno spago da 266 mm legato a una matita) e l'imbuto e il righello su A4.
• Lava la bottiglia e togli l'etichetta. Conserva il tappo: ti servirà per chiudere la bocca mentre metti la cartapesta.
• Strappa il giornale in strisce da 3 × 15 cm (circa 80) prima di cominciare.
• Prepara la colla di farina: 60 g di farina in 250 ml d'acqua fredda, mescola senza grumi e scalda a fuoco medio mescolando per 3–5 minuti finché non diventa densa come uno yogurt. Lasciala raffreddare 15 minuti.
• Il giorno dell'eruzione: scegli l'esterno o una grande teglia, tieni pronti uno straccio, un secchio d'acqua e occhiali per ogni bambino.

Materiali e attrezzi

• Bottiglia di plastica da 330 ml — 1
  d'acqua, circa Ø 60 × 200 mm, bocca di Ø 21 mm interno, senza tappo per l'eruzione
• Cartoncino o cartoncino sottile — 2 fogli A3 (o una grande scatola di cereali aperta)
  250–350 g/m², per le due metà del cono
• Cartone ondulato — 1 foglio da 30 × 30 cm
  base del vulcano
• Carta di giornale — 4–5 fogli
  strappati in strisce da 3 × 15 cm
• Farina di frumento (colla di farina) — 60 g (½ tazza)
  con 250 ml d'acqua
• Bicarbonato di sodio — 2 cucchiai rasi (≈ 20 g) ogni 2 eruzioni
  bicarbonato di sodio da cucina (NaHCO₃)
• Aceto bianco — 150 ml per eruzione (300 ml in totale)
  di alcol o di vino bianco, acidità 5–6 %
• Detersivo per piatti — 1 cucchiaino (5 ml) per eruzione
  qualsiasi detersivo per lavare i piatti a mano
• Tempera o colorante alimentare — 1 cucchiaino di tempera rossa (o 10 gocce di colorante) per eruzione
  rosso e un po' di giallo per una tonalità arancione
• Tempere marrone, verde e nera — a piacere
  per dipingere il vulcano
• Colla vinilica — 50 ml
  diluita con 50 ml d'acqua, come vernice protettiva
• Plastilina — 1 pallina da 30 g
  per fissare la bottiglia alla base senza incollarla
• Nastro di carta — 1 rotolo
  per chiudere il cono e fissarlo alla base

Attrezzi

• Forbici — ritagliare il cono e l'imbuto
• Taglierino e righello — tagliare la base di cartone adulto
• Pentolino e cucchiaio di legno — cuocere la colla di farina adulto
• Cucchiaio e cucchiaino — misurare bicarbonato e detersivo per piatti
• Misurino o bicchiere con il segno dei 150 ml — misurare e versare l'aceto tutto in una volta
• Occhiali protettivi (o da nuoto) — proteggere gli occhi dagli schizzi di aceto
• Grande teglia da forno o bacinella — raccogliere la schiuma
• Cronometro (cellulare) — misurare quanto dura l'eruzione
• Bicchiere piccolo — mescolare l'acqua tiepida, il detersivo per piatti e la tempera prima di versarli nella bottiglia

Pezzi e sagome

• A · Metà del cono ×2 — cartoncino 250–350 g
• B · Base ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Imbuto di carta ×1 — carta o cartoncino leggero
• D · Righello della schiuma ×1 — cartoncino

Passo passo

1. Prepara la base adulto

   Taglia la base B da 30 × 30 cm e disegna dal suo centro un cerchio di Ø 180 mm (bordo del vulcano) e un altro di Ø 60 mm (bottiglia). Se puoi, mettila dentro una teglia da forno.

2. Ritaglia le metà del cono

   Ritaglia le due metà A nel cartoncino spesso, seguendo l'arco esterno (r 266 mm), l'arco interno (r 59 mm) e i due bordi dritti. Ogni metà ha 3° in più per sovrapporre: circa 14 mm in basso e 3 mm in alto.

3. Forma il cono

   Unisci con il nastro di carta le due metà sovrapponendo i loro bordi dritti (14 mm in basso, 3 mm in alto), dentro e fuori. Otterrai un cono senza punta alto 195 mm con un buco di Ø 40 mm in alto.

   Verifica: Il bordo in basso coincide con il cerchio di Ø 180 mm della base.

4. Fissa la bottiglia

   Metti la pallina di plastilina sul cerchio di Ø 60 mm e premici sopra la bottiglia vuota, dritta. Avvita il tappo perché non ci entrino carta né colla di farina.

   Verifica: Guarda la bottiglia di fronte e di lato: è verticale.

5. Metti il cono

   Infila il cono sopra la bottiglia finché non poggia sulla base, sul suo cerchio. Il collo deve spuntare dal cratere di 5–10 mm (la bottiglia misura 200 mm, il cono 195 mm e la plastilina la solleva ancora un po'). Fissa il bordo in basso alla base con 6 pezzi di nastro e chiudi lo spazio tra cratere e collo con 2 giri di nastro.

   Verifica: Il cono poggia sulla base lungo tutto il bordo, non tocca la bottiglia tranne che sul collo e il collo spunta di 5–10 mm dal cratere.

6. Metti la cartapesta

   Bagna ogni striscia di giornale nella colla di farina, togli l'eccesso tra due dita e attaccala sul cono dal basso verso l'alto, sovrapponendo 1 cm. Fai 3 strati incrociando la direzione delle strisce. Appallottola qualche pallina di carta sotto l'ultimo strato per fare le rocce.

   Trucco: Non far salire la carta oltre il bordo del collo: se chiudi la bocca, la lava non esce pulita.

7. Lascia asciugare

   Lascia il vulcano 24 ore in un posto aerato (o 4–6 ore vicino a un termosifone, mai sopra). Togli il tappo della bottiglia quando è asciutto.

   Verifica: Bussando con le nocche suona vuoto e duro, senza zone morbide né fredde.

8. Dipingi

   Dipingi tutto di marrone con la tempera, aggiungi macchie di verde in basso e di nero vicino al cratere, e colate rosse e arancioni che scendono lungo il pendio. Lascia asciugare 1 ora.

9. Proteggi con la colla

   Mescola 50 ml di colla vinilica con 50 ml d'acqua e passa uno strato con il pennello su tutto il vulcano. Asciugandosi (1–2 ore) diventa lucido e regge diverse eruzioni senza disfarsi.

10. Carica il vulcano

    Con l'imbuto C, versa nella bottiglia 1 cucchiaio raso di bicarbonato (≈ 10 g). A parte, in un bicchiere, mescola 50 ml d'acqua tiepida, 1 cucchiaino di detersivo per piatti e 1 cucchiaino di tempera rossa con il cucchiaino. Versa la miscela dall'imbuto: cadendo sulla polvere la mescola da sola, non serve muovere il vulcano.

    Verifica: Dentro c'è un liquido rosso torbido con un po' di polvere bianca sul fondo, alto circa 2 cm.

11. Prepara l'aceto

    Misura 150 ml di aceto in un bicchiere con beccuccio. Metti gli occhiali e sistema il vulcano nella teglia, con il righello D in piedi accanto se vuoi misurare.

12. Eruzione!

    Versa i 150 ml di aceto nel cratere con un getto rapido e continuo, in circa 3–5 secondi, e allontana la mano. La schiuma rossa sale subito e trabocca lungo il pendio; se comincia a uscire prima che tu abbia finito, versa comunque il resto: quello che si rovescia cade nella teglia. Cronometra da quando versi a quando smette di uscire schiuma.

    Verifica: Esce schiuma per 10–20 secondi e scende lungo il pendio fino alla base.

13. Seconda eruzione

    Quando si ferma, aggiungi un altro cucchiaio di bicarbonato con l'imbuto e altri 150 ml di aceto. Confronta l'altezza e la durata con la prima.

14. Pulisci

    La bottiglia resta fissa dentro il vulcano e non si toglie. Porta il vulcano con la teglia al lavandino, capovolgilo per svuotare la bottiglia e fai scorrere molta acqua; riempila dal cratere con l'acqua del rubinetto e capovolgila di nuovo per sciacquarla. Asciuga la schiuma dal vulcano con carta da cucina. I residui (acqua, acetato di sodio, sapone e tempera) si possono buttare nello scarico.

Funziona? La prova

Con 10 g di bicarbonato, 5 ml di detersivo per piatti, 50 ml d'acqua tiepida e 150 ml di aceto versati tutti in una volta, misura con il righello l'altezza della schiuma sopra il cratere e cronometra l'eruzione.

Cosa deve succedere: La schiuma spunta dal cratere in 1–2 secondi, sale 2–4 cm sopra, trabocca e scende lungo il pendio per 10–20 secondi, arrivando fino alla base. Senza detersivo per piatti, il liquido fa solo bollicine e quasi non esce dalla bottiglia.

Se qualcosa non va

• Fa bollicine dentro ma non esce — Manca il detersivo per piatti o c'è poco bicarbonato. Soluzione: Aggiungi 1 cucchiaino di detersivo per piatti e usa almeno 1 cucchiaio di bicarbonato. Versa l'aceto tutto in una volta, non a poco a poco.
• L'eruzione dura un secondo e si ferma — È finito l'aceto: c'è più bicarbonato di quanto ne possa reagire. Soluzione: Aggiungi altri 100–150 ml di aceto: uscirà di nuovo schiuma.
• Il bicarbonato resta attaccato al collo — La bottiglia era bagnata quando hai versato la polvere. Soluzione: Usa l'imbuto con la bottiglia asciutta, oppure sciogli prima il bicarbonato nei 50 ml d'acqua in un bicchiere e versalo.
• Il vulcano si ammorbidisce — Cartapesta non ben asciutta o senza lo strato di colla. Soluzione: Lascia asciugare altre 24 h e passa lo strato di colla diluita prima dell'eruzione successiva.
• Il cono non entra o resta storto — Bottiglia più grossa o cono chiuso con troppa sovrapposizione. Soluzione: Apri il cono staccando il nastro e sovrapponi di meno; oppure usa la bottiglia da 330 ml indicata.
• La schiuma esce rosa pallido — Poca tempera o tempera diluita dalla schiuma. Soluzione: Usa 2 cucchiaini di tempera o colorante alimentare in gel, e un tocco di giallo per l'arancione.

Sicurezza

• Usa gli occhiali: l'aceto che schizza negli occhi brucia. Se entra, sciacqua con abbondante acqua per 10 minuti.
• Non chiudere mai la bottiglia con il tappo dopo aver versato l'aceto: il gas aumenta la pressione e il tappo può saltare.
• La colla di farina si cuoce sul fuoco: la prepara un adulto e si lascia raffreddare prima che la tocchino i bambini.
• Non mescolare altri prodotti per la pulizia (candeggina, ammoniaca): solo quelli di questa ricetta.
• La miscela non si beve né si assaggia, anche se gli ingredienti sono da cucina.
• Il pavimento con la schiuma scivola: fallo su una teglia e asciuga subito.

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. Quando si uniscono, si trasformano in cose nuove, e una di queste è un gas invisibile, lo stesso delle bollicine delle bibite gassate. Quel gas ha bisogno di moltissimo più spazio delle polveri, quindi spinge verso l'alto. Il sapone intrappola il gas in milioni di bollicine, come quando soffi in un bicchiere con il sapone, e per questo esce una schiuma che cola come la lava.

Per l'adulto

È una reazione acido-base con sviluppo di gas: NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. L'aceto al 5 % contiene ≈ 0,83 mol/L di acido acetico; 150 ml ne apportano ≈ 0,125 mol, che reagiscono con ≈ 10,5 g di bicarbonato (M = 84 g/mol) e liberano ≈ 0,125 mol di CO₂, circa 3 L a temperatura ambiente. Dato che ci sono 10 g di bicarbonato per eruzione, i due reagenti sono quasi in proporzione; se avanza bicarbonato, il limitante è l'aceto e basta aggiungere altro aceto per riattivare la reazione. Il tensioattivo del detersivo per piatti riduce la tensione superficiale e stabilizza le bolle, così il gas forma una schiuma di grande volume che sale lungo il collo stretto (che accelera il flusso) e trabocca. L'acqua tiepida accelera la dissoluzione e la velocità di reazione. La reazione è leggermente endotermica: la bottiglia si sente un po' più fredda. I prodotti (acetato di sodio in soluzione acquosa) sono innocui e si possono versare nello scarico con acqua.

• reazione chimica: cambiamento in cui alcune sostanze si trasformano in altre diverse.
• acido: sostanza dal sapore aspro, come l'aceto o il limone.
• base: sostanza che neutralizza gli acidi, come il bicarbonato.
• anidride carbonica: gas invisibile che si forma in questa reazione e nelle bollicine delle bibite gassate.
• effervescenza: uscita di bollicine di gas da un liquido.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia il cono e prepara la colla di farina; il bambino attacca le strisce di giornale, dipinge e fa l'eruzione misurando con i cucchiai. Concentrati su «si mescolano ed esce un gas».
• 8–10 anni: Montano tutto il vulcano da soli. Che compilino la tabella di registrazione e provino a cambiare una sola variabile alla volta.
• 11–12 anni: Che scrivano la reazione chimica, calcolino quanto aceto serve per 10 g di bicarbonato e lo verifichino cercando la proporzione che lascia la bottiglia senza polvere bianca sul fondo.

In gruppo o in classe

Gruppi di 4, un vulcano per gruppo. Sessione 1 (60 min): coni pretagliati dall'adulto, bottiglia, cartapesta; lasciar asciugare in classe fino al giorno dopo. Sessione 2 (45 min): pittura e vernice all'inizio, eruzioni alla fine in cortile o su teglie. Per gruppo: 2 cucchiai di bicarbonato, 300 ml di aceto, 10 ml di detersivo per piatti, tempera, occhiali per tutti. Un tavolo delle eruzioni con secchio d'acqua, straccio e spugna.

Sfide

• Fai arrivare la schiuma fino al bordo della base (circa 20 cm di pendio e altri 6 cm di base).
• Fai durare l'eruzione più di 30 secondi (indizio: aggiungere l'aceto in due volte).
• Progetta un vulcano con due crateri usando una bottiglia con due cannucce.
• Trova la proporzione esatta di bicarbonato e aceto che non lascia polvere sul fondo.
• Fai un'eruzione «lenta» che duri un minuto con il lievito chimico al posto del bicarbonato.

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