Il Dipartimento di Scienze Chimiche (DiSC) dell’Università di Padova ha in questi ultimi dieci anni instaurato solidi rapporti con le scuole di ogni ordine e grado del territorio, attraverso progetti di divulgazione scientifica come Vivipadova, Non è magia è Chimica e il PLS. Attraverso queste esperienze il DiSC ha sviluppato una serie di azioni che hanno permesso agli studenti delle scuole di conoscere cosa è la chimica oggi sia come disciplina di ricerca che per gli sbocchi lavorativi che offre. I risultati ottenuti hanno portato ad un aumento del 15 % degli iscritti nelle discipline del settore negli ultimi 5 anni. Le attività pianificate riconducibili alla prima azione sono state le conferenze, i laboratori PLS e gli stage estivi.

Conferenze

Il DiSC ha offerto negli ultimi anni numerose conferenze presso le scuole. Alcuni titoli:

• Perché tanti Nobel per la Chimica a chi studia la struttura delle proteine?
• Radiazioni elettromagnetiche e materia: perché il sole è giallo e il cielo è blu?
• Il linguaggio della chimica: dall’alchimia alla chimica quantistica
• Contributo della “chimica verde” per la riduzione dell’inquinamento
• La plastica utile
• CSI. La chimica sulla scena del crimine, tra verità e finzione
• La conversione e lo stoccaggio di energia nello sfruttamento delle fonti rinnovabili. La grande sfida della chimica
• Fotosintesi artificiale: Proposte chimiche per sfruttare l’energia solare
• Effetto Serra: Bilanci energetici e ruolo delle vibrazioni molecolari
• Microfluidica: una rivoluzione nel mondo della chimica analitica e bio-analitica
• Aspetti teorici e computazionali nella chimica: passato, presente, e sfide per il futuro
• La chimica di tutti i giorni
• Nanotecnologie e nanobiotecnologie: realtà e prospettive
• La chimica del cervello
• Macchine molecolari
• Nanomedicina
• Materiali ispirati alla natura
• La sintesi di vita artificiale in un laboratorio di chimica
• Il laboratorio di chimica virtuale: reazioni ed esperimenti al computer
• Cristalli liquidi e loro applicazioni: dai display ai termometri, dal sapone ai giubbotti antiproiettile
• Molecole in cucina
• Il sogno di Verne: l’energia dal sole e l’acqua come carburante del futuro
• Caratterizzazione chimico-fisica dell’olio di oliva

Laboratori PLS

I laboratori PLS prevedono un lavoro complessivo di 16 ore frontali per 15-20 studenti e 2 insegnanti da svolgere oltre l’orario scolastico. Si organizzano 4 incontri di durata 4 ore che consistono in (i) illustrare le attività, (ii) svolgimento di attività presso la scuola, (iii) svolgimento di attività di laboratorio al DiSC, (iv) sviluppo di un prodotto finale multimediale che attesti l‘attività svolta. Alcuni titoli: Analisi e caratterizzazione degli oli d’oliva Sono possibili 2 attività. L’attività 1 consiste nell’utilizzo di tecniche analitiche standard per l’analisi quali-quantitativa degli oli di oliva. In particolare, sono proposte agli studenti la determinazione dell’acidità libera di un olio di oliva e la determinazione del numero di perossido in un campione di olio di oliva “fresco” ed uno “invecchiato”. L’attività 2 consiste nell’utilizzo della spettroscopia NMR per l’analisi quali-quantitativa degli acidi grassi nell’olio di oliva. Dopo una semplice introduzione teorica sullo spettro NMR di un trigliceride, viene simulata l’adulterazione dell’olio di oliva con olio di mais o simili. Trattandosi di manipolare sostanze non tossiche (oli vegetali), l’adulterazione simulata potrà essere svolta da uno studente volontario. Previo avvertimento sull’esposizione a campi magnetici intensi, non sarà consentito agli studenti di avvicinarsi al magnete né di manipolare solventi chimici. Allo studente che effettuerà l’adulterazione simulata verranno comunque forniti guanti e occhiali. E’ previsto un numero massimo di 10 studenti. L’attività 1 viene svolta presso il laboratorio della scuola (un pomeriggio). L’attività 2 invece viene svolta presso il Dipartimento di Scienze Chimiche (un pomeriggio). Il laboratorio chimico virtuale: reazioni ed esperimenti al computer La chimica computazionale si colloca tra la teoria e l’esperimento, e permette di prevedere le proprietà molecolari utilizzando i principi della chimica teorica mediante l’uso del supercalcolo (cioè il calcolo ad alte prestazioni basato su cluster di computer ad alte prestazioni), completando e arricchendo l’informazione sperimentale. La chimica computazionale può dare risposte a domande fondamentali per le scienze molecolari e dei materiali. Come si ripiega una proteina? Come si dispongono le molecole quando si depositano su una superficie? Qual è il meccanismo di una sintesi organica complessa? Si possono progettare nuovi farmaci o nuovi materiali con il computer? Come si spiega l’attività biologica di un enzima? Sono tutti quesiti ai quali il laboratorio virtuale della chimica computazionale può dare risposte nuove e intelligenti, che integrano l’evidenza sperimentale o svelano particolari inaccessibili all’esperimento. E’ previsto un numero massimo di 15 studenti. Dopo una panoramica esaustiva sul tema chimica e computer, l’attività da svolgere insieme consiste in una serie di esperimenti virtuali al computer (tipicamente nell’aula di informatica del DiSC) in cui gli studenti sono guidati nella costruzione di semplici molecole, visualizzazione di meccanismi di reazioni elementari e brevi dinamiche. Misure spettroscopiche per determinare la concentrazione di Cu²⁺ sciolto in acqua Scopo dell’esperienza è utilizzare uno spettrofotometro di assorbimento UV-Visibile per osservare lo spettro di assorbimento degli ioni Cu²⁺ in acqua e analizzare come l’assorbanza della soluzione dipenda dalla concentrazione di Cu²⁺ presente. Inoltre si osserva come la solubilità del Cu²⁺ dipende dal pH della soluzione. Le tematiche affrontate nell’esperimento sono: (i) interazione tra luce e molecole: processo di assorbimento elettronico; (ii) descrizione di uno spettrofotometro di assorbimento attraverso l’assemblaggio dei principali elementi ottici da cui è formato; (iii) schema di uno strumento commerciale; (iv) definizione di trasmittanza, assorbanza e loro relazione con l’intensità della luce misurata sperimentalmente e la concentrazione delle specie attive in soluzione; (v) precipitazione del Cu²⁺ sotto forma di idrossido, tramite aggiunte note di una base forte (KOH o NaOH) o di una base debole (NH3) e registrazione degli spettri di assorbimento per questi processi; (vi) formazione di complessi del Cu²⁺ con derivati di NH3; (vii) osservare come cambia lo spettro di assorbimento del Cu²⁺ in acqua quando passa da complesso coordinato a molecole di acqua a complesso coordinato a molecole di ammoniaca. E’ previsto un numero massimo di 15 studenti. Sono previsti 2 pomeriggi di attività di cui uno presso la scuola (dove viene assemblato lo spettrofotometro da elementi ottici base e viene fatta un’osservazione semplice di come la luce viene attenuata da una soluzione di Cu²⁺)  e uno presso il DiSC dove saranno effettuare le misure con CuSO4. Chimica e cucina Perché alcuni alimenti devono essere cotti? Perché cuciniamo certi cibi assieme ad altri? Per rispondere a queste e altre domande dobbiamo conoscere le trasformazioni del cibo. La chimica studia la materia e le sue trasformazioni, la cucina è l’arte di trasformare gli alimenti. Variazioni di colori e profumi sono le formule magiche che usiamo ogni giorno in cucina e la chimica ci aiuta a svelarne il segreto. In questo laboratorio PLS gli studenti possono toccare con mano la chimica in cucina. Tra le esperienze IN MENU, degustabili presso i laboratori didattici del DiSC e/o i laboratori presso la scuola:

• La sferificazione di polpa, succhi e sciroppi di frutta
• L’estrazione del glutine dalla pasta di farina 0 e 00
• Cerchiamo l’amido e la vitamina C negli alimenti
• L’uovo ubriaco e l’uovo gelificato
• Il gelato all’azoto liquido

Sintesi di biodiesel da olio vegetale di scarto L’attività è incentrata sulla conversione di una soluzione di acido oleico in olio vegetale, mimante un olio di scarto, in biodiesel mediante l’esterificazione acido-catalizzata dell’acido oleico con metanolo e la successiva transesterificazione base-catalizzata dei trigliceridi ai corrispondenti esteri metilici. I prodotti delle reazioni sono caratterizzati mediante spettroscopia IR e il biodiesel anche mediante analisi gascromatografica. L’attività sperimentale è preceduta da lezioni d’aula sul problema energetico, il biodiesel e le reazioni richieste per la sua produzione.

Stage

Il DiSC ha ospitato studenti del quarto anno provenienti da diverse scuole secondarie della regione per stage di orientamento presso le aule e i laboratori didattici della durata di 10 giorni che si svolgevano nei mesi di giugno e luglio.

• Programma stage (giugno 2015)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Sintesi acido benzoico ed estrazione della caffeina (2gg) Celle elettrochimiche (2gg) Analisi dell’acqua (1gg) Sintesi di polimeri e loro caratterizzazione (2gg) NMR risolto nel tempo e bioimaging (2gg)

• Programma stage (luglio 2015)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Sintesi di acido benzoico (2gg) Effetto serra e CFC, stima del loro impatto ambientale (3gg) Sintesi di nanoparticelle d’argento (2gg) Caratterizzazione spettroscopica dell’acido benzoico (2gg)  

• Programma stage (giugno 2014)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Sintesi di acido benzoico ed estrazione e identificazione di una sostanza incognita dal té (2gg) Esperimenti di elettrochimica (2gg) Analisi dell’acqua (1gg) Sintesi di polimeri e loro caratterizzazione (2gg) NMR risolto nel tempo e bioimaging (2gg)

• Programma stage (luglio 2014)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Sintesi di acido benzoico ed estrazione e identificazione di una sostanza incognita dal té (2gg) Effetto serra e CFC, stima del loro impatto ambientale (3gg) Sintesi di nanoparticelle d’argento (2gg) Caratterizzazione spettroscopica dell’acido benzoico (2gg)  

• Programma stage (giugno 2013)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Sintesi di un farmaco (2gg) Elettrolisi dell’acqua (2gg) Sintesi e caratterizzazione di colloidi di argento (1gg) Effetto della quantizzazione del moto molecolare negli spettri dei gas (2gg) NMR risolto nel tempo e bioimaging (2gg)

• Programma stage (luglio 2013)

Lezioni e test di sicurezza; visita ai laboratori (1gg) Effetto serra e CFC, stima del loro impatto ambientale (2gg) Laser ablation e spettri di emissione di ioni (2gg) Analisi delle acque potabili (1gg) Sintesi di polimeri e loro caratterizzazione (2gg) Tecniche cromatografiche per la separazione di cromofori organici (2gg)