PROVA DI ACCERTAMENTO DELLE COMPETENZE DI CHIMICA

(1)

1

PROVA DI ACCERTAMENTO DELLE COMPETENZE DI CHIMICA

QUANDO LA TERRA INCONTRÒ L’OSSIGENO

Le domande che si fa la scienza spesso sono semplicissime, ma la loro risposta spesso è estremamente complessa e apre continuamente nuove domande. Alla domanda «da dove viene l’ossigeno?» come risponde oggi la scienza?

Ogni giorno compiamo circa 20 000 atti respiratori e diamo la sua presenza per scontata, eppure la storia dell’ossigeno è strettamente intrecciata all’evoluzione della vita sul nostro pianeta.

L’ossigeno libero (cioè in forma di molecola biatomica O2) non è sempre stato presente nell’atmosfera della Terra, anzi questa sostanza, che per noi è indispensabile, una volta era addirittura un veleno: quando l’evoluzione inventò la fotosintesi e alcune semplicissime alghe cominciarono a liberare O2, moltissimi organismi anaerobi, fino ad allora dominanti, ne fecero le spese e si estinsero in massa in quello che è noto come Grande Evento Ossidativo (o Crisi dell’ossigeno).

Si tratta di un evento molto antico, e anche per questo è molto difficile studiarlo. I lavori più recenti datano la comparsa dei primi organismi fotosintetici a circa 2,8 miliardi di anni fa, ma il GOE (Great Oxidation Event) si sarebbe verificato solo centinaia di milioni di anni dopo. Finora per la datazione ci si era basati sul ferro: quando l’ossigeno diventò presente in grosse quantità si formarono ossidi di ferro insolubili che si depositarono in massa sui fondali, creando nel sedimento delle caratteristiche bande (BIF, Banded Iron Formation). Questo però consente una stima solo approssimativa del momento in cui gli ossidi cominciarono ad accumularsi nei mari, ma non ci dice nulla su quando e come i primi organismi aerobici cominciarono a colonizzare le terre emerse.

In un recente studio appena pubblicato su Nature si afferma proprio di aver trovato questa «pistola fumante». Invece del ferro, il team internazionale di geologi ha usato come punto di riferimento il cromo. Fino a 2,48 miliardi di anni fa questo elemento era presente quasi esclusivamente in un particolare tipo di rocce della crosta terrestre, poi in qualche modo il cromo, su tutto il pianeta, cominciò a essere mobilizzato e a diffondersi nei sedimenti come risultato della degradazione delle rocce stesse.

Da cosa è stato innescato questo processo? Secondo i ricercatori non sarebbe potuto accadere nulla di simile se non in presenza di batteri acidofili chemiolitoautotrofi (cioè chemioautotrofi che usano rocce e minerali come substrato) che resero l’ambiente abbastanza acido da permettere la degradazione delle rocce contenenti cromo.

Non solo quindi i nuovi dati offrono una conferma indipendente del GOE e della sua evoluzione, ma ci dicono qualcosa anche sulle primissime forme di vita che colonizzarono le terre emerse, rimanendone padrone incontrastate per almeno un miliardo di anni prima che comparissero i primi organismi pluricellulari.

Quesito 01: Indica se l’affermazione è vera (V) o falsa (F).

L’ossigeno è sempre stato indispensabile per le forme di vita del nostro pianeta. V F

(2)

2

Il Grande Evento Ossidativo causò la scomparsa della maggior parte degli organismi

anaerobi che popolavano il nostro pianeta, per i quali l’ossigeno era letale. V F Quesito 03: Scegli la corretta affermazione.

Il team internazionale di geologi che ha pubblicato i risultati del suo studio su Nature ha utilizzato come punto di riferimento il cromo invece che il ferro dimostrando che:

A. Il cromo era presente inizialmente solo in un particolare tipo di rocce della crosta terrestre.

B. I batteri chemiolitoautotrofi utilizzano per alimentarsi rocce e minerali come substrato.

C. Le prime forme di vita che colonizzarono le terre emerse erano organismi pluricellulari.

D. I batteri chemiolitoautotrofi degradarono le rocce della crosta terrestre causando la mobilizzazione e la diffusione nei sedimenti del cromo.

Quesito 04: Scrivi il completamento corretto.

Le primissime forme di vita che colonizzarono le terre emerse furono ………

Quesito 05:

Un sistema è puro se è formato da una singola sostanza. L’aria è un miscuglio, formata da più sostanze, come l’ossigeno.

Fai tre esempi di sostanze pure e tre esempi di miscugli.

sostanze pure miscugli

Quesito 06:

La formula dell’acqua è H2O. Tale formula ci indica che ogni molecola di acqua contiene, legati insieme, 1 atomo di ossigeno e 2 atomi di idrogeno. Data la formula Mg(NO3)2, indica il numero di atomi di ciascun elemento.

………

Quesito 07:

La ruggine è una sostanza di colore bruno rossastro che si forma sulla superficie di oggetti di ferro esposti all’aria umida o a contatto con l’acqua. Affinché avvenga la corrosione del ferro occorre che siano presenti contemporaneamente ossigeno e acqua:

2 Fe(s) +O2(g) + 2 H2O(l) → 2 Fe²⁺(aq) + 4 OH^-(aq)

L’idrossido ferroso Fe(OH)2 in presenza di ossigeno e acqua si trasforma in ruggine Fe2O3· nH2O.

(3)

3

Quando un oggetto di ferro arrugginisce, la sua massa aumenta o diminuisce? Motiva la tua risposta.

………

La mole è una quantità di sostanza che contiene 6,02 x 10²³ particelle. La massa atomica relativa dell’ossigeno è pari a 16 u.

Quesito 08: Rispondi brevemente alla domanda.

Contiene più particelle una mole di molecole di O2 o una mole di atomi di O? Motiva la tua risposta.

………

È maggiore la massa di una mole di molecole di O2 o di una mole di molecole di H2O? Motiva la tua risposta sapendo che la massa atomica relativa dell’idrogeno è pari a 1,01 dalton.

………

Quesito 10: Completa la seguente affermazione.

La reazione netta per la fotosintesi è la seguente:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Da essa si ricava che il numero di moli di ossigeno (O2) prodotte è pari al numero di moli di diossido di carbonio (CO2) ………, mentre il numero di moli di glucosio (C6H12O6)

……….. è pari ad un sesto delle precedenti.

(4)

4

Nel grafico (A) viene riportata la composizione dell’atmosfera terrestre; nel grafico (B) la composizione del corpo umano.

(A) (B)

L’elemento più abbondante tanto nell’aria quanto nel corpo umano è l’ossigeno. V F

L’ossigeno molecolare raggiunge quasi ¼ del volume atmosferico . V F Quesito 13: Scrivi il completamento corretto.

Il rapporto O : N nell’aria è pari a 1 : 3,7. Nel corpo umano è pari a ………..

In un adulto medio (massa di 80 kg) quanti kg di ossigeno sono presenti? Scrivi il calcolo che utilizzi per rispondere alla domanda.

………

Quesito 15: Rispondi alla domanda.

L’ossigeno dell’aria è il più diffuso comburente, ossia è una sostanza che, per reazione con un combustibile (di solito un composto contenente carbonio e/o idrogeno), dà reazioni di combustione.

Un esempio è la reazione di combustione del metano (CH4) che porta alla liberazione di diossido di carbonio (CO2) e di acqua (H2O).

In base alla legge di conservazione della massa di Lavoisier, all’interno di un sistema chiuso, in una reazione chimica la massa dei reagenti è uguale alla massa dei prodotti.

(5)

5

Scrivi la reazione di combustione del metano bilanciandola con i corretti coefficienti stechiometrici.

………

Quesito 16: Scegli la corretta affermazione.

La reazione di combustione descritta nel quesito precedente è una reazione esoergonica. Il calore liberato lo scriveresti:

A. tra i reagenti B. tra i prodotti

C. non compare nella reazione

Se la reazione di combustione precedentemente descritta avvenisse in un sistema aperto, la massa dei prodotti non sarebbe più uguale a quella dei reagenti. Secondo te sarebbe superiore o inferiore?

Motiva la tua risposta.

………

Quesito 18: Scegli la corretta affermazione e rispondi alla domanda.

I catalizzatori sono sostanze che accelerano le reazioni chimiche senza consumarsi durante la trasformazione. Per esempio, la reazione di decomposizione dell’acqua ossigenata in acqua e ossigeno avviene rapidamente aggiungendo nel recipiente una piccola quantità di diossido di manganese (MnO2):

2H2O2 → 2H2O + O2

Il diossido di manganese lo scriveresti:

A. tra i reagenti B. tra i prodotti

C. non compare nella reazione Motiva la risposta.

………