esperimento ed apprendimento scientifico

Esperimento ed Apprendimento Scientifico Anno

2010/2011

Liceo Scientifico “E. Fermi” di Cosenza

PON C-1-FSE-2010

Anno 2010/2011

Dirigente Scolastico

Prof.ssa Alba Carbone

Esperto esterno:

Prof. Andrea Checchetti

Tutor:

Prof.ssa Maddalena

Nicoletti

Esperimento ed

Apprendimento Scientifico

Esperimento ed Apprendimento Scientifico Anno 2010/2011

S c u o l a M e d i a “ B . Z u m b i n i “ d i C o s e n z a

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Scuola Media “B. Zumbini” di Cosenza

PON C-1-FSE-2010

Dirigente Scolastico Prof. Prof.ssa Alba Carbone

Esperto esterno: Prof. Andrea Checchetti

Tutor: Prof.ssa Maddalena Nicoletti

I corsisti:

Ajello Francesco Alfano Giuseppe

Calderaro Elena Cambrea Rosario

Corraro Ercole Costabile Giacomo

De Lorenzo Grazia Geranio Giovanni

Gervasi Elisabetta Gugliotta Andrea

Lirangi Riccardo Maio Lorenza

Mazza Maria Rosaria Muto Lara

Pascuzzo Eleonora Pisciotta Elisa

Prokopchuck Marya Ruffolo Ilaria

Sblendido Alessia Scarlato Carmine

Spadafora Alessio Stumpo Irma

Tinto Eleonora

Esperimento ed

Apprendimento Scientifico



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Il Progetto



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Con questo progetto PON la Scuola Media “B. Zumbini” di Cosenza ha inteso

sviluppare un percorso didattico – laboratoriale, realizzando alcune

esperienze di chimica, denominato “Esperimento ed apprendimento

scientifico".

Il progetto, rivolto agli alunni delle seconde classi, ha avuto come obiettivo

principale quello di rafforzare in ingresso e approfondire in uscita le

competenze attraverso l’attività di laboratorio per sperimentare nuovi

percorsi strutturati sia per i contenuti ma soprattutto per le metodologie.

Con l’aiuto della tutor, prof.ssa Nicoletti, si sono individuati una serie di

contenuti e sulla base delle scelte fatte si è cercato di mettere a confronto le

conoscenze e le esperienze dei corsisti con l’ausilio della didattica

laboratoriale che mette al centro della formazione il laboratorio scientifico,

luogo per eccellenza del saper fare.

Sulla base della proposta del Piano Nazionale Insegnare Scienze Sperimentali

il corso si è posto come finalità quella di avvicinare gli alunni alla Scienza e in

particolare alla Chimica nella maniera più coinvolgente possibile, attraverso

esperimenti, alcuni spettacolari, per poi promuovere la riflessione

coniugando le conoscenze e le abilità apprese a scuola con le problematiche

della vita di tutti i giorni. Non a caso le attività di laboratorio hanno

riguardato argomenti come la chimica dell’acqua, dell’ambiente, degli

alimenti, dei materiali, della vita.

Obiettivi generali:

Mettere a punto attività e relativa documentazione rispondente alle

esigenze didattiche delle scuole secondarie di I grado.

Contribuire con l’utilizzo del laboratorio scientifico al recupero e

all'approfondimento del curriculum scolastico per passare dal sapere al

saper fare.

L’attività di formazione degli alunni ha previsto la realizzazione di una

serie di fasi operative

1. Approfondimenti teorico-pratici propedeutici allo svolgimento

dell'attività laboratoriali

2. Utilizzo delle strumentazioni scientifiche disponibili nella scuola

3. Realizzazione di una serie di esperimenti a carattere scientifico-

tecnologico documentando le attività per inserirle nelle unità

didattiche della programmazione di Chimica.



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Esperienze di laboratorio

o Liquidi immiscibili, emulsioni e soluzioni

Obiettivi: Comprendere il concetto di solubilità, soluzione e miscuglio

eterogeneo.

o Trasformazione fisiche e chimiche

Obiettivo: comprendere quando avviene una reazione chimica mediante

la formazione di un solido, il cambio di colore, un’effervescenza

mediante un aumento o una diminuzione di temperatura.

o Formazione di precipitati

Obiettivo: Preparare soluzioni di Sali e verificare la formazione di

prodotti insolubili nei solventi utilizzati.

o Indicatori naturali e pH

Obiettivi: Preparazione di soluzioni - Utilizzo degli Indicatori -

Confidenza con il pH delle soluzioni.

o Reazioni acido-base

Obiettivo: individuare il carattere acido o basico di soluzioni ottenute

per reazione tra un acido e una base.

o Preparazione di un sapone

Obiettivo: Comprendere le modalità di preparazione del sapone e

conoscere la reazione che sta dietro il processo di saponificazione.

o Estrazione del DNA da un frutto

Obiettivo: utilizzo delle principali tecniche di separazione per separare il

DNA di un frutto.

Si sono svolti 9 incontri di cui 7 di tre ore laboratoriali, che sono stati

cronologicamente distinti in:

1. Microlezione

2. Indagine sperimentale

3. Interpretazione dei risultati

e 2 di due ore per introdurre il corso e svolgere un test d’ingresso e una

verifica finale.

Infine è importante ricordare che le attività di laboratorio sono state valutate

relativamente a:

1. Conoscenze di base dei principi analitici

2. Capacità organizzativa dei corsisti nel progettare e realizzare un’analisi

3. Capacità di registrare i dati sperimentali ottenuti dall’esperimento

4. Validità dei risultati ottenuti



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L’insieme delle prove ha stimolato l’interesse e la partecipazione degli

studenti trattando argomenti che possono considerarsi sicuramente un

approfondimento dei contenuti curriculari, ma allo stesso tempo

l’indispensabile legame per avviare un confronto con situazioni reali,

ampliando così il loro orizzonte culturale.

Il livello di conoscenze, competenze e abilità, acquisite dai corsisti, è stato

monitorato attraverso un test d’ingresso, una prova in itinere e una prova

finale, gli esiti della quale hanno evidenziato il rafforzamento delle abilità, il

conseguimento dei saperi e le competenze previste. I corsisti si sono mostrati

soddisfatti dell’esperienza maturata durante il corso, partecipando al dialogo

educativo, e, opportunamente guidati, realizzando tutta la serie di

esperimenti proposti per ogni tematica.

Per la realizzazione del progetto sono state utilizzate le seguenti metodologie:

- presentazione dell’attività laboratoriale

- cooperative learning

- problem solving

Sono stati raggiunti i seguenti risultati:

Conoscenza delle specifiche procedure di laboratorio

Consapevolezza dei propri punti di forza e di debolezza

Capacità di gestire le relazioni di gruppo.

Si ringrazia la Scuola, il Dirigente Scolastico, prof.ssa Alba Carbone, il tutor,

la prof.ssa Maddalena Nicoletti, per la collaborazione mostrata per tutta la

durata del corso.

Cosenza 13/06/2011 Prof. Andrea Checchetti



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La didattica

laboratoriale



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I risultati degli ultimi rapporti OCSE-PISA dei nostri studenti dimostrano

quanto i modelli di trasmissione del sapere scientifico non siano più

sufficienti e quanto sia impellente mettere in campo nuove pratiche, nuovi

modelli, nuovi curricoli della conoscenza scientifica e tecnologica a partire

dalla scuola dell’obbligo.

La messa in opera di questo progetto PON della scuola media “B. Zumbini”

di Cosenza ha centrato una serie di obiettivi fondamentali per stimolare il

rapporto che ogni studente instaura con il sapere scientifico al fine di

valorizzare il laboratorio come il luogo senza il quale non c’è apprendimento,

lo spazio nel quale lo studente è in grado di scoprire e costruire la propria

visione del mondo e della realtà che lo circonda.

In questa direzione si è cercato nell’ambito del progetto di far incontrare due

visioni di concepire il laboratorio: da un lato come spazio-tempo di verifica

delle leggi, officina per acquisire abilità del misurare e dall’altro come terreno

fertile per sviluppare un pensiero critico, capace di fondere le abilità manuali

con quelle mentali per creare le giuste sinergie tra il pensare e l’agire, in

modo da condividere teorie e concetti con l’elaborazione e il procedere

sperimentale.

La didattica laboratoriale costituisce dunque uno strumento di forte

innovazione che il Piano ISS ha introdotto nella filiera formativa che va dalla

scuola primaria a quella secondaria di secondo grado.

Utilizzare la didattica laboratoriale significa guidare processi di auto-

apprendimento quali l’analisi, l’osservazione, il confronto, la ricerca di

diversi itinerari possibili nella soluzione di un problema che consentono così

agli studenti di diventare i protagonisti, attori di un processo in cui

acquisiscono competenze. In quest’ottica l’attività di laboratorio promuove la

discussione, la riflessione, il ragionamento.

Scienze e laboratorio dunque come momento d’incontro per apprendere

insieme le strategie necessarie, gli strumenti utili per risolvere un problema.

Di seguito alcune tra le schede di laboratorio realizzate dagli alunni che

hanno partecipato al corso



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Schede di

laboratorio



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CAMBIAMENTO DI COLORE PER AGITAZIONE

EFFETTO: Una soluzione incolore, contenuta in un pallone tappato,

assume un’intensa colorazione blu quando il pallone viene

agitato vigorosamente.

PRINCIPIO: Subito dopo il mescolamento dei reattivi, il colorante è

lentamente ridotto a una forma incolore dal glucosio, in

soluzione alcalina. La vigorosa agitazione della soluzione

facilita il suo mescolamento con l'ossigeno atmosferico che

ossida velocemente l'indicatore, ripristinando la colorazione

iniziale.

MATERIALE

OCCORRENTE:

- 1 beuta da 250 ml con tappo a smeriglio

REATTIVI: - Soluzione di KOH: sciogliere 13 g di KOH in 500 ml di

acqua;

- Glucosio

- Soluzione acquosa allo 0,1% di blu di metilene.

PROCEDURA: Si sciolgono 10 g di glucosio in 500 ml della soluzione di

KOH, aggiungendo 8 ml della soluzione di blu di metilene.

Si tappa la beuta e si omogeneizza la miscela che ha una

colorazione blu e la si pone sul banco delle dimostrazioni,

evitando di muoverla ulteriormente. Entro una decina di

minuti, l'indicatore si sarà trasformato nella forma ridotta.

La soluzione incolore si agita vigorosamente fino a quando

non si colori in blu.



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DOVE SI POSIZIONA IL GHIACCIO?

EFFETTO: Il cubetto di ghiaccio si ferma sulla superficie di

separazione tra olio ed acqua. Pian piano comincia a

sciogliersi. Inizialmente le gocce d'acqua che si formano

restano intorno al cubetto, perché non riescono a penetrare

all'interno dello strato d'olio. Solo quando si è raccolta una

quantità d'acqua sufficiente, questa scende nell'acqua del

bicchiere, colorandola.

PRINCIPIO: Il ghiaccio è meno denso dell'acqua ma più denso dell'olio,

ecco perché si ferma tra olio ed acqua. Acqua ed olio sono

due liquidi con caratteristiche molto diverse tra loro, per cui

le goccioline d'acqua colorata che si formano quando il

ghiaccio si scioglie, anche se sono più dense dell'olio,

tendono a restare attaccate al cubetto. Solo quando si

raccoglie una quantità d'acqua sufficiente predomina la

forza di gravità e l'acqua colorata attraversa lo strato d'olio,

unendosi all'acqua sottostante.

MATERIALE

OCCORRENTE:

Un beaker grande

REATTIVI: - olio

- colorante,

- un cubetto di ghiaccio

PROCEDURA: Si versano 100 ml d'acqua in un beaker e si aggiungono,

lentamente, 100 ml d'olio. S’inserisce poi con cautela un

cubetto di ghiaccio colorato nell'olio.



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ACCENDI FUOCO E SPEGNI FUOCO

EFFETTO: Il bastoncino igniscente riprende a bruciare nella beuta AF

grazie all’ossigeno che permette dunque la combustione,

mentre la fiamma viene spenta nella beuta SF a causa della

presenza della CO2

PRINCIPIO: Beuta AF

Il contatto lievito - acqua ossigenata (H2O2) provoca la

formazione del gas ossigeno. L'acqua ossigenata infatti è un

veleno per le tutte le cellule, comprese quelle dei lieviti, che

si difendono trasformandola in composti innocui (acqua e

ossigeno) per mezzo di enzimi, chiamati enzimi della

perossidasi. Il gas ossigeno (O2) è un comburente che aiuta

a bruciare.

Beuta SF

Nella beuta avviene una reazione chimica, con produzione

di anidride carbonica e di un sale chiamato sodio acetato,

che rimane in soluzione. - L'anidride carbonica (CO2) è un

gas inodore, incolore e più pesante dell'aria: per questo

rimane intrappolato all'interno della bottiglietta. Questo gas

non è né comburente e né combustibile, quindi la sua unica

funzione è quella di soffocare la combustione e quindi far

spegnere il bastoncino.

MATERIALE

OCCORRENTE:

- 2 beute,

- Bastoncini in legno per spiedini, di tipo sottile, lunghi 20

cm 1

- Accendino

- cucchiaino

- beakers di piccola dimensione

REATTIVI: - 1 cubetto di lievito di birra fresco e pressato, del peso di 25

g

- Bicarbonato di sodio

- Aceto bianco

- Acqua ossigenata

PROCEDURA: ATTENZIONE: l'esperimento deve essere eseguito su un

piano di lavoro privo di oggetti infiammabili



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Si posizionano sul banco degli esperimenti le 2 beute

allineate e distanziate (10 cm circa). Si riempie la prima

beuta (denominata Accendi Fuoco, AF) di acqua ossigenata

fino a 1/3 (1 beaker di piccole dimensioni pieno). Si versano

nella beuta AF 5 g di cubetto di lievito di birra

precedentemente sbriciolato. Si copre con un tappo per

almeno 10 minuti agitando con leggeri movimenti rotatori

di tanto in tanto.

Si introducono nella seconda beuta (denominata Spegni

fuoco, SF) 3 cucchiaini colmi di bicarbonato di sodio e

successivamente 40 ml di aceto bianco, poco per volta, per

evitare la fuoriuscita immediata della schiuma effervescente

dovuta alla formazione del gas anidride carbonica.

Si accende la punta di un bastoncino in legno e si spegne la

fiamma quando si forma una punta ignescente ( una piccola

brace).

A questo punto si introduce il bastoncino prima nella beuta

AF e successivamente nella beuta SF e si osservano i

risultati.



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MISURA DEL PH

EFFETTO: L’individuazione della natura chimica di una soluzione

sconosciuta è possibile con l’uso degli indicatori, particolari

sostanze che indicano, con il cambiamento del colore

(viraggio), se una soluzione è acida o basica.

PRINCIPIO: L’acidità o la basicità di una soluzione è data dal pH. La

valutazione del pH si basa sulla concentrazione di ioni

idrogeno (H+) presenti in una soluzione. Le soluzioni neutre

hanno pH = 7 e cioè concentrazione di [OH-] = [H+]. Invece

quando [H+] > [OH-] la soluzione è acida e il pH è < 7,

viceversa quando [H+] < [OH-] la soluzione è basica e il pH è

> 7.

MATERIALE

OCCORRENT

E:

- beakers

- cartina al tornasole

- indicatore universale

- bacchette di vetro

- spatole

REATTIVI: - Acido cloridrico

- idrossido di sodio

- bicarbonato di sodio

- aceto o limone

- acqua

PROCEDURA: Versare la stessa quantità di acqua nei beakers,

successivamente aggiungere nel primo beaker 5 gocce di

acido cloridrico, nel secondo 5 gocce di aceto (o limone), nel

terzo una punta di spatola di bicarbonato, nel quarto una

punta di spatola di idrossido di sodio e nella quinta lasciare

solo acqua. Immergere la punta della bacchetta di vetro nelle

soluzioni appena ottenute e con la punta bagnata toccare il

bordo dell’indicatore (va utilizzato ogni volta un pezzo di

carta pulito). Confrontare la colorazione assunta

dall’indicatore con la scala di gradazioni riportata sulla

confezione. A ogni colore corrisponde un valore di pH.

Riportare a parte il valore del pH e conservare il pezzetto di

carta utilizzato. Tramite la differenza di colore si evidenzia il



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cambiamento di pH.



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SEPARAZIONE DEI PIGMENTI DELLE FOGLIE VERDI DI SPINACI

MEDIANTE CROMATOGRAFIA SU CARTA

EFFETTO: Utilizzando la tecnica cromatografica è stato possibile

separare i diversi pigmenti colorati. Si osserva che si

ottengono quattro bande diversamente colorate ed

esattamente andando dal basso verso l'alto:

la clorofilla B (verde chiaro),

la clorofilla A (verde scuro),

la xantofilla (gialla).

il beta carotene (giallo arancio).

PRINCIPIO: Il principio fondamentale su cui si basa la cromatografia è

quello di far assorbire la miscela in esame, sciolta in un

opportuno solvente, su particolari substrati che hanno la

capacità di trattenere in modo diverso i vari componenti

della miscela, che saranno poi trascinati via da un

opportuno solvente (eluente) con velocità distinta

permettendone la separazione.

MATERIALE

OCCORRENTE:

- mortaio e pestello

- beaker e cilindri

- carta per cromatografia (in alternativa carta da disegno

ruvido)

- pipetta Pasteur

REATTIVI: - foglie di spinaci

- alcool etilico

- carbonato di calcio

- etere di petrolio

- acetone

PROCEDURA: ATTENZIONE: l'esperimento deve essere eseguito su un

piano di lavoro privo di oggetti infiammabili.

Si tagliano a pezzetti le foglie di spinaci, si introducono nel

mortaio e si riducono in poltiglia con l’aiuto del pestello. Si

aggiungono nel mortaio circa 5 ml di alcool etilico

(prelevato con una pipetta) e si continua a pestare fino a che

il liquido si presenta di colore verde intenso (l’alcool etilico

estrae i pigmenti delle foglie).



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Si aggiunge un pizzico di carbonato di calcio per

neutralizzare le sostanze acide estratte dalle foglie che,

altrimenti, tendono a scolorire i pigmenti.

Si prepara una striscia di carta per cromatografia (di

dimensioni adatte al cilindro che si utilizzerà).

Con una pipetta Pasteur si preleva una goccia del liquido

verde estratto dalla poltiglia di spinaci e la si deposita sulla

striscia di carta, a circa 2 cm dal bordo; si lascia asciugare

all’aria per allontanare il solvente.

Si prepara la miscela eluente da utilizzare per la

cromatografia, costituito da etere di petrolio e acetone

(prelevati rispettivamente con un cilindro graduato e con

una pipetta) in rapporto 9:1.

Si pone il liquido così ottenuto in un cilindro (o altro

contenitore adeguato allo scopo), fino all’altezza di circa 1

cm dal fondo.

Si sistema la striscia di carta con l’estratto degli spinaci

all’interno del cilindro, in posizione verticale, in modo che

“peschi” appena nel liquido (la sostanza depositata deve

rimanere al di sopra del liquido); e si chiude il cilindro.

Il liquido, salendo per capillarità lungo la striscia di carta,

provoca la separazione dei pigmenti presenti.

Si estrae il cromatogramma così ottenuto e si osserva la

separazione dei pigmenti



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PREPARAZIONE DI UN SAPONE

EFFETTO: Durante l’agitazione, il sapone cambierà colore e consistenza,

diventando sempre più cremoso. Dopo un certo tempo,

togliendo il frullatore e facendo colare un po' di miscela, si

osserva che resta in superficie per qualche secondo prima di

affondare. Questo è il segnale che la reazione è avvenuta.

PRINCIPIO: La reazione da cui si ottiene il sapone è detta saponificazione.

Tale reazione avviene tra un grasso (o olio) e una base (per

esempio idrossido di sodio). Quindi il sapone è un sale

sodico di un acido grasso.

MATERIALE

OCCORRENT

E:

- Due beakers da 250 ml

- Una pirofila da 500 ml

- Un cilindro graduato da 100 ml

- Due beute da 100 ml

- Una bacchetta di vetro

- Spatoline

- Un coltello

- Una molletta reggi oggetti

- Fornello elettrico

- Bilancia

REATTIVI: - 15 g di burro

- 10 g di idrossido di sodio (NaOH)

- 100 ml di alcool etilico (95°)

- Colorante per alimenti

- Aromi

PROCEDURA: Sciogliere 15 g di burro a bagnomaria. Mescolare

continuamente per evitare surriscaldamento. Mescolare 10 g

di idrossido di sodio (NaOH) in 100 ml di alcool. L’idrossido



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di sodio (NaOH) non si scioglie completamente ma si

deposita sul fondo. Aggiungere la soluzione al burro fuso,

versando anche la parte non disciolta. Mescolare

continuamente mantenendo a ebollizione il bagnomaria per

15 minuti. A questo punto, si possono aggiungere al

composto il colorante e gli aromi. Dopo 15 minuti togliere

dal bagnomaria e lasciare raffreddare fino a completa

solidificazione.

N.B. Conviene utilizzare un agitatore



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ESTRAZIONE DEL DNA DELLA FRUTTA

EFFETTO: Le membrane cellulari sono costituite da molecole ricche di

grassi che si sciolgono usando del detersivo liquido. Si usa

anche un po' di sale che ha la funzione di facilitare

l'eliminazione delle proteine su cui è avvolto il DNA.

La banana resa poltiglia è riscaldata a 60°C per accelerare e

favorire il processo di demolizione delle membrane cellulari

e quelle del loro nucleo per liberare il DNA. La permanenza

a questa temperatura per lungo tempo, comincia però a

degradare ugualmente il DNA frammentandolo. Questa è la

ragione per cui, dopo 15 minuti, bisogna raffreddare la

poltiglia e filtrare il liquido ricco di DNA, separandolo dai

residui cellulari e dagli altri tessuti del frutto. All'interfaccia

fra l'alcool e il filtrato si osserva una sostanza bianchiccia. Si

tratta del DNA della banana.

PRINCIPIO: Il DNA è contenuto nel nucleo delle cellule della banana. Per

liberarlo, è necessario demolire le membrane cellulari e

quelle del nucleo. Per ottenere un DNA più puro usiamo il

succo di ananas che ha al suo interno la bromelina capace di

demolire le proteine negli amminoacidi e di facilitarne

l'eliminazione. L’aggiunta di alcool alla soluzione, rende

visibile il DNA, poiché in esso precipita e diventa visibile.

MATERIALE

OCCORRENT

E:

- bilancia digitale

- mortaio e pestello

- siringa da 10 ml

- provette

- beakers di diversa dimensione

- riscaldatore/agitatore

- termometro

- colino

REATTIVI: - 100 g di banana

- 3 g di sale da cucina

- succo d’ananas

- ghiaccio

- acqua distillata



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- 10 cc di detersivo liquido per piatti

- alcool etilico

PROCEDURA: Si prepara una soluzione salina di NaCl con 80 cc di acqua

distillata e 3 g di sale in un beaker da 100 cc; si aggiungono

10 ml di detersivo prelevati con una siringa e si porta la

soluzione a volume di 100 ml.

Si riducono a poltiglia 100 g di una banana e si introducono

in un beaker da 200 ml a cui si aggiunge la soluzione salina

d’estrazione.

Si pone il beaker a bagnomaria controllando che la

temperatura non superi i 60°C e si agita la miscela per 15

minuti dopodiché si pone per 5 minuti il beaker in acqua

ghiacciata.

Si filtra con un colino e si versano in una provetta 5 ml di

soluzione filtrata a cui si aggiunge 1 ml di succo di ananas;

Si attende 2 - 3 minuti per lasciare il tempo alla bromelina

presente nel succo di ananas di agire.

Infine si aggiunge lentamente nella provetta un volume,

equivalente alla soluzione, di alcool etilico freddo, evitando

che si mescoli con il filtrato. Il DNA precipita e diventa

visibile



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Pagina 27

Indice analitico



Pagina 28

Il progetto pag. 3

La didattica laboratoriale pag. 7

Le schede di laboratorio pag. 9

Indice analitico pag. 27

esperimento ed apprendimento scientifico

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