La chimica con i mattoncini LEGO®

«Immaginate gli atomi come i mattoncini della materia, essi si combinano per costruire molecole che poi formeranno tutto ciò che ci circonda». Quante volte l’insegnante di scienze, quando introduce l’argomento della chimica alla scuola secondaria di primo grado, inizia con questa frase? Il prof. Riccardo Bonomi, docente di matematica e scienze nella scuola secondaria di primo grado presso l’Istituto Comprensivo di Siziano, ha preso alla lettera questa affermazione e ha ideato un metodo didattico originale che prevede l’utilizzo dei mattoncini LEGO® per la costruzione dei principali composti della chimica.

La validità e il successo di questa metodologia sono rappresentati dall’idea di coniugare l’utilizzo di un oggetto che apparentemente ha solo scopo ludico con la spiegazione dei principi fondamentali della materia secondo le corrette regole scientifiche. Generalmente lo studio di questo argomento non è sempre di semplice comprensione: vengono introdotti dei concetti che sembrano astratti e delle nozioni che spesso vengono poi dimenticate facilmente.

L’introduzione di un modello tridimensionale, manipolabile e “componibile” permette invece di acquisire la capacità di costruire le principali molecole e dare significato concreto alle formule. Dopo aver illustrato la struttura dell’atomo secondo il modello degli orbitali, si spiega quindi la regola dell’“ottetto”, cioè la tendenza degli atomi a completare il loro livello più esterno con otto elettroni. Nel caso di un numero inferiore o superiore, questi atomi tenderanno a legarsi con altri atomi fino a raggiungere tale numero.

Si passa quindi ad analizzare la tavola periodica degli elementi che raffigura tutti gli atomi esistenti, disposti secondo righe e colonne. In particolare le colonne indicano il numero degli elettroni del livello più esterno: gli atomi appartenenti alla stessa tenderanno a legarsi secondo lo stesso principio. Al simbolo dei principali elementi della tavola è stata quindi aggiunta la raffigurazione di un mattoncino con un numero di incastri pari al numero di colonna, da uno a otto. Mattoncini con lo stesso numero di elettroni nel livello più esterno sono differenziati da un colore diverso scelto arbitrariamente.



Ai ragazzi vengono illustrati quali sono i composti della chimica inorganica: ossidi, anidridi, idrossidi, acidi e sali. Ossidi e anidridi sono semplici molecole composte rispettivamente da metalli (elementi facilmente individuabili nella parte sinistra della tavola) e non metalli (elementi della parte destra) con l’ossigeno. Idrossidi e acidi sono composti da ossidi e anidridi a cui viene aggiunta acqua e infine i sali sono l’unione di un idrossido con un acido. A questo punto entra in gioco il mattoncino fondamentale che rappresenta la regola dell’ottetto. Si tratta di un mattoncino piatto con otto incastri sul quale vengono posizionati quelli che individuano gli atomi.

Costruire per esempio una molecola di ossido di calcio utilizzando la tavola diventa così un’operazione molto facile. Se sul mattoncino di base posizioniamo un atomo di ossigeno rappresentato da sei incastri, risulta evidente che sarà necessario aggiungere un solo atomo di calcio da due incastri per completare la base e raggiungere l’ottetto. L’oggetto costruito può essere immediatamente letto come CaO, ossido di calcio. Se invece all’ossigeno si vuole aggiungere il sodio, elemento che ha un solo elettrone nel livello più esterno ed è rappresentato quindi da un mattoncino con un incastro, intuitivamente si riscontrerà la necessità di utilizzarne due per raggiungere l’ottetto. La formula sarà quindi Na2O e il composto ossido di sodio.

Una volta capita la regola, è interessante lasciare che gli studenti riscontrino talvolta dei problemi e individuino strategie per trovare una soluzione adeguata. La costruzione dell’anidride carbonicasi presta a questa modalità. In effetti se aggiungiamo un atomo di ossigeno e uno di carbonio (mattoncino da quattro incastri) ci accorgiamo che la base non è sufficiente per contenere tutti gli incastri. Dopo un opportuno ragionamento e confronto gli studenti arrivano a una soluzione: aggiungere un’altra base, verificare che ci siano sei incastri liberi e sovrapporre un atomo di ossigeno per completare la molecola. Il composto così ottenuto viene letto come CO2. Con le stesse modalità di costruzione si possono realizzare gli idrossidi, gli acidi e i sali. In questo caso le molecole si scompongono e si ricompongono sempre rispettando le regola di base.

Di fondamentale importanza è l’aspetto inclusivo di questo metodo che non prevede conoscenze pregresse e che non richiede la memorizzazione di difficili regole. Utilizzando gli strumenti realizzati, la tavola periodica divenuta “aumentata” per la presenza della raffigurazione iconica dei principali atomi e lo schema dei composti, tutti gli studenti, anche coloro che presentano Bisogni Educativi Speciali, possono raggiungere l’obiettivo didatticoprefissato.

Per attuare l’attività il docente ha predisposto dei kit di mattoncini che vengono forniti per lavorare a gruppi di 3-4 alunni. In caso di necessità di distanziamento è possibile anche far svolgere un lavoro individuale grazie a dei mini kit assemblati ad hoc. Il riscontro negli studenti è più che positivo: essi partecipano con entusiasmo e hanno la possibilità di migliorare le loro competenze attraverso il feedback immediato del loro operato, comprendendo così la complessità della materia ma anche la sua logica e semplicità.

Per scoprire il metodo del prof. Bonomi guarda questo video didattico e il servizio realizzato da Superquark.



Bibliografia: Riccardo Bonomi, La chimica con i mattoncini LEGO®, Bonomi Editore, Pavia, 2018