Μια αίθουσα (με νεροχύτη) μετατρέπεται εύκολα σε ένα προσωρινό εργαστήριο. Αν και προσφέρουμε διάφορα πειράματα, τα δημοφιλέστερα είναι εκείνα που έχουν σχεδιαστεί να βελτιώσουν τις δεξιότητες μέτρησης, διερεύνησης και συνεργασίας και μια αναπτυγμένη συνειδητοποίηση της χημικής ασφάλειας. Αυτά περιγράφονται παρακάτω.
Πολλοί καθηγητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης μπορεί να αναγνωρίσουν τα πειράματα, αλλά ο σκοπός πραγματοποίησής τους στα δημοτικά σχολεία δεν είναι να παραδώσουν οι μαθητές γραπτές εργασίες. Μπορούν να το κάνουν κι αυτό αργότερα με τους δασκάλους τους, αλλά η κύρια επιδίωξη είναι να παρουσιαστεί στα παιδιά πόσο συναρπαστική και πόσο διασκεδαστική μπορεί να είναι η επιστήμη.
Σημείωση: Η χρήση των χημικών ουσιών πρέπει να αξιολογηθεί ως προς τους κινδύνους από τους ανθρώπους που πραγματοποιούν το πείραμα και θα πρέπει να λάβει υπόψη τις τοπικές συνθήκες. Δάσκαλοι που δεν έχουν υπόβαθρο στη χημεία μπορεί να αισθανθούν πιο άνετα λαμβάνοντας τα διάφορα διαλύματα από τους συναδέλφους τους της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης.
Διερευνώντας τις ιδιότητες της γλίτσας και του πολύμορφου
Η γλίτσα παράγεται αναμιγνύοντας βόρακα και διάλυμα πολυβινυλικής αλκοόλης (PVA) και προσθέτοντας μετά μερικές σταγόνες χρώματος ζαχαροπλαστικής. Αλλάζοντας τη συγκέντρωση του βόρακα αλλάζουν οι φυσικές ιδιότητες της γλίτσας. Αυτό το (μάλλον αηδιαστικό) πείραμα είναι πολύ δημοφιλές για τα παιδιά.
Το πολύμορφο είναι ένα θερμοπλαστικό που μπορεί να φορμαριστεί στη συγκριτικά χαμηλή θερμοκρασία των 62°C.
Υλικά
Για δύο τάξεις των 35 μαθητών που εργάζονται ανά ζευγάρια, θα χρειαστείτε 3 l διαλύματος PVA και 2 l διαλύματος βόρακα.
Για να φτιάξετε 1 l PVA:
- Πάρτε 40 g πολυβινυλικής αλκοόλης και προσθέστε νερό έως ότου ο συνολικός όγκος να γίνει 1 l.
- Ανακατεύετε το νερό ενώ το θερμαίνετε από τους 40º στους 90ºC (απαιτείται περίπου 1 ώρα). Για να επιταχύνετε τη διαδικασία, καλύψτε το δοχείο με φύλλο αλουμινίου για να κρατήσετε τη θερμότητα μέσα.
Για να φτιάξετε 1 l διαλύματος βόρακα συγκέντρωσης 4%:
- Πάρτε 40 g βόρακα και προσθέστε νερό μέχρι ο όγκος να γίνει 1 l.
- Ανακατέψτε.
Σημείωση: Ο βόρακας ονομάζεται επίσης βορικό άλας νατρίου ή τετραβορικό άλας νατρίου, και χρησιμοποιείται ευρέως στα απορρυπαντικά, τα αποσκληρυντικά νερού, τα σαπούνια και τα απολυμαντικά.
Το πολύμορφο μπορεί να αγοραστεί από το Πανεπιστήμιο του Middlesex, Ηνωμένο Βασίλειοw3 με κόστος 30€/kg. Υπολογίστε 4-5 g ανά μαθητή (σε ξεχωριστούς σωλήνες).
Μέθοδος
Οι μαθητές θα πρέπει:
- Να αδειάσουν διάλυμα PVA σε ένα πλαστικό δοχείο μίας χρήσης μέχρι ύψους περίπου 1 cm (υπάρχει συνήθως κατάλληλη σήμανση στα δοχεία που χρησιμοποιούμε: το διάλυμα PVA είναι πολύ παχύρευστο για να χρησιμοποιηθεί σωστά ογκομετρικός κύλινδρος).
- Προαιρετικά: να προσθέσουν 3-5 σταγόνες χρώματος ζαχαροπλαστικής και να ανακατέψουν.
- Να προσθέσουν μια προσεκτικά μετρημένη ποσότητα βόρακα και να ανακατέψουν. Αρχικά, πείτε σε κάθε ζευγάρι μαθητών να χρησιμοποιήσει μια συγκεκριμένη ποσότητα βόρακα, μεταξύ 4 και 10 ml.
- Φορώντας τα γάντια, να πλάσουν τη γλίτσα και να διερευνήσουν τις απτικές ιδιότητές της τεντώνοντάς τη.
Εισάγετε τους μαθητές στο θερμοπλαστικό πολύμορφο. Αυτό παρέχεται με τη μορφή άχρωμων κόκκων που, όταν τίθενται σε ζεστό νερό (πάνω από 62°C), μπορούν να φορμαριστούν σε ενδιαφέρουσες μορφές όπως ψάρια, πουλιά ή – για τους λιγότερο επινοητικούς – σε σφαίρες. Οι σφαίρες που γίνονται από αυτό το υλικό αναπηδούν διαφορετικά ανάλογα με εάν το πολυμερές σώμα είναι ακόμα θερμό ή έχει ανασχηματίσει τους δεσμούς του στην έγχρωμη μορφή.
Το πείραμα του ρολογιού ιωδίου
Με αυτό το πείραμα, τα παιδιά ερευνούν τη διάλυση και μαθαίνουν πώς να μετρήσουν με ακρίβεια τον όγκο για να κάνουν τη χημική αντίδραση να αλλάξει χρώμα μετά από ακριβώς 30 δευτερόλεπτα. Τρέχουμε αυτή την δραστηριότητα ως διαγωνισμό, ο οποίος αυξάνει τη διασκέδαση.
Το πείραμα χρησιμοποιεί δύο διαλύματα τα οποία ονομάζονται απλά διάλυμα Α και διάλυμα Β (δείτε παρακάτω). Δεν περιπλέκουμε το θέμα με τα ονόματα των χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται. Οι μαθητές έχουν τρία μικρά δοχεία μισό-γεμισμένα με το διάλυμα Α, το διάλυμα Β και νερό (Ν) και κατάλληλα σημασμένους ογκομετρικούς κυλίνδρους για να αποφύγουν τη μόλυνση.
Υλικά
Για δύο τάξεις των 35 μαθητών, θα χρειαστείτε 4 l από κάθε διάλυμα.
Για να φτιάξετε 4 l του διαλύματος Α, αναμίξτε τα παρακάτω χημικά και προσθέστε νερό μέχρι ο όγκος να γίνει 4l:
- 0.2 g διαλυτό άμυλο
- 30 ml αιθανοϊκό οξύ (καθαρό οξικό οξύ)
- 4.1 g οξικό νάτριο
- 50 g ιωδικό κάλιο
- 9.4 g θειοθειϊκό νάτριο
Για να φτιάξετε 4 l του διαλύματος Β, πάρτε 200 ml (30%, επίσης γνωστό ως 100 Vol) υπεροξείδιο του υδρογόνου και προσθέστε νερό μέχρι ο συνολικός όγκος να γίνει 4 l.
Μέθοδος
Σιγουρευτείτε ότι κάθε ζευγάρι μαθητών έχει το σωστό εξοπλισμό και μπορεί να χειριστεί ένα χρονόμετρο με διακόπτη, κατόπιν επιδείξτε την αντίδραση χωρίς διάλυση. Αναμίξτε 15 ml διαλύματος Α και διαλύματος Β από κοινού. Το μίγμα θα γίνει μαύρο μετά από αρκετά δευτερόλεπτα.
Συζητήστε την επίδραση της προσθήκης νερού στο μίγμα. Χρησιμοποιήστε όρους όπως ‘μικρότερη συγκέντρωση’ και ‘πιο αραιό’ στην εξήγηση, για να δώσετε στους μαθητές ένα διανοητικό πρότυπο αυτού που συμβαίνει. Δώστε προφορικά όλες τις οδηγίες για να μεγιστοποιήσετε το χρόνο που ξοδεύεται για το πρακτικό μέρος.
Θέστε στα παιδιά την πρόκληση να κάνουν το μίγμα να γίνει μαύρο σε έναν καθορισμένο χρόνο – θέστε έναν στόχο που είναι μεταξύ 30 και 60 δευτερολέπτων. Δώστε σε κάθε ζευγάρι των παιδιών ένα διαφορετικό χρόνο να επιτύχει.
Αν και το πείραμα δεν είναι αυστηρά μια δίκαιη δοκιμασία, καθώς και ο όγκος και η συγκέντρωση του μίγματος αλλάζουν, διεγείρει τους μαθητές ενώ επίσης τους εξασκεί στις μετρήσεις, στην έρευνα και στο πώς να εργαστούν σε μια ομάδα. Εάν είναι απαραίτητο, θα μπορούσατε να προσφέρετε ένα βραβείο στο καλύτερο ζευγάρι.
Μπορεί να γίνει πιο σύνθετο για τους μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, παραδείγματος χάριν απαιτώντας το διάλυμα Β να αραιώνεται έτσι ώστε να χρησιμοποιείται κάθε φορά ο ίδιος όγκος του διαλύματος Β – κάτι που είναι βέβαια πιο κατάλληλο επιστημονικά.
Μετά από το πείραμα, αδειάστε προσεκτικά το διάλυμα ιωδίου που έχει παραχθεί σε έναν νεροχύτη και ξεπλύνετέ τον καλά. Σκουπίστε και επαναχρησιμοποιήστε τα δοχεία. Εάν δεν έχετε έναν νεροχύτη, χρησιμοποιήστε έναν κάδο αποβλήτων (που περιέχει κρυστάλλους θειοθειϊκού νατρίου για να αντιδράσει με το ιώδιο) και αποθέστε το διάλυμα σε μια τουαλέτα κατά διαστήματα.
Αραίωση οξέος
Οι μαθητές απολαμβάνουν την επίδραση της αραίωσης ενός οξέος στην αντίδρασή του με το μαγνήσιο, ειδικά επειδή έχουν να συλλέξουν το υδρογόνο και να το ανάψουν (με ένα δυνατό μπαμ) στο τέλος.
Υλικά
- Ταινία μαγνησίου κομμένο σε λουρίδες των 2 cm. Κάθε σπουδαστής θα χρειαστεί 5 κομμάτια.
- Περίπου 2 l από καθένα από τα 4 διαλύματα διαφορετικής συγκέντρωσης υδροχλωρικού οξέος (HCl), δείτε παρακάτω.
Πίνακας 1: Συγκεντρώσεις υδροχλωρικού οξέος
| Προσεγγιστική συγκέντρωση (μοριακή, Μ) |
Όγκος (σε ml) υδροχλωρικού οξέος 11 Μ |
Όγκος νερού (l) |
| 2.0 |
364 |
2 |
| 1.5 |
273 |
2 |
| 0.1 |
182 |
2 |
| 0.5 |
91 |
2 |
Μέθοδος
Οι μαθητές θα πρέπει:
- Να μετρήσουν 10 ml ενός από τα διαλύματα οξέος και να το βάλουν σε ένα σωλήνα ζέσεως.
- Να προσθέσουν ένα κομμάτι μαγνησίου, να αρχίσουν ένα χρονόμετρο με διακόπτη και να το σταματήσουν όταν σταματά να αφρίζει.
- Να καταγράψουν τα αποτελέσματά τους και να μετατρέψουν το χρόνο σε δευτερόλεπτα.
- Προς το τέλος της συνόδου, να χρησιμοποιήσουν τα πέμπτα κομμάτια του μαγνησίου και να παγιδέψουν το αέριο υδρογόνου που ελευθερώνεται σε έναν δεύτερο σωλήνα ζέσεως, κατόπιν να χρησιμοποιήσουν ένα αναμμένο ξύλινο προσάναμμα για να αναφλέξουν το αέριο ακίνδυνα.
- Να συγκρίνουν τα αποτελέσματα του πειράματός τους με την έκρηξη των μπαλονιών υδρογόνου στη σχολική αίθουσα.
Όταν κάνουμε το πείραμα, ο μεταπτυχιακός επιστήμονας δείχνει στους μαθητές πώς να αναφλέξουν το αέριο και τους εποπτεύει προσεκτικά ενώ το κάνουν οι ίδιοι.
