Szkolną klasę, która posiada umywalkę, bardzo łatwo zamienić w tymczasowe laboratorium. Oferujemy wiele różnych doświadczeń. W swym założeniu mają kształcić u dzieci zdolność to prowadzenia pomiarów, obserwacji i współpracy z innymi uczniami, przy jednoczesnym zachowaniu ostrożności. Są one opisane niżej.
Przeprowadzane przez nas doświadczenia znane są nauczycielom z gimnazjów i liceów. Czemu więc przeprowadzamy je w szkołach podstawowych? Otóż naszym celem nie jest uzyskanie od uczniów wyników pomiarów i analiz, lecz pokazanie jak ciekawa może być nauka.
Uwaga: Podczas używania substancji chemicznych należy wziąć pod uwagę potencjalne zagrożenia oraz warunki jakie oferuje dana szkoła/klasa. Nauczyciele szkół podstawowych, którzy nie posiadają odpowiednich wiadomości z chemii mogą zwrócić się o pomoc do kolegów z lokalnego gimnazjum lub liceum.
Badanie własności zawiesin i polimorfów
Zawiesinę uzyskuje się poprzez zmieszanie boraksu i alkoholu poliwinylowego (PVA), a następnie dodanie odrobiny barwnika spożywczego. Zmieniając proporcję boraksu wpływamy na własności fizyczne zawiesiny. To dosyć obrzydliwe z wyglądu doświadczenia jest uwielbiane przez dzieci.
Polimorf to termoplastik, który może być formowany we względnie niskiej temperaturze 62°C.
Materiały
Dla dwóch 35-cio osobowych klas, w których uczniowie będą pracować w parach potrzeba 3 l PVA i 2 l roztworu boraksu.
W celu otrzymania 1 l roztworu PVA:
- Weź 40g PVA i uzupełnij wodą do objętości 1 l.
- Podgrzej całość od 40°C do 90°C. Pamiętaj o częstym mieszaniu (może to potrwać godzinę). W celu przyśpieszenia procesu owiń zlewkę folią aluminiową – pomoże to w zatrzymaniu ciepła.
W celu otrzymania 1 l, cztero-procentowego roztworu boraksu:
- Weź 40 g boraksu i uzupełnij wodą do objętości 1 l.
- Dobrze wymieszaj.
Uwaga: Boraks jest często stosowany w detergentach, środkach do zmiękczania wody, mydłach oraz środkach dezynfekujących.
Polimorf można kupić w Middlesex University Teaching Resources w Angliiw3 za cenę ok. 30€/kg (w Polsce oczywiście gdzieś indziej). Każdemu uczniowi należy dać po ok. 4-5g w osobnym pojemniku.
Przebieg
Uczniowie powinni:
- Wlać roztwór PVA do jednorazowej zlewki na wysokość ok. 1cm (na naszych zlewkach jest na ogół stosowna informacja: ze względu na dużą lepkość PVA cylindry pomiarowe nie nadają się to tego doświadczenia).
- Opcjonalnie: dodać kilka kropel barwnika spożywczego i zamieszać.
- Dodać dokładnie odmierzoną objętość boraksu i dobrze wymieszać.
Początkowo pokieruj każdą parą uczniów tak, aby dodali dokładnie określoną ilość boraksu – pomiędzy 4 a 10 ml.
- Założyć rękawice, po czym wyjąć zawiesinę ze zlewki i zbadać jej organoleptyczne własności poprzez rozciąganie.
Zademonstruj dzieciom termoplastyczny polimorf. Ma on postać bezbarwnych granulek, które po wrzuceniu do gorącej wody (powyżej 62°C) mogą być formowane w rożne ciekawe kształty jak na przykład ryby czy ptaki. Mniej kreatywni utworzą zwykłe piłeczki – mogą one posłużyć do ciekawych obserwacji. W zależności od tego jak ciepły jest polimer będzie on miał różne współczynniki sprężystości. Piłeczki po upuszczenia na podłogę będą odbijały się na różne wysokości.
Zegar jodynowy
W tym doświadczeniu dzieci badają zjawisko rozcieńczania i uczą się odmierzać objętości na tyle precyzyjnie, aby pewna reakcja chemiczna zmieniła kolor dokładnie po 30 sekundach. Często urządzamy zawody i wyłaniamy grupę, która najlepiej przeprowadziła to ćwiczenie – dla dzieci to dodatkowa zabawa.
W tym doświadczeniu używamy dwóch roztworów, którym nadajemy nazwy A i B (patrz niżej). Nie chcemy dezorientować dzieci trudnymi systematycznymi nazwami. Uczniowie otrzymują trzy małe zlewki wypełnione do połowy roztworem A, roztworem B oraz wodą, jak i również odpowiednio oznaczone cylindry pomiarowe (w celu uniknięcia zanieczyszczenia).
Substancje
Dla dwóch klas po 35 osób potrzeba 4l z każdego roztworu.
W celu otrzymania 4 l roztworu A zmieszaj ze sobą podane niżej odczynniki i uzupełnij wodą do objętości 4 l:
- 0.2 g skrobi rozpuszczalnej
- 30 ml kwasu octowego
- 4.1 g octanu sodowego
- 50 g jodku potasu
- 9.4 g tiosiarczanu sodu
W celu otrzymania 4 l roztworu B, weź 200 ml 30% roztworu wody utlenionej i uzupełnij wodą do objętości 4 l..
Przebieg
Upewnij się, że każda para uczniów posiada odpowiedni sprzęt i potrafi obsługiwać stoper. Następnie zademonstruj reakcję bez rozcieńczania czegokolwiek. Zmieszaj ze sobą 15ml roztworu A oraz B. Mikstura zmieni kolor na czarny po kilku sekundach.
Omów jaki wpływ na miksturę ma dodanie wody. Używaj określeń takich jak ‘mniej skoncentrowany” czy ‘bardziej rozcieńczony’ – pomoże to dzieciom zrozumieć co się dzieje. Instrukcje przekaż dzieciom ustnie żeby traciły jak najmniej czasu i od razu przeszły do części praktycznej.
Postaw dzieciom wyzwanie – niech rozcieńczą roztwory tak, żeby zmiana koloru na czarny nastąpiła po określonym czasie (wybieraj wartości pomiędzy 30 a 60 sekund). Każdej parze przydziel inny czas.
Konkurs może nie jest do końca sprawiedliwy, ponieważ zarówno objętość jak i stężenie mikstur ulega zmianom. Niemniej dzieciom eksperyment się bardzo podoba i pomaga im ćwiczyć umiejętności takie jak dokładne odmierzanie, obserwowanie i wyciąganie wniosków oraz praca z zespole. W ramach dodatkowej motywacji możesz zaproponować nagrodę dla najlepszej pary uczniów.
Dla uczniów szkół ponadpodstawowych można wprowadzić pewne zmiany, aby doświadczenie wymagało głębszego zastanowienia. Przykładowo można postawić warunek, że za każdym razem używamy jednakowej ilości roztworu B rozcieńczonego w odpowiedni sposób (co z naukowego punktu widzenia jest bardziej poprawne). Po zakończeniu eksperymentu ostrożnie wylej roztwory do zlewu i go opłucz. Zlewki można umyć i po wysuszeniu ponownie użyć. Jeżeli w sali nie ma bieżącej wody można użyć wiadra z wodą zawierającą tiosiarczan sodu, który przereaguje z jodyną.
Rozcieńczanie kwasów
Uczniowie uwielbiają obserwować to doświadczenie. Polega ono na rozcieńczeniu kwasu poprzez reakcję z magnezem. Najbardziej podoba im się moment w którym mogą podpalić wytworzony podczas reakcji wodór (towarzyszy temu charakterystyczne i głośne ‘pyknięcie’).
Substancje
- Wstęgi magnezu pocięte na 2cm fragmenty. Każdy uczeń będzie potrzebował 5 kawałków.
- Kwas solny (HCl) w czterech różnych stężeniach – (po 2 litry z każdego stężenia) – patrz na tabelkę poniżej.
Tabelka 1: Stężenia kwasu solnego
Szacunkowe stężenie (mole, M) |
Objętość 11 moli kwasu solnego (ml) |
VObjętość wody (l) |
2.0 |
364 |
2 |
1.5 |
273 |
2 |
0.1 |
182 |
2 |
0.5 |
91 |
2 |
Przebieg
Uczniowie powinni:
- Odmierzyć 10 ml jednego z kwasów i wlać do szklanej próbówki do podgrzewania.
- Dodać kawałek magnezu, włączyć stopper, a następnie go wyłączyć gdy syczenie ustanie.
- Zapisać wyniki do tabelki i przeliczyć wszystkie czasy na sekundy.
- Ostatnią (piątą) wstążkę magnezu należy użyć pod sam koniec. Uwalniany podczas reakcji wodór trzeba zebrać do drugiej próbówki i bezpiecznie go podpalić za pomocą drewnianego łuczywka.
- Porównaj wyniki doświadczenia z wybuchami balonów napełnionych wodorem w szkolnej auli.
Podczas wykonywania tego doświadczenia absolwenci pokazują dzieciom jak bezpiecznie podpalić gaz.