Temat: Wszechobecna krzemionka

Adresat

Uczniowie liceum ogólnokształcącego i technikum

Podstawa programowa:

Nowa podstawa programowa:

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres podstawowy:

XI. Zastosowania wybranych związków nieorganicznych. Uczeń:

1) bada i opisuje właściwości tlenku krzemu(IV); wymienia odmiany tlenku krzemu(IV) występujące w przyrodzie i wskazuje na ich zastosowania;

2) opisuje proces produkcji szkła; jego rodzaje, właściwości i zastosowania.

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres rozszerzony:

XI. Zastosowania wybranych związków nieorganicznych. Uczeń:

1) bada i opisuje właściwości tlenku krzemu(IV); wymienia odmiany tlenku krzemu(IV) występujące w przyrodzie i wymienia ich zastosowania;

2) opisuje proces produkcji szkła; jego rodzaje, właściwości i zastosowania.

Stara podstawa programowa:

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres podstawowy:

XI. Zastosowania wybranych związków nieorganicznych. Uczeń:

5. bada i opisuje właściwości SiOIndeks dolny 2₂; wymienia odmiany SiOIndeks dolny 2₂ występujące w przyrodzie i wskazuje na ich zastosowania.

Ogólny cel kształcenia

Uczeń omawia właściwości fizyczne, chemiczne i zastosowanie krzemionki.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• badać i opisywać właściwości fizyczne i chemiczne tlenku krzemu(IV);

• wymieniać występujące w przyrodzie odmiany SiOIndeks dolny 2₂ i określać ich zastosowanie;

• wyjaśniać, dlaczego szkła kwarcowego używa się do produkcji tygli laboratoryjnych i lamp stosowanych w medycynie do leczenia m.in. chorób skóry (głównie łuszczycy i trądziku);

• uzasadniać sposób przechowywania kwasu fluorowodorowego.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• aktywizujące

  • dyskusja;

  • burza mózgów;

  • mapa myśli.

• eksponujące

  • film.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery.

Przebieg lekcji

Faza wstępna

1. Nauczyciel rozdaje uczniom metodniki lub kartki w trzech kolorach: zielonym, żółtym i czerwonym do zastosowania w pracy techniką świateł drogowych. Przedstawia cele lekcji sformułowane w języku ucznia na prezentacji multimedialnej oraz omawia kryteria sukcesu (może przesłać uczniom cele lekcji i kryteria sukcesu pocztą elektroniczną lub zamieścić je np. na Facebooku, dzięki czemu uczniowie będą mogli prowadzić ich portfolio).

2. Prowadzący wspólnie z uczniami ustala – na podstawie wcześniej zaprezentowanych celów lekcji – co będzie jej tematem, po czym zapisuje go na tablicy interaktywnej/tablicy kredowej. Uczniowie przepisują temat do zeszytu.

3. BHP – przed przystąpieniem do eksperymentów uczniowie zapoznają się z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcji. Nauczyciel wskazuje na konieczność zachowania ostrożności w pracy z nimi.

Faza realizacyjna

1. Nauczyciel informuje uczniów, że będą pracowali metodą burzy mózgów. Ich zadaniem jest zgromadzenie informacji na temat tlenku krzemu(IV), czyli krzemionki. Uczniowie podają swoje propozycje, a moderator zapisuje je na tablicy w formie mapy myśli według wskazówek kolegów. Po fazie twórczej następuje weryfikacja pomysłów. Następnie nauczyciel wyświetla schemat „Występowanie tlenku krzemu(IV) w przyrodzie” i analizuje go wraz z uczniami, którzy w razie potrzeby uzupełniają mapę myśli.

2. Nauczyciel odwołuje uczniów do abstraktu i prosi o zapoznanie się z instrukcją eksperymentu „Badanie właściwości fizycznych krzemionki”. Dzieli uczniów na grupy, rozdaje odpowiedni sprzęt, szkło oraz odczynniki do wykonywania eksperymentu. Uczniowie formułują pytanie badawcze oraz hipotezy i zapisują je w formularzu w abstrakcie. Następnie wykonują czynności według instrukcji. Zapisują spostrzeżenia w formularzu. Nauczyciel zadaje pytania w odniesieniu do zanotowanych spostrzeżeń. Inicjuje tym dyskusję, z której wnioski uczniowie notują w formularzu.

3. Prowadzący lekcję zapowiada film. Poleca podopiecznym, żeby w formularzu zamieszczonym w abstrakcie zapisali pytanie badawcze i hipotezę. Następnie wyświetla film, a uczniowie odnotowują swoje obserwacje i wnioski. Nauczyciel wskazuje osobę, która dzieli się swoimi spostrzeżeniami i wyjaśnia zasadność zanotowanych przez siebie wniosków.

4. Następnie nauczyciel wraz z uczniami omawia reakcję krzemionki pod wpływem podgrzewania z solami, z węglem, z magnezem oraz z kwasem fluorowodorowym. Chętni/wybrani uczniowie zapisują odpowiednie równania na tablicy, a pozostali uczniowie w razie potrzeby uzupełniają je. Nauczyciel czuwa nad poprawnością wykonania zadania.

5. Nauczyciel dzieli uczniów na dwie grupy i rozdaje arkusze papieru, mazaki. Prosi jedną grupę o opracowanie zagadnienia zastosowania tlenku krzemu(IV), a drugą grupę – zagadnienia dotyczącego krzemu jako pierwiastka życia i elektroniki. Uczniowie mogą korzystać z abstraktu, podręcznika książkowego i internetu. Liderzy grup prezentują efekty pracy. Nauczyciel podsumowuje działania uczniów.

6. Pod koniec lekcji nauczyciel prosi uczniów o wykonanie ćwiczeń interaktywnych – praca indywidualna.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel prosi uczniów o rozwinięcie zdań:

   • Dziś nauczyłem się…

   • Zrozumiałem, że…

   • Zaskoczyło mnie…

   • Dowiedziałem się…

   W celu przeprowadzenia podsumowania może posłużyć się tablicą interaktywną w abstrakcie lub polecić uczniom pracę z nią

Praca domowa

1. Odsłuchaj w domu nagrania abstraktu. Zwróć uwagę na wymowę, akcent i intonację. Naucz się prawidłowo wymawiać poznane na lekcji słówka.

2. Przygotuj pięć pytań dotyczących omawianego obszaru, które mogłyby się znaleźć na kartkówce z lekcji.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

Ubiquitous silica

The outermost and best‑known layer of the Earth's rock is the Earth's crust. Only 11 elements occur in it in an amount greater than 0.1%, which is as much as 99,895% of the mass of this part of the globe. Watch the video from the e‑textbook and find out what elements the earth's crust consists of.

The second most‑spread element in the earth's crust is silicon, and silicon dioxide , commonly known as silica, is as common as water. Silica is the main component of sand, rocks and soils. In nature, we encounter it both in a crystalline form, with an ordered internal structure (as quartz, tridymite and cristobalite), as well as in the non‑crystalline form, i.e. amorphous (in the case of e.g. agates, opals, jasper, onyx, diatomaceous earth). These varietes are characterized by the lack of an ordered internal structure.

From the earliest times people have used the unusual properties of silica. A mineral called flint, thanks to its hardness, was used to strike a fire. It is brittle, and its shards have sharp edges, which is why it was used by the Paleolithic people as a raw material for the production of stone tools. Today flint is a raw material used in the ceramic industry and used for the production of paints. Coatings with silicate paints are durable, resistant to moisture and have high mechanical resistance. They are completely non‑flammable and resistant to the development of microorganisms. From striped flint due to the rarity of its occurrence, aesthetic values and appropriate hardness, original jewelry and decorations are created.

Melted quartz upon slow cooling creates so‑called quartz glass, which is used for production of, among others, lamps in solariums, hospital rooms, fiber optics, laboratory crucibles. Quartz crystals have piezoelectric properties. When we place them in a variable electric field, these crystals shrink and expand, emitting ultrasounds. Ultrasounds allow to obtain images of various objects, which was used in sonars – to locate icebergs, schools of fish, as well as in medicine - for USG examination. Quartz crystals are also used for the production of extremely accurate clocks and lighters and igniters – due to the piezoelectric effect, which consists in the formation of electric charges on the surface of this crystal, due to mechanical stresses. As a decorative stone it is used in jewelry. In the optical industry, it is used for the production of lenses and prisms.

Sand is the basic component of mortar and cement and a raw material for the production of ceramic products, as well as various types of glass, e.g. window, decorative, water. In addition, silicon and its alloys are obtained from sand, it produces carborundum (SiC – hard grinding material).

Silicon is a dark gray solid with a metallic gloss. It creates crystals similar to diamond crystals. It is a semiconductor. It is a hard element (6.5 on the Mohs scale) and fragile. It has a high melting point (1863 K), during which it reduces its volume, similar to water. It is not chemically active. Does not react with water nor acids, except for hydrofluoric acid. At room temperature, silicon reacts only with fluorine to form silicon tetrafluoride – ${\text{SiF}}_{\text{4}}$. After heating, it reacts with other halogens, with oxygen and nitrogen, so that at temperatures of about 1000 K oxide is formed ${\text{SiO}}_{\text{2}}$ and nitride${\text{Si}}_{\text{3}}{\text{N}}_{\text{4}}$, and at temperatures above 2300 K it reacts, among others with carbon, forming a carbide. At high temperatures, it also reacts with metals, forming silicates, e.g. ${\text{Mg}}_{\text{2}}\text{Si}$. In solutions of bases, silicon is dissolved with the evolution of hydrogen.

• Silicon dioxide occurs in nature in crystalline form, mainly as quartz, and amorphous as opal and diatomaceous soil.

• Silicon dioxide is a solid, crystalline, colorless, insoluble in water and other common solvents. It is a substance with a high melting point and high hardness.

• Silicon dioxide has low chemical activity; it does not decompose under the influence of high temperature, it does not react with water, acids (except for hydrofluoric acid), after heating it reacts with oxides and hydroxides of metals and with few elements, e.g. with carbon, magnesium. It is classified as an acidic oxide.