Wprowadzenie do nauki chemii
Oglądając występ iluzjonisty, często zadajemy sobie pytanie: „jak to się stało?”. Podobne odczucia możemy mieć podczas obserwacji eksperymentów chemicznych. Czy to nie jest niesamowite, że łącząc ze sobą dwie substancje o różnych właściwościach, otrzymujemy trzecią, zupełnie inną? Co sprawia, że nauczyciel chemii umie „wyczarować” wybuchające wulkany, ciecz zmieniającą barwy czy chemiczny ogród z rosnącymi w oczach różnokolorowymi „roślinami”?
istostność poszukiwania odpowiedzi na pytania: dlaczego?, jak jest?, co się stanie, gdy...? w poznawaniu świata;
sposoby przewidywania przebiegu niektórych zjawisk oraz procesów przyrodniczych i wyjaśniania prostych zależności między nimi;
procedury wykonywania doświadczeń – stawianie hipotez i ich weryfikacja doświadczalna; sposób rejestracji wyników eksperymentu w różnej formie, sposób prowadzenia obserwacji i wyciągania z nich wniosków; objaśnianie przebiegu doświadczeń przy zastosowaniu poprawnej terminologii;
metody wyszukiwania interesujących informacji, wykorzystując różne źródła, których poprawność można zweryfikować.
jakie treści z zakresu chemii będą nauczane na tym etapie edukacyjnym;
jakie są sposoby sprawdzania osiągnięć edukacyjnych;
jakie są zasady oceniania na lekcjach chemii oraz jakie są warunki i możliwości poprawiania ocen w Twojej szkole.
1. Chemiczne czary. Czy chemia to nauka eksperymentalna?
Oczywiście! W chemii znajomość podstaw teoretycznych jest niezbędna do prawidłowej interpretacji wyników, uzyskanych w przebiegu doświadczenia. Z kolei umiejętne przeprowadzenie eksperymentu, któremu towarzyszą poprawnie sformułowane obserwacje i odpowiednie, wynikające z nich wnioski, umożliwiają dalszy rozwój tej dziedziny wiedzy.
Co to właściwie znaczy, że chemia jest nauką eksperymentalną? Czy taka forma tego przedmiotu może być realizowana w szkole, ale co ważniejsze – czy może być interesująca? Aby się o tym przekonać, wykonaj poniższe doświadczenie wg instrukcji. Spróbuj samodzielnie sformułować odpowiednie obserwacje i wnioski. W razie problemów, skorzystaj z pomocy nauczyciela.
Doświadczenie należy wykonywać w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Jeżeli nie masz możliwości przeprowadzenia doświadczenia, obejrzyj film zamieszczony poniżej.
Co to właściwie znaczy, że chemia jest nauką eksperymentalną? Czy taka forma tego przedmiotu może być realizowana w szkole, ale co ważniejsze – czy może być interesująca? Aby się o tym przekonać, wykonano wg instrukcji poniższe doświadczenie. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a w razie problemów ze zrozumieniem omawianych zagadnień, skorzystaj z pomocy nauczyciela.
Doświadczenie wykonano w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Poniżej doświadczenia zamieszczono film, omawiający jego przebieg.
Co było potrzebne:
woda destylowana;
wodorotlenek potasu;
glukoza;
błękit metylenowy (używany między innymi jako preparat akwarystyczny);
kolba stożkowa o pojemności ;
korek;
waga laboratoryjna;
cylinder miarowy.
Wykonywane czynności:
Odważono wodorotlenku potasu oraz glukozy.
Do kolby stożkowej wlano około wody destylowanej. Dodano do niej odważone wcześniej substancje oraz szczyptę błękitu metylenowego.
Kolbę zamknięto korkiem i energicznie potrząsano jej zawartością, aż do rozpuszczenia się wsypanych odczynników.
Kolbę odstawiono na pewien czas i obserwowano zachodzące wewnątrz niej zmiany.
Ponownie potrząśnięto kolbą i dokonano obserwacji zachodzących zmian.
Obserwacje:
Dodanie błękitu metylenowego wywołuje niebieskie zabarwienie roztworu, które po chwili zanika. Potrząsając kolbą można je łatwo z powrotem przywrócić. Po potrząśnięciu, kolor niebieski jest bardziej intensywny niż na początku.
Wnioski:
Obserwowanie naprzemiennie pojawiania się i zanikania niebieskiej barwy roztworu świadczy o tym, że w kolbie zachodzi odwracalna reakcja pomiędzy barwnikiem (błękitem metylenowym) i którymś z pozostałych składników mieszaniny reakcyjnej.
Podsumowanie:
Glukoza reaguje z barwnikiem (błękitem metylenowym), w wyniku czego powstają bezbarwne produkty. Potrząsanie naczyniem doprowadza do roztworu tlen z powietrza, co powoduje, że błękit metylenowy odtwarza się, dlatego roztwór ponownie przyjmuje niebieskie zabarwienie. Obserwowana zmiana barwy roztworu (z niebieskiej na bezbarwną i na odwrót) to wynik dwóch procesów, które zachodzą w przeciwnych kierunkach.
Zapoznaj się ze schematem obrazującym przebieg doświadczenia , a następnie wymień czynności laboratoryjne eksperymentatora, które mogłyby podlegać ocenie.
Błękit metylenowy w temperaturze pokojowej jest bezwonnym, ciemnozielonym proszkiem. Rozpuszcza się w wodzie, dając roztwór o intensywnie niebieskiej barwie. W chemii stosowany jest jako wskaźnik , w biologii i w diagnostyce medycznej jako barwnik (barwi żywe tkanki oraz wybrane komórki bakteryjne). Wykorzystywany jest także jako łagodny środek przeciwbakteryjny.
Jak sądzisz, czy wykonane wcześniej doświadczenie można zmodyfikować i uzyskać podobne, odwracalne reakcje, z wykorzystaniem innego barwnika? Wykonaj doświadczenie pod tytułem „Chemiczne światła drogowe”. Sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski, w których potwierdzisz postawioną hipotezę lub jej zaprzeczysz.
Doświadczenie należy wykonywać w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Jeżeli nie masz możliwości przeprowadzenia doświadczenia, obejrzyj film zamieszczony poniżej.
Jak sądzisz, czy wykonane wcześniej doświadczenie można zmodyfikować i uzyskać podobne, odwracalne reakcje, z wykorzystaniem innego barwnika? Aby się o tym przekonać, wykonano doświadczenie pt. „Chemiczne światła drogowe”. Zapoznaj się z przebiegiem doświadczenia, a następnie rozwiąż zadanie do doświadczenia.
Doświadczenie wykonano w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Poniżej doświadczenia zamieszczono film, omawiający jego przebieg.
Problem badawczy:
Czy reakcja indygokarminu i glukozy w roztworze z dodatkiem wodorotlenku sodu pozwala na naprzemienne otrzymywanie barwnego i bezbarwnego roztworu?
Hipoteza:
Reakcja pomiędzy indygokarminem i glukozą, zachodząca w roztworze z dodatkiem wodorotlenku sodu, jest odwracalna i pozwala na kilkukrotne uzyskanie barwnego roztworu po wstrząśnięciu mieszaniny reakcyjnej.
Co było potrzebne:
woda destylowana;
wodorotlenek sodu;
glukoza;
dwie kolby stożkowe o pojemności z korkami;
waga laboratoryjna;
cylinder miarowy.
Wykonywane czynności:
Odważono wodorotlenku sodu i glukozy.
Do pierwszej kolby stożkowej wlano około wody destylowanej o temperaturze około . Dodano do niej odważoną wcześniej glukozę i szczyptę indygokarminu.
Do drugiej kolby stożkowej wlano pozostałe około wody destylowanej, po czym rozpuszczono w niej odważony wcześniej wodorotlenek sodu.
Wodny roztwór wodorotlenku sodu wlano do kolby z roztworem glukozy i zamknięto ją korkiem. Obserwowano zachodzące zmiany.
Energicznie potrząśnięto zamkniętą kolbą. Ponownie obserwowano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
Dodanie roztworu wodorotlenku sodu do intensywnie niebieskiego roztworu glukozy i indygokarminu zmienia jego zabarwienie na czerwony, a następnie na żółty. Potrząśnięcie kolbą powoduje uzyskanie intensywnie zielonego koloru, który ponownie przechodzi w czerwony, a następnie żółty. Kolejne wstrząsania prowadzą do otrzymywania kolorów o coraz mniejszej intensywności.
Wnioski:
Reakcja zachodząca w roztworze z dodatkiem wodorotlenku sodu, pomiędzy indygokarminem i glukozą, jest odwracalna.
Podsumowanie:
W roztworze z dodatkiem wodorotlenku sodu, glukoza reaguje z indygokarminem (podobnie jak błękitem metylenowym), jednak w tym przypadku produkty reakcji są barwne. Czerwona barwa roztworu jest związana z obecnością w roztworze obu form indygokarminu (przereagowanej i nieprzereagowanej). Z kolei za żółty kolor roztworu odpowiedzialny jest końcowy produkt reakcji glukozy z indygokarminem. Wstrząśnięcie kolbą powoduje dostarczenie do roztworu tlenu z powietrza, dzięki któremu dochodzi do częściowego odtworzenia się niebieskiego barwnika, co skutkuje nadaniem roztworowi nietrwałej, zielonej barwy.
Przeprowadzane doświadczenia chemiczne mogą być nie tylko przydatne w nauce i zrozumieniu tego przedmiotu, ale także dawać wiele radości poprzez czasem zaskakujące, a nieraz piękne i niezwykle efektywne zmiany, które im towarzyszą. Jak myślisz, czy poprawna interpretacja uzyskanych wyników jest łatwa?
Wykonaj poniższe doświadczenie zgodnie z instrukcją. Sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski, w których potwierdzisz postawioną hipotezę lub jej zaprzeczysz.
Doświadczenie należy wykonywać w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, wykonano zgodnie z instrukcją poniższe doświadczenie. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie do doświadczenia.
Doświadczenie wykonano w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Problem badawczy:
Czy do poprawnej interpretacji obserwacji poczynionych w przebiegu eksperymentu wymagana jest obszerna wiedza?
Hipoteza:
Poprawne wyjaśnienie obserwacji dokonanych w przebiegu eksperymentu często wymaga znajomości podstaw chemii i fizyki.
Co było potrzebne:
szkło wodneszkło wodne;
woda destylowana;
kryształy następujących soli: azotanu kobaltu, azotanu miedzi, azotanu niklu, azotanu żelaza, siarczanu niklu, chlorku miedzi;
waga laboratoryjna;
cylinder miarowy;
bagietka;
zlewka.
Wykonywane czynności:
Do zlewki o pojemności wlano około roztworu szkła wodnego i dodano taką samą ilość wody. Zawartość zlewki wymieszano bagietką.
Do zlewki wrzucono kolorowe kryształy soli w taki sposób, aby jej dno było nimi równomiernie pokryte. Każdy kryształ miał masę około .
Tak przygotowany zestaw doświadczalny pozostawiono na około minut. Obserwowano zachodzące zmiany.
Obserwacje:
Po upływie kilku minut, każdy kryształ pokrywa się błonką i pęcznieje. W roztworze pojawiają się różnobarwne kształty, wyglądem przypominające rośliny.
Wnioski:
Zmiany zachodzące podczas eksperymentu nie wyglądają jak typowe rozpuszczanie ciała stałego w roztworze. Aby wyjaśnić, co odpowiada za taki przebieg eksperymentu i powstające w nim kształty, konieczna jest znajomość wielu zagadnień z zakresu chemii, a także fizyki.
Podsumowanie:
Pomiędzy rozpuszczającymi się solami a roztworem szkła wodnego dochodzi do tak zwanej reakcji wymiany. Mechanizm powstawania zaobserwowanych kształtów jest dość złożony i trudny do zrozumienia bez znajomości fizyki i chemii.
Zaproponuj własny tytuł do doświadczenia nr . Najciekawsze pomysły można zapisać na tablicy, a następnie wyłonić zwycięski tytuł na drodze głosowania. Najbardziej kreatywne pomysły można nagrodzić pozytywnymi ocenami.
Przeprowadzając doświadczenia chemiczne nie wolno nam zapominać, że reakcje mogą zachodzić w sposób gwałtowny, czasem nieprzewidywalny. Zawsze należy przestrzegać przepisów oraz dbać o środki ochrony osobistej. Przeprowadź poniższe doświadczenie zgodnie z podaną instrukcją, a następnie sformułuj odpowiednie obserwacje i wnioski.
Doświadczenie należy wykonywać w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Przeprowadzając doświadczenia chemiczne nie wolno nam zapominać, że reakcje mogą zachodzić w sposób gwałtowny, czasem nieprzewidywalny. Zawsze należy przestrzegać przepisów oraz dbać o środki ochrony osobistej. Przeprowadzono poniższe doświadczenie zgodnie z podaną instrukcją. Zapoznaj się z jego przebiegiem, a następnie rozwiąż zadanie do doświadczenia.
Doświadczenie wykonano w fartuchu, rękawicach i okularach ochronnych.
Problem badawczy:
Czy bezpieczne przeprowadzanie doświadczeń wymaga znajomości chemii?
Hipoteza:
Aby bezpiecznie przeprowadzić doświadczenie chemiczne, ważna jest nie tylko znajomość przepisów i dbanie o odpowiednie środki ochrony osobistej – konieczna jest także znajomość chemii.
Co było potrzebne:
perhydrol (roztwór nadtlenku wodoru o stężeniu około );
jodek potasu;
płyn do mycia naczyń;
cylinder miarowy o pojemności ;
kuweta lub duża miska.
Wykonywane czynności:
Cylinder miarowy wstawiono do kuwety.
Do cylindra miarowego bardzo ostrożnie wlano około perhydrolu.
Do cylindra dodano kilka kropli płynu do mycia naczyń.
Do naczynia wsypano niewielką ilość jodku potasu.
Obserwowano zachodzące zmiany. Ostrożnie sprawdzono ręką, czy temperatura naczynia uległa zmianie.
Obserwacje:
Po dodaniu jodku potasu do roztworu perhydrolu z kilkoma kroplami płynu do mycia naczyń rozpoczyna się gwałtowna i burzliwa reakcja chemiczna. Powstaje duża ilość gorącej piany.
Wnioski:
Reakcja przebiega w sposób gwałtowny, trudny do kontroli, a powstająca piana może stanowić zagrożenie. Brak wiedzy chemicznej, odnośnie do możliwego przebiegu eksperymentu, mógłby być niebezpieczny dla eksperymentatora.
Podsumowanie:
Jodek potasu stanowi katalizatorkatalizator reakcji rozkładu nadtlenku wodoru, do wody i cząsteczkowego tlenu. Wydzielający się w doświadczeniu tlen, dzięki obecności w naczyniu płynu do mycia naczyń, powoduje powstanie dużej ilości piany. To doświadczenie jest także nazywane „pasta dla słonia”.
Spośród obejrzanych doświadczeń, wybierz to, które Twoim zdaniem było:
najciekawsze;
najbardziej niebezpieczne;
najbardziej tajemnicze.
Uzasadnij swoją odpowiedź.
2. Tego się nauczysz…
Poniżej wymieniono wszystkie główne elementy nauczania przedmiotowego z zakresu chemii, które zostaną Ci przybliżone na tym etapie kształcenia. Zapoznaj się z nimi pokrótce, aby się dowiedzieć, czego będzie dotyczyć ten przedmiot oraz na jakie pytania możesz uzyskać odpowiedzi podczas jego nauki. Pamiętaj, że chemia jest wszędzie wokół nas, kreuje otaczającą nas rzeczywistość i pomaga w jej lepszym poznaniu. Wyjaśnienie wielu zaskakujących zjawisk, a także klucz do ich zrozumienia znajduje się na wyciągnięcie Twojej ręki – wystarczy, że jedynie zechcesz skorzystać z materiałów, które Ci przedstawiamy (E‑podręczniki) i zagłębić się w tajniki chemii.
Dział . Substancje i ich właściwości
Czy wiesz, w jaki sposób właściwości substancji chemicznych wpływają na ich zastosowanie? Czy umiesz je określić? Czy wiesz, co to jest mieszanina i jakie są ich rodzaje? A może ciekawi Cię, jak wygląda praca w laboratorium chemicznym i jakie zasady w nim panują?
Dział . Wewnętrzna budowa materii
Z czego zbudowany jest świat? Co kryje się wewnątrz atomu? Co to są pierwiastki chemiczne i czym różnią się od związków chemicznych? W jaki sposób korzystać z układu okresowego pierwiastków chemicznych?
Dział . Reakcje chemiczne
Czy wiesz, czym różni się substrat od produktu? Co to jest katalizator? Jakie mogą być typy reakcji chemicznych i w jaki sposób można te reakcje zapisywać?
Dział . Tlen, wodór i ich związki chemiczne. Powietrze
W jaki sposób można udowodnić istnienie powietrza? Jakie gazy je tworzą i jakie są ich właściwości i zastosowania? W jaki sposób można otrzymać tlen, wodór czy tlenek węgla? Jakie związki chemiczne może tworzyć tlen?
Dział . Woda i roztwory wodne
Jak zbudowana jest cząsteczka wody? Jakie właściwości wody sprawiają, że stanowi podstawowy rozpuszczalnik, bez którego nasze życie byłoby niemożliwe? Jakie typy roztworów możemy wyróżnić? Co to jest rozpuszczalność?
Dział . Wodorotlenki i kwasy
Czy tylko kwasy mają właściwości żrące? Co to znaczy, że roztwór wykazuje odczyn kwasowy, zasadowy lub obojętny? Czym jest i za pomocą jakich wskaźników możemy je określić? Czym są tak zwane kwaśne deszcze? Jaki kwas stosowany jest w akumulatorach, a jaki mamy w żołądku?
Dział . Sole
Czym jest sól w znaczeniu chemicznym? W jaki sposób można je otrzymywać i jakie są ich właściwości i zastosowanie? Czy sól używana w kuchni spełnia chemiczną definicję soli? Czy wiesz, w jakim celu wapnuje się glebę? Jak działają leki na nadkwasotę (tak zwaną zgagę)?
Dział . Związki węgla z wodorem – węglowodory
Czy wiesz, co to znaczy, że dany związek chemiczny nazywany jest „związkiem organicznym”? Jakie związki wchodzą w skład ropy naftowej? Dlaczego węglowodory są powszechnie stosowanym paliwem? Co to znaczy, że związek jest nasycony lub nienasycony?
Dział . Pochodne węglowodorów
Jakie pochodne węglowodorów wyróżniamy? Co to są alkohole i jakie są ich właściwości i zastosowania? Czy kwasy karboksylowe różnią się od kwasów, które znasz z wcześniejszych lekcji? Czy wiesz, że związki, które nadają zapach np. kwiatom czy owocom, często są estrami? Czym więc są estry i jakie jest ich znaczenie?
Dział . Substancje chemiczne o znaczeniu biologicznym
Czy wiesz, jakie klasy związków chemicznych tworzą Twoje ciało? Czy cukry, białka i tłuszcze można znaleźć tylko w kuchni? Czy skrobia i celuloza to cukry?
Zastanów się, który z działów może być dla Ciebie najbardziej interesujący. Podziel się swoją opinią z osobami w klasie.
3. Co będzie oceniane na lekcjach chemii?
Teraz już wiesz, z jakimi zagadnieniami będziesz mieć styczność podczas nauki chemii w najbliższych latach. Warto również wiedzieć, w jaki sposób nauczyciel może zweryfikować Twój stopień znajomości omawianego materiału i za co dokładnie możesz być oceniany na lekcjach chemii.
Wybrane elementy, które. mogą zostać poddane ocenie:
prace pisemne – sprawdziany;
prace pisemne – kartkówki;
wypowiedzi ustne;
aktywność na lekcji;
prace projektowe;
prowadzenie zeszytu;
czynności laboratoryjne;
przestrzeganie przepisów ;
dbałość o stanowisko pracy;
i inne.
Na podstawie informacji przekazanych podczas lekcji, przygotuj notatkę „Zasady oceniania na lekcjach chemii”. Uwzględnij w niej:
liczbę możliwych nieprzygotowań w semestrze;
zakres materiału, jaki mogą obejmować niezapowiedziane odpowiedzi ustne i kartkówki;
informacje na temat możliwości poprawy sprawdzianu.
Przykładowym narzędziem ułatwiającym ocenę własnej wiedzy z poprzednich zajeć może być tabela. Przy użyciu zaprezentowanego poniżej wzoru, możesz przygotować własny „Dziennik uczenia się”, który będziesz uzupełniać po każdej lekcji, co jednocześnie pozwoli Ci na utrwalenie poznanego materiału.
4. Ciekawostki chemiczne
W naszym otoczeniu i w naszym organizmie przez cały czas zachodzą reakcje chemiczne. Obserwujesz je na co dzień, nie zdając sobie z tego sprawy. Czy wiesz, że podczas gotowania i pieczenia także zachodzą reakcje chemiczne?
Zapoznaj się z filmem, który przedstawia wybrane ciekawostki chemiczne, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone poniżej.
Wykonaj samodzielnie doświadczenie „Chemiczny wulkan”.
W tym celu przygotuj proszek do pieczenia, ocet (roztwór kwasu octowego (etanowego) o stężeniu ), mały, wąski słoik, piasek lub plastelinę oraz dużą miskę. Słoik wstaw do miski i obsyp piaskiem bądź oklej plasteliną, aby powstała w ten sposób „góra” miała kształt stożka, podobnego do wulkanu. Do słoika wsyp pół małego opakowania proszku do pieczenia i wlej niewielką ilość octu. Obserwuj i opisz zachodzące zmiany. Jakie wnioski można z nich wyciągnąć?
Słownik
substancja, która przyspiesza reakcję chemiczną poprzez obniżenie jej energii aktywacji, sama nie ulegając trwałym przekształceniom w jej wyniku
wodny roztwór krzemianów sodu, potasu lub sodu i potasu (tzw. szkło wodne mieszane) o zmiennym składzie i wzorze ogólnym:
gdzie:
– lub
– współczynniki
Ćwiczenia
Piktogramy to proste symbole obrazkowe, które wskazują na rodzaj zagrożenia. Umieszczane są na opakowaniach różnych substancji chemicznych. Jaki rodzaj zagrożenia wskazuje piktogram przedstawiony poniżej?
Przeczytaj krótki tekst zamieszczony poniżej, a następnie rozwiąż dotyczące go zadanie.
Chemistry is the scientific study of the properties and behavior of matter. It is a natural science that covers the elements that make up matter to the compounds composed of atoms, molecules and ions: their composition, structure, properties, behavior and the changes they undergo during a reaction with other substances.
Źródło: Chemistry, wikipedia.org, 16.07.2021 [dostęp 17.08.2021]
RXyxvvXHUdByG
Bibliografia
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2002.
Encyklopedia PWN
Chemia, online: https://podstawaprogramowa.pl/Szkola-podstawowa-IV-VIII/Chemia, dostęp: 08.09.2021.