Wiadomości ogólne
- Czas trwania zajęć: 45 minut
- Pojęcia kluczowe:
- dyfuzja,
- ciecz,
- temperatura,
- stężenie,
- ruchy cząsteczek,
- materia.
- Hipoteza sformułowana przez uczniów:
- Możliwe jest rozprzestrzenianie się cząsteczek w cieczach.
- Niemożliwe jest rozprzestrzenianie się cząsteczek w cieczach.
- Dyfuzja zależy od temperatury.
Doświadczenie
- Potrzebne materiały, przyrządy:
- Zadanie A
1 zlewka o pojemności 250cm3, łyżeczka, bagietka, woreczek z cienkiej foli, mąka ziemniaczana, woda destylowana, czajnik, jodyna, szalka Petriego.
- Zadanie B
4 zlewki o pojemności 100cm3, czajnik, pipeta Pasteura, stoper, woda destylowana, sok malinowy, atrament.
- Uwagi dotyczące BHP:
Doświadczenia należy wykonywać z zachowaniem odpowiednich środków bezpieczeństwa. Należy stosować kitel, okulary ochronne i rękawice. Użyte substancje są bezpieczne.
- Zmienne występujące w doświadczeniu:
Zadanie A
- zmienna zależna (co badamy?): zmiana zabarwienia kleiku,
- zmienna niezależna (co zmieniamy?):
- zmienna kontrolna (czego nie zmieniamy?): warunki, w których prowadzono doświadczenie.
Zadanie B
- zmienna zależna (co badamy?): zmiana zabarwienia wody,
- zmienna niezależna (co zmieniamy?): temperatura,
- zmienna kontrolna (czego nie zmieniamy?): stężenie soku i atramentu.
Instrukcja wykonania doświadczenia:
Zadanie A:
Do zlewki wsypujemy łyżeczkę mąki ziemniaczanej i wlewamy 15cm3 zimnej wody. Po wymieszaniu składników dolewamy jeszcze 100cm3 gorącej wody.
Łyżeczkę uzyskanego kleiku przenosimy na szalkę Petriego i dodajemy kilka kropel jodyny. Obserwujemy zmiany.
Następnie przygotowujemy woreczek foliowy wypełniony wodą i ponownie dodajemy kilka kropel jodyny. Woreczek umieszczamy w zlewce. Obserwujemy zmiany.
Obserwacje: Po kilku minutach zarówno kleik na szalce Petriego, jak i kleik w zlewce, zabarwił się na niebiesko.
Wnioski: Niebieskie zabarwienie spowodowane jest obecnością jodu, który znajduje się w jodynie i przechodzi przez folię podczas zetknięcia z kleikiem.
Zadanie B:
Przygotowujemy 4 zlewki. Do dwóch z nich wlewamy gorącą wodę, a do dwóch zimną wodę. Następnie za pomocą pipety Pasteura wkraplamy niewielką ilość soku malinowego (I zlewka – woda gorąca, II zlewka – woda zimna) oraz atramentu (III zlewka – woda gorąca, IV zlewka – woda zimna). Obserwujemy zachodzące zmiany i mierzymy czas do całkowitego zabarwienia roztworów.
Sok malinowy
| Numer próbki | Czas (s) |
| I próbka - gorąca woda | |
| II próbka - zimna woda |
Atrament
| Numer próbki | Czas (s) |
| III próbka - gorąca woda | |
| IV próbka - zimna woda |
Obserwacje: W próbkach I i III najszybciej cały roztwór uległ zabarwieniu.
Wnioski: Temperatura wpływa na szybkość dyfuzji w cieczach. Im wyższa temperatura, tym szybciej zachodzi proces.
- Wniosek ogólny:
W cieczach można zaobserwować zjawisko dyfuzji, czyli mieszania się stykających się substancji. Efektem dyfuzji jest wyrównanie stężenia w całej objętości fazy. Czynnikami przyspieszającymi dyfuzję w gazach są: temperatura, mieszanie oraz stężenie reagentów. Doświadczenie to dowodzi także, że materia zbudowana jest z drobin (cząsteczek), które są w ciągłym ruchu. Podczas ogrzewania lub mieszania cząsteczki zyskują dodatkową energię, która pozwala na przyspieszenie dyfuzji. Zjawisko to zachodzi wolniej niż w gazach, ale szybciej niż w ciałach stałych.
Szczególnym przypadkiem dyfuzji jest osmoza. Proces ten polega na przenikaniu cząsteczek z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu przez błonę półprzepuszczalną. Zjawisko to zachodzi m.in. w komórkach naszego ciała.
- Podsumowania doświadczenia:
- Co to jest materia? (Wszystko co nas otacza. Materia składa się z drobin i ma budowę ziarnistą).
- Co to jest dyfuzja? (Zjawisko samorzutnego przemieszczania się drobin jednej substancji względem drugiej).
- Czy możliwe jest, aby dyfuzja zachodziła w cieczach? (Tak).
- Dlaczego dyfuzja w cieczach zachodzi wolniej niż w gazach? (Ponieważ cząsteczki w stanie gazowym mają większą energię, niż cząsteczki w stanie ciekłym).
- Jakie czynniki mają wpływ ma dyfuzję w cieczach? (Temperatura, mieszanie, stężenie reagentów, ciśnienie).
- W jaki sposób wymienione czynniki przyspieszają dyfuzję w cieczach? (Poprzez dostarczenie dodatkowej energii cząsteczkom. Stężenie reagentów powoduje zwiększenie ilość cząsteczek).
- Wymień przykłady pozytywnych skutków dyfuzji. (Mieszanie składników – np. w kuchni, utrzymanie homeostazy w organizmie).
- Wymień negatywne skutki dyfuzji w przyrodzie. (Katastrofy ekologiczne - awarie tankowców, skażenia gleby przez nawożenie).
Podstawa programowa
- Cele, które zostaną osiągnięte w wyniku przeprowadzenia doświadczenia przez nauczyciela i uczniów pod kierunkiem nauczyciela:
a) wymagania ogólne – cele
- uczeń tłumaczy na czym polega ziarnista budowa materii;
- tłumaczy zjawisko dyfuzji w cieczach;
- podaje czynniki wpływające na szybkość dyfuzji w cieczach.
b) wymagania szczegółowe - treści nauczania
- uczeń doświadczalnie bada zachodzącą dyfuzję w cieczach;
- uczeń doświadczalnie bada wpływ temperatury na zjawisko dyfuzji;
- uczeń wykorzystuje zdobytą wiedzę do oceny wpływu dyfuzji na środowisko przyrodnicze.
Materiały do pobrania
Słowniczek
EKSPERYMENT, prowadzony zgodnie z metodą naukową, rozumiany jest jako proces, w trakcie którego badacz, uczeń, wprowadza zaplanowaną zmianę jednego czynnika i bada, jakie ta zmiana przynosi rezultaty, uważając przy tym, by pozostałe czynniki pozostały niezmienne.
OBSERWACJA rozumiana jako zaplanowane gromadzenie faktów, bez wprowadzania jakichkolwiek ingerencji w badane zjawisko. W trakcie obserwacji nie występuje zmienna niezależna, ponieważ nie ingerujemy w badany proces.
Eksperyment i obserwacja są realizowane zgodnie z metodą naukową, a to oznacza:
Postawienie PYTANIA BADAWCZEGO - Pytanie może być zadane przez uczniów lub zaproponowane przez nauczyciela. Pozwala to ukierunkować myśli i skoncentrować się na badanym problemie, uświadamia, że badania naukowe są wynikiem zaplanowanego działania.Dobrze skonstruowane pytanie badawcze jest pytaniem otwartym - uczeń sam chce znaleźć na nie odpowiedź.
Kolejnym krokiem jest postawienie HIPOTEZY, czyli prawdopodobnej, przewidywanej i wymyślonej przez uczniów odpowiedź na pytanie badawcze. Pamiętajmy, że przed wykonaniem eksperymentu nie ma złych lub dobrych hipotez, każda, nawet najbardziej śmiała jest dopuszczalna.
Kolejny etap to określenie ZMIENNYCH:
- ZMIENNA NIEZALEŻNA czyli to, co zmieniamy.
- ZMIENNA ZALEŻNA czyli wielkość, którą będziemy mierzyć, obserwować.
- ZMIENNE KONTROLNE czyli wszystko to, co musi zostać niezmienne.
ZMIENNA ZALEŻNA to parametr mierzony podczas doświadczenia, zmieniający się w zależności od zmian ZMIENNEJ NIEZALEŻNEJ.
W doświadczeniu naukowym pojawiają się również PRÓBY KONTROLNE. Bez kontroli nie można jednoznacznie stwierdzić, czy wyniki doświadczenia są wiarygodne. Kontrola pozytywna to dodatkowa próba, którą przeprowadzamy identycznie, jak próbę badawczą, ale z użyciem takiego czynnika (jeśli jest znany), który na pewno wywołuje pożądany efekt. Z kolei kontrola negatywna to dodatkowa próba, ale bez użycia czynnika, o którym wiemy, że wywołuje badane zjawisko. Z założenia, wynikiem tej próby będzie brak zmiany mierzonego parametru. Nie w każdym układzie doświadczalnym da się zaplanować obie próby kontrolne.
Zajęcia z pytaniem problemowym zakładają dyskusję między uczniami na podstawie dodatkowych pytań lub przykładów dostarczonych przez nauczyciela. Zajęcia te kształcą umiejętność doboru i formułowania argumentów, słuchania osób o innym stanowisku oraz wyciągania wniosków. W wyniku dyskusji cenne byłoby wypracowanie stanowiska, by uczniowie przekonali się, że każda konstruktywna rozmowa powinna zakończyć się rzetelnym podsumowaniem.
Gry dydaktyczne wykorzystują czynnik zabawy, co wspomaga przyswajanie wiedzy przez uczniów. Gry rozwijają pomysłowość, aktywność, samodzielność, umiejętność pracy w grupie oraz uczą radzenia sobie z emocjami. Grając uczymy się przez działanie i przeżywanie. Sukcesem jest osiągnięcie celu, a nie wygrana z innymi, czy zajęcie pierwszego miejsca. Najważniejsza w grze jest dydaktyka. Wygrywać mają wszyscy.
Bibliografia
- Chemia 1 – podręcznik dla gimnazjum, OPERON, M. Szczepaniak, B. Kupczyk, W. Nowak, Gdynia 2009.
- Chemia w gimnazjum, WSiP, Z. Kluz, K. Łopata, Warszawa 1999.
