Wiadomości ogólne
- Czas trwania zajęć: 45 minut
- Pojęcia kluczowe:
- dyfuzja,
- materia,
- temperatura,
- stężenie,
- ruch powietrza.
- Hipoteza sformułowana przez uczniów:
- Substancja może samorzutnie rozprzestrzeniać się w innej substancji.
- Substancja nie może samorzutnie rozprzestrzeniać się w innej substancji.
- Zjawisko dyfuzji może występować w gazach, podobnie jak w cieczach i ciałach stałych.
Doświadczenie
- Potrzebne materiały, przyrządy:
- Zadanie A
Kadzidełko, dezodorant, kawa, napar mięty, zapałki, stopery, karty pracy.
- Zadanie B
2 zlewki (500cm3), 2 szkiełka zegarkowe, palnik, siatka ze spiekiem ceramicznym, trójnóg, kryształki jodu, pinceta.
- Uwagi dotyczące BHP:
Doświadczenia należy wykonywać z zachowaniem odpowiednich środków bezpieczeństwa.
Jod:
R: 20/21-50 Działa szkodliwie przez drogi oddechowe i w kontakcie ze skórą. Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne.
S: 23-25-61; Nie wdychać pary rozpylonej cieczy. Unikać zanieczyszczenia oczu. Unikać zrzutów do środowiska. Postępować zgodnie z instrukcją lub kartą charakterystyki.
- Zmienne występujące w doświadczeniu:
Zadanie A
- zmienna zależna (co badamy?): czas rozprzestrzeniania się gazów,
- zmienna niezależna (co zmieniamy?): rodzaj substancji,
- zmienna kontrolna (czego nie zmieniamy?): odległości uczniów od rozpylanych gazów.
Zadanie B
- zmienna zależna (co badamy?): szybkość dyfuzji,
- zmienna niezależna (co zmieniamy?): temperaturę,
- zmienna kontrolna (czego nie zmieniamy?): wielkość kryształu jodu.
Instrukcja wykonania doświadczenia:
Zadanie A:
W jednym końcu sali ustawiamy krzesełko i siadamy tyłem do tablicy. Z drugiego końca sali zostają rozpylone przygotowane substancje. Za pomocą stopera mierzymy czas, po którym poczujemy zapach. Wyniki zapisujemy w tabeli. Dobrane substancje mają intensywny i charakterystyczny dla siebie zapach. Otwarte okno miało być czynnikiem, który wywołuje ruch mas powietrza, ale zrezygnowałam z niego. Doświadczenie, które ukazywałoby rzeczywiście dyfuzję, pochłonęłoby dużo czasu. Przedstawione zjawisko nazywane jest adwekcją, czyli unoszeniem się cząsteczek transportowanej substancji makroskopowymi ruchami ośrodka. Złożenie zjawiska adwekcji i dyfuzji nazywamy konwekcją. Adwekcja może być wymuszona np. przez przeciąg w pokoju lub naturalna - wywołana różnicami gęstości ośrodka spowodowanymi różnicami temperatury lub stężenia.
Symulacja komputerowa "Dyfuzja a adwekcja"
Wnioski: Podczas pomiaru przy otwartym oknie szybciej odczuwany jest zapach.
Zadanie B:
W dwóch zlewkach umieszczamy niewielki kryształek jodu, a następnie obie zlewki przykrywamy szkiełkiem zegarkowym. Jedną ze zlewek umieszczamy nad płomieniem palnika. Obserwujemy rozprzestrzenianie się gazu w zlewce. Narysuj schemat mieszania się dwóch substancji na drodze dyfuzji.
Obserwacje: Zlewka, która była podgrzewana, szybciej wypełniła się kłębami ciemnofioletowego gazu.
Wnioski: Temperatura przyspiesza proces dyfuzji.
- Wniosek ogólny:
Zjawisko dyfuzji zachodzi w gazach podobnie jak w cieczach i ciałach stałych. Na ruch cząsteczek w powietrzu mają wpływ: temperatura, stężenie reagentów, ciśnienia. Materia składa się z drobin (cząsteczek). W gazach drobiny znajdują się w dużych odległościach od siebie, a ich ruch jest chaotyczny. Dyfuzja w gazach zachodzi szybciej niż w cieczach i ciałach stałych, ponieważ w gazach prędkość cząsteczek jest największa. Podczas ogrzewania cząsteczki otrzymują dodatkową energię, co wzmaga ich ruch.
- Podsumowania doświadczenia:
- Narysuj schemat mieszania się dwóch substancji na drodze dyfuzji.
2. Co to jest materia? (Wszystko co nas otacza. Materia składa się z drobin i ma budowę ziarnistą).
3. Co to jest dyfuzja? (Zjawisko samorzutnego przemieszczania się drobin jednej substancji względemdrugiej).
4. Czy możliwe jest, aby dyfuzja zachodziła w gazach? (Tak).
5. Dyfuzja zachodzi w gazach, cieczach i ciałach stałych. Która z nich zachodzi najszybciej i dlaczego? (Najszybciej dyfuzja zachodzi w gazach, ponieważ są duże odległości między cząsteczkami, ruch jest chaotyczny i cząsteczki mają największą energię).
6. Jakie czynniki mają wpływ na szybkość dyfuzji w gazach? (temperatura, stężenie reagentów, ruchy powietrza).
7. W jaki sposób wymienione czynniki przyspieszają dyfuzję w gazach? (Poprzez dostarczenie dodatkowej energii cząsteczkom poprzez podgrzanie układu, zmniejszenie ciśnienia lub wprowadzeniu ruchów powietrza. Stężenie reagentów powoduje zwiększenie ilość cząsteczek).
8. Wymień przykłady pozytywnych skutków dyfuzji w przyrodzie. (Aromaterapia, owady są wabione przez zapachy roślin – zapylanie).
9. Wymień negatywne skutki dyfuzji w przyrodzie. (Rozprzestrzenianie się chorób zakaźnych np. ospa wietrzna, dziura ozonowa, kwaśne opady).
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 gazach;
- podaje czynniki wpływające na szybkość dyfuzji w gazach.
b) wymagania szczegółowe - treści nauczania
- uczeń doświadczalnie bada zachodzącą dyfuzję w gazach;
- 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.
