Wiadomości ogólne
- Czas trwania zajęć: 90 minut
- Pojęcia kluczowe:
- galwanizacja,
- miedziowanie.
- Hipoteza sformułowana przez uczniów:
- Można zabezpieczyć metale przed korozją.
Doświadczenie
- Potrzebne materiały, przyrządy:
- Zadanie A
Stalowy gwóźdź, papier ścierny, zlewka (500cm3), łyżeczka, pipeta, pinceta, szkiełko zegarkowe, alkohol etylowy, siarczan(VI) miedzi(II), kwas siarkowy(VI), waga.
- Zadanie B
3 zlewki (100cm3), 3 stalowe gwoździe, papier ścierny, lakier do paznokci, sól kuchenna, woda destylowana, alkohol etylowy.
- Uwagi dotyczące BHP:
Doświadczenia należy wykonywać z zachowaniem odpowiednich środków bezpieczeństwa. Niezbędny jest kitel, okulary ochronne oraz rękawice.
Kwas siarkowy(VI):
R: 35; Powoduje poważne oparzenia.
S: 26-30-45; Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. Nigdy nie dodawać wody do tego produktu. W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę.
Alkohol etylowy:
R11 Produkt wysoce łatwopalny.
S 7-16 Przechowywać pojemnik szczelnie zamknięty. Nie przechowywać w pobliżu źródeł zapłonu nie palić tytoniu.
- Zmienne występujące w doświadczeniu:
- zmienna zależna (co badamy?): wpływ kwasu na stal, powierzchnia gwoździa,
- zmienna niezależna (co zmieniamy?): rodzaj ochrony (oczyszczanie i polakierowanie to czynności dotyczące jednego gwoździa, zatem rodzaj ochrony zostaje – miedziowanie i lakierowanie),
- zmienna kontrolna (czego nie zmieniamy?): stężenie solanki.
Instrukcja wykonania doświadczenia:
Zadanie A:
Stalowy gwóźdź dokładnie czyścimy papierem ściernym, odtłuszczamy za pomocą alkoholu etylowego i przepłukujemy wodą destylowaną. Następnie do zlewki wlewamy 400cm3 wody destylowanej, dodajemy 4g siarczanu(VI) miedzi(II) i 3cm3 kwasu siarkowego(VI). Zanurzamy gwóźdź na kilka minut w przygotowanym roztworze, a następnie wyciągamy go na szkiełko zegarkowe. Obserwujemy zmiany.
Obserwacje: Po wyjęciu gwoździa można zaobserwować na nim cienką warstwę koloru miedzianego.
Wnioski: Miedź tworzy cienką warstwę ochronną na powierzchni stalowego gwoździa.
Zadanie B:
Przygotowujemy trzy zlewki z roztworem soli kuchennej. Do pierwszej z nich wkładamy stalowy gwóźdź pokryty warstwą miedzi, do drugiej stalowy gwóźdź oczyszczony za pomocą papieru ściernego, odtłuszczony i polakierowany bezbarwnym lakierem do paznokci, a do trzeciej stalowy gwóźdź bez wcześniejszych zabiegów konserwacyjnych. Odczekujemy 24h. Zapisujemy obserwacje.
Obserwacje: Na gwoździach z próbki I i II nie zaobserwowano zmian. Na gwoździu z próbki III pojawia się krucha brązowo-ruda substancja.
Wnioski: Proces miedziowania (powłoka galwaniczna) oraz konserwacji lakierem (powłoka ochronna niemetaliczna) ochroniły stal przed procesem korozji. Gwóźdź, który nie był poddany zabiegom ochronnym, uległ zardzewieniu.
- Wniosek ogólny:
Istnieje kilka sposobów na ochronę metali i ich stopów przed korozją. Może to być powlekanie szczelnymi powłokami (niemetaliczne – lakier; metaliczne – chrom, miedź). W przypadku metod metalicznych wykorzystuje się m.in. miedź i cynę, które mają mniejszą aktywność chemiczną od żelaza. Pokryte żelazo nie ulega wówczas korozji. Często wykorzystywaną metodą jest także uzyskiwanie stopów, np. stali nierdzewnej lub osłabienie agresywnego środowiska. Zdarza się tak, że metale same chronią się przed zjawiskiem korozji przez pokrywanie się warstwą własnego tlenku. Dotyczy to takich metali jak: chrom, glin, cyna. Szczególnym przypadkiem samoistnej ochrony ma miejsce na powierzchni miedzi, która pokrywa się zielonkawą warstwą – patyną. Jest to proces naturalny i pożądany, zachodzący pod wpływem czynników atmosferycznych. Patyna pomimo uszkodzeń mechanicznych sama się regeneruje.
- Podsumowania doświadczenia:
- W jakim celu stosuje się powłoki galwaniczne? (W celu ochrony przed korozją lub dekoracyjnych).
- W jakim celu podczas doświadczenia stosowany był alkohol etylowy? (W celu odtłuszczenia gwoździ).
- Jakie metale stosuje się do ochrony żelaza? (Metale, które mają niższą aktywność chemiczną od żelaza).
- Co to jest pasywacja? (Proces, w którym metal pokrywa się warstwą własnego tlenku, chroniąc przed korozją).
- Jakie metale ulegają pasywacji? (Chrom, glin, cyna).
Podstawa programowa
- Cele, które zostaną osiągnięte w wyniku przeprowadzenia doświadczenia przez nauczyciela i uczniów pod kierunkiem nauczyciela:
a) wymagania ogólne – cele
- uczeń wymienia metody zabezpieczeń metali przed korozją;
- wyjaśnia czym zajmuje się galwanotechnika.
b) wymagania szczegółowe - treści nauczania
- uczeń przeprowadza proces miedziowania;
- wykorzystuje powlekanie powierzchni metali powłokami metalicznymi i niemetalicznymi;
- wyjaśnia zjawisko pasywacji.
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 ogólna i nieorganiczna, Nowa Era, M. Litwin, Sz. Styka-Wlazło, J. Szymońska, Warszawa 2004.
