Supporting materials
Download
Download this article as a PDF
Mikrokémia: iskolai kísérletek Teach article
Fordította: Adorjánné Farkas Magdolna. Elias Kalogirou és Eleni Nicas válogatást mutat be a nagyon kis mennyiségű anyagot felhasználó iskolai kísérletekből.
szíves hozzájárulásával
közöljük
Az ipari folyamatokkal összehasonlítva minden iskolai kísérletnél kis mennyiségű anyagot használunk fel – 50 ml itt, 1 g ott. Az utóbbi három évben mégis bevezettük az iskolánkban a mikrokémiai kísérleteket – minden reagensből csupán egy-két csöppet használunk fel.
Sok előnye van ennek a módszernek. Ha kevés anyagot használunk fel, azzal csökkentjük a kísérletek elvégzéséhez szükséges időt, pénzt és a veszteség mennyiségét, ezáltal fejlesztjük a tanulókban a környezeti tudatosságot. Bár ezeknél a kísérleteknél is be kell tartani a szükséges biztonsági szabályokat, azonban a kis vegyszermennyiségek esetében eleve kisebb a kockázat – és a tanulók is könnyebben dolgoznak kis mennyiségű vegyszerrel. Nincs szükség a szokásos laboratóriumi üvegeszközökre, a háztartásban is megtalálható egyszerű anyagokkal, például rágógumi csomagolással is végrehajthatók a kísérletek. Ezek olcsók, többször használhatók és kis helyen lehet őket tárolni.
csomagolás
A képet Elias Kalogirou és Eleni
Nicas szíves hozzájárulásával
közöljük
A továbbiakban közöljük néhány olyan mikrokémiai kísérlet leírását, amelyeket 14-15 éves tanulókkal végeztünk el. A tanulók négy fős csoportokban dolgoztak. A tanár pedig úgy tudja bemutatni ezeket a mikrokísérleteket, hogy projektorral kivetíti.
Ezek a kísérletek szerepelnek a rendes görög tantervben ennél a korosztálynál, azonban általában nagyobb anyagmennyiségekkel.
Kísérletek
Ezeknél a kísérleteknél a szokásos méretű laboratóriumi eszközök helyett a rágógumi csomagolására használt, kis bemélyedésekkel rendelkező műanyag tartódobozt használjuk, amelyből természetesen előzetesen eltávolítjuk a védőfóliát és a rágógumikat (ld. a képen). Egyes gyógyszertabletták csomagolására használatos doboz is megfelelő lehet. A kísérletek a doboz egymástól elválasztott mélyedéseiben mennek végbe.
Biztonsági előírások:
- Az itt leírt kísérletek nagy részéhez sósav és nátrium-hidroxid szükségesek, amelyek használatánál kesztyűt és védőszemüveget kell viselni.
- Ilyen kis mennyiségnél és alacsony töménységnél a megmaradt vegyszereket bele lehet önteni a lefolyóba.
A kísérleti eljárások és az eredmények leírásához szükséges összes táblázatot Word® dokumentumként le lehet tölteni a Science in School weboldalárólw1.
Előkészületek
A képet Tamara Kulikova /
iStockphoto szíves
hozzájárulásával közöljük
A vöröskáposzta indikátor elkészítéséhez 10 g friss, feldarabolt káposztalevélre öntsünk 20 ml desztillált vizet, majd forraljuk fel. Addig forraljuk, míg a folyadék lila színű lesz. Hagyjuk kihűlni, majd szűrjük le a folyadékot, így megkapjuk az indikátor oldatot.
A nátrium-hidroxid (NaOH) oldat elkészítéséhez oldjon fel 0,4 g nátrium-hidroxidot 100 ml vízben.
A meszes víz (telített kálcium-hidroxid oldat) elkészítéséhez egy 500 ml-es főzőpoharat harmadáig töltsünk meg kálcium-hidroxiddal [Ca(OH)2] és adjunk hozzá annyi desztillált vizet, hogy elérje a 400 ml-es jelet. Jól keverjük össze, majd az így nyert szuszpenziót hagyjuk ülepedni néhány órán keresztül. A színtelen, telített oldatot (a meszes vizet) töltsük egy csepegtetős üvegbe, közben ügyeljünk arra, hogy ne keverjük fel az üledéket.
Hidrogén-klorid oldatot (15 m/m% ) néhány országban közönséges üzletekben is vásárolhatunk. Alternatívaként a laboratóriumban készíthetünk (körülbelül) 1 M-os oldatot.
(Ügyeljünk arra, hogy a hidrogén-klorid oldat töményebb legyen, mint a nátrium-hidroxid oldat, ugyanis ezzel biztosítjuk, hogy a sav-reakciók szabad szemmel is megfigyelhetők legyenek, míg a bázis-reakciókkal nem pazaroljuk a reagenseket.)
A kísérletekhez érdemes minden oldatot csepegtetős üvegbe önteni.
Célok
A képet alexeynovikov /
iStockphoto szíves
hozzájárulásával közöljük
Az első kísérlet célja, hogy a tanulók észrevegyék, hogy mind a savak, mind a lúgok megváltoztatják a pH indikátorok színét, azonban egymástól eltérő módon.
A második kísérletben a diákok megfigyelhetik, hogyan reagálnak a savak a fémekkel. Figyeljék meg a buborékképződést (pezsgést) és azt is, hogy a magnézium reakciója erősebb, mint a vasé (több hő és buborék keletkezik) – bár kevesebb savat használnak. Magyarázzuk meg a tanulóknak, hogy a keletkező gáz hidrogén.
A harmadik kísérletben a diákok megfigyelhetik, hogyan reagálnak a savak a karbonátokkal. Figyeljék meg a buborékképződést (pezsgést). Magyarázzuk meg a tanulóknak, hogy a keletkező gáz szén-dioxid.
A negyedik kísérletben a diákoknak lehetőségük nyílik arra, hogy gyakorolják a pH indikátor papír használatát. Megtanulják, hogy az indikátorral meg lehet határozni az oldat pH-ját, és azt is, hogy az oldat lehet savas vagy lúgos.
Az ötödik kísérletben a tanulók megvizsgálják a desztillált víz, a sósav és a nátrium-hidroxid oldat elektromos vezetőképességét. Megtanulják, hogy míg a desztillált víz nem vezeti az elektromos áramot, a savak és a lúgos oldatok egyaránt vezetik.
1. kísérlet: Az indikátorok színváltozása
végét, így az alkalmas lesz
arra, hogy kis mennyiségű
port adagoljunk vele
A képet Elias Kalogirou és Eleni
Nicas szíves hozzájárulásával
közöljük
Eszközök
- Rágógumi csomagolás, mélyedésekkel (ld. a fönti képet)
- Szívószál, ferdén levágva (ld. a baloldali képet)
- Olló
- Egyszer használatos kesztyű
- Védőszemüveg
Anyagok
- Sósav (15 m/m%-os vagy 1 M-os)
- Ammónia tartalmú háztartási tisztítószer (pl. Ajax® ablaktisztító)
- Nátrium-hidroxid oldat (0,1 M-os, az elkészítését ld. előbb)
- Meszes víz
- Vöröskáposzta indikátor
- Lakmusz indikátor oldat
- Fenolftalein indikátor oldat
- Citromlé
- Összetört aszpirin tabletta
- Desztillált víz
Módszer
- Az 1. táblázat alapján mindegyik mélyedésbe csöppentsen vizsgálandó anyagot (pl. citromlevet) és pH indikátort (pl. lakmusz indikátor oldatot).
|
1. mélyedés
|
2. mélyedés
|
|
3. mélyedés
Keverje össze az anyagokat |
4. mélyedés
|
|
5. mélyedés
|
6. mélyedés
|
- A második táblázatba írják be a megfigyelt színváltozásokat.
- Milyen következtetést tudnak levonni az eredményekből?
| Indikátor | Az indikátor eredeti színe | A sav hozzáadása utáni szín | Colour after base is added |
|---|---|---|---|
| Vöröskáposzta | 1. mélyedés: | 2. mélyedés: | |
| Lakmusz indikátor oldat | 3. mélyedés: | 4. mélyedés: | |
| Fenolftalein | 5. mélyedés: | 6. mélyedés: |
2. kísérlet: A savak hatása a fémekre
végével felvett vaspor
A képet Elias Kalogirou és Eleni
Nicas szíves hozzájárulásával
közöljük
Eszközök
- Rágógumi csomagolás, mélyedésekkel
- Szívószál, ferdén levágva
- Olló
- Egyszer használatos kesztyű
- Védőszemüveg
Anyagok
- Vas (Fe) por
- Magnézium (Mg) por
- Sósav (15 m/m%-os vagy 1 M-os)
Módszer
- A 3. táblázat alapján mindegyik mélyedésbe szórjon fémport (pl. vasat) és csöppentsen sósavat (hidrogén-klorid oldat).
|
1. mélyedés
|
2. mélyedés
|
- Mit figyelhetünk meg, amikor a sósavat a vasporra csöppentjük?
- Meg tudná magyarázni a különbség okát?
- Miben különbözik ez attól, amikor a savat magnéziumra csöppentjük?
iStockphoto szíves
hozzájárulásával közöljük
3. kísérlet: A savak hatása a karbonátokra
Eszközök
- Rágógumi csomagolás, mélyedésekkel Chewing-gum blister packet
- Szívószál, ferdén levágva
- Olló
- Egyszer használatos kesztyű
- Védőszemüveg
Anyagok
- Krétapor (CaCO3)
- Szódabikarbóna (NaHCO3)
- Sósav (15 m/m%-os vagy 1 M-os)
Módszer
- A 4. táblázat alapján mindegyik mélyedésbe szórjon karbonát-port (pl. krétaport) és csöppentsen hozzá sósavat.
|
1. mélyedés
|
2. mélyedés
|
- Mit figyeltek meg, amikor a savat a karbonátra csöppentették?
4. kísérlet: a pH indikátor papír használata
Eszközök
- Papírtörülköző
- A4-es méretű fehér papír
- Olló
- Egyszer használatos kesztyű
- Védőszemüveg
- pH indikátor papír vagy univerzál indikátor csík
Anyagok
iStockphoto szíves
hozzájárulásával közöljük
- Ecet
- Sósav (15 m/m%-os vagy 1 M-os)
- Ammónia tartalmú háztartási tisztítószer (pl. Ajax ablaktisztító)
- Meszes víz
- Desztillált víz
Módszer
- Tegyen egy réteg papírtörülközőt az asztalra, majd helyezzen rá egy A 4-es papírlapot.
- Vágjon le 4 cm hosszú darabokat az indikátor papírból (vagy használjon 5 univerzál indikátor csíkot) és egymástól jól elkülönítve helyezze azokat a fehér papírlapra.
- Mindegyik indikátor papírra cseppentsen 2 cseppet a különböző vizsgálandó oldatból (pl. ecet vagy meszes víz).
- Az indikátor papírok megváltozott színét hasonlítsa össze a megadott színskála színeivel és ennek alapján állapítsa meg a pH-t.
- Az 5. táblázat alapján jegyezze fel az összes oldat pH-ját és döntse el, hogy az oldat savas vagy lúgos.
| Megoldás | Ecet | Sósav | Ammónia | Meszes víz | Desztillált víz |
|---|---|---|---|---|---|
| pH | |||||
| Sav vagy bázis |
5. kísérlet: a desztillált víz, a sav és a bázis oldat vezetőképességének összehasonlítása
Eszközök
- Rágógumi csomagolás, mélyedésekkel
- Olló
- Egyszer használatos kesztyű
- Védőszemüveg
- Alumínium fólia
- 3 csatlakozó kábel krokodil csipeszekkel
- Ragasztó szalag
- 4,5 V-os telep
- LED (5 mm átmérőjű)
Anyagok
- Desztillált víz
- Sósav (15 m/m%-os vagy 1 M-os)
- Nátrium-hidroxid oldat (0,1 M-os, az elkészítésse a fentebb leírtak szerint)
Módszer
csatlakoztatása
- Vágjon le négy csíkot az alumínium fóliából. 6 cm-szer 0,5 cm méretűek legyenek..
- Az elektródák kialakításához illessze bele az alufólia csíkokat az első mélyedésbe, azután a ragasztó szalaggal rögzítse a csíkokat az asztalhoz, hogy ne mozduljanak el. (balra).
A következő lépés az elektromos áramkör összeállítása. (balra).
- A telep pozitív pólusát (P) kösse össze a LED anódjával (A), az egyik csatlakozó kábel felhasználásával. A második kábellel kapcsolja össze a LED katódját (B) az egyik alufólia csíkkal (C). A harmadik kábellel pedig a másik alufólia csíkot (D) kapcsolja rá a telep negatív pólusára (N).
- Desztillált vízzel töltse félig az 1. mélyedést. Így kap egy zárt áramkört.
összekapcsolása
A képeket Elias Kalogirou és
Eleni Nicas szíves
hozzájárulásával közöljük
Világít a LED?
Milyen következtetésre jutott? Vezeti-e a desztillált víz az elektromos áramot?
- Adjon 3 csepp sósavat az 1. mélyedésben lévő vízhez.
Most világít a LED?
Milyen következtetésre jutott? Vezeti-e a sósav oldat az elektromos áramot?
- Kapcsolja le a kábeleket a két fólia csíkról.
- Illesszen két új csíkot a 2. mélyedésbe és rögzítse azokat az asztalhoz (mint a 2. lépésben).
- Kapcsolja hozzá a kábeleket az új fólia csíkokhoz (F és G).
- Cseppenként addig adagoljon nátrium-hidroxid oldatot a 2. mélyedésbe, amíg el nem lepi a folyadék az alufóliák végét (nekünk hat cseppre volt szükségünk).
Világít a LED?
Milyen következtetésre jutott? Vezeti-e a nátrium-hidroxid oldat az elektromos áramot?
Köszönetnyilvánítás
A szerzők köszönetet mondanak Penelope Galanopoulou-nak, a 3. Pyrgos Lyceum Pierre de Coubertin angol tanárának azért, hogy ezt a cikket görögből angolra fordította.
Web References
-
w1 – A táblázatok, amelyek az összes kísérlet műveleteit és eredményeit tartalmazzák, Word dokumentumként innen letöllthetők here.
Resources
- Williams KL, Little JG (1997) Microscale Experiments for General Chemistry. Boston, MA, USA: Houghton Mifflin. ISBN: 9780669416060
- Zubrick JW (2003) The Organic Chem Lab Survival Manual: A Student’s Guide to Techniques 6th edition. New York, NY, USA: John Wiley & Sons. ISBN: 9780471215202
- Skinner J (1998) Microscale Chemistry: Experiments in Miniature. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry. ISBN: 9781870343497
- A görögül beszélők számára a következő könyvek lehetnek hasznosak:
- Κ. Γιούρη – Τσοχατζή (2003) Σχολικά Πειράματα Χημείας, Από τη Μακρο- στη Μικροκλίμακα. Θεσσαλονίκη , Ελλάδα : Εκδόσεις Ζήτη . ΙSBN: 9604318608
- Vörös káposzta indikátorral végzett további kísérleteket találhat:
- Lorenc A (2008) Investigating the action of urease. Science in School 9: 39-44. www.scienceinschool.org/2008/issue9/urease
Review
A természettudomány tanárok fontos feladata, hogy ne csak a tudományos elméletet tanítsák meg tanítványaiknak, hanem a kísérletezés technikáját is. Ezért a hagyományos gyakorlati munkát nem lehet és nem szabad elhagyni. Azonban érdemes figyelembe venni a gazdasági és környezetvédelmi tényezőket is, a ‘zöld kémia’ korában. Ha a hagyományos gyakorlati munkák közé beiktatunk valamennyi mikrokémiai kísérletet, az segítheti ennek a szemléletnek a fejlesztését. A mikrokémia kísérletek a fiatalabb gyerekek számára is hasznosak lehetnek.
Marie Walsh, Ír Köztársaság