Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na
Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na njegovem kolesu? Modul za poučevanje kemije v 8. razredu osnovne šole, kemijska reakcija in elementi v periodnem sistemu. Povzetek V tem modulu se bomo posvetili kovinam, predvsem železu. Še danes to široko uporabno kovino najdemo v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd. Ker pa železo reagira s kisikom in vodo, ki sta prisotna prav povsod, kaj hitro pride do korozije, imenovane tudi rjavenje. Zato je pomembno, da železne in jeklene objekte in predmete ustrezno zaščitimo. V učnem modulu se bodo učenci, preko zgodbe o Maticu in njegovi nesreči s kolesom ter samostojnim eksperimentalnim delom, seznanili s procesom rjavenja, načini zaščite in preprečevanja nastanka rje ter vpliva človeka na sam proces. Modul vključuje 1. Navodila za učence 2. Navodila za učitelja Način preverjanja in ocenjevanja znanja 3. 4. Učiteljevi zapiski Podroben opis scenarija ter učne vsebine in nalog, ki jih morajo učenci rešiti. Predlogi, kako poučevati z učnim modulom. Predlogi strategij in kriterijev ocenjevanja. Podane dodatne informacije o učni vsebini in rešitve nalog v navodilih za učence. Zahvala Modul je pripravila Alenka Medved (konzulent: dr. Iztok Devetak) po priporočilih EC FP7 PROFILES projekta na Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana. Spletna stran projekta je http://www2.pef.unilj.si/kemija/projekti.php; e-pošta: [email protected]; UL-PROFILES projektna skupina (2011) v okviru Konzorcijuma www.profiles-projects.eu. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 1 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Kompetence povezane z vsebino modula Iskanje, obdelava in vrednotenje podatkov iz več virov, uporaba osnovne strokovne terminologije pri opisovanju pojavov, procesov in zakonitosti, razvijanje eksperimentalnoraziskovalnega pristopa, odnosna in odločitvena zmožnost. Učni cilji povezani z vsebino modula Učenci: (a) opredelijo reaktante in produkte kemijske reakcije, (b) spoznajo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznajo pravila za urejanje kemijskih enačb, (c) poznajo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih elementov, (d) uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri proučevanju kemijskih reakcij in poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti, (e) razumejo kemijske reakcije z uporabo vizualizacijskih sredstev (modelov, animacij in submikroskopskih prikazov kemijskih reakcij) in se tako urijo v zapisovanju preprostih kemijskih reakcij z urejenimi kemijskimi enačbami (od makroskopskega prek submikroskopskega do simbolnega zapisa), (f) uporabljajo in predstavljajo podatke iz raznih virov oz. zbirk podatkov in s tem razvijajo spretnosti predstavitev lastnih izdelkov, (g) spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi (spojin) in vloge kemije v sodobnih tehnologijah. Vsebina učnega načrta: Reaktanti in produkti, Kemijske enačbe in urejanje kemijskih enačb reakcij nastanka preprostih spojin, Glavne skupine PSE (značilne lastnosti in uporaba): alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine, izbrani prehodni elementi. Metode in oblike dela: metode: besedne metode (ustna razlaga, pogovor, delo z besedilom, metoda pisanja); eksperimentalne metode; metode izkustvenega učenja (reševanje problemov); oblike: frontalna, indvidualna, skupinsko delo didaktični sistemi: timski pouk Predviden čas: 3 šolske ure (45 min) Predznanje: Učenec naj bi že znal: (a) utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov snovi, Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 2 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem (b) razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami, (c) poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz. spojin, (d) poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih elementov prehoda, (e) na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa opisati zgradbo atoma izbranega elementa glavnih skupin PSE, (f) razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom, (g) povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno, (h) prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij, (i) da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase, (j) zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 3 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Aktivnosti učencev Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na njegovem kolesu? Ime in priimek: __________________________ Skupina: ____ Razred: ___ Zakaj se to učim? Kaj je uničilo verigo na Matičevem kolesu? Matic je pred dvema letoma za rojstni dan dobil novo kolo. Z njim se je vsak dan ponosno vozil v šolo. Kljub nestrinjanju staršev, se je z njim vozil tudi v slabem vremenu in marsikdaj prišel v šolo ves premočen. Kolo je vedno imel naslonjeno kar na ograjo pred blokom ali šolo. Nekega dne je že zamujal k pouku, ko je odklepal ključavnico na kolesu. Da bi do časa prišel v šolo, je močno pritisnil na pedala. Kar naenkrat pa je pri pedalih škrtnilo in Matic je izgubil oblast nad kolesom. Komaj se je ustavil, da ni povozil sosedove Nike, ki je prav tako zamujala. Stopil je s kolesa in si natančneje ogledal, kaj se je zgodilo. Opazil je, da je veriga izgubila sijaj, na nekaterih mestih pa je nastala rjava plast, ki jo je zasledil tudi na drugih delih kolesa. Matic je žalostno pripešačil do šole in vso pot razmišljal, kaj se je zgodilo z njegovo verigo na kolesu. Bi mu znal pomagati? Kaj naj Matic naredi, da se mu nesreča z novo verigo ne bo več ponovila? Da boš Maticu lažje priskočil na pomoč sledi nadaljnjim navodilom. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 4 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem (1) Učni cilji: Opredelimo reaktante in produkte kemijske reakcije, spoznamo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznamo pravila za urejanje kemijskih enačb, poznamo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih elementov. (2) Učni dosežki: Spoznati proces rjavenja, ki se pojavlja v vsakdanjem življenju in pod kakšnimi pogoji poteka. (3) Predzanje: utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov snovi, razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami, poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz. spojin, poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih elementov prehoda, na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa opisati zgradbo atoma izbranega elementa glavnih skupin PSE, razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom, povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno, prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij, da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase, zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin. (4) Viri: Uporabljajte navodila za vaje in učbenik, ki ga imate na razpolago. (5) Novi pojmi: rjavenje, korozija, reaktivnost kovin, žrtvena kovina, galvanizacija Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 5 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Naloge učencev I. DEL V skupini se s sošolci pogovori o nesreči, ki se je pripetila Maticu. S pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta poskušajte ugotoviti, kaj je bil vzrok za strgano verigo na kolesu. Iz kakšnega materiala je veriga? Kje se še uporablja ta material? In kakšne so njegove lastnosti? Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kaj meniš, kakšen je bil vzrok nastanka obloge? Matic nima denarja za novo kolo. Kako bo moral Matic skrbeti za svoje kolo, da se mu nesreča ne bo ponovila? Ugotovitve zapiši v nekaj stavkih. Skupina poroča preostalemu razredu in med seboj primerjajo ugotovitve. II. DEL Skupaj ste ugotovili, kaj se je zgodilo z verigo na Matičevem kolesu. Zakaj je do tega prišlo? Da boš lažje ugotovil, kakšni pogoji so potrebni za nastanek rjave obloge, izvedi naslednje poskuse. A. Kako nastane ______________ (rjava obloga)? Namen eksperimentalnega dela Namen eksperimenta je ugotoviti, kakšni pogoji so potrebni, da rjava obloga sploh nastane. Potrebuješ: Potrebščine: stojalo za epruvete 4 epruvete 4 enake železne žeblje steklena palčka žlička 50 mL čaša čaša za vodo kapalki Kemikalije: voda 2 mL olja žlička soli Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 6 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Potek dela: 1. Vzemi 4 epruvete in jih označi s številkami od 1 do 4 kot je prikazano na spodnji skici. 2. V vsako epruveto daj železni žebelj. 3. V epruveto 1 dodaj pol žličke kalcijevega klorida in epruveto dobro zapri z zamaškom. 4. V epruveto 2 dodaj toliko mililitrov vode, da bo pokrila celoten žebelj. Nato počasi dolij še 2 mL olja. 5. V epruveto 3 nalij toliko mililitrov vode, da bo prekrila celoten žebelj. 6. V 50 mL čaši najprej naredi vodno raztopino soli tako, da 40 mL vode dodaš žličko soli in dobro premešaš, da se vsa sol raztopi. Nato v epruveto 4 dodaš toliko mililitrov vodne raztopine soli, da prekrije celoten žebelj v epruveti. 7. Nato sproti zapisuj opažanja pri eksperimentu po 1 dnevu, 1 tednu, 14 dneh … Skica 1: Oglej si skico poskusa in ugotovi, v katerih epruvetah bo železo rjavelo, ter zapiši opažanja. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 7 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Opažanja Opažanja Epruveta 1 Epruveta 2 Epruveta 3 Epruveta 4 Epruveta 1 Epruveta 2 Epruveta 3 Epruveta 4 po 1 dnevu po 1 tednu po 14 dneh Sklepi Sklepi Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 8 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem B. Kako najbolj učinkovito zaščititi železo in jeklo pred rjavenjem? Železo in jeklo sta pogosto uporabljena v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd. Zato je zelo pomembno, da ga primerno zaščitimo. Ena od možnosti je uporaba drugih kovin, ki jih nanesemo na železo in tako preprečimo stik z vodo in kisikom. Kakšno kovino izbrati, da bo najbolje zaščitila železo oz. jeklo? REAKTIVNOST KOVIN Kovine so običajno razdeljene glede na njihovo reaktivnost. Razlikujemo jih glede na to, kako reagirajo z vodo, kislinami in kisikom. Reaktivnejše kovine hitreje reagirajo z elementi in spojinami iz okolja. Alkalijske kovine (I. skupina PSE, z izjemo vodika) burno reagirajo s kisikom in vodo, zato jih hranimo v petroleju, da ne bi prišle v stik s kisikom v zraku. V naravi jih v elementarni obliki ne najdemo. Zemljoalkalijske kovine (II. Skupina PSE) nekoliko manj burno reagirajo od alkalijskih kovin, a tudi njih v naravi najdemo le v obliki spojin. Ob stiku z vodo tvorijo hidrokside in vodik, s kisikom pa ustrezne okside. Med prehodne elemente uvrščamo kovine s »pravimi« kovinskimi lastnostmi, kot so visoko tališče in vrelišče, trdnost, kovnost itd. Te kovine so manj reaktivne, na zraku so bolj obstojne in ne reagirajo hitro z vodo. Slika 2: Periodni sistem elementov razdeljen na kovine, polkovine in nekovine. Z vijolično so označeni elementi iz tabele 1 v nadaljevanju (Smrdu idr., b.d.). V tabeli (Tabela 1) je prikazanih in po reaktivnosti razporejenih nekaj elementov iz vseh treh skupin kovin. Kalij, natrij, litij in kalcij ob stiku burno reagira z vodo, kislinami in Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 9 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem kisikom. Nižje v tabeli se nahajajo magnezij, aluminij, cink, železo, kositer in cink, ki z vodo ne reagirajo takoj kot višje zapisani elementi iz I. in II. Skupine PSE, ampak hitro reagirajo s kislinami in kisikom. Sledijo baker, živo srebro in srebro, ki reagirajo le s kisikom. Na dnu je zlato, ki je zelo nereaktivno in ne reagira z vodo, kislinami ali kisikom. Manj reaktivna je kovina, lažje jo pridobivamo. Zlato običajno najdemo v čisti obliki, saj je zelo nereaktivno in ne reagira z elementi in spojinami iz okolice (Mexus Education Pvt, 2013). litij kalij Li K kalcij Ca natrij Na magnezij Mg aluminij Al cink Zn železo Fe svinec Pb kositer Sn baker Cu živo srebro Hg srebro Ag zlato Au zelo reaktivne kovine takoj reagirajo z vodo hitro reagirajo s kislinami reagirajo s kisikom zelo nereaktivne kovine Tabela 1: Reaktivnosti nekaterih kovin KOROZIJA KOVIN Z nekaj izjemami so čiste kovine v zemeljski atmosferi termodinamsko nestabilne, kar pomeni, da spontano reagirajo z okolico in prehajajo v stabilnejše spojine. Pri kovinah, ki reagirajo s kisikom pride do procesa korozije. Spajanje elementa s kisikom imenujemo oksidacija (Glažar, Godec, Vrtačnik, & Wissiak Grm, 2004). Namen eksperimentalnega dela Namen eksperimenta je ugotoviti, katere kovine so najprimernejše za zaščito železa in jekla. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 10 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Potrebuješ: stojalo za epruvete, 5 epruvet, 5 enakih železnih žebljev, žice ali trakovi različnih kovin (aluminij, cink, svinec, baker …) Potek dela 1. Izberi 4 kovine, ki jih boš preizkusil za zaščito železnih žebljev. 2. Označi 4 epruvete s simboli izbranih kovin, na peto epruveto pa zapiši oznako KS, ki jo boš uporabil za kontrolno skupino. 3. Del žeblja ovij v žico izbrane kovine in ga postavi v ustrezno epruveto. 4. Dolij toliko vode, da bo celotni žebelj v vodi. 5. Ena epruveta predstavlja kontrolno skupino (oznaka KS), zato vanjo daj žebelj in dolij toliko vode, da bo celotni žebelj v vodi. 6. Počakaj 7 – 14 dni nato pa opažanja zapiši in odgovori na vprašanja. Opažanja in sklepi Izbral sem kovine: _________________________________________________________ Zakaj si izbral te kovine? Predvidevaj, kakšni bodo rezultati poskusa za vsako uporabljeno kovino? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ Oblikuj tabelo, v katero boš zapisal opažanja in sklepe pri poskusu. V tabeli morajo biti jasno podana opažanja za vse uporabljene kovine pri poskusu. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 11 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem C. Kako na rjavenje vplivajo dejavniki: slanost, kislost, temperatura … ? Spoznal si, čemu se je treba izogniti, da tvoje kolo ne bo zarjavelo. So pa tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na rjavenje. Izberi si enega od dejavnikov in oblikuj poskus, s katerim boš preverjal in poskušal odgovoriti na svoje raziskovalno vprašanje. Napiši navodila za izvedbo poskusa po spodnjem obrazcu. Raziskovalno vprašanje: Odvisna spremenljivka: Neodvisne spremenljivke: Potrebščine: Varnost Potek dela: Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 12 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Opažanja: Sklepi: Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 13 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Vprašanja za utrjevanje znanja Ključna vprašanja A. Kako nastane ______________ (rjava obloga)? 1. Na spodnjo skico doriši spremembe v epruvetah, ki si jih opazil po 14 dneh. V katerih epruvetah je prišlo do procesa rjavenja? V kateri epruveti proces rjavenja poteka najhitreje? Zakaj smo v epruveto 1 dodali kalcijev klorid? Zakaj smo epruveto 1 zamašili z zamaškom? Zakaj smo v epruveto 2 dodali olje? V čem se razlikujejo pogoji reakcij v epruvetah 1, 2, 3 in 4? Kako smo te pogoje zagotovili? Opiši za vsako epruveto posebej. 8. Reaktanti pri procesu rjavenja so: ____________________________________ 9. Produkt je rja. Kako to spojino še imenujemo? 10. Zapiši besedno enačbo za kemijsko reakcijo nastanka rje? 2. 3. 4. 5. 6. 7. B. Kako najbolj učinkovito zaščititi železo in jeklo pred rjavenjem? 1. Zakaj za poskus nisi izbral natrija in kalija? 2. Kovine se med seboj razlikujejo tudi po reaktivnosti. Kakšne kovine so najbolj ustrezne za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem glede na rezultate vaših eksperimentov? Na sliki obkroži izbrane skupine. zelo reaktivne kovine zelo nereaktivne kovine Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 14 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Slika 3: Prikaz reaktivnosti nekaterih kovin 3. S pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta razišči, na kakšne načine ljudje poskušamo zaščititi železo in jeklo. Ugotovitve zapiši v krajšem odstavku. 4. Za vsako izbrano kovino pri eksperimentalnem delu zapiši, kakšen način jo uporabljajo ali bi jo lahko uporabili pri zaščiti železa? Naloge za vajo 1. Zapiši agregatna stanja reaktantov in produktov pri kemijski reakciji nastanka rje: železo:________________ kisik:__________________ voda:_________________ rja: ___________________ 2. Razvrsti kovine po reaktivnosti od najbolj reaktivne do najmanj reaktivne: zlato, železo, natrij, baker, kalij, svinec, magnezij. 3. Dopolni spodnje tabele. Doriši ustrezne delce, predstavi prikazano reakcijo z besedilom in zapiši urejeno enačbo reakcije. + aluminij + + kisik + + O2(g) + Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 15 Al2O3(s) Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem + Cu(s) Mg( ) + + kisik + + O2( ) + + + + + + + CuO( ) magnezijev oksid (s) 4. Dopolni križanko tako, da oblikuješ 8 vprašanj, ki bodo dala naslednje odgovore: alkalijske, zemljoalkalijske, oksidacija, rja, prehodni elementi, jeklo, železo, korozija, žrtvena kovina, reaktivnost, svinec, baker, aluminij, kalij, natrij. Izbranih 8 odgovorov vpiši v križanko tako, da bo rešitev križanke RJAVENJE. 1. R 2. J 3. A 4. V 5. E 6. N 7. J 8. E Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 16 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Ali razumem 1. Kako soljenje cest vpliva na hitrost rjavenja? 2. Kako kisel dež vpliva na hitrost rjavenja? 3. Kdaj bo hitreje potekala kemijska reakcija nastajanja rje: pozimi ali poleti? Zakaj? Upoštevaj, da so v obeh primerih v enaki meri prisotni vsi potrebni reaktanti. 4. Glede na reaktivnost sta najbolj primerni platina in zlato, saj sta zelo nereaktivni kovini. Zakaj ju potem ne uporabljamo za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem? III. DEL A. Problemska naloga Kaj bi predlagal Maticu? Matic je kupil novo verigo in se želi izogniti ponovni nesreči. Glede na to, kaj si prebral v literaturi v nekaj stavkih zapiši predlog Maticu, kako naj zaščiti verigo na kolesu pred ponovnim rjavenjem. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 17 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem B. Problemska naloga: »Ali je kaj trden most?« »Kakor kamen, kost!« Preberi članek o Katastrofi na Silver bridgu. Ljudi je nesreča zelo pretresla in se sprašujejo, kaj je povzročilo, da se je most zrušil. Si inžinir, ki je preiskoval nesrečo. Analize so pokazale, da je bil most slabo vzdrževan in je prenašal večje obremenitve kot je bilo sprva predvideno. Jeklene verige, ki so bile sestavljene na podoben način kot verige pri kolesih so bile med seboj povezane z gibljivimi členki. Zaradi prekomerne obremenitve, uporabe neprimernega materiala ter vremenskih razmer, se je samo eden od členkov zlomil in bil vzrok, da je celoten most pristal v reki Ohio. Tvoja naloga kot strokovnjaka je, da napišeš kratko novico za revijo The Old Post, v kateri boš javnosti razložil: Zakaj je prišlo do zrušitve mostu? Kaj ja rja in kako nastane? Predlagaj, kako v nadaljnje preprečiti take nesreče? Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 18 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na njegovem kolesu? Navodila za učitelja Glavni namen vseh PROFILES modulov je, da se učenje začne na način, ki spodbudi interes učencev za učenje vsebine. To predstavlja takoimenovani scenarij, ki je na začetku modula zapisan kot zgodba v socio-naravoslovnem kontekstu, ki poleg motivacijske vloge predstavlja tudi možnosti ugotavljanja dejanskega predhodnega znanja učencev in tudi sprožiti razpravo o tem katero dodatno naravoslovneo znanje je potrebno za nadalnjo diskusijo o problemu in njogovo rešitev. Nadaljnja razprava o scenariju je ključna komponenta PROFILES stretegije poučevanja, saj predstavlja uvod v "IL" in "ES" v akronimu PROFILES. Prvi predstavlja učenje z raziskovanjem, in drugi širše učenje o določenem problemu, ki izhaja iz doseganja ciljev izobraževanja (glej učne rezultate). Že definicija učneja z raziskovanjem vključuje dejstvo, da so učenci aktivni pri izgradnji svojega znanja. Takšen pristop zahteva nek "sprožilec", da steče raziskovanje in je v večini primero raziskovano vprašanje (ali vprašanja), ki jih v najboljših primerih učenci sami postavijo. Raziskovalno vprašanje nato vodi raziskovalno učenje. Raziskovano učenje omogoča učencem, da naprej razmišljajo o rešitvah problema in pridobivanju podatkov s prve roke, kot je eksperimentiranje, in s tem pridobivanje procesnih spretnosti, ali zbiranje podatkov z druge roke, kot so različni viri. Rezultat teh dejavnosti je razlaga pridobljenih podatkov, zato, da se pridobi rešitev naravoslovnega problema. V tem učnem modulu, predstavlja uvod (socio-naravoslovni scenarij) Matičeva nesreča s kolesom na poti v šolo, ko se mu nenadoma, zaradi neznane rjave obloge na verigi kolesa, strga veriga. Ta socio-naravoslovni kontekst naj bi učence spodbudil k razmišljanju: Kaj se je zgodilo z verigo na Matičevem kolesu? Bi mu znal pomagati? Kaj naj Matic naredi, da se mu nesreča z novo verigo ne bo več ponovila? Iz kakšnega materiala je veriga? Kje se še uporablja ta material? In kakšne so njegove lastnosti? Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kakšen je bil vzrok nastanka obloge in kje vse se še lahko ta obloga pojavi? To je le nekaj vprašanj, ki jih lahko sproži scenarij in bi omogočal pričetek razprave med učenci (priporočeno je da se ta del učnega modula izvege v skupinah po štiri učence). Učitelj seveda vodi učence do učenja specifičnih naravoslovnih pojmov, kot jih predpisuje učni načrt za kemijo v 8. razredu osnovne šole (glejte cilje učnega načrta zgoraj). Pomembno je tudi, da učitelj do določene mere preveri predhodno znanje učencev, ker tako lahko ustrezno načrtuje svoje nadaljnje delo. Predznanje tega modula naj bi bilo: (a) utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov snovi, Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 19 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem (b) razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami, (c) poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz. spojin, (d) poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih elementov prehoda, (e) na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa opisati zgradbo atoma izbranega elementa glavnih skupin PSE, (f) razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom, (g) povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno, (h) prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij, (i) da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase, (j) zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin. Glede na zgoraj navedeno drži, da ima socio-naravoslovni scenarij velik pomen pri uvajanju nadaljnjega učenja specifične naravoslovne vsebine modula, ki je v PROILES modulih, doseženo s pristopom učenja z raziskovanjem. Za to je (so) potrebno(na) raziskovalna vprašanje(a), ki nastanejo na osnovi razprav učencev o socio-naravoslovnem scenariju ali jih poda učitelj, če so učenci pri snovanju raziskovalnih vprašanj manj uspešni. V tem modulu je možno posataviti nekaj raziskovalnih vprašanj, kot na primer: Železo in jeklo sta pogosto uporabljena v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd. Zato se kasneje med raziskovanjem pojavijo tudi vprašanja, ki so pomembnejša za družbo: Kako in s čim zaščitimo ogromne železne objekte, vozila, železne ali jeklene dele itd. pred rjavenjem? Kako vremenske razmere in posredno tudi človek vplivata na hitrost rjavenja? Ali bi lahko železo in jeklo zamenjali s kako drugo kovino, ki je odpornejša na korozijo oz. ne reagira s spojinami iz okolice? Po opredelitvi raziskovalnih vprašanja, je v naslednjem koraku potrebno zasnovati raziskavo. Glede na vprašanja, moramo premisliti o vsebini vprašanja in kako je mogoče opraviti meritve. Glede na tip modula, ki je strukturirana tako, da se lahko učenci učijo sodelovalno, brez obsežnega vodenja učitelja, je priporočljivo, da se izvede pouk kot skupinsko delo. Delo v skupini naj bo načrtovano in vodeno s strani učencev. Po končanem skupinskem delu naj učenci poročajo o svojih rešitev pridobljenih z raziskovanjem. Ključna tema raziskovalnega dela je spoznati dejavnike, ki vplivajo na proces rjavenja, ustrezno zaščito pred korozijo železa glede na reaktivnost kovin in znanje pridobljeno preko eksperimentov povezati z vsakdanjim življenjem ter socionarovoslovnim kontekstom. Vprašanja, ki vodijo učenje in so vključena v besedilo, ki ga imajo na voljo učenci, so načrtovana tako, da vodijo razmišljanje učencev v tej smeri. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 20 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Z učenjem z raziskovanjem, se pričakuje, da bodo učenci pridobili znanje o kemijskih reakcijah, enačbah kemijskih reakcij in pomembnosti poznavanja reaktivnosti kovin pri zaščiti pred rjavenjem železa oz. jekla, ki je široko uporabljeno v vseh delih našega življenja. Besedilo v zvezi z vsebino modula je vključeno tudi v navodila za učitelja in sicer v učiteljeve zapiske, kjer je podani tudi slikovni material, ki ga lahko učitelj, če želi, uporabi. Podane so tudi nekatere spletne strani, kjer lahko učenci najdejo več informacij o tej temi. Predstavljene so predvsem vsebine: Osnovna teorija, ki jo mora učitelj poznati, da lahko uspešno vodi in pomaga učencem pri samostojnem raziskovanju, sistematična navodila, opozorila in predlogi za delo z modulom, rezultati raziskovalnega dela in rešitve nalog ter dodatno gradivo tako za učitelja kot za učence. Na koncu učenja z raziskovanjem se medsebojno povežejo obravnavani pojmi preko celotnega modula. Zaključek modula je vprašanje v naslovu, ki ga je potrebno obravnavati, tako da učenci utrdijo, ne le naučeno s sodelovanjem v razpravi v skupini, ampak tudi razvijejo sposobnosti sklepanja in argumentiranja. Rezultat učenja s PROFILES modulom je sprejetje odločitve oz. soglasja, na ravni posameznika, skupine in na koncu tudi razreda glede socio-naravoslovnega problema, ki ga je postavilo naslovno vprašanje in scenarij modula. Učni cilji posamezne učne ure Učni cilji prve učne ure: Učenci: opredelijo reaktante in produkte kemijske reakcije, spoznajo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznajo pravila za urejanje kemijskih enačb, poznajo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih elementov, uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri proučevanju kemijskih reakcij in poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti, razumejo kemijske reakcije z uporabo vizualizacijskih sredstev (modelov, animacij in submikroskopskih prikazov kemijskih reakcij) in se tako urijo v zapisovanju preprostih kemijskih rekacij z urejenimi kemijskimi enačbami (od makroskopskega prek submikroskopskega do simbolnega zapisa), uporabljajo in predstavljajo podatke iz raznih virov oz. zbirk podatkov in s tem razvijajo spretnosti predstavitev lastnih izdelkov, spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi (spojin) in vloge kemije v sodobnih tehnologijah. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 21 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Učni cilji druge učne ure: Učenci: poznajo osnovne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih elementov … spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi (spojin) in vloge kemije v sodobnih tehnologijah. uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri proučevanju kemijskih reakcij in poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti, Učni cilji tretje učne ure: Učenci: S pomočjo eksperimentalnega dela pridejo do ugotovitev, ki so pomembne tudi v vsakdanjem življenju, gospodarstvu, industriji … uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri proučevanju kemijskih reakcij in poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti, Doseganje zastavljenih kompetenc Kompetenca 1. Spretnosti raziskovalnega dela. Kompetenca je dosežena z... 2. Komunikacijske (pisne, govorne) spretnosti. 3. Sposobnosti odločanja in argumentacije odločitev. 4. Sposobnosti povezovanja raziskovalnega dela z učno vsebino in socio-naravoslovnim scenarijem. 5. Sposobnosti zastavljanja raziskovalnega vprašanja, opredelitve odvisne in neodvisne spremenljivke raziskovalnega dela ter oblikovanja navodil za izvedbo eksperimenta. 6. Sposobnosti iskanja, obdelave in vrednotenja podatkov. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 22 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na njegovem kolesu? Predlogi ocenjevanja Učitelj lahko preveri in oceni zananje učencev na različne načine. Pri tem lahko učitelj izbere in lahko uporabi različne pristope v različnih učnih urah izvedbe modula v skaldu s tem, kateri pristop se učitelju zdi najbolj primeren (A-C del). Pomembno je, da so to le predlogi za vrednotenje zananja in da učitelj izbere tiste, za katere meni,da so v dani situaciji najbolj smiselni. V delu A se vrednostijo razvile spretnosti učencev. Del B temelji na vrednotenju posameznih doseženih kompetenc v vsaki učni uri uporabe modula, del C pa podaja vrednotenje pisnih izdelkov ter procesov v skupini, ki jih učitelj opazuje. Vse dele učitelj lahko poljudno kombinira in jih uporabi za formativno oceno. Preverjanje in ocenjevanje znanja lahko poteka: 1. med poročanjem skupin na koncu skupinskega dela, kjer lahko ocenimo napredek posamezne skupine, 2. z ustnim preverjanjem znanja, kjer lahko posamezne učence vprašamo, da razložijo posamezne pojme ter na osnovi ustnega izražanja ocenimo njihovo razumevanje (v pomoč so nam lahko vprašanja iz učnega modula), 3. s pisnim preverjanjem in ocenjevanjem znanja, kjer morajo učenci ne le rešiti naloge objektivnega tipa, ampak tudi naloge, kjer zapišejo svoje razumevanje pojmov in argumentacije reševanja problemov, kar omogoča ugotavljanje razumevanja pojmov na višjih kognitivnih ravneh. Učitelj lahko dosežke učencev beleži na različne načine, lahko uporablja lestvico ocen, 1 = nezadostno; 2 = zadostno; 3 = dobro; 4 = prav dobro ; 5 = odlično. Učitelj lahko uporabite tudi tri- točkovne lestvice; na primer x – niso niti minimalno dosežene kompetence, √ = minimalno dosežene kompetence in √√ = ustrezno dosežene (več kot predvideno/pričakovano (na primer: biti kreativen, neodvisno mišljenje/razmišljanje, ki kaže pobude, itd.) Z numeričnimi ali drugimi ocenami lahko učitelj poda ali opiše opombe za celotno skupino ali posameznega učenca. Sumativne strategije vrednotenja niso prikazane, vendar bi se lahko nanašale na ustno vrednotenje in/ali s pisnimi preizkusi znanja. Primere vprašanj tudi za sumativno ocenjevanje na koncu šolskega leta je mogoče povzeti in adaptirati iz seznama vprašanj pod delom B, seveda pa lahko učitelj sam tvori tovrstna vprašanja iz vsebine modula. Da učitelj zasleduje učenčeve uspehe pri uporabi modula pa lahko pred uporabo modula pri pouku rešijo učenci pred-preizkus znanja in nato po uporabi modula še po-preizkus znanja. Na tak način lahko učitelj do določene mere spremlja učinke uporabe modulov pri pouku. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 23 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem A del Ocena zahtevanih spretnosti učencev Ocena 1-5 / opis / zaznamek Spretnosti Socialne vrednote Zmožnost razdeljevanja nalog znotraj skupine Zmožnost oblikovanja timskega dela Zmožnost smiselnega argumentiranja v skupinski diskusiji Osebne spretnosti Zmožnost sodelovanja v procesu učenja Zmožnost kritičnega mišljenja Ustvarjalne zmožnosti Zmožnost predstavitve na zanimiv način Zmožnost samozavesti med predstavitvijo Zmožnost predstavitve dobljenih rezultatov v razredu Zmožnost spraševanja in izražanja osebnega mnenja Uporabljanje znanstvenih metod dela Zmožnost določitve namena obravnavanega dela Zmožnost uporabe različnih virov za pridobivanje informacij Sposobnost oblikovanja različnih stališč do obravnavanega dela Zmožnost priprave ustreznega delovnega načrta Zmožnost analize zbranih podatkov Zmožnost oblikovanja sklepov Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 24 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem B del Ocena pridobljena med učnimi urami ali na končnem ustnem ali pisnem preizkusu znanja 1. učna ura Dimenzija Opredelijo reaktante in 1 produkte kemijske reakcije. Spoznajo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih 2 reakcij in poznajo pravila za urejanje kemijskih enačb. Poznajo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, 3 zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih elementov. Predlagan kriterij/kompetence za vrednotenje; Učenci: Ločijo med reaktanti in produkti. Rektante zapišejo na levi strani puščice, produkte na desni strani. Ocena 1-5 / opis / zaznamek Poznajo kemijsko enačbo procesa rjavenja. Znajo našteti reaktante in produkte pri procesu rjavenja. Razlikujejo med železom in jeklom. Razumejo, da je uporaba kovin odvisna od njihovih lastnosti. Znajo opisati nekaj osnovnih kovin in jih najde v PSE. Razumejo cilje eksperimentalnega dela in Uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni vejo, kakšne so njihove zadolžitve. pristop oz. laboratorijske spretnosti pri proučevanju Izvajajo eksperimentalno delo 4 kemijskih reakcij in v skladu s pripravljenimi poglabljajo znanja s navodili. področja kemijske varnosti. Varni pri delu z laboratorijskimi pripomočki. Razumejo kemijske reakcije 5 z uporabo vizualizacijskih sredstev (modelov, animacij Za povezovanje makro in simbolne ravni si pomagajo s submikro ravnjo. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 25 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem in submikroskopskih prikazov kemijskih reakcij) in se tako urijo v zapisovanju preprostih kemijskih rekacij z urejenimi kemijskimi enačbami (od makroskopskega prek submikroskopskega do simbolnega zapisa). Uporabljajo in predstavljajo podatke iz raznih virov oz. zbirk podatkov in s tem 6 razvijajo spretnosti predstavitev lastnih izdelkov. Upoštevajo agregatna stanja in razmerja pri risanju delcev. Kritično ovrednotijo dobljene podatke in jih primerjajo z že danimi. Znajo izluščiti ključno znanje, ki je potrebno pri določeni nalogi. 2. učna ura Predlagan kriterij/kompetence za vrednotenje; Učenci: Dimenzija Poznajo osnovne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in 1 izbranih prehodnih elementov … Spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših 2 snovi (spojin) in vloge kemije v sodobnih tehnologijah. Uporabijo znanje iz prejšnjih ur kemije o lastnostih kovin. Sposobni so sami najti razlago za uporabnost/neuporabnost določenih kovin. Razumejo, zakaj so določene kovine uporabne in zakaj ne. Poznajo, kako določene kovine reagirajo z vodo in zrakom. Uporabljajo Znajo natančno opazovati in eksperimentalnoraziskovalni zapisovati spremembe pri pristop oz. laboratorijske poskusu. 3 spretnosti pri proučevanju Iz opazovanj znajo oblikovati kemijskih reakcij in sklepe. poglabljajo znanja s Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 26 Ocena 1-5 / opis / zaznamek Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem področja kemijske varnosti. Razumejo povezavo med eksperimentalnim delom in socionaravoslovnim kontekstom. Svoje pridobljeno znanje znajo uporabiti na drugih primerih. 3. učna ura Dimenzija S pomočjo eksperimentalnega dela pridejo do ugotovitev, ki so 1 pomembne tudi v vsakdanjem življenju, gospodarstvu, industriji … Predlagan kriterij/kompetence za vrednotenje; Učenci: Pridobljeno znanje znajo povezati z vsakdanjim življenjem. Razumejo, kako človek vpliva na okolje in kakšne so posledice. Ocena 1-5 / opis / zaznamek Uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske Znajo razviti ekperimentalno spretnosti pri proučevanju raziskovalni pristop. 2 kemijskih reakcij in So sposobni timskega dela. poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti. C del Vrednotenje na osnovi stretegij poučevanja Vrednotenje pisnih izdelkov učencev Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Napiše načrt Zasnuje načrt raziskave oz. postavi oziroma poročilo raziskovalna vprašanja in/ali pozna namen raziskave raziskave/poskusov Dimenzija 1 Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 27 Ocena 1-5 / opis / zaznamek Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Načrt raziskave zadošča minimalnim standardom, ki jih določi učitelj. Zna ustrezno predvidevati raziskovalne rezultate. 2 3 4 5 6 Razvije ustrezen postopek raziskave in zna določiti katere spremenljivke je potrebno konktrolirati. Ustrezno zbere in zapiše Zbira opazovanja/podatke (npr. število eksperimentalne opazovanj, kaj upošteva kot sprejemljivo, podatke kako natančno so zbrani podatki, zavedanje možnih napak…). Interpretira ali Interpretira podatke, zbrane na ustrezen izračuna iz način, ki ga zna upravičiti, vključno z zbranih uporabo ustreznih grafov, tabel in podatkov simbolov. določene parametre in Ustrezno sklepa glede na posatavljena sklepa na njihovi raziskovalna vprašanja. osnovi Zagotavlja pravilne pisne odgovore na vprašanja, podane v ustni ali pisni obliki. Odgovarja na Ponuja dovolj podrobne odgovore, zlasti vprašanja kadar je pozvan, naj poda mnenje ali odločitev. Lahko zagotovi zahtevane grafične prikaze. Riše diagrame/ Je zmožen grafično predstaviti rezultate v tabele/modele primerno velikih grafih in s primernimi simbolne podrobnostmi. predstavitve. Sposoben zagotoviti popolne in ustrezne naslove za diagrami, slikam, tabelam. Izkazuje ustvarjalno mišljenje in postopke Naravoslovno ali pri reševanju problemov. družbenoPoda ustrezno družbeno-naravoslovno naravoslovno odločitev na določeno vprašanje ali skrb, s mišljenje pravilno poudarjeno naravoslovno komponento. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 28 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Vrednotenje z opazovanjem Predlagan kriterij/competence za vrednotenje; Učenci: Prispeva k delu skupine. Sodeluje z drugimi v skupini in v celoti sodeluje pri delu skupine. Prikazuje vodstvene sposobnosti - vodi Deluje v skupini, skupino z ustvarjalnim razmišljanjem in med dejavnostmi pomagati tistim, ki potrebujejo pomoč in razpravo (kognitivno ali psihomotorično); povzema rezultate. Kaže toleranco do članov skupine in jih spodbuja. Razume cilje raziskave/eksperimentalnega dela in ve, kateri teste in/ali meritve je potrebno opraviti. Izvaja raziskavo/eksperimentalno delo v Izvedbo raziskave skladu s pripravljenimi navodili/načrtom. ali poskusa Uporablja laboratorijski inventar na varen način. Do sebe in drugih deluje varno pri delu. Vzdržuje urejeno in čisto delovno površino. Dimenzija 1 2 Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 29 Ocena 1-5 / opis / zaznamek Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na njegovem kolesu? Zapiski učitelja PRIDOBIVANJE ŽELEZA IN NJEGOVE LASTNOSTI Železo in jeklo sta pogosto uporabljena v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd. Železo je za aluminijem najbolj pogosta kovina v človeku dostopnem delu Zemlje. V železovih rudah sta najbolj poznana predvsem minerala hematit (Fe 2O3) in magnetit (Fe3O4). Za odstranjevanje kisika iz železove rude se uporablja ogljik v obliki koksa, za odstranjevanje drugih nečistoč pa dodajamo apnenec. Surovo železo pridobivajo iz oksidnih rud z redukcijo in taljenjem pri zelo visokih temperaturah (lahko tudi do 2000°C) v tako imenovanih plavžih oz. visokih pečeh. V Sloveniji so v preteklosti pridobivali surovo železo iz železove rude, a je leta 1987 na Jesenicah prenehal delovati še zadnji plavž. Slika 1: Plavž v Železnikih je najstarejši ohranjeni plavž v Sloveniji (Muzej Železniki, b.d.) in prikaz postopka pri pridobivanju surovega železa iz železove rude (Kovine, b.d.) V obliki jekla je železo še vedno najpomembnejša kovina v industriji. Železo v stiku z vodo in kisikom reagira, kar pripelje do rjavenja. Zato za veliko število železnih konstrukcij Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 30 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem pridejo v poštev zlitine na osnovi železa imenovana tudi jekla. Jekla so zmesi ogljika in nekaterih kovin. Njihove lastnosti so odvisne od odstotka vsebnosti ogljika in dodanih kovin, ki se jih glede na kemično sestavo uporablja v različne namene. Nerjaveče jeklo, ki vsebuje 74% železa, 18% kroma in 8% niklja, se uporablja za kirurške inštrumente, nože in kuhinjska korita. Manganovo jeklo (87% železa, 13% mangana) je odpornejše in prožneje ter se ga običajno uporablja za svedre in vzmeti (Glažar, Godec, Vrtačnik, & Wissiak Grm, 2004). Človek železo uporablja že vse od železne dobe (od 1000 let pr. n. št.) in je še danes v široki uporabi prav zaradi svojih fizikalnih lastnosti kot sta trdota, visoko tališče in vrelišče, kovnost ter tanljivost, toplotna in električna prevodnost ter magnetne lastnosti. Ena od pomambnejših kemijskih lastnosti pa je reaktivnost železa kot kovine. REAKTIVNOST KOVIN Kovine so običajno razdeljene glede na njihovo reaktivnost. Razlikujemo jih glede na to, kako reagirajo z vodo, kislinami in kisikom. Reaktivnejše kovine hitreje reagirajo z elementi in spojinami iz okolja. Alkalijske kovine (I. skupina PSE, z izjemo vodika) burno reagirajo s kisikom in vodo, zato jih hranimo v petroleju, da ne bi prišle v stik s kisikom v zraku. V naravi jih v elementarni obliki ne najdemo. Zemljoalkalijske kovine (II. Skupina PSE) nekoliko manj burno reagirajo od alkalijskih kovin, a tudi njih v naravi najdemo le v obliki spojin. Ob stiku z vodo tvorijo hidrokside in vodik, s kisikom pa ustrezne okside. Med prehodne elemente uvrščamo kovine s »pravimi« kovinskimi lastnostmi, kot so visoko tališče in vrelišče, trdnost, kovnost itd. Te kovine so manj reaktivne, na zraku so bolj obstojne in ne reagirajo hitro z vodo. Slika 2: Periodni sistem elementov razdeljen na kovine, polkovine in nekovine. Z vijolično so označeni elementi iz tabele 1 v nadaljevanju (Smrdu idr., b.d.). Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 31 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem V tabeli (Tabela 1) je prikazanih in po reaktivnosti razporejenih nekaj elementov iz vseh treh skupin kovin. Kalij, natrij, litij in kalcij ob stiku burno reagira z vodo, kislinami in kisikom. Nižje v tabeli se nahajajo magnezij, aluminij, cink, železo, kositer in cink, ki z vodo ne reagirajo takoj kot višje zapisani elementi iz I. in II. Skupine PSE, ampak hitro reagirajo s kislinami in kisikom. Sledijo baker, živo srebro in srebro, ki reagirajo le s kisikom. Na dnu je zlato, ki je zelo nereaktivno in ne reagira z vodo, kislinami ali kisikom. Manj reaktivna je kovina, lažje jo pridobivamo. Zlato običajno najdemo v čisti obliki, saj je zelo nereaktivno in ne reagira z elementi in spojinami iz okolice (Mexus Education Pvt, 2013). litij kalij Li K kalcij Ca natrij Na magnezij Mg aluminij Al cink Zn železo Fe svinec Pb kositer Sn baker Cu živo srebro Hg srebro Ag zlato Au zelo reaktivne kovine takoj reagirajo z vodo hitro reagirajo s kislinami reagirajo s kisikom zelo nereaktivne kovine Tabela 1: Reaktivnosti nekaterih kovin KOROZIJA KOVIN Z nekaj izjemami so čiste kovine v zemeljski atmosferi termodinamsko nestabilne, kar pomeni, da spontano reagirajo z okolico in prehajajo v stabilnejše spojine. Pri kovinah, ki reagirajo s kisikom pride do procesa korozije. Spajanje elementa s kisikom imenujemo oksidacija (Glažar, Godec, Vrtačnik, & Wissiak Grm, 2004). RJAVENJE Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 32 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Proces korozije železa imenujemo tudi rjavenje in predstavlja v industriji in gospodarstvu velik problem še danes, kljub učinkovitim metodam zaščite železa in jekla. Pri rjavenju kovina najprej izgubi sijaj oziroma lesk, nato pa začne propadati. Rjavenje vključuje reakcijo med kovino, kisikom iz zraka in vodo. Železo ne rjavi v cisti vodi, v kateri ni kisika, ali v čistem kisiku, ki je popolnoma suh (brez vlage). Proces rjavenja železa je redoks reakcija in je podobna tistim v galvanskih členih. Železo tvori z vodo in kisikom tako imenovani mikro galvanski člen in pri tem nastaja hidratiziran železov(III) oksid Fe2O3•XH20, ki ga imenujemo tudi rja. Slika: Proces rjavenja (E-kemija, 2008) Skica: Rjavenje ponazorjeno na nivoju delcev. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 33 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Za rjavenje železa sta potrebna voda in kisik. Železo na površini oksidira in z vodo tvori hidratirane ione Fe2+ (aq). Elektroni, ki jih atomi železa pri tem oddajajo, potujejo skozi kovino in nekje drugje na površini kovine reducirajo kisik ob prisotnosti vode, pri tem pa nastanejo hidroksidni ioni OH- (aq). Tako nastane Fe(OH)2 (aq), ki se s kisikom zelo hitro oksidira v Fe2O3 × H2O (rja) (Poročni prstan bo zlat in ne železen, b.d.). ZAŠČITA PRED RJAVENJEM Železo in jeklo sta pogosto uporabljena v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd. Zato je zelo pomembno, da ga primerno zaščitimo pred rjavenjem. Najlažje to dosežemo z nanosom prevlek kot so barve, masti ali olja, tanke plasti manj reaktivnih kovin (npr. baker), in tako preprečimo stik z vodo in kisikom. Izbira možnih prevlek je velika in nam omogoča uporabo cenejših materialov z želenimi mehanskimi lastnostmi. Sem sodijo barvne, plastične in kovinske prevleke, različni premazi, emajli, beton. Zaradi velike obremenitve na okolje se pri korozijski zaščiti pojavljajo težnje po čimbolj neškodljivih in okolju prijaznih rešitvah. Plast manj reaktivnega bakra prav tako reagira s kisikom, vendar je reakcija počasnejša, zato lahko baker predstavlja ustrezno zaščito pred rjavenjem železa kar nekaj časa. Problem lahko nastane le, če pride do poškodbe plasti bakra, saj v tem primeru proces korozije železa celo pospeši (Wace Chem, 2013). Pri izbiri ustreznih kovin za zaščito pred rjavenjem pa je treba biti previden, da poznamo njihove kemijske in fizikalne lastnosti in izberemo cenovno ugodne ter okolju neškodljive. Druga možnost je galvanizacija pri kateri uporabimo žrtveno kovino. Danes poznamo to zaščito kot KATODNO zaščito. Največ se uporablja za zaščito plinovodov in naftovodov ter zaščito ladij, uporablja pa se tudi za zaščito kovin v gradbeništvu. Bistvo te zaščite je, da izberemo kovino, ki je bolj reaktivna od tiste, ki jo želimo zaščititi (boljši reducent). Obe kovini povežemo v galvanski člen. Kovina, s katero ščitimo našo kovino, bo imela vlogo anode in bo žrtvena kovina, ker se bo raztapljala, medtem ko bo kovina, ki jo želimo zaščititi (ladijski vijak, cevovod ...), nedotaknjena. Ta pojav je že leta 1820 predlagal kemik H. Davy za antikorozivno zaščito vojaških ladij angleške mornarice. V takih primerih se uporablja predvsem cink, magnezij in aluminij (E-kemija, 2008). Navodila in opozorila pri pripravi materiala za eksperimentiranje Učitelj učence razdeli v skupine po 4, jih seznani s potekom dela in razdeli navodila za učence (Aktivnosti učencev). Navodila so oblikovana tako, da jih učenci prilepijo v zvezek, odgovore na naloge in vprašanja pa zapisujejo v zvezek. Naloge učencev I. DEL V prvem delu se učenci v skupinah pogovorijo o zgodbi in glede na svoje izkušnje poskušajo ugotoviti, kaj se je zgodilo z Matičevim kolesom. Namen naloge je, da učenci najprej predvidevajo glede na dane informacije v zgodbi, nato pa njihove ugotovitve preverijo še s pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta. Vprašanja so jim v pomoč pri razmišljanju in zapisovanju ugotovitev. Skupine poročajo preostalemu razredu. Naloga učitelja je, da skupine vodi in jim po potrebi pomaga z dodatnimi podvprašanji. Po poročanju učitelj skupaj z učenci strne nekaj glavnih točk, do katerih so prišle skupine. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 34 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem II. DEL A. Kako nastane rja? Učenci po skupinah s pomočjo navodil izvedejo poskus. Običajno traja od 7-14 dni, da je produkt kemijske reakcije opazen. Priprava materiala za eksperimentiranje: Pomembno je, da učitelj pred poukom pripravi vse potrebno steklovino in kemikalije za skupine učencev ter poskrbi za varno samostojno eksperimentiranje učencev. B. Kako najbolj učinkovito zaščititi železo in jeklo pred rjavenjem? Učenci po skupinah s pomočjo navodil izvedejo poskus. Običajno traja od 7-14 dni, da je produkt kemijske reakcije opazen. Učenci se sami odločijo na kakšen način bodo zapisali opažanja in sklepi. Pri tem jih mora učitelj spodbuditi, da poskušajo oblikovati tabele. Pomagajo si lahko z zapisom iz vaje A. Kako nastane rja? Priprava materiala za eksperimentiranje: Pomembno je, da učitelj pred poukom pripravi vse potrebno steklovino in kemikalije za skupine učencev ter poskrbi za varno samostojno eksperimentiranje učencev. Če se učenci kljub uvodni teoriji odločijo za zelo reaktivne kovine, ki jih hranimo v petroleju, naj ima učitelj pripravljene tudi te, da jih pokaže učencem in tako vodi k pravi odločitvi pri izbiri kovin. Učenci lahko žeblje v celoti ali le delno ovijejo v tanko plast oz. žico izbrane kovine (spodnji sliki). W S Sliki: Primer ovijanja kovine (levo: aluminij, desno cink) okrog železnega žeblja. C. Kako na rjavenje vplivajo dejavniki: slanost, kislost, temperatura … ? Pri zadnem delu eksperimentalnega dela je potrebna večja pomoč učitelja, saj učenci sami oblikujejo raziskovalno vprašanje glede na enega od dejavnikov (slanost, kislost, temperatura …), ki si ga izberejo sami. Učitelj nato učencem razloži način dela pri odprti obliki raziskovanja. Učenci se v skupinah v 5-10 minutah pogovorijo o izbranem dejavniku, zapišejo raziskovalno vprašanje in zasnujejo eksperimente, s katerimi bodo poskušali odgovoriti na raziskovalno vprašanje. Po 10 minutah učitelju povedo svoje zamisli, ta pa Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 35 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem jim svetuje in jih usmerja pri nadaljnjem raziskovanju. V kolikor je naloga za učence prezahtevna, lahko učitelj predlaga raziskovalna vprašanja. Možna raziskovalna vprašanja: Kako slanost vpliva na hitrost rjavenja? Kako pH kisline vpliva na hitrost rjavenja? Kako temperatura vpliva na hitrost rjavenja? Učenci nato napišejo navodila za izvedbo poskusa po danem obrazcu, izvedejo poskus in zapišejo opažanja in sklepe. Lahko si pomagajo s primerom zapisa navodil za eksperimenta pri poglavju A. in B. Ob koncu svoje rezultate predstavijo preostalemu delu razreda. Za izbrano raziskovalno vprašanje lahko učenci naredijo tudi plakat. Na plakatu mora biti predstavljen celoten proces raziskovanja (od raziskovalnega vprašanja, potrebščin, varnosti, procesa dela, opažanj in sklepov ter krajšega uvoda in zaključka). III. DEL Skupine učencev izberejo eno od problemskih nalog. Rešitve nalog z delovnega lista za učence Naloge učencev I. DEL Iz kakšnega materiala je veriga? Kje se še uporablja ta material? In kakšne so njegove lastnosti? Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kaj meniš, kakšen je bil vzrok nastanka obloge? Matic nima denarja za novo kolo. Kako bo moral Matic skrbeti za svoje kolo, da se mu nesreča ne bo ponovila? II. DEL A. Kako nastane __rja__ (rjava obloga)? Rezultati raziskovalnega dela: Žebelj bo najbolj rjavel v epruveti 3 in 4, saj sta prisotna tako kisik kot voda. Sol deluje kot prevodnik, zato bo v epruveti 4 kemijska reakcija potekala hitreje in bo nastalo več rje. V epruveti 2 lahko v manjši meri pride do rjavenja zaradi prisotnosti v vodi raztopljenega kisika. Da se temu izognemo, lahko vodo prej prekuhamo. V epruveti 1 do poteka kemijske reakcije ne bo prišlo. 1. Na spodnjo skico doriši spremembe v epruvetah, ki si jih opazil po 14 dneh. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 36 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem 2. V katerih epruvetah je prišlo do procesa rjavenja? V epruveti 3 in 4, delno lahko tudi v epruveti 2. 3. V kateri epruveti proces rjavenja poteka najhitreje? V epruveti 4. 4. Zakaj smo v epruveto 1 dodali kalcijev klorid? Ker kalcijev klorid veže vodo, v našem primeru vodno paro iz zraka. 5. Zakaj smo epruveto 1 zamašili z zamaškom? Da smo preprečili vodni pari iz zraka stik z železnim žebljem. 6. Zakaj smo v epruveto 2 dodali olje? Plast olja je preprečila stik kisika iz zraka z železnim žebljem. 7. V čem se razlikujejo pogoji reakcij v epruvetah 1, 2, 3 in 4? Kako smo te pogoje zagotovili? Opiši za vsako epruveto posebej. V epruveti 1 smo z dodatkom kalcijevega klorida, ki je znan po tem, da veže vodo, in z zamaškom onemogočili, da bi vodna para iz zraka prišla v stik z železnim žebljem. V epruveti 2 smo s plastjo olja onemogočili dostop kisika iz zraka. Žebelj je na nekaterih mestih kljub temu zarjavel. Železo je reagiralo s kisikom raztopljenim v vodi. Temu bi se lahko izognili tako, da bi vodo prekuhali. V epruveti 3 sta bila v stiku z žebljem tako voda kot kisik, zato je prišlo do procesa rjavenja. V epruveti 4 je bila poleg vode in kisika prisotna tudi sol, ki je pospešila proces rjavenja. 8. Reaktanti pri procesu rjavenja so: železo, kisik in voda 9. Produkt je rja. Kako to spojino še imenujemo? železov oksid z vezano vodo ali železov (III) oksid hidrat 10. Zapiši besedno enačbo za kemijsko reakcijo nastanka rje? železo + kisik + voda železov oksid z vezano vodo ali železov (III) oksid hidrat ali rja B. Kako najbolj učinkovito zaščititi železo in jeklo pred rjavenjem? Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 37 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Rezultati raziskovalnega dela: Aluminij: Aluminij reagira s kisikom in nastane aluminijev oksid, ki ščiti kovino pred nadaljnjo korozijo. Žebelj na izpostavljenih mestih ne rjavi. Cink: Cink reagira s oksonijevimi ioni pri čemer nastanejo cinkovi ioni Zn2+ in vodik H2, ki ga opazimo kot izhajanje mehurčkov, Cinkovi ioni nato reagirajo s hidroksidnimi ioni, pri čemer nastane cinkov hidroksid Zn(OH)2, ki ščiti kovino pred nadaljnjo korozijo. Žebelj na izpostavljenih mestih ne rjavi. Zn(s) + 2H+ Zn2+(aq) + H2(g) 2+ Zn + 2OH Zn(OH)2(s) Baker: Baker z vodo ne reagira. Žebelj rjavi le na izpostavljenih mestih. Svinec: Običajno svinec ne reagira z vodo, vendar se ob stiku z vlažnim zrakom njegova reaktivnost z vodo poveča. Na površini kovine nastane plast svinčevega oksida, PbO. Kadar sta ob svincu navzoča kisik in voda pa nastane svinčev hidroksid. Žebelj rjavi le na izpostavljenih mestih. 2Pb(s) + O2(g) + 2H2O(l) 2 Pb(OH)2(s) Slike: Rezultati eksperimentalnega dela (od leve proti desni: aluminijeva, cinkova, bakrena in svinčeva zaščita pred rjavenjem) Ključna vprašanja 1. Zakaj za poskus nisi izbral natrija in kalija? Ker sta zelo reaktivni kovini, ki jih hranimo v petroleju, saj ob stiku z zrakom ali vodo takoj reagirata. 2. Kovine se med seboj razlikujejo tudi po reaktivnosti. Kakšne kovine so najbolj ustrezne za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem glede na rezultate vaših eksperimentov? Na sliki obkroži izbrane skupine. Neprimerne kovine so kovine I. in II. skupine PSE, saj burno ali zelo hitro reagirajo z vodo. Primerne pa so tako kovine, ki so reaktivnejše od železa kot kovine, ki so manj reaktivne od njega. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 38 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem zelo reaktivne kovine zelo nereaktivne kovine Slika 3: Prikaz reaktivnosti nekaterih kovin 3. S pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta razišči, na kakšne načine ljudje poskušamo zaščititi železo in jeklo. Ugotovitve zapiši v krajšem odstavku. Učenci pridejo do zaključka, da poznamo različne načine zaščite železa in jekla pred rjavenjem. Z nanosom prevlek kot so barve, masti ali olja, tanke plasti manj reaktivnih kovin (npr. baker), in tako preprečimo stik z vodo in kisikom. Plast manj reaktivnega bakra prav tako reagira s kisikom, vendar je reakcija počasnejša, zato lahko baker predstavlja ustrezno zaščito pred rjavenjem železa kar nekaj časa. Problem lahko nastane le, če pride do poškodbe plasti bakra, saj v tem primeru proces korozije železa celo pospeši (Wace Chem, 2013). Pri izbiri ustreznih kovin za zaščito pred rjavenjem pa je treba biti previden, da poznamo njihove kemijske in fizikalne lastnosti in izberemo cenovno ugodne ter okolju neškodljive. Druga možnost je galvanizacija pri kateri uporabimo žrtveno kovino. Danes poznamo to zaščito kot KATODNO zaščito. Največ se uporablja za zaščito plinovodov in naftovodov ter zaščito ladij, uporablja pa se tudi za zaščito kovin v gradbeništvu. Bistvo te zaščite je, da izberemo kovino, ki je bolj reaktivna od tiste, ki jo želimo zaščititi (boljši reducent). Obe kovini povežemo v galvanski člen. Kovina, s katero ščitimo našo kovino, bo imela vlogo anode in bo žrtvena kovina, ker se bo raztapljala, medtem ko bo kovina, ki jo želimo zaščititi (ladijski vijak, cevovod ...), nedotaknjena. 4. Za vsako izbrano kovino pri eksperimentalnem delu zapiši, kakšen način jo uporabljajo ali bi jo lahko uporabili pri zaščiti železa? Bolj reaktivne kovine bi uporabili kot žrtveno kovino, manj reaktivne kovine pa kot plast, ki sicer reagira z vodo in kisikom, vendar precej počasneje kot železo. C. Kako na rjavenje vplivajo dejavniki: slanost, kislost, temperatura … ? Rezultati raziskovalnega dela: Tako ioni nartijevega hidroksida kot oksonijevi ioni v kislinah delujejo kot nekakšni prevodniki, zato več ko je ionov v raztopini, v katero damo žebelj, hitreje bo potekala kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisela, hitrejši bo proces rjavenja in več rje bo nastalo. Pri ugotavljanju vpliva temperature na kemijsko reakcijo velja enako. Višja je temperatura, hitreje bo potekala reakcija in več produkta bo nastalo. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 39 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Naloge za vajo Zapiši agregatna stanja reaktantov in produktov pri kemijski reakciji nastanka rje: železo: trdno kisik: plinasto voda: tekoče rja: trdno 2. Razvrsti kovine po reaktivnosti od najbolj reaktivne do najmanj reaktivne: zlato, železo, natrij, baker, kalij, svinec, magnezij. Kalij, natrij, magnezij, železo, baker, svinec, zlato 3. Dopolni spodnje tabele. Doriši ustrezne delce, predstavi prikazano reakcijo z besedilom in zapiši urejeno enačbo reakcije. + + aluminij + kisik + 4Al(s) + 3O2(g) + + aluminijev oksid 2Al2O3(s) + baker + kisik + bakrov oksid 2Cu(s) + O2(g) + 2CuO(s) Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 40 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem + + magnezij + kisik + magnezijev oksid 2Mg(s) + O2(g) + 2MgO(s) 4. Dopolni križanko tako, da oblikuješ 8 vprašanj, ki bodo dala naslednje odgovore: alkalijske, zemljoalkalijske, oksidacija, rja, prehodni elementi, jeklo, železo, korozija, žrtvena kovina, reaktivnost, svinec, baker, aluminij, kalij, natrij Izbranih 8 odgovorov vpiši v križanko tako, da bo rešitev križanke RJAVENJE. 1. KO R 2. J 3. A 4. V 5. E 6. N 7. J 8. E OZIJA Učenci si izberejo 8 odgovorov in nanje napišejo vprašanja. Izbrati morajo take odgovore, ki jih bodo lahko vpisali v križanko. Npr. 1. Kako se imenuje proces, ko kovina reagira s kisikom? Pomembno je, da zapolnijo vseh osem vrstic in so vprašanja pravilna. Ali razumem 1. Kako soljenje cest vpliva na hitrost rjavenja? Tako ioni nartijevega hidroksida kot oksonijevi ioni v kislinah delujejo kot nekakšni prevodniki, zato več ko je ionov v raztopini, v katero damo žebelj, hitreje bo potekala kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisla, hitrejši bo proces rjavenja in več rje bo nastalo. 2. Kako kisel dež vpliva na hitrost rjavenja? Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 41 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Tako ioni nartijevega hidroksida kot oksonijevi ioni v kislinah delujejo kot nekakšni prevodniki, zato več ko je ionov v raztopini, v katero damo žebelj, hitreje bo potekala kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisla, hitrejši bo proces rjavenja in več rje bo nastalo. 3. Kdaj bo hitreje potekala kemijska reakcija nastajanja rje: pozimi ali poleti? Zakaj? Upoštevaj, da so v obeh primerih v enaki meri prisotni vsi potrebni reaktanti. Poleti. Pri ugotavljanju vpliva temperature na kemijsko reakcijo velja enako. Višja je temperatura, hitreje bo potekala reakcija in več produkta bo nastalo. 4. Glede na reaktivnost sta najbolj primerni platina in zlato, saj sta zelo nereaktivni kovini. Zakaj ju potem ne uporabljamo za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem? Ker sta ti dve kovini redki in zato tudi dragi. Reference Priporočena dodatna literatura za učitelja in učence: Video o procesu rjavenja (angleški jezik): Mexus Education Pvt (2013). Corrosion Chemistry. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=_gBaOH4X9CQ Video o koroziji kovin (angleški jezik): The Fuse School (2013). Corrosion of Metals. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=T4pSuflO9fk Video o načinih zaščite pred rjavenjem (angleški jezik): Wace Chem (2013). Corrosion prevention. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=sRuQKbHiKq0 Proces rjavenja prikazan na nivoju delcev (angleški jezik): CorrConnect`s channel (2010). Corrosion Mikrocell. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=hfmD1RyUWgY Uporabljena literatura pri oblikovanju modula: CorrConnect`s channel (2010). Corrosion Mikrocell. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=hfmD1RyUWgY Devetak, I., Pavlin Cvirn, T., & Jamšek, S. (2010). Peti element 8. Ljubljana: Rokus Klett. Glažar, A. S., Godec, A., Vrtačnik, M., & Wissiak Grm, S. K. (2004). Moja prva kemija 1. Ljubljana: Modrijan. E- kemija (2008). Galvanizacija. Pridobljeno s http://www.kii3.ntf.uni-lj.si/ekemija/file.php/1/output/galvanizacija/ Gray, T. (2012). Elementi: Slikovni pregled vseh znanih atomov v vesolju. Ljubljana: Tehniška založba Slovenije. Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 42 Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem Kovine Predstavitev Powerpoint (b. d.). Pridobljeno s http://www2.arnes.si/~evelik1/tit/Kovine_datoteke/frame.htm Lazarini, F., & Brenčič, J. (2004). Splošna in anorganska kemija. Ljubljana: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo. Mexus Education Pvt (2013). Corrosion Chemistry. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=_gBaOH4X9CQ Muzej Železniki (b.d.) Pridobljeno s http://www.zelezniki.si/html/Muzej.htm Poročni prstan bo zlat in ne železen (b.d.). Pridobljeno s https://sites.google.com/site/zlatiinnezelezen/rjavenje-zeleza Smrdu, A., Zmazek, B., Vrtačnik, M., Glažar, S., Godec, A., & Ferk Savec, V. (b. d.). Kemija 1: E-učbenik za kemijo v 1. letniku gimnazije. Pridobljeno s http://eucbeniki.sio.si/kemija1. The Fuse School (2013). Corrosion of Metals. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=T4pSuflO9fk Wace Chem (2013). Corrosion prevention. Pridobljeno s https://www.youtube.com/watch?v=sRuQKbHiKq0 Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected] 43
© Copyright 2024