2. JAKIE SUBSTANCJE PRZEWODZ PR D ELEKTRYCZNY? 1. Realizowane treœci podstawy programowej Przedmiot Realizowana treœæ podstawy programowej Fizyka Chemia Uczeñ: 4.3 odró nia przewodniki od izolatorów oraz podaje przyk³ady obu rodzajów cia³ 4.12 buduje proste obwody elektryczne 1.1 opisuje w³aœciwoœci substancji bêd¹cych g³ównymi sk³adnikami stosowanych na co dzieñ produktów np. soli kamiennej, cukru, m¹ki, wody, miedzi, elaza; wykonuje doœwiadczenia, w których bada w³aœciwoœci wybranych substancji 1.5 klasyfikuje pierwiastki na metale i niemetale; odró nia metale od niemetali na podstawie ich w³aœciwoœci 6.4 opisuje w³aœciwoœci i wynikaj¹ce z nich zastosowania niektórych wodorotlenków i kwasów 2. Kszta³cone kompetencje Kompetencje matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo techniczne. 3. Cele zajêæ blokowych Zbadanie, jakie substancje sta³e i ciek³e przewodz¹ pr¹d elektryczny. 4. Oczekiwane osi¹gniêcia ucznia buduje prosty obwód elektryczny, wykonuje badanie przewodnictwa ró nych substancji sta³ych i ciek³ych, odró nia elektrolit od nieelektrolitu oraz przewodnik od izolatora. strona 18
5. Wykaz pomocy dydaktycznych dla jednej grupy uczniów Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Iloœæ sztuk 1 zlewki o v= 25 50 cm 3 lub jakiekolwiek inne pojemniki, np. kubeczki jednorazowe na napoje 7 2 tryskawka lub wiêksza zlewka z woda destylowan¹ 1 3 krystalizator, miseczka lub zlewka na wodê do p³ukania elektrod 1 4 zestaw bateria, arówka, przewody, elektrody (patrz zad.1.) 1 5 cukier, sól kuchenna, tiosiarczan sodu lub inna sól (patrz zad.4.) po p³askiej ³y eczce 6 gliceryna, alkohol etylowy po ok. 2 cm 3 7 roztwory wodne kwasu chlorowodorowego i wodorotlenku sodu lub potasu po ok. 2cm 3 8 siarka, grafit, fosfor czerwony (patrz pkt 3) kawa³ek lub 1 / 2 p³askiej ³y eczki 9 metale np.: elazo, cynk, miedÿ, magnez, mosi¹dz, br¹z, glin, sód (patrz zad. 2.) w zale noœci od formy: kawa³ek blaszki, drutu, granulka. 6. Proponowany przebieg zajêæ z rozliczeniem czasowym Lp. Opis kolejnych dzia³añ Uwagi do realizacji dla nauczyciela (rysunki, schematy, fotografie, linki do WWW itp.) Czas trwania w min 1 Podzielenie uczniów na grupy, przypomnienie przepisów BHP, Regulaminu Pracowni, zaznajomienie z kartami charakterystyk u ywanych substancji. 10 2 zad.1. Budowa uk³adu pomiarowego. 10 3 zad. 2. Badanie przewodnictwa metali i ich stopów. 15 4 zad. 3. Badanie przewodnictwa pierwiastków niemetalicznych. 10 5 zad. 4 Badanie przewodnictwa innych substancji. 10 6 zad.5. Badanie przewodnictwa wody destylowanej, roztworów wodnych substancji z zadania 4 oraz kwasu i zasady. 20 7 Wype³nienie ankiety, posprz¹tanie stanowiska pracy, umycie szk³a laboratoryjnego. Ca³kowity czas trwania jednostki 90 15 strona 19
7. Obudowa do zajêæ blokowych Zadanie 1. Do budowy obwodu elektrycznego mo na u yæ baterii 4,5V(tzw. baterii p³askiej) i odpowiadaj¹cej jej arówki (4,5V). Gdyby uczniowie nie znali symbolu arówki i Ÿród³a zasilania (ogniwa-baterii) nale y wyjaœniæ, e takimi symbolami w schematach elektrycznych oznacza siê w/w. Jako elektrody mog¹ byæ u yte np.: prêciki grafitowe, grube gwoÿdzie, 2 3 cm fragment grubego drutu miedzianego. Zadanie 2. W karcie pracy celowo nie podano metali, jakie bêd¹ badaæ uczniowie. Zale y to od wyposa enia pracowni. Z metali, które mo na wybraæ, zaleca siê: elazo, magnez (wystarczy krótki fragment wst¹ ki) cynk (1 granulka), glin (folia aluminiowa), o³ów (w formie blachy lub granulek) cyna (w granulkach), miedÿ (blacha). Ze stopów metali mo e to byæ np. mosi¹dz lub br¹z. Uwaga! Bardzo du ym urozmaiceniem zajêæ mo e byæ sytuacja, gdy nauczyciel podejdzie do ka dej z grup uczniowskich, z metalicznym sodem (osuszonym dok³adnie bibu³¹ od nafty) umieszczonym na szalce Petriego i sprawdzi doœwiadczalnie, e przewodzi on pr¹d elektryczny. Uczniowie, pomimo i wiedz¹, e sód jest metalem, z niedowierzaniem przyjmuj¹ fakt, e przewodzi on pr¹d elektryczny (uwaga, elektrody musz¹ byæ suche- bez œladów wody). Zadanie 3. Do badania mo na u yæ siarki najlepiej w kawa³kach, jeœli nie ma, to w formie proszku, grafitu (jako odmiany alotropowa wêgla), oraz fosforu czerwonego (pod warunkiem, e jest suchy, wilgotny mo e przewodziæ pr¹d elektryczny, ze wzglêdu na obecnoœæ kwasu fosforowego). Zadanie 4. Nie jest konieczne u ycie wszystkich, wymienionych w tabeli, substancji. Zamiast gliceryny bezwodnej, mo na u yæ gliceryny 86% (aptecznej). Zamiast tiosiarczanu sodu mo na u yæ jakiejkolwiek innej, rozpuszczalnej w wodzie, soli np. azotanu (V) potasu lub sodu. Substancje te nale y daæ uczniom w zlewkach lub kubeczkach. W wiêkszej zlewce, niewielkiej flaszeczce lub tryskawce nale y daæ uczniom wodê destylowan¹ (do przemywania elektrod). strona 20 Zadanie 5. Do kubeczków z substancjami z zadania 4 uczniowie dolewaj¹ wodê destylowan¹ i przeprowadzaj¹ doœwiadczenie. Nastêpnie otrzymuj¹ od nauczyciela roztwory kwasu oraz zasady i przeprowadzaj¹ doœwiadczenie.
Zadanie dodatkowe. Zadanie to mo e wykonaæ nauczyciel w formie prezentacji. Otó jedn¹ z przyczyn zaproponowania w zadaniu 4 tiosiarczanu sodu jest fakt, e posiada on nisk¹ temperaturê topnienia (poni ej 50 C). Nasypuj¹c odrobinê tiosiarczanu sodu do zlewki i umieszczaj¹c j¹ w gor¹cej ³aŸni wodnej (wiêkszej zlewce z gor¹c¹ wod¹) mo na stopiæ tê sól i wykazaæ, e nast¹pi jej elektroliza- pojawi¹ siê na elektrodach banieczki gazu. Proponowana prezentacja posiada pewne uproszczenie, poniewa w stopieniu 5-cio wodnego tiosiarczanu sodu uczestniczy jego w³asna woda krystalizacyjna nie nale y jednak tej kwestii poruszaæ z uczniami. Inn¹ sol¹, dostêpn¹ w pracowni chemicznej, mo e byæ np. azotan(v) potasu lub sodu. Obie substancje nie posiadaj¹ wody krystalizacyjnej, jednak e ich temperatura topnienia wynosi ponad 300 C i z powodu prezentacja elektrolizy w tej temperaturze jest bardzo skomplikowana (chocia by z powodu, e elektrody równie musz¹ byæ ogrzane do tej temperatury). 8. Uwagi Je eli w pracowni nie ma Kart Charakterystyk Substancji Niebezpiecznych, mo na je pobraæ ze stron internetowych producentów, np.: http://www.poch.com.pl/1/karty-charakterystyk,0,0 strona 21
9. Karta pracy ucznia Drogi Uczniu! Dzisiaj na zajêciach sprawdzisz, które substancje, z jakimi mo esz spotykaæ siê w yciu codziennym, przewodz¹ pr¹d elektryczny, a które nie. Na pocz¹tku zbudujesz prosty obwód elektryczny, za pomoc¹ którego bêdziesz przeprowadza³ testy. Zadanie 1. Budowa uk³adu pomiarowego Zbuduj uk³ad pomiarowy wed³ug schematu poni ej. Znaczenie umieszczonych w schemacie symboli powinieneœ ju znaæ. SprawdŸ, czy uk³ad dzia³a po³¹cz ze sob¹ elektrody, jak aróweczka siê zaœwieci to znaczy, e wszystko jest w porz¹dku. Zadanie 2. Badanie przewodnictwa metali i ich stopów. Otrzymasz teraz od nauczyciela ró ne metale, zbadaj, czy przewodz¹ pr¹d elektryczny (poprzez zetkniêcie z badanym metalem jednoczeœnie obu elektrod). Nazwê badanego metalu, obserwacjê i wniosek wpisz do poni szej tabeli. Nazwa metalu lub stopu metali Obserwacja Wniosek strona 22
Nazwa metalu lub stopu metali Obserwacja Wniosek Wniosek ogólny wszystkie metale i ich stopy pr¹d elektryczny. Zadanie 3. Badanie przewodnictwa pierwiastków niemetalicznych. Otrzymasz teraz od nauczyciela ró ne pierwiastki zaliczane do niemetali, zbadaj, czy przewodz¹ pr¹d elektryczny. Nazwê badanej substancji, obserwacjê i wniosek wpisz do poni szej tabeli. Nazwa pierwiastka lub jego odmiany alotropowej Obserwacja Wniosek Wniosek ogólny prawie wszystkie niemetale pr¹du elektrycznego. Niektóre odmiany alotropowe niemetali przewodz¹ pr¹d elektryczny np. czyli odmiana alotropowa pierwiastka. Substancje, które przewodz¹ pr¹d elektryczny nazywamy przewodnikami, a te które nie przewodz¹ pr¹du elektrycznego, to izolatory. Zadanie 4. Badanie przewodnictwa innych substancji. UWAGA! Substancje w stanie ciek³ym, je eli przewodz¹ pr¹d elektryczny, charakteryzuj¹ siê du ym oporem elektrycznym. W efekcie tego aróweczka (maj¹ca mniejszy opór) mo e siê nie zaœwieciæ nawet wtedy gdy, pr¹d p³ynie. Jednak przep³yw pr¹du mo esz zaobserwowaæ dziêki innemu zjawisku, zachodz¹cemu w cieczach, przewodz¹cych pr¹d. Zjawisko to nazywamy ELEKTROLIZ. Na pewno s³ysza³eœ o niej ucz¹c siê o wodzie (dziêki elektrolizie strona 23
mo emy dokonaæ rozk³adu wody na tlen i wodór). Dlatego te w tym i nastêpnym æwiczeniu musisz dok³adnie obserwowaæ, zanurzone w cieczy, elektrody. Je eli na którejkolwiek z nich bêd¹ siê wydziela³y pêcherzyki gazu, to jest to objawem, e pr¹d elektryczny p³ynie. Nazwa substancji Obserwacja Wniosek cukier sól kuchenna tiosiarczan sodu gliceryna bezwodna alkohol etylowy Zadanie 5. Badanie przewodnictwa wody destylowanej i roztworów wodnych substancji z zadania 4. Do zlewki z wod¹ destylowan¹ zanurz elektrody. Obserwacje i wniosek wpisz poni ej. Woda destylowana obserwacja, wniosek Teraz do wszystkich piêciu substancji z zadania 4 dodaj wody destylowanej, a nastêpnie zamieszaj. Zbadaj po kolei, czy przewodz¹ pr¹d elektryczny. Po zbadaniu ka dego roztworu, elektrody op³ucz dok³adnie wod¹ destylowan¹. Obserwacje i wnioski zanotuj w tabeli poni ej. Pamiêtaj obserwuj czy na elektrodach pojawiaj¹ siê pêcherzyki gazu! Nazwa substancji Obserwacja Wniosek wodny roztwór cukru kuchennego wodny roztwór chlorku sodu (soli kuchennej) wodny roztwór tiosiarczanu sodu wodny roztwór gliceryny wodny roztwór alkoholu etylowego strona 24 Substancje takie jak: chlorek sodu, tiosiarczan sodu, azotan (V) potasu i wiele innych nale ¹ do bardzo licznej grupy zwi¹zków chemicznych, nazywanych solami. Ich roztwory wodne przewodz¹ pr¹d elektryczny, dlatego nazywamy je elektrolitami.
Jedn¹ z reakcji, w jakich mog¹ powstawaæ sole, jest reakcja kwasu z zasad¹, Dostaniesz teraz od nauczyciela dwa roztwory wodne, jeden kwasu i jeden zasady. SprawdŸ, czy przewodz¹ one pr¹d elektryczny. Nazwa substancji Obserwacja Wniosek wodny roztwór kwasu (kwasu chlorowodorowego) wodny roztwór zasady (wodorotlenku potasu) Wodne roztwory substancji, które zaliczamy do kwasów i wodorotlenków, to równie elektrolity. Kosztorys pomocy naukowych Lp. Pomoc dydaktyczna do przeprowadzenia eksperymentu Iloœæ sztuk Cena jednostkowa Cena ³¹czna 1 zlewka 7 7 49 2 bateria, arówka 1 10 10 3 odczynniki chemiczne 5g 1,00/g 5 4 woda destylowana 0,5dm 3 1,00/dm 3 0,50 Suma kosztów 64,50 Oszacowanie kosztów pracy Lp. Zadanie Czas wykonania (h) Liczba osób ¹cznie osobogodzin pracy Cena osobogodziny pracy (z³) Koszt 1 Przygotowanie zestawu do badañ. 2 Wykonanie doœwiadczeñ. 0,25 2 0,50 15 7,50 1,00 2 2,00 15 30 3 Podsumowanie wyników, posprz¹tanie. 0,25 2 0,50 15 7,50 Suma: 45 strona 25
Zaproponuj, w jaki sposób mo na zmniejszyæ koszty eksperymentu: 10. Ankieta ewaluacyjna zajêæ Lp. Pytanie do ucznia Tak Raczej tak Trudno powiedzieæ Nie Zdecydow anie nie 1 Czy uwa asz ze zajêcia by³y interesuj¹ce? 2 Czy pamiêtasz, które substancje sta³e przewodz¹ pr¹d elektryczny? 3 Czy wiesz, jak nazywamy substancje, które przewodz¹ pr¹d a jak te, które nie przewodz¹ pr¹du elektrycznego? 4 Czy pamiêtasz jakie trzy grupy zwi¹zków chemicznych rozpuszczone w wodzie przewodz¹ pr¹d elektryczny? 11. Karta samooceny ucznia Zakreœl kó³kiem w³aœciwe odpowiedzi. Uwa am, e mój wk³ad w pracê grupy by³: Æwiczenia wykonywa³em(am) zgodnie z instrukcj¹: Wspó³praca z kole ankami i kolegami w grupie uk³ada³a mi siê: bardzo du y, du y, œredni, ma³y, bardzo ma³y zawsze, prawie zawsze, rzadko, nigdy bardzo dobrze, dobrze, normalnie, Ÿle, bardzo Ÿle strona 26