Alt er kjemi. Kapittel 3. Veiledning til fagstoffet. Kapitlet dekker følgende kompetansemål:

Transkript

1 Kapittel 3 Alt er kjemi Veiledning til fagstoffet læremål Formuleringene i elevboka på side 89: Hva et atom er, og hvordan atomene kan binde seg sammen til ulike forbindelser. Hva et grunnstoff er, og hvilke egenskaper noen av grunnstoffene har. Hvordan grunnstoffene kan ordnes i et system (periodesystem), og hvordan vi kan bruke dette til å forutsi stoffenes egenskaper. Hvordan vi arbeider med kjemi på et laboratorium uten at det skjer uhell. Kapitlet dekker følgende kompetansemål: «Fenomener og stoffer» vurdere egenskaper til grunnstoffer og forbindelser ved bruk av periodesystemet planlegge og gjennomføre forsøk med påvisningsreaksjoner, separasjon av stoffer i en blanding og analyse av ukjent stoff «Forskerspiren» følge sikkerhetstiltak som er beskrevet i HMS-rutiner og risikovurderinger formulere testbare hypoteser, planlegge og gjennomføre undersøkelser av dem og diskutere observasjoner og resultater i en rapport innhente og bearbeide naturfaglige data, gjøre beregninger og framstille resultater grafisk Nova 8 alt er kjemi 1

2 Forslag til innledning til kapitlet Læreren bør gjennomgå læringsmålene sammen med elevene, og klassen bør bla gjennom kapitlet sammen og merke seg kapitteloverskrifter, margtekster og oppsummeringer slik at elevene får en idé om hvilke temaer kapitlet handler om. Gjør elevene oppmerksomme på periodesystemene på innsiden av permene til boka. Det kan være nyttig å repetere begreper som bør være kjente fra 7. trinn: Elevene bør, ut fra læreplanen, kunne beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker, faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen, forklare hvordan stoffer er bygd opp, og hvordan stoffer kan omdannes ved å bruke begrepene atomer og molekyler. Det er viktig at elevene får en forståelse av hva modeller er, og hvordan vi bruker modeller til å beskrive vår virkelighet. De kan diskutere atommodellene på innsiden av permen foran. Hvordan ville elevene lagd sin egen atommodell? De kan ta utgangspunkt i de kunnskapene de allerede har. Etter å ha jobbet med kapitlet kan de lage en ny modell, og deretter diskutere hvor gode modellene de har lagd, er. I dette kapitlet vil bruk av molekylbyggesett ofte være til stor hjelp for elevene under innlæringen av stoffet. Det å bygge molekylene og flytte på atomene for å vise endringer i en kjemisk reaksjon, gir elevene en god konkretisering og forståelse av det som skjer på mikronivå. En spektakulær start på kapitlet kan være å demonstrere kalsium eller natrium i vann, samtidig som sikkerhet på naturfagrommet gjennomgås. Sørg for at du bruker vernebriller og hansker, og ha god skjerming mellom forsøksplassen og klassen. Ikke la deg overtale av elevene til å overdimensjonere dette forsøket ved å bruke for store biter av metallet. Når natrium reagerer med vann blir det dannet lut (NaOH, natriumhydroksid), hydrogengass og varme. Sprut av varm lut på huden kan føre til store etseskader, og lut på øynene kan føre til blindhet. Reaksjonen er ikke fullt så kraftig når kalsium reagerer med vann. Reaksjonslikninger: natrium + vann à natriumhydroksid + hydrogengass 2Na + 2H 2 O à 2NaOH + H 2 kalsium + vann à kalsiumhydroksid + hydrogengass Ca + 2H 2 O à Ca(OH) 2 + H 2 Nova 8 alt er kjemi 2

3 Kommentarer til tekst og illustrasjoner I dette kapitlet må vi skille klart mellom det elevene kjenner til på makronivå, nemlig hvordan de kjemiske stoffene ser ut, og hvordan vi kan observere at de reagerer, og de beskrivelsene og forklaringene vi gir på mikronivå om atomer og molekyler. Vi må passe på at vi for eksempel ikke sier at svovelatomet er gult. Det er ikke ett enkelt atom, men et stort antall av svovelatomer som til sammen gir oss inntrykk av et gult stoff. På nettstedet naturfag.no/laringsressurser/lp_sok.html kan du søke etter ulike læringsressurser knyttet til kompetansemålene angitt foran. Her kan du finne aktuelle undervisningsopplegg, forsøk, oppgaver, fagtekster, animasjoner, simuleringer, interaktive oppgaver, filmer og videoer. Følgende forsøk i elevboka er knyttet til dette kjemikapitlet: 3 A Separasjon av stoffer i en blanding (side 126) 3 B Hvordan kan vi finne ut om et spesielt stoff er til stede i en blanding? (side 128) 3 C Tusjetterforsker (side 129) 3 D Brus og Mentos (side 130) 3 E Posekjemi (side 131) 3 F Badebomber (side 132) 3 G Hva skjer når noe brenner? (side 133) 3 H Framstilling og påvisning av oksygen (side 134) 3 I Knallgass (side 135) Vektlegg sikkerhetstiltak som er beskrevet i HMS-rutiner og risikovurderinger for skolen og laboratoriet, når elevene gjør forsøk. Bruk sikkerhetsdatablad der de fins. Se kommentarene nedenfor til sidene Side 91 John Dalton ( ) var engelsk kjemiker og fysiker, og han grunnla den moderne atomteorien. Han er blant annet kjent for Daltons lov: I en blanding av gasser er trykket summen av trykket til hver enkelt gass. Dalton var fargeblind for rødt og grønt og gikk inn for å studere denne typen fargeblindhet, som ble kalt daltonisme etter ham. Sidene Atommodellene som er vist på disse sidene, er skallmodeller. De skal illustrere at elektronene beveger seg i baner eller elektronskall rundt kjernen. Det er viktig å presisere for elevene at dette bare er modeller, og at atomene i virkeligheten ikke inneholder skall slik det er tegnet helt til venstre i illustrasjonene. Hos læremiddelfirmaene kan du få kjøpt atommodellsett som kan være et godt hjelpemiddel i undervisningen. Settene inneholder «frie» protoner og nøytroner som kan plasseres i en kjerne, og elektroner som kan fordeles i elektronbaner. På den måten kan elevene lage modeller av atomene til ulike grunnstoffer. Nova 8 alt er kjemi 3

4 Side 94 Hevemidlene bakepulver og natron kan danne karbondioksidgass (CO 2 -gass) som får en deig til å heve seg. Begge hevemidlene inneholder stoffet natron som også kalles natriumhydrogenkarbonat eller natriumbikarbonat. Dette er et hvitt pulver med kjemisk formel NaHCO 3. Når dette stoffet reagerer med en syre, skjer følgende reaksjon: natriumhydrogenkarbonat + hydrogenion (fra en syre) à natriumion + karbondioksid + vann NaHCO 3 + H + à Na + + CO 2 + H 2 O Om du søker på nettet på «bakepulverbombe» kan du finne mange videoer som viser forsøk med bakepulver og en syre, for eksempel eddiksyre, CH 3 COOH. Reaksjonslikning: natriumhydrogenkarbonat + eddiksyre à natriumacetat + karbondioksid + vann NaHCO 3 + CH 3 COOH à CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O Side 95 Via fotografiet som viser molekylene som inngår i reaksjonen der vann blir spaltet i hydrogengass og oksygengass, introduseres elevene for en modell der atomene er kuler av ulike farger (oksygenatomet = rød kule, og hydrogenatomet = hvit kule). I molekylene holdes atomene sammen av bindinger som her er enten små, hvite «ringer» (i de fire molekylene til venstre) eller som grå «pinner» i dobbeltbindingen i oksygenmolekylet til høyre. Det er viktig at skolen har molekylbyggesett, slik at elevene kan øve seg på å bygge ulike molekyler. I oppgavene 3.39 og 3.40 på side 121 trenger elevene molekylbyggesett. Sidene Her er det beskrevet i ord og bilder hva som skjer når is varmes opp helt til det er blitt vann som koker. Det anbefales at læreren også gjør dette som et demonstrasjonsforsøk. Les av temperaturen med jevne mellomrom (for eksempel hvert 5. minutt), beskriv tilstanden vannet har (fast stoff, væske eller gass (damp)) etter hvert som temperaturen stiger. Tegn et diagram med tiden langs førsteaksen og temperaturen langs andreaksen. Temperaturen vil holde seg på cirka 0 C så lenge det er is som skal smelte i vannet. Så vil temperaturen stige langsomt til 100 C der vannet koker og fordamper. Temperaturen i vannet vil nå være konstant til alt vannet eventuelt har kokt bort. Nova 8 alt er kjemi 4

5 Side 97 Følgende forsøk i elevboka egner seg i forbindelse med stoffet om kjemiske reaksjoner: 3 D Brus og Mentos (side 130) 3 E Posekjemi (side 131) 3 F Badebomber (side 132) 3 G Hva skjer når noe brenner? (side 133) Her er et annet, enkelt forsøk som også kan gjøres for å se på kjennetegn for kjemiske reaksjoner: Elevene jobber i grupper på tre og tre. Hver gruppe får et stearinlys som de tenner på. elevene skal skrive ned hva de mener er tegn på at det skjer en kjemisk reaksjon når stearinlyset brenner. Diskuter etterpå de ulike forslagene som gruppene har kommet med. Her får elevene anledning til å bruke observasjonsevnen og sansene sine. Kjennetegnene de foreslår, kan være temperaturforandring, lys, lyder, nye lukter, stearinen forsvinner (blir brukt opp), røyk, Side 98 La elevene bruke periodesystemet for å se på ulike grunnstoffer og hvilke symboler de har. Få fram at symbolet blir brukt om selve grunnstoffet (for eksempel står H for grunnstoffet hydrogen, Ag for grunnstoffet sølv). Men symbolene inngår også i kjemiske formler, og da viser de hvilke atomslag som bygger opp molekylet. Den kjemiske formelen for druesukker, C 6 H 12 O 6, viser at dette stoffet er bygd opp av karbonatomer (C), hydrogenatomer (H) og oksygenatomer (O). Tallene etter hvert atomslag angir hvor mange atomer det er av hver type i molekylet. Tallet foran et molekyl viser hvor mange molekyler av dette slaget som inngår i en reaksjon. Sidene På disse sidene gis det en første, enkel innføring i reaksjonslikninger. Vi kommer tilbake til dette emnet i Nova 9. La elevene bruke molekylbyggesett for å lage og vise reaksjonene som er avbildet og omtalt i elevboka. Elevene vil sikkert kommentere at det er to pinner (dobbeltbinding) mellom to oksygenatomer i oksygenmolekylet, og det samme mellom hvert av oksygenatomene og karbonatomet (svart kule) i karbondioksidmolekylet, mens det bare er enkeltbindinger (en pinne) i hydrogenmolekylet og vannmolekylet. Disse ulike bindingstypene kommer vi tilbake til på de neste trinnene. Formidle nå bare at det fins ulike typer bindinger (ulike antall pinner mellom to atomer), at elevene skal «fylle» alle hullene i kulene med pinner, og at hovedpoenget i denne omgangen er å telle antall atomer av ulike slag som inngår i reaksjonene. Forslag til andre reaksjoner som elevene kan bygge: svovel + oksygen à svoveldioksid S + O 2 à SO 2 (S = gul kule) metan + oksygen à karbondioksid + vann CH 4 + 2O 2 à CO 2 + 2H 2 O Nova 8 alt er kjemi 5

6 Sidene Elevene må få trening i å «lese» periodesystemet, slik at de kan si noe om oppbygningen av atomet til et grunnstoff og grunnstoffets egenskaper ut fra plasseringen i periodesystemet. Begreper som bør på plass: periode vannrett rad, periodenummeret viser antall elektronskall for atomene i perioden gruppe loddrett rad, alle grunnstoffer i samme gruppe har like mange elektroner i ytterste skall. Gruppenummeret for hovedgruppene viser hvor mange elektroner grunnstoffene i gruppa har i ytterste skall. Grunnstoffene i samme gruppe har mange egenskaper som likner på hverandre. atomnummer viser antall protoner i kjernen til et grunnstoff og plasseringen i periodesystemet. Det er antall protoner som avgjør hvilket grunnstoff det er. metaller fins i venstre del av periodesystemet. Elevene skal kunne litt om generelle egenskaper ved metaller. halvmetaller sju grunnstoffer på overgangen mellom metaller og ikke-metaller. ikke-metaller grunnstoffer i høyre del av periodesystemet. De er faste stoffer, gasser eller væske (brom, Br). Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo, har mye informasjon om grunnstoffene i periodesystemet på nettstedet kjemi.uio.no/periodesystemet Periodesystemet for de første 20 grunnstoffene med atommodeller er vist på innsiden av permen foran i elevboka. Hele periodesystemet fins bak i elevboka på innsiden av permen. Mendelejev lagde sitt periodesystem med 63 kjente grunnstoffer i Sidene Her gjennomgås generelle egenskaper ved metaller og ikke-metaller. Kanskje noen av stoffene fins på skolens kjemilaboratorium og kan vises til elevene? Disse to forsøkene kan brukes for å se på egenskapene til gassene (ikke-metallene) oksygen og hydrogen: 3 H Framstilling og påvisning av oksygen (side 134) 3 I Knallgass (side 135) Forsøkene bør koples opp mot bruk av sikkerhetsdatabladene for oksygen og hydrogen (se kommentarene til sidene nedenfor). Legeringer En legering er en blanding av to eller flere metaller. Bronse består av metall-grunnstoffene kobber og tinn. Vanlig stål er en legering som i hovedsak består av jern (Fe) og noe karbon (C). I rustfritt stål er det i tillegg en del krom (Cr) og ofte noe nikkel (Ni). Hvitt gull, som er en sølvfarget legering av om lag 90 % gull (Au) og 10 % palladium (Pd) eller 59 % nikkel (Ni) og 41 % gull (Au), brukes i smykker. Nova 8 alt er kjemi 6

7 Under avsnittet om metaller er det aktuelt å demonstrere reaksjonen mellom kalsium og vann eller natrium og vann. Vær svært nøye med sikkerheten under demonstrasjonen. Se kommentarer under innledningen. Natrium står i gruppe 1 i periodesystemet. Denne gruppa kalles alkali metallene. Kalsium er i gruppe 2, som kalles jordalkalimetallene. Sidene Ifølge læreplanen er dette ett av kompetansemålene for trinn: følge sikkerhetstiltak som er beskrevet i HMS-rutiner og risikovurderinger Det betyr at du som lærer har ansvar for å sette elevene inn i de HMS-rutiner og risikovurderinger som gjelder for skolen generelt og for arbeidet på naturfaglaboratoriet spesielt. Som et ledd i dette arbeidet er det nyttig å gå gjennom de ti lab-vett-reglene som er beskrevet i elevboka. Gjennomgå også sikkerhetsdatablad som fins på laboratoriet, eller finn dem for aktuelle stoffer ved å søke på «sikkerhetsdatablad + stoffnavn» eller «HMS-datablad + stoffnavn» på nettet. Vi anbefaler at du gjennomgår sikkerhetsdatabladene for oksygen og hydrogen i forbindelse med de to forsøkene som er beskrevet ovenfor under kommentarene til sidene Sidene På disse sidene er det bilder av og navn på vanlig laboratorieutstyr som elevene kan møte under kjemiforsøk. Om ønskelig kan du vise og forklare bruken av alt dette utstyret på laboratoriet, eller du kan ta en gjennomgang av aktuelt utstyr hver gang dere gjør et forsøk. Sidene I tilknytning til dette stoffet om separasjon av stoffer i en blanding, analyse av ukjent stoff og påvisningsreaksjoner, bør en gjøre følgende forsøk: 3 A Separasjon av stoffer i en blanding (side 126) 3 B Hvordan kan vi finne ut om et spesielt stoff er til stede i en blanding? (side 128) 3 C Tusjetterforsker (side 129) Disse forsøkene gir også elevene god trening i bruk av mye laboratorieutstyr. På side 114 er det beskrevet en metode for å påvise vanlig salt (koksalt, bordsalt) som har kjemisk formel NaCl, natriumklorid. Når vi tilsetter en løsning med sølvioner (Ag + ), i en løsning med natriumklorid, får vi utfelt det hvite stoffet sølvklorid, AgCl. Nova 8 alt er kjemi 7