Studentenes navn: Øystein Bjørnstrøm, Olav Myrvoll og Line Antonsen Hagevik 17. april NA154L Naturfag 1 Del 2 Nr.

Transkript

1 Studentenes navn: Øystein Bjørnstrøm, Olav Myrvoll og Line Antonsen Hagevik 17. april 2012 NA154L Naturfag 1 Del 2 Nr. 3 av 4 rapporter

2 Innholdsfortegnelse 1. Innledning Teori Materiell og metode Utstyr: Fremgangsmåte: Fotodokumentasjon Gjennomføring med elever Risikovurdering: Observasjoner Drøfting Naturvitenskapelig drøfting Naturfagdidaktisk drøfting Konklusjon Kildeliste

3 Forsøk 3: Rødkålindikator 1. Innledning Denne aktiviteten gjennomførte en av studentene sammen med 6. klassinger på Nysgjerrigperdagen 2012 torsdag 29. mars. Lignende aktivitet har alle tre vært med på å gjennomføre ved UiN tidligere dette semesteret. Ideen til å gjennomføre denne aktiviteten på Nysgjerrigperdagen kom fra denne samlinga, i tillegg til Nysgjerrigper sine nettsider hvor det er forslag til spennende naturfagaktiviteter for barn og unge. (Finnstad, H. 2003) Hensikten med forsøket er at elevene skal bli kjent med syrer, baser og indikatorer i hverdagen. Forsøket skal også pirre elevenes nysgjerrighet og skaffe interesse for emnet. Aktuelle kompetansemål i LK06: Etter 7. årstrinn o Forskerspiren: formulere spørsmål om noe han eller hun lurer på, lage en plan for å undersøke en selvformulert hypotese, gjennomføre undersøkelsen og samtale om resultatet o Fenomener og stoffer gjennomføre forsøk med kjemiske reaksjoner og forklare hva som kjennetegner disse reaksjonene Etter 10. årstrinn o Forskerspiren planlegge og gjennomføre undersøkelser for å teste holdbarheten til egne hypoteser og velge publiseringsmåte o Fenomener og stoffer gjennomføre forsøk for å klassifisere sure og basiske stoffer undersøke kjemiske egenskaper til noen vanlige stoffer fra hverdagen Kompetansemålet innenfor hovedområdet Forskningsspiren for 7. trinn vil i denne aktiviteten dekkes i noen grad ved at aktiviteten la til rette for at de skulle formulere hypoteser, gjennomføre forsøk for å undersøke om dette stemte og deretter samtale om 3

4 resultatet. Stoffene vi valgte å ta i bruk var stoffer som elevene kan ha kjennskap til fra eksempelvis kjøkkenet, og de ble eksempelvis oppfordret til å tenke over hva som smakte mest surt og hvilken betydning dette kom til å ha for fargeendringen. Elevene arbeidet i mindre grupper og i tillegg hadde vi noe oppsummering i plenum, noe som fører til at elevene fikk gode muligheter til å samtale om resultatet. Innenfor hovedområdet Fenomener og stoffer vil elevene få arbeide med en av de tre hovedtypene uorganiske kjemiske reaksjoner. Aktiviteten vil derfor være svært relevant for elevenes måloppnåelse, men ikke dekke kompetansemålet i sin helhet. Aktiviteten kan gjennomføres på barneskolen og dette kan være både interessevekkende og lærerikt for elevene, men aktiviteten vil nok i enda større grad være gjeldende for elever i ungdomsskolen. Et kompetansemål etter 10. trinn omhandler å klassifisere syrer og baser og undersøke egenskaper hos noen stoffer fra hverdagen, nøyaktig det aktiviteten legger til rette for. Elever vil på et slikt nivå kunne lage egne hypoteser, finne egne stoffer de ønsker å undersøke samt publisere resultatet på en oversiktlig måte. 2. Teori Vi skiller i kjemien mellom tre hovedtyper kjemiske reaksjoner. Dette er redoksreaksjoner, fellingsreaksjoner og syre-base-reaksjoner, og sistnevnte er den aktuelle reaksjonstypen i dette forsøket. Det finnes flere ulike typer syrer i naturen, både organiske og uorganiske syrer. Disse gir den sure smaken blant annet i frukter som sitron, eple og rabarbra og i surmelk. Baser er ikke så utbredt i naturen, men brukes både i husholdninger som eksempelvis rengjøringsmidler og i industrien. (Hannisdal, M. og Ringnes, V. 2011) En syre eller en base kan opptre i fast form, væskeform eller gassform. Når syren eller basen er løst opp i vann har vi ei sur eller basisk løsning. Observerbare egenskaper kan benyttes for å klassifisere syrer/sure løsninger og baser/basiske løsninger. Egenskaper som er typiske for syrer/sure løsninger er at de smaker surt, reagerer med karbonater og gir CO 2 -gass, har ph lavere enn 7, nøytraliserer baser og reagerer med uedle metaller og gir H 2 -gass. Baser smaker bittert, nøytraliserer syrer, føles glatte og har en ph større enn 7. Både syrer og baser gir fargeendringer på ulike indikatorer, men fargene vil være forskjellige. (Hannisdal og Ringnes, 2011) 4

5 På mikronivå beskriver vi syrer og baser ut fra molekylene/ionenes evne til å avgi eller ta opp H +, protoner. Syrer kan avgi H +, mens baser kan motta H +. Dette indikerer at i den kjemiske formelen for en syre må det være et eller flere hydrogenatom, men det er viktig å huske at ikke alle molekyler som inneholder hydrogenatom er syrer. Dersom vi har en syre med flere hydrogenatomer har vi en flerprotisk syre. Vi skiller mellom sterke og svake syrer og sterke og svake baser. Svake syrer er dersom mindre en 5 % av syrepartiklene avgir protoner, og svake baser er dersom mindre enn 5 % av basepartiklene kan motta protoner. En syre-basereaksjon defineres som en reaksjon der det skjer protonoverføringer. For at en syre skal kunne avgi et proton må det være en base som tar i mot dette protonet, vi vil derfor ikke ha en syrebase-reaksjon uten at stoffer med begge egenskapene er til stedet. (Hannisdal og Ringnes, 2011) For å beskrive surhetsgraden i en løsning benytter vi oss av en skala som kalles ph-skalaen. Denne skalaen er gradert fra ph 0 til 14 og beskriver antall H + protoner i en løsning. En løsning med ph 0 inneholder svært mye H + protoner og er dermed en svært sur løsning. En løsning med ph 14 inneholder derimot svært få H + protoner og er da en svært basisk løsning dersom den har evnen til å ta opp H + protoner. I vannløsninger vil de aller fleste H + protonene være bundet opp i såkalte oksoniumioner(h 3 O + ). ph 7 finner en i nøytrale løsninger som for eksempel rent vann. For å klassifisere ulike stoffer som syrer eller baser er det vanlig å benytte seg av indikatorer, ph-papir eller ph-meter for å kunne si noe om surhetsgraden i en løsning. (Finnstad, 2003) Rødkålsaft har en rødlilla farge som kommer fra fargestoffet anticyanin. Dette stoffet skifter avhengig av surhetsgraden til væsken det befinner seg i. På denne måten virker rødkålsaft som en indikator og kan benyttes for å klassifisere sure og basiske stoffer. På skalaen nedenfor ser vi hvilken ph som gir hvilken farge på rødkålsafta. 5

6 Figur 2.1: Fargeskala for rødkålindikatoren Kilde: (Finnstad, H. 2003) Av elevene på barneskolen forventes det ikke så veldig mye forkunnskaper til dette emnet, men de bør ha noe kjennskap til reaksjoner og bruk av utstyr på kjemirommet. Etter dette forsøket er gjennomført vil det være mer teori som er aktuell å ta fatt i. deriblant egenskaper til syrer og baser, syrer og baser i hverdagen og i kroppen. 3. Materiell og metode 3.1 Utstyr: Rødkål Kokende vann Ulike stoffer slik som eksempelvis: Sitronsaft, salmiakk, eddik, natron, cola, appelsinjuice, eplejuice, melk, zalo, håndsåpe Dråpetellere Reagensglass Reagensglasstativ Tegneark Pensler Briller Dette utstyret er ikke vanskelig å skaffe og heller ikke spesielt kostbart. De fleste stoffene kan man finne i vanlige husholdninger, og det kan også være aktuelt å benytte andre stoffer. Fersk rødkål er en sesongvare, og er derfor noe krevende å få tak i. Dersom forsøket skal gjennomføres utenfor sesong kan man benytte seg av nedfryst rødkål, eller rødkål på pose. 6

7 Denne er lagret i en sur løsning, og må derfor nøytraliseres før den blir benyttet i deler av forsøket. Utstyr slik som dråpetellere, reagensglass, stativ og lignende er utstyr som finnes ved de fleste skoler, men dersom man ikke har tilgang på dette kan man ta i bruk det man måtte ha tilgjengelig. 3.2 Fremgangsmåte Da tidsrammene for dette forsøket var relativt stramme, krevde forsøket noe forberedelse fra den ansvarlige studenten sin side. Rødkålsaften ble laget i forveien og arkene som skulle benyttes for å lage kjemiske kunstverk var også laget i forveien slik at de skulle tørke. Rødkålindikatoren ble laget ved å koke opp 3 dl vann og tilsette en pose rødkål. Dette ble satt til avkjøling, og deretter ble restene av rødkålen silt bort slik at bare safta var igjen. For å lage ark til de kjemiske kunstverkene ble det benyttet tykt tegnepapir som fikk trekke inn rødkålsafta som var nøytralisert ved hjelp av det basiske husholdningsproduktet Salmi. Arkene fikk deretter tørke over natta. I tillegg bestod noen av forberedelsene på å sette fram nødvendig utstyr. Første del av aktiviteten som elevene gjennomførte var at de skulle ha litt rødkålsaft i fem reagensglass og deretter tilsette ulike, valgfrie stoffer til de ulike glassene. Elevene skulle lage en hypotese der de tenkte gjennom hva de trodde kom til å bli resultatet i hvert reagensglass ut fra deres forkunnskaper om stoffene. Elevene skulle så si noe om surhetsgraden til hvert av stoffene, og rangere glassene i stativet. Neste utfordring for elevene var å få rødkålsaften i ett av reagensglassene til å oppnå samme farge som den hadde i utgangspunktet. Den andre delen av forsøket gikk ut på å ta i bruk det de hadde funnet ut og benytte dette for å lage et kjemisk kunstverk på papiret med rødkålsaft ved hjelp av malerkoster og de ulike sure og basiske løsningene. 3.3 Fotodokumentasjon Bilde 3.3.1: Elevene undersøkte surhetsgraden til ulike hverdagsstoffer. 7

8 3.4 Gjennomføring med elever Forsøket ble gjennomført med 6. klassinger i forbindelse med Nysgjerriperdagen Undervisningen var stasjonsbasert med 45 minutter til rådighet på hver stasjon. Elevene kom klassevis, noe som førte til at gruppestørrelsene varierte mellom 6 og 20 elever. Alle klassene hadde også følge av en lærer fra deres respektive skoler. Elevene hadde lite forkunnskaper om syrer, baser og rødkålindikator, slik som forventet ut fra deres klassetrinn. Det var også svært varierende hvor lett elevene tok stoffet, noe som er naturlig. At aktiviteten var såpass åpen og la til rette for nivådifferensiering gjorde at elevene likevel hadde et best mulig utbytte av arbeidet. 3.5 Risikovurdering: Denne aktiviteten innebærer liten risiko da syrene og basene vi arbeider med er svake eller så sterkt fortynnet at de ikke klassifiseres som etsende. Salmiakken kan likevel være farlig å få i øynene, slik at elevene bruker briller når de arbeider med denne. Til en hver tid har vi også vann og skylleflasker tilgjengelig dersom noen skulle få noe i øynene. Vi vurderte det slik at kaustisk soda og krystallsoda, som er noe farligere stoffer, ikke ville være nødvendig å bruke for å få et tilfredsstillende forsøk. Disse basiske stoffene er sterke, og kan derfor gjøre skade på huden. I henhold til substitusjonsprinsippet valgte vi derfor å benytte mindre basiske stoffer som ikke er klassifisert som etsende da vi kunne oppnå omtrent samme effekt. Dersom forsøket ikke skulle blitt gjennomført sammen med elever vil det derimot være en mulighet å ta i bruk disse stoffene for å få testet ytterpunkter av ph-skalaen, gitt at passende sikkerhetstiltak er ivaretatt. 4. Observasjoner I første del av forsøket klarte elevene å finne stoffer som gav indikatoren en farge fra sterkt rosa til mørk grønn. Elevene så at både eddik og sitronsyre gav en rødrosa farge, og mengden hadde noe å si for utslaget. Ved å ta i bruk natron klarte elevene å få en blåfarge i reagensglasset og Salmi gav en grønn farge. Cola og ulike typer juice ble av noen grupper prøvd ut, og viste seg å være sure produkter, men ikke like sure som sitronsyre og eddik. Mange elever hadde hypoteser om at juice var litt surt, men ikke like surt som sitronsyre, og 8

9 denne hypotesen ble bekreftet under forsøket. Flere elever ble overrasket over at cola var en sur løsning. Da elevene skulle få et av glassene med sterk rosa farge tilbake til utgangspunktet var det noen som med en gang skjønte at de måtte tilsette en base, mens andre trengte litt hjelp på vei. Til slutt klarte de fleste å få et av reagensglassene tilbake til noe som var tilnærmet lik den nøytrale rødkålfargen. Da elevene laget kjemiske maleri benyttet de seg av den nye kunnskapen som de hadde opparbeidet seg tidligere i økten. Noen elever fortsatte å prøve ut forskjellige sure og basiske løsninger i maleriet bare for å se hvilke effekter det gav, samtidig som andre hadde en plan for hvordan maleriet skulle bli og måtte forsøke å forutse hvilke farger de kom til å få på bakgrunn av de tidligere eksperimentene. For å få til de ulike fargene måtte elevene benytte surere eller mer basiske løsninger, alt etter hva som passet. 5. Drøfting 5.1 Naturvitenskapelig drøfting Fargestoffet i rødkålen skifter farge avhengig av surhetsgraden til løsningen den er i. Indikatoren skifter farge i kontakt med syrer/sure løsninger eller baser/basiske løsninger da den selv har egenskapene til både en syre og en base og inngår i en kjemisk likevekt mellom syre- og baseformen av indikatoren hvor det utveksles H 3 O + -ioner. Kontakt med andre syrer eller baser vil dermed føre til at det tilføres eller trekkes fra ytterligere H 3 O + -ioner noe som vil føre til at likevekten forskyves den ene eller den andre veien i trå med Le Châteliers prinsipp. Det betyr at det dannes mer av enten syre- eller baseformen av indikatoren. Fargeendringen kommer av at syre- og baseformen av indikatoren har forskjellige farger (noe som gjør at de er egnet som indikatorer) og den fargen vi ser på indikatoren ved forskjellige ph-verdier er produktet av syre- og baseformens farger, samt konsentrasjonen av dem. Sitronstyre og eddik er svake organiske syrer, med ph lavere enn 7. Dersom man tilsetter en base dråpevis, eksempelvis salmiakk, vil man kunne nøytralisere den sure løsninga. På tilsvarende måte kan man nøytralisere base ved å tilsette syre. Ei nøytral løsning har ph 7. 9

10 dette førte til fargeendringer på indikatoren i henhold til figur 2.1, noe som elevene benyttet seg av i videre aktivitet. De stoffene som gav et tydelig baseutslag på indikatoren, som flertallet av gruppene testet ut, var løsning av natron og Salmi. Elevenes hypoteser om de kjente stoffene stemte i flere tilfeller godt overens med resultatet. Dette er fordi elevene tidligere har smakt på stoffene og kjent igjen den sure smaken som er et typisk kjennetegn for syrer. Når syrene avgir H + i munnen vil de sure smaksløkene sende nervesignaler til hjernen, og vi opplever da en sur smak. (Finnstad, H. 2003) Flere av gruppene prøvde å sammenligne Zalo og vanlig håndsåpe for å se om det var noe forskjell i ph i disse såpene. Noen av gruppene mente at de hadde et resultat som tilsvarte at håndsåpen var surere enn Zaloen. Dette kan være et naturlig tilfelle da håndsåpe skal være noe mer hudvennlig enn Zalo, og huden er dekket av et fettlag som er litt surt for at bakterier skal ha vanskeligere for å vokse på huden. (Finnstad, H. 2003) Likevel skal det nevnes noen feilkilder i denne eksperimenteringen, da Zalo har en klar grønn farge, mens håndsåpen var hvit, noe som kan ha spilt en rolle for den observerbare fargen. Dette kunne man forsket videre på ved hjelp av andre metoder for å finne ph-verdien i de ulike stoffene. Også mengden av de ulike stoffene var noe unøyaktig målt opp, og dette kan ha effekt på resultatet. 5.2 Naturfagdidaktisk drøfting Nysgjerrigper er et tilbud med aktiviteter og metodesett til barneskoler fra Forskningsrådet. Nysgjerrigper har som formål å oppmuntre barn og unge til å dyrke sin nysgjerrighet, forskningstrang og fantasi. (Norges forskningsråd, udatert) Denne målsetningen er i stor grad den samme som ønskes oppnådd gjennom hovedområdet forskerspiren i LK06. Denne aktiviteten går i likhet med mange av nysgjerrigperprogrammets aktiviteter ut på å kombinere naturvitenskap med aktiviteter som er lystbetonte for elevene, i dette tilfellet maling. Målet er at den lystbetonte aktiviteten skal fungere som en motiverende døråpner for elevene, skape undring og pirre elevenes nysgjerrighet. Mye av baktankene er at elevene skal forske seg frem til svar på undringene sine selv ut fra deres egne forutsetninger med lærer som veileder. Med dette som utgangspunkt for aktiviteten mener vi at denne har fungert bra i forhold til 10

11 hensikten med forsøket. Elevene viste stor interesse og undring over rødkålens egenskaper som ph-indikator og med maling med syrer og baser som grunnlag for elevenes forskning på temaet. Gjennom elevenes spørsmål var veileder med på å utforme hypoteser som elevene kunne forske på og var med på å systematisere kunnskapene som elevene fant frem til. I noen tilfeller var det også nødvendig grunnet den stramme tidsrammen og rammefaktorene rundt forsøket at veileder kom med ideer eller kunnskap som elevene kunne drøfte og bygge videre på, uten at dette gikk på bekostning av elevenes nysgjerrighet, forskning eller engasjement. I etterkant av aktiviteten satt alle elevene igjen med nye kunnskaper om syrer og baser, at det finnes ulike grader av sure og basiske løsninger (ph), at det finnes stoffer som kan brukes til å indikere ph, etc. Læringsutbyttet vil selvfølgelig variere fra elev til elev da alle har ulike forutsetninger, men generelt sett sitter alle igjen med ny kunnskap. I tillegg mener vi denne aktiviteten har bidratt til økt motivasjon og engasjement for kjemi og naturfag generelt og hensikten med aktiviteten er i så måte godt ivaretatt. I forhold til tilpasset opplæring kan denne aktiviteten være med på å variere undervisningen, samtidig som metodene som benyttes i nysgjerrigperprogrammets metoder i stor grad legger vekt på at elevene selv skal forske seg frem til kunnskapen på bakgrunn av deres egne forutsetninger, noe som vil føre til en naturlig nivådifferensiering blant elevene. Læreren som veileder i denne prosessen må da sørge for at alle elevene får et best mulig læringsutbytte av aktiviteten både individuelt og som gruppe. 6. Konklusjon Denne aktiviteten viste seg å fungere svært bra sammen med elevene. Elevene virket svært motiverte og engasjerte i arbeidet noe som var en stor del av målet med å gjennomføre aktiviteten. I tillegg fikk alle elevene nye kunnskaper om syrer og baser og fikk relatert dette til stoffer de kjenner fra hverdagen. 11

12 7. Kildeliste Finnstad, H., 2003, Fargerikt Kålhovud, Forskerfabrikken. Hentet fra Hannisdal, M. og Rignes, V., 2011, Kjemi for lærere, Gyldendal Norsk Forlag AS Norges forskningsråd, udatert, Nysgjerrigper ressursmappe, Forskningsrådet Utdanningsdirektoratet (Udatert) Læreplan i naturfag kompetansemål. Hentet fra 12