Studentenes navn: Olav Myrvoll, Ida Henriette Tostrup og Line Antonsen Hagevik 06. september 2011 NA153 Naturfag 1 Del 1 Nr. 1 av 4 rapporter
Innholdsfortegnelse 1. Innledning...3 2. Teori...4 3. Materiell og metode...5 3.1 Utstyr:...5 3.2 Fremgangsmåte:...5 3.3 Fotodokumentasjon...6 3.4 Gjennomføring med elever...6 3.5 Risikovurdering:...6 4. Observasjoner...6 5. Drøfting...7 5.1 Naturfagvitenskapelig drøfting...7 Naturfagdidaktisk drøfting...7 6. Konklusjon...8 7. Kildeliste...8 2
Forsøk 1: Vi brenner stålull 1. Innledning Denne aktiviteten er hentet fra naturfagundervisning i kjemi, tirsdag i uke 36. Lignende forsøk har også blitt presentert av Andersen og Øgrim (udatert). Formålet med dette forsøket var å brenne stålull, laget av jernspon, og observere hva som skjedde med vekten til jern når det brenner. Problemstillingen var bestemt på forhånd, men vi formulerte selv egen hypotese på grunnlag av forkunnskaper. Da vi hadde gjennomført forsøket ved en tidligere anledning mente vi at stålullen ville bli tyngre fordi oksygen bandt seg til jern ved denne forbrenningen. Her er det mulig for de yngste bare å observere hva som skjer med vekten av stålullen når den brennes og sammenligne med et annet kjent materiale som brenner, eksempelvis tre eller papir. De eldre elevene vil kunne studere det kjemiske aspektet ved forbrenningen i mye større grad. I begge tilfellene vil hypoteseformulering og undersøkelse av denne være aktuelt. I etterkant av et slikt forsøk er det også viktig med felles diskusjon da dette vil kunne føre til bevisstgjøring og oppklaring, noe som vil være en viktig del av læringsprosessen. Også rapportskriving vil være en lærerik form for etterarbeid i etterkant av et slikt forsøk, kanskje i størst grad for elever på ungdomstrinnet. Publisering vil da kunne være aktuelt. Aktuelle kompetansemål i læreplanen LK06: Etter 7. årstrinn o 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. 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. 3
o Fenomener og stoffer Undersøke kjemiske egenskaper til noen vanlige stoffer fra hverdagen. Vurdere egenskaper til grunnstoffer og forbindelser ved bruk av periodesystemet. Dette forsøket vil være aktuelt innenfor to av hovedområdene i naturfag; forskerspiren og fenomener og stoffer. Forsøket vil ikke føre til at målene i sin helhet vil bli dekket, men det vil være en aktivitet som kan bidra til at elevene får en økt forståelse for forbrenningsreaksjoner og en naturvitenskapelig måte å arbeide på med utforming av hypotese, utprøving og etterarbeid. Elevene vil også bli mer bevisste på kjennetegn ved den typen reaksjon, og bli kjent med stoffer fra hverdagen. En mulig utvidelse av aktiviteten er at elevene i etterkant av forsøket får planlegge og gjennomføre et lignende forsøk med et selvvalgt materiale. Elevene vil på denne måten få utløp for sin nysgjerrighet, noe som vil kunne skape videre interesse for faget og engasjement. Målene fra læreplanen vil da også dekkes i større grad, spesielt innenfor hovedområdet forskerspiren. 2. Teori Forbrenningsreaksjoner er kjemiske reaksjoner der et brennbart stoff reagerer med oksygenet i lufta. Under disse reaksjonene dannes det en kjemisk forbindelse mellom stoffet som brenner og oksygen. Disse forbindelsene kalles oksider. Denne typen reaksjoner er også eksoterme, dvs. de avgir energi. Grunnstoffet jern er det stoffet det finnes mest av på jordkloden og har atomnummer 26 og det kjemiske symbolet Fe. Stålull er laget av jernspon eller meget tynner jerntråder. I reaksjon med andre stoffer kan jern, avhengig av reaksjonen, miste to eller tre elektroner og dermed danne ioner med ladning +2 eller +3. Jernoksid, som dannes under forbrenningen av stålull, vil være jern(ii)oksid (FeO), altså har jern her gitt fra seg to elektroner. Bindingen kalles for ionebinding og oppstår når elektronegativiteten mellom stoffene som inngår i bindingen er større enn 1,7, noe som den er i dette tilfellet. 4
Av elever på mellomtrinnet forventer man at de skal ha noe forståelse av teori omkring forbrenning som en kjemisk reaksjon mellom oksygen og et annet stoff. Enkle reaksjonslignigner med kjente ord er også et aktuelt tema for elevene (Spilde, Bungum2006)(Johansen, Steineger 2008). På ungdomsskolen forventes det at elevene skal ha litt kunnskap om de mest vanlige grunnstoffene og deres evner til å inngå i reaksjoner. Også forbrenningsreaksjoner og rekasjonsligninger som beskriver det som skjer bør være kjent stoff for elevene(finstad, Kolderup 2008). Dette stemmer også overens med målene i LK06. 3. Materiell og metode 3.1 Utstyr: Såpefri stålull Skålvekt Fyrstikk Dette utstyret er ikke spesielt vanskelig å skaffe. Dersom man ikke har tilgang på skålvekt kan man bruke en annen vekt, eksempelvis digital vekt, og sammenligne vekta til den samme stålulla før og etter forbrenning. 3.2 Fremgangsmåte: Vi river av to like store deler av stålull som legges i hver sin skål på en skålvekt. Det er meningen at skålvekten skal være i balanse når stålulldelene ligger i skålene. Hvis den ikke er det må vi legge små stålulldeler i den skåla som er lettest slik at den kommer i balanse. Deretter tenner vi på stålullen som ligger i den ene skåla og observerer vekta/balansen etter hvert som stålulla brenner. 5
3.3 Fotodokumentasjon Figur 3.3.1 Forbrenning av stålull i skålvekt Foto: Tanja Gunvaldsen, 06.09.11 3.4 Gjennomføring med elever Dersom vi skulle ha gjennomført dette med elever ville vi først og fremst delt dem opp i mindre grupper, både på grunn av sikkerhet, for å sikre faglig utbytte av aktiviteten og kvalitet på etterarbeidet. Det vil være viktig at elevene får planlegge og gjennomføre deler av forsøket selv, under oppsyn. I tillegg vil etterarbeid og diskusjon være avgjørende for forståelsen av hva som har skjedd. Forsøket ville videre blitt gjennomført som beskrevet i punkt 3.2, og en videre mulighet for utvidelse av forsøket er beskrevet under punkt 1. 3.5 Risikovurdering: Dette forsøket innebærer bruk av fyrstikker og man må derfor ta hensyn til hva dette medfører slik at man har tilgang på ulike slukkemidler til enhver tid. Lett antennelige klær og stoffer bør holdes på avstand, og dersom det er tilgjengelig kan avtrekkskap benyttes. I tillegg vil reaksjonen utvikle varme og man bør derfor ikke ta i stålulla før den har blitt avkjølt. Ellers må man også ta hensyn til de vanlige reglene man har på kjemirommet. 4. Observasjoner Stålullen var lettantennelig, og den glødet oransje. Mens stålullen brant så vi at vekta kom i ubalanse og etter hvert som forbrenningsprosessen fant sted ble vekta av stålulla høyere. Vi kunne ikke observere noen endring på størrelsen til stålulla. 6
5. Drøfting 5.1 Naturvitenskapelig drøfting Finfordelt stål (jern) kan brenne når det får nok oksygen og har en antenningskilde, som i dette tilfellet var fyrstikker. Reaksjonsligningen for forbrenningsprosessen kan skrives som følger: 2 Fe( s) g 2 FeO( s) 2 Grunnen til at vekten øker er fordi jern er et ikke-organisk stoff som binder oksygen når det varmes opp. Dette vil si at før forbrenningen veide vi bare stålullen som lå i skålvekten, og etter brenningen veide vi både stålullen og oksygenet som var bundet til denne. Dette var et forsøk der ingen feilkilder hadde betydelig påvirkning på resultatet som aktiviteten var ment til å medføre. Eksempel på feilkilder som kunne hatt betydning er urenheter, ubalansert vekt og for tettpakket stålull slik at tilgangen på oksygen ikke ble stor nok for at forbrenning skulle skje i stor nok grad. Dette ble likevel ikke tilfellet i dette forsøket da resultatet ble som teorien forutsa, og vi kan da klassifisere forsøket som vellykket. Naturfagdidaktisk drøfting Dette er en aktivitet som kan avdekke og være med på å bryte ned elevers hverdagsforestillinger om metaller og forbrenning, ved at den skaper en kognitiv konflikt som man løser ved eksperimentering og diskusjon. Hverdagsforestillinger er en feilaktig forestilling som deles av mange elever og er dannet før man får undervisning i emnet (Hannisdal & Ringnes, 2011). Mange elever er av den oppfatningen at metall ikke kan brenne, ved at de tenker på jernbaneskinner, autovern og lignende fra hverdagen. Mange er også av den oppfatningen at når et stoff brenner blir det lettere, fordi noe blir til røyk eller det forsvinner, da de har sett dette skje ved brenning av eksempelvis stearinlys eller ved. 7
6. Konklusjon Denne aktiviteten vil være nyttig for elevene både som et godt eksempel på gjennomføring av naturvitenskapelig arbeid og som motiverende aktivitet. Resultatet vil kanskje virke overraskende på enkelte elever, både fordi metallet jern kan brenne og fordi det blir tyngre i denne forbrenningsreaksjonen, og dette kan være med på å pirre nysgjerrigheten for faget. Aktiviteten gir også en innføring i forbrenningsreaksjoner og de kjemiske aspektene som er typiske for disse, noe som vil være et viktig kunnskapsgrunnlag i videre arbeid med kjemi. 7. Kildeliste Andersen og Øgrim (udatert) Et batteri kan antenne stålull. Hentet 16.09.11 fra https://fronter.com/uin/links/files.phtml/4e71b778a2d3b.490653515$32145$/informas jon/dokumenter/mal+for+rapporter+naturfag+1h2011.pdf Finstad og Kolderup (2008) Trigger elevbok naturfag 9. trinn, N. W. DAMM & SØNN Hannisdal og Ringnes (2011) - Kjemi for lærere, Gyldendal Norsk Forlag Store norske leksikon (Udatert) Jernoksider. Hentet 16.09.11 fra http://snl.no/jernoksider Johansen og Steineger (2008) - Globus 7-Elevbok, Cappelen Damm Forlag Spilde og Bungum (2006) Gaia 5-Elevbok, Gyldendal Norsk Forlag Utdanningsdirektoratet (Udatert) Læreplan i naturfag kompetansemål. Hentet 16.09.11 fra http://www.udir.no/lareplaner/grep/modul/?gmid=0&gmi=156134&v=5 8
9