Kiselo i bljutavo daju slano
Osnovne informacije:
Trajanje: 7 dana
Broj djece: 5
Prikladno za dobnu skupinu: Srednja škola
Održano (kada i gdje): Split, 23.-29. srpnja
Cilj radionice:
Ova sedmodnevna radionica ima kao svoj temeljni cilj razmotriti sudionicima svijet oko nas iz drugačijeg kuta: dočarati im materiju koja sačinjava našu svakidašnjicu, od naše okoline do nas samih, kroz kiseline, lužine i soli na uzbudljiv i zabavan način. PowerPoint prezentacijama, efektnim pokusima, i samostalnim istraživanjem sudionici na kraju radionice imali bi drugačiju sliku o svojoj svakidašnjici, primarno zato što bi dobili na uvid mnogo odgovora na pitanja: «Kako i zašto?» Koncept radionice jest objasniti navedeno počevši od subatomske razine, preko molekula, intramolekularnih veza, kemijskih reakcija, kemijske analize pa sve do kemije u industriji u vidu kiselina, lužina i soli. Preko potonje je, naime, cilj upoznati i pokazati sudionicima određene važne tehnološke procese i supstance, na laboratorijskoj skali, koji su važni za dobivanje proizvoda i predmeta koje svi dobivamo na gotovo. Isti se najčešće shvaćaju zdravo za gotovo, što je cilj izmijeniti. Polja koja su navedena kao program radionice vrlo su opsežna (na temelju njih postoji mnogo cijelih sveučilišnih studija, dakako), te je gradivo-program istih oprezno i selekivno sastavljen i pojednostavljen na razumnu razinu.
Kroz radionice cilj je, uz prije svega stjeći znanje, razvijati i poticati kod sudionika što više ispravnog razmišljanja, zaključivanja, samostalnosti u radu, ali i timskog rada kao i uvježbati praktični laboratorijski rad. Važno je pokazati im ljepote i tajne znanosti koje na nastavi kemije uglavnom nisu mogli doživjeti punim plućima.
Mentori:
Kristian Nakić i Antonio Prlj
Kratki opis radionice:
Obuci bijelu kutu, i kao mladi inženjer kemije otkrij s nama neke od tajni funkcioniranja svijeta oko nas! Saznaj ponešto više o atomima, molekulama, kemijskim reakcijama među njima, i tehnički važnim spojevima: kiselinama, lužinama i solima! Zajedno ćemo u laboratoriju pripravljati i sintetizirati ove supstancije onako kako se prave u tvornici, proučavati i ispitivati im svojstva, te vidjeti kako su one jedne od krivaca za to što smo odjeveni, što možemo obojati našu sobu baš u boju u koju poželimo, što možemo lansirati raketu, produljiti rok trajanja hrane, fotografirati, upaliti farove po mraku, zidati kuću, imati zrcalo za namjestiti frizuru ili sapun za oprati ruke... Uz znanje i rad, na ovoj ljetnoj školi sigurno ti neće nedostajati zabave i igre!
Sudionici radionice:
Marina Milanović Litre
Roko Udovč
Toni Konsa
Valentina Juraga
Vinka Kovačev
Izvori informacija:
linkovi etc.
Okvirni plan rada:
1.Dan: Atomi, molekule, kemijske reakcije
Atom: atomske teorije i subatomske čestice (PowerPoint); pokusi koji su zaslužni za otkriće subatomskih čestica (animacijski videi);
Kvantno-mehanički pristup atomu: kvant; kvantni brojevi; atomske orbitale- demonstracija modelom s balonima; elektronska konfiguracija; Hundovo pravilo
Periodni sustav: nastanak i razvoj periodnog sustava; Mendeljejevljev koncept razvrstanja elemenata; trendovi: veličina atoma, kationa i aniona; energija ionizacije; afinitet prema elektronu; elektronegativnost; metalni karakter. Pokus: pokazati kako dva spoja s istim kationom, ali anionima različite enlektronegativnosti pokazuju različita svojstva: veća razlika elektronegativnosti – stabilnija specija: jakost fluorovodične i klorovodične kiseline (iste konc.-HF ne disocira potpuno-stabilniji je, HCl disocira cijeli):
-mjerenje otpornosti dviju kiselina, mjerenje jakosti struje kroz te elektrolite
-testiranje pH vrijednosti univerzalnim pH papirićima.
Teorija valentne veze i hibridizacija; VSEPR teorija: geometrija molekule
Molekule i formulske jedinke: ionska i kovalentna veza; jakost, duljina i energija veze; disocijacija. PowerPoint prezentacija, animacijski videi.
Polarnost: Pojašnjenje i pokus nadovezan na ionske i kovalentne veze:
-polarne i nepolarne tvari; testiranje polarnosti supstancije
-taljenje ionskog i kovalentnog spoja (šećer i natrijev klorid)
-topljivost ionskih spojeva u polarnim i nepolarnim otapalima;
-kovalentni spojevi: -s ionskim karakterom (disociraju): HCl, HOAc, HNO3...
i otapaju se u polarnijim otapalima;s manjim ionsk. karakterom(ne disoc.):
metanol, etanol, glicerol, etilen glikol, šećer: otapaju se i u nepol.otapalima
-testiranje vodlj. navedenim spojevima i topljivosti u različito polarnim otap.
-topljivost kovalentnih spojeva u polarnim i nepolarnim otapalima
-mjerenje otpornosti otopina ionskih i kovalentnih spojeva pomoću
ommetra i vodljivosti pomoću lampice (intenzitet sjaja).
-mjerenje jakosti struje koja prolazi kroz elektrolit ampermetrom
Kemijske reakcije: tipovi kemijskih reakcija(taložne, redoks i kiselo-bazne) demonstrirane pomoću pokusa i teor. potkrijeplj., uz poticanje zaključivanja:
-taloženje sulfida prijelaznih metala (Mn2+,Ni2+,Cd2+,Cu2+,Zn2+,As(III))
-redoks reakcija: «kemijski kameleon»
-taložne i redoks reakcije: pokus «čarobni napitci»
-kiselo bazna reakcija: neutralizacija otopina kiseline i lužine uz prisustvo pH indikatora u vidu kiselo-bazne titracije; izrada i lansiranje rakete na vodeni pogon. Sve navedeno bit će objašnjeno u vidu mehanizama-kemijskih reakcija koje će sudionici uz asistiranje mentora pokušati sami odgonetnuti.
2.Dan: Kemijske reakcije, kinetika, energija, kiseline, lužine, soli
Energija aktivacije: Tumačenje preko PowerPointa (grafovi)
Kinetika kemijskih reakcija: uz tumačenje kroz pokuse demonstriraju se različiti čimbenici kojima se utječe na brzinu kemijske reakcije:
-temperatura: brzina taloženja sumpora (hladni i topli reaktanti)
-koncentracija reaktanata: Landoldtova oscilirajuća reakcija «Old Nassau»
-medij: Negativ-x pokus: smjesa osjetljiva na vodu
-veličina čestica: «mlijeko u prahu», cink(plvs.i gran.)i klorovodična kiselina
-katalizator: «Slonovska pasta za zube» + tumačenje katalizatora
pomoću animacijskog videa (uvod u katalizu; aktivna mjesta
katalizatora; katalizatorski otrov)
Energijske promjene pri kemijskim reakcijama: Endotermne i egzotermne kemijske reakcije; tumačenje pomoću grafova i pokusa:
-egzotermna reakcija: Reakcija barijeva hidroksida oktahidrata i amonijeva
tiocijanata; kontrola termomerom; lijepljenje reakcijske posude za navlaženi
kameni blok ili crijep zbog sniženja temperature
-egzotermna reakcija: gorenje etanola u polikarbonatnoj boci, otapanje natrijeva hidroksida u vodi
Kiseline, lužine i soli: Kratko teorijsko predavanje pomoću slideova i eksperimenata:-kratki filmić o pH indikatorima; priprava vlastitog pH indikatora za buduće eksperimente i analize; ekstrakt crvenog kupusa (pH test: namirnice, razni proizvodi, zemlja i drugi predmeti iz okoline.)
-jedna grupa: pripravljanje klorovodika i otapanje u vodi; testiranje vodljivosti pomoću lampice; mjerenje jakosti struje kroz elektrolit (ionsk.kar.)
-druga grupa: pripravljanje amonijaka i otapanje u vodi; testiranje na vodljivost pomoću lampice; mjerenje jakosti struje kroz elektrolit (ionsk.kar.)
-«kemijska fontana»
3. Dan: Kiseline
kemijska analiza: Kvalitativno slijedno utvrđivanje nepoznatih aniona datih kiselinâ, utvrđivanje koncentracije date kiseline titracijom (natjecanje grupa).
-istraživanje kvalitativnog sastava kiselih proizvoda (jogurt, sredst.za čišć...)
Jakost kiselina: zašto su neke jake, a neke slabe (+istiskivanje slabe jakom)
Sumporna kiselina: tehnički najvažnija kiselina: pojašnjenje svojstava sumporne kiseline kroz pokuse:
-kao kiselina (zakiseljavanje medija za reakcije-dikromat-jači oksidans u kis.
Istiskivanje slabe kiseline jakom: otapanje kamenca)
-kao oksidans: otapanje metala, odštopavanje odvoda-razgradnja masti
-kao dehidatacijsko sredstvo: sušenje plinova, karbonizacija ugljikohidrata,
odštopavanje odvoda, razbijanje saharoze na glukozu i fruktozu: (test na gl.)
-kao katalizator: za esterifikaciju - refluks etanola i octene kiseline (i drugi)
-kao elektrolit: za galvanske članke i akumulatore(4.dan)
-kao koagulans: pripravljanje umjetne svile (viskoze) pomoću Scweitzerova r.
Teorijski uvod i tumačenje sheme minijaturnog pogona: uvod u izgradnju vlastitog pogona sumporne kiseline kontaktnim postupkom na temelju do sad stečenog znanja. Pokazivanje sheme pravog pogona.
Sastavljanje pogona za proizvodnju sumporne kiseline kontaktnim postupkom (uz katalizator željezov(III) oksid)
Proračuni: Vaganje sumpora kao polazne sirovine, te dobivanje teorijske količine produkta računom
Stavljanje pogona u funkciju: Pogonu će se nakon završene sinteze računati efikasnost, a reakciji iskorištenje.
4.Dan: (Kiseline nastavak), lužine i soli
Proračuni: Kvalitativna i kvantitativna kemijska analiza produkta pogona iz prijašnjeg dana (kiselo-bazna titracija proizvoda i dr.). Ispitivanje svojstava.
Akumulator: PowerPoint teorijska potkrijepa galvanskih članaka i akumulatora; izrada vlastitog akumulatora; mjerenje elektromotorne sile
Limun kao baterija: serijsko spajanje više komada voća s Cu i Zn elektrodama: mjerenje elektromotorne sile voltmetrom i spajanje LE diode.
Limunska i sumporasta kiselina kao antioksidansi: prikaz kako izrezane polovine jabuka namazane ovim kiselinama sporije oksidiraju izložene zraku.
Lužine
Identifikacija: Kvalitativno slijedno utvrđivanje nepoznatih kationa datih lužina, utvrđivanje koncentracije date lužine titracijom (natjecanje grupa)
Jakost: zašto su neke slabe, zašto su neke jake (+istiskivanje slabe jakom)
Pogon za proizvodnju cementa: Kroz prezentacije: objašnjenje cementa kao važnog materijala svakidašnjice, prikaz kako se on proizvodi, te izrada vlastitog cementa pokusom. Izrada vlastitog betona iz vlastitog i kupovnog cementa, te uspoređenje svojstava, test drobljivosti pomoću priručne preše sljedeći dan kad se osuše.
Natrijev hidroksid: jedna od najvažnijih tehničkih supstanci; prikaz svojstava kroz pokuse i načine na koje se ista primjenjuje:
-dobivanje natrijeva hidroksida elektrolizom otopine natrijeva klorida
-test pH vrijednosti vlastitim indikatorom
-saponifikacija: priprava vlastitog sapuna s aromom lavande
-priprava aluminijeva hidroksida precipitacijom: važnije tvari za pročišćenje otpadnih voda; tumačenje načina na koji se njime pročišćavaju otpadne vode
Soli: Pomoću prezentacija i tablica prikaz sastava različitih boja i pigmenata, te objašnjenje zašto imaju takve boje.
5.Dan: Soli
Prikaz različitih svojstava različitih soli koja proizlaze iz vrste kiseline i baze iz kojih su nastale. Prikaz primjene soli s obzirom na svojstva teorijski i pokusima:
-hidrolitičnost (primjena hidrolize- jetkanje željezovim(III) kloridom)
-oksidativnost(klorati i nitrati kalija i amonija) raketno gorivo, smjese za prskalice, blic-fotografski prah
-termokromatizam-(pokazati temperaturni učinak na određene soli, primjena kao indikatori temperature- ZnO, PbI2, Cu2[HgI4])
-izrada zrcala na ploči (Tollensov reagens s glukozom)
-svojstvo otapanja metalnih oksida kao proces čišćenja površine metala pri varenju u brodogradnji i drugim industrijama (boraksove kuglice u bojama)
Fotolitičnost: Teorijska podloga analogne fotografije; slikavanje i razvijanje fotografija u tamnoj komori. Izrada fotopapira za cijanotipijske fotografije
Fotolitičnost: razvijanje fotografija; izrada cijanotipijskih fotografija
6.Dan: Izrada prezentacije:
Fotolitičnost: izrada fotografija – nastavak
Izrada prezentacije
7.Dan: Prezentacija:
Izlaganje naučenog gradiva predavanjem i demonstracijama
Dodatak: Sudionici mogu pri prezentaciji (predavanje+demonstracija) držati otvoren kolateralni
štand s proizvodima iz vlastitog pogona koje su izradili tokom radionice: vlastoručne fotografije, sapuni, džepna ogledalca, figure od betona iz kalupa (patka, kornjača, školjka - kalupi za pješčanu plažu), pH
reagens od crvenog kupusa u bočicama za kapi, rakete na vodeni pogon. Na temelju raketa na vodeni
pogon može se načiniti natjecanje sudionika drugih radionica - tko bolje ispali raketu ( štopericom se
mjeri vrijeme kojim je raketa u zraku) dobiva kao nagradu nešto što mu se svidi sa štanda.
Materijali:
što sve treba