Interaktív laboratóriumlátogatás, élményekre alapuló oktatási program középiskolásoknak


MUNKALAPOK

 


 


1. AJTÓ – ARKHIMÉDÉSZ; TOJÁS FRISSESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA


Eszközök:
Pohár; kiskanál; keverő pálca; cseppentő

Anyagok:
Víz; konyhasó (NaCl); tojás

Munkamenet:
1. Egy félig vízzel töltött pohárba helyezd be óvatosan a tojást.
2. Kanalanként adagolj a vízhez konyhasót és figyeld meg, hogy mi történik!
3. Amikor a tojás felúszott a víz  tetejére, cseppentő segítségével óvatosan rétegezz tiszta vizet a sós víz tetejére.
4. Figyeld meg, hogy mi történik!

Észlelések, tapasztalatok:


Magyarázat:
Azt már Arkhimédész is megfigyelte, hogy a testek a vízben sűrűségük függvényében elmerülnek (test>víz), lebegnek (test víz) vagy úsznak (test<víz). 
Só adagolásával az oldat sűrűsége növekszik, így a vízben lévő tojás és az oldat sűrűségének az aránya ahogy változik, úgy fog a kezdetben lesüllyedt tojás lassan felemelkedni és a végén a víz színén úszni. 
A tojás sűrűségét befolyásolja, hogy a héj és a hártya között található légrés mennyi levegőt tartalmaz!

Gondolkozz!
Vajon az öreg vagy a friss tojás sűrűsége a kisebb?  
Hogyan tudnád eldönteni két tojás esetén, hogy melyik az öregebb?
 


2. AJTÓ – PARACELSUS; HAMIS PÉNZ


Eszközök:
Petricsésze; csipesz; papírtörlő, csiszolóvászon

Anyagok: 
Réz tartalmú pénz (1 Ft-os); Hg(NO3)2 oldat, AgNO3 oldat

Munkamenet:
1. Öntsél az egyik petricsészébe higany(II)nitrát oldatot, a másikba pedig ezüstnitrát oldatot!
2. Tisztítsd és csiszold meg a pénzek felületét!
3. Tegyél mindkét tálkába egy-egy érmét. Néhány perc múlva fordítsd át a másik oldalukra!
4. 4-5 perc elteltével vedd ki az oldatból az érméket, öblítsd le tiszta vízzel és egy papírtörlő segítségével töröld szárazra! 

Észlelések, tapasztalatok:


Magyarázat:
A réz sokkal szívesebben „szabadul” meg elektronjaitól, mint az ezüst vagy a higany. Ezt úgyis mondhatjuk, hogy a réz a fémek redukáló sorában előrébb található, kisebb a réz elektródreakció standardpotenciálja, mint az ezüsté vagy higanyé, ezért képes a fém réz az ezüst vagy higany ionokat redukálni.
Cu + Hg2+ = Cu2+ + Hg; Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag
Természetesen nem készítettünk valódi ezüst pénzt a rézpénzből. A hiszékeny és a kémiában kevésbé jártas embereket viszont nem egyszer verték át ezzel a „trükkel”.

A standardpotenciálok:
Hg – E0 = +0,789V;  Cu – E0 = +0,34V;  Ag – E0 = +0,799V

Gondolkozz!
Mit nevezünk amalgámnak?
Szabad-e tapogatni a higanyozott érmét? Miért?
Miért nem viheted haza a az „ezüst” érméket?

 


3. AJTÓ – BOYLE; ÚSZÓ GYERTYA

Eszközök:
Erlenmeyer lombik; tálka; mécses; gyufa

Anyagok: 
Lúgos víz; fenolftalein

Munkamenet:
1. Önts a tálkába lúgos vizet és tegyél bele néhány csepp fenolftaleint.
2. Helyezd óvatosan a tálkába a mécsest! Vigyázz, ne legyen vizes a kanóc és környéke!
3. Gyújtsd meg a mécsest és hagyd égni, hogy legyen elég olvadt parafin!
4. Óvatosan, de határozottan helyezd a lombikot szájával lefelé az égő mécsesre
5. Figyeld meg, hogy mi történik!

Észlelések, tapasztalatok:



Magyarázat:
Boyle sokat foglalkozott a levegő összetételével, a gázok viselkedésével. Tudta, hogyha egy zárt térből kiszivattyúzzák az ott lévő gázokat, kevesebb „korpuszkula” lesz a zárt térben, ami nyomás csökkenéssel jár, azaz vákuum keletkezik. Azt is megfigyelte, hogy a magasabb hőmérsékletű gázoknak több hely kell, vagy a nyomás fog megnövekedni.
Ebben a kísérletben több mindent is megfigyelhetsz. A mécses égésével a levegő felmelegszik a lombikban, kifele buborékol a levegő. Viszont odabent „elfogy” az oxigén, ezért az égés megszűnik. Ezzel párhuzamosan hűl a benti levegő és el kezd a keletkező nyomáscsökkenésnek megfelelően a víz behatolni a lombik szájába, a vízszint emelkedik. Viszont azt is megfigyelheted, hogy a lúgos kémhatást jelző lilás szín.  
Az égés folyamán részecskeszám változás nem tapasztalható: 
C+O2 = CO2,
viszont a keletkező széndioxid a lúgos vízben kitűnően oldódik .
CO2 + OH-  <-> HCO3+ 
A beoldódó CO2 viszont már a gáz mennyiségét csökkenti (mintha kiszivattyúzták volna), így egyre magasabbra emelkedik a víz szintje. Az oldott bázis mennyiségének a csökkenését pedig az indikátor jelzi.

Gondolkozz!
A hang terjedéséhez mire van szükség? Vajon vákuumban tudnak-e a hanghullámok terjedni?
Mi befolyásolja a hangmagasságunkat?
Miért változik meg a hangunk, ha héliumot lélegzünk be?
 

4. AJTÓ – FARADAY; A GYERTYA LÁNGJA

Eszközök:
Gyertya; gyufa; hurkapálca; üveglap; csipesz, borszesz égő

Anyagok: 
Alkohol (96%)

Munkamenet:
1. Gyújtsd meg a gyertyát és hagyjad égni.
2. Figyeld meg a láng szerkezetét!.
3. Tegyél a láng fölé rövid ideig egy üveglapot. Vedd el és nézd meg, mit látsz az üveglapon. Ennél a kísérletnél feltétlenül használj védőszemüveget!
4. Gyújtsd meg a borszesz égőt és figyeld meg a láng szerkezetét! Tegyél rövid időre a lángba egy hurkapálcát úgy, hogy a pálca szinte a kanóchoz ér, majd vedd ki és figyeld meg, hogy a pálcika hol színeződött el!
5. Te is megtudod úgy gyújtani az elfújt gyertyát, mint Gabi Faraday-nél tett látogatása alkalmával tette?

Észlelések, tapasztalatok:



Magyarázat:
A gyertya, vagy a borszesz égő lángja - akárcsak a többi láng – három fő részből tevődik össze. A magja sötét és a láng többi részéhez képest sötét. Itt gyakorlatilag nincs égés, nem jut be a levegő (oxigén). Itt párolog el a viasz (parafin) vagy a borszesz égő esetén az alkohol. Lánggal égni csak a légnemű állapotban lévő anyagok tudnak. 
A láng leglátványosabb része, ahol fényt bocsájt ki. Itt tulajdonképpen az elégtelen égésből és a hőbomlásból származó koromszemcsék izzását látjuk fényként. Minél vörösebb a láng, annál hidegebb.
A lángoknak van egy harmadik, külső része is – sötétben jól megfigyelhető – amelyik színtelen vagy halvány kékesen világít. Itt az égés tökéletes, ez a láng legmagasabb hőmérsékletű része.
A hideg üveg lapot a lángba tartva egyrészt lerakódnak a korom szemcsék a világító láng gyűrűjében, míg az égéstermékként távozó víz cseppek formájában jelenik meg.
Ha elég széles a láng, akkor a három része jól elkülönül egymástól és a hurkapálca elszíneződésével (megpörkölődés) láthatóvá tehető a legmelegebb része is.

Gondolkozz!
Mi az azonos és mi a különbség a füst, a köd és a szmog között?  
Hogyan helyeznéd el az edényt a gázfőzőn, és állítanád be a gázlángot, hogy a leghatékonyabban tudjál főzni, azaz a gáz égésekor felszabaduló hő minél kevésbé vesszen kárba?


5. AJTÓ – RUTHERFORD; KÉK LOMBIK

Eszközök:
Erlenmeyer lombik; mérőhenger; cseppentő

Anyagok: 
NaOH oldat; glükóz oldat; metilénkék oldat

Munkamenet:
1. Tegyél 50-50cm3 NaOH és szőlőcukor oldatot a lombikba.
2. Színezd meg néhány csepp metilénkék oldattal!
3. Figyeld meg, hogy mi történik!
4. Amikor elszíntelenedett az oldat, alaposan rázd össze körkörös csuklómozdulatokkal a lombikot!
5. Figyeld meg, hogy mi történik!
6. A folyamatot ismételd meg még párszor!

Észlelések, tapasztalatok:



Magyarázat:
A glükóz lúgos közegben enyhe oxidálószer (ez itt most a metilénkék) hatására glükonsavvá oxidálódik. 
A metilénkék redukált alakja színtelen, az oxidált alakja pedig kék színű.
Keveréssel az oldatba juttatatott  oxigén könnyen visszaoxidálja a metilénkéket, így a kék szín ismét megjelenik, és a visszaoxidált metilénkék ismét reakcióba tud lépni a glükózzal. A folyamat mindaddig lejátszódik, míg a szőlőcukor jelen van.

Gondolkozz!
Tanulmányozva a metilénkék szerkezetét, meg tudod-e magyarázni, hogy miért lesz színtelen a redukált változat?
Kémiai tanulmányaid során találkoztál-e már a szőlőcukor oxidációjával? Mi volt ott az oxidáló szer? Mi keletkezett?


TOVÁBBI FELADATOK

SATURNUS FÁJA
Eszközök:
Főzőpohár
Anyagok: 
0,5%-os ólomacetát ( Pb(CH3COO)2 ) oldat; cinklemez (2mm vastag, 2cm széles)

Munkamenet:
1. Tegyél a főzőpohárba 100 ml ólomacetát oldatot. A főzőpohárba állítsd be  a cinklemezt.
2. Tegyed rázkódás mentes helyre!
3. Időnként nézz rá és figyeld meg mi történik!

Észlelések, tapasztalatok:



Magyarázat:
Az ilyen és az ehhez hasonló kísérletek elvarázsolták az embereket. Hogyan lehet az egyik anyagot a másikba átalakítani. Természetesen itt nem alakítjuk át egymásba az anyagokat. A cinkből nem lesz ólom. Mi már ismerjük a titkát, de Paracelsus idejében ez még varázslatnak tűnt.
A cink sokkal szívesebben „szabadul” meg elektronjaitól, mint az ólom. Ezt úgyis mondhatjuk, hogy a cink a fémek redukáló sorában előrébb található, kisebb cink elektródreakció standardpotenciálja (E0 = -0,76V), mint az ólomé (E0 = -0,126V), ezért képes a fém cink az ólom ionokat redukálni.
Zn + Pb2+ = Zn2+ + Pb

Gondolkozz!
Vajon ha a vasat (E0 = -0,036V) cinkkel vonjuk be (ez lesz a bádog), megtudjuk-e védeni a korróziótól? 

 Miért? 


„ARANYESŐ”
Eszközök:
Kémcső; cseppentő; kémcsőfogó; borszeszégő

Anyagok: 
Pb(NO3)2 oldat(1a); KI oldat(1b); alkohol

Munkamenet:
1. A  kémcső feléig öntsél bele ólomnitrát oldatot.
2. Lassan csepegtessél hozzá a káliumjodid oldatból.
3. Óvatosan melegítsed, míg a csapadék feloldódik.
4. Hagyd kihűlni!
5. Figyeld meg a változásokat!

Észlelések, tapasztalatok:


Magyarázat:
A szervetlen vegyületek színe a kationok és az anionok színétől, továbbá a köztük fellépő kölcsönhatástól függ. A nemesgáz szerkezetű kation és a nagy elektronegativitású anion sója nagy valószínűséggel színtelen lesz. Ha a kation, vagy anion központi atomja a d-mező eleme, a könnyen gerjeszthető „d” elektronok elnyelik a fény egyes hullámhosszait, így a megfelelő kiegészítő színt láthatjuk.
Pb2+ + I- = PbI2 sárga csapadék

Gondolkozz!
A klasszikus analitikában az ionok kimutatásban játszanak szerepet a fent bemutatott reakciók. Milyen egyéb egyszerű kísérletet ismersz még a szervetlen vegyületek kimutatására?
Mit hívnak a „bolondok” aranyának?


IONVÁNDORLÁS

Eszközök:
Plexilap; szűrőpapír; vezeték krokodilcsipesszel; 4,5V-os lapos elem

Anyagok: 
Na2SO4 oldat (1%-os); szilárd KMnO4

Munkamenet:
1. Egy szűrőpapírt nedvesíts be a nátriumszulfát oldattal és helyezd a plexilapra.
2. A szűrőpapír közepére tegyél káliumpermanganát kristályt!
3. Krokodil csipeszek segítségével rögzítsd a szűrőpapírt az üveg lapon. Átellenes fogd be a csipeszekkel a papírt!
4. A vezetékek másik végén lévő krokodilcsipeszeket kapcsoljad a lapos elem két érintkezőjéhez!
5. Figyeld meg, hogy mi történik!

Észlelések, tapasztalatok:


Magyarázat:
Egyenáram hatására a pozitív töltésű ionok a katód, míg a negatív töltésű ionok az anód irányába indulnak el. Mivel a hidratált permanganát ionok lila színűek, így látványossá tehető az ionvándorlás


Gondolkozz!
Milyen töltésű a katód?  
Milyen ionok találhatóak az oldatban? Hogy tudnád látványossá tenni a katód felé vándorló ionok útját?


JEGYZETEK















Forrás jegyzék:
Rózsahegyi Márta-Wajand Judit: Látványos kémiai kísérletek. Mozaik Oktatási Stúdió, Szeged, 
Dr. Pais István: Kémiai előadási kísérletek, Tankönyvkiadó, Budapest, 1955.