Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na

Transcription

Učiteljeva refleksija o raziskovalnem učenju in izobraževanju z naravoslovjem
Pomagaj Maticu:
Kaj je uničilo verigo na
njegovem kolesu?
Modul za poučevanje kemije v 8. razredu osnovne šole, kemijska reakcija in
elementi v periodnem sistemu.
Povzetek
V tem modulu se bomo posvetili kovinam, predvsem železu. Še danes to široko
uporabno kovino najdemo v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni industriji itd.
Ker pa železo reagira s kisikom in vodo, ki sta prisotna prav povsod, kaj hitro pride do
korozije, imenovane tudi rjavenje. Zato je pomembno, da železne in jeklene objekte in
predmete ustrezno zaščitimo. V učnem modulu se bodo učenci, preko zgodbe o Maticu
in njegovi nesreči s kolesom ter samostojnim eksperimentalnim delom, seznanili s
procesom rjavenja, načini zaščite in preprečevanja nastanka rje ter vpliva človeka na
sam proces.
Modul vključuje
1.
Navodila za učence
2.
Navodila za učitelja
Način preverjanja in
ocenjevanja znanja
3.
4.
Učiteljevi zapiski
Podroben opis scenarija ter učne vsebine in nalog, ki
jih morajo učenci rešiti.
Predlogi, kako poučevati z učnim modulom.
Predlogi strategij in kriterijev ocenjevanja.
Podane dodatne informacije o učni vsebini in rešitve
nalog v navodilih za učence.
Zahvala
Modul je pripravila Alenka Medved (konzulent: dr. Iztok Devetak) po priporočilih EC FP7 PROFILES projekta na
Pedagoški fakulteti Univerze v Ljubljani, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana. Spletna stran projekta je http://www2.pef.unilj.si/kemija/projekti.php; e-pošta: [email protected]; UL-PROFILES projektna skupina (2011) v okviru Konzorcijuma www.profiles-projects.eu.
Modul pripravila: Alenka Medved, 2015; konzulent: dr. Iztok Devetak
Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva pl. 16, Ljubljana
http://www2.pef.uni-lj.si/kemija/projekti.php - e-pošta: [email protected]
1
Kompetence povezane z vsebino modula
 Iskanje, obdelava in vrednotenje podatkov iz več virov,
 uporaba osnovne strokovne terminologije pri opisovanju pojavov, procesov in
zakonitosti,
 razvijanje eksperimentalnoraziskovalnega pristopa,
 odnosna in odločitvena zmožnost.
Učni cilji povezani z vsebino modula
Učenci:
(a) opredelijo reaktante in produkte kemijske reakcije,
(b) spoznajo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznajo pravila za
urejanje kemijskih enačb,
(c) poznajo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih
kovin in izbranih prehodnih elementov,
(d) uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri
proučevanju kemijskih reakcij in poglabljajo znanja s področja kemijske varnosti,
(e) razumejo kemijske reakcije z uporabo vizualizacijskih sredstev (modelov, animacij in
submikroskopskih prikazov kemijskih reakcij) in se tako urijo v zapisovanju preprostih
kemijskih reakcij z urejenimi kemijskimi enačbami (od makroskopskega prek
submikroskopskega do simbolnega zapisa),
(f) uporabljajo in predstavljajo podatke iz raznih virov oz. zbirk podatkov in s tem razvijajo
spretnosti predstavitev lastnih izdelkov,
(g) spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi
(spojin) in vloge kemije v sodobnih tehnologijah.
Vsebina učnega načrta:
Reaktanti in produkti, Kemijske enačbe in urejanje kemijskih enačb reakcij nastanka
preprostih spojin, Glavne skupine PSE (značilne lastnosti in uporaba): alkalijske in
zemeljskoalkalijske kovine, izbrani prehodni elementi.
Metode in oblike dela:
metode: besedne metode (ustna razlaga, pogovor, delo z besedilom, metoda pisanja);
eksperimentalne metode; metode izkustvenega učenja (reševanje problemov);
oblike: frontalna, indvidualna, skupinsko delo
didaktični sistemi: timski pouk
Predviden čas: 3 šolske ure (45 min)
Predznanje:
Učenec naj bi že znal:
(a) utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov
snovi,
2
(b) razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami,
(c) poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz.
spojin,
(d) poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih
elementov prehoda,
(e) na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa
opisati zgradbo atoma izbranega elementa glavnih skupin PSE,
(f) razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom,
(g) povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno,
(h) prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij,
(i) da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase,
(j) zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin.
3
Aktivnosti učencev
njegovem kolesu?
Ime in priimek: __________________________
Skupina: ____ Razred: ___
Zakaj se to učim?
Kaj je uničilo verigo na Matičevem kolesu?
Matic je pred dvema letoma za rojstni dan dobil novo kolo. Z njim se je vsak dan ponosno
vozil v šolo. Kljub nestrinjanju staršev, se je z njim vozil tudi v slabem vremenu in
marsikdaj prišel v šolo ves premočen. Kolo je vedno imel naslonjeno kar na ograjo pred
blokom ali šolo. Nekega dne je že zamujal k pouku, ko je odklepal ključavnico na kolesu.
Da bi do časa prišel v šolo, je močno pritisnil na pedala. Kar naenkrat pa je pri pedalih
škrtnilo in Matic je izgubil oblast nad kolesom. Komaj se je ustavil, da ni povozil sosedove
Nike, ki je prav tako zamujala. Stopil je s kolesa in si natančneje ogledal, kaj se je
zgodilo. Opazil je, da je veriga izgubila sijaj, na nekaterih mestih pa je nastala rjava plast,
ki jo je zasledil tudi na drugih delih kolesa. Matic je žalostno pripešačil do šole in vso pot
razmišljal, kaj se je zgodilo z njegovo verigo na kolesu.
Bi mu znal pomagati? Kaj naj Matic naredi, da se mu nesreča z novo verigo ne bo več
ponovila?
Da boš Maticu lažje priskočil na pomoč sledi nadaljnjim navodilom.
4
(1) Učni cilji:
 Opredelimo reaktante in produkte kemijske reakcije,
 spoznamo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznamo pravila za urejanje kemijskih enačb,
 poznamo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in izbranih prehodnih
elementov.
(2) Učni dosežki:
Spoznati proces rjavenja, ki se pojavlja v vsakdanjem življenju in pod kakšnimi pogoji poteka.
(3) Predzanje:
 utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov snovi,
 razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami,
 poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz. spojin,
 poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih elementov prehoda,
 na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa opisati zgradbo atoma izbranega
elementa glavnih skupin PSE,
 razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom,
 povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno,
 prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij,
 da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase,
 zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin.
(4) Viri: Uporabljajte navodila za vaje in učbenik, ki ga imate na razpolago.
(5) Novi pojmi: rjavenje, korozija, reaktivnost kovin, žrtvena kovina, galvanizacija
5
Naloge učencev
I. DEL
V skupini se s sošolci pogovori o nesreči, ki se je pripetila Maticu. S pomočjo učbenika,
knjig in svetovnega spleta poskušajte ugotoviti, kaj je bil vzrok za strgano verigo na kolesu.
 Iz kakšnega materiala je veriga? Kje se še uporablja ta material? In kakšne so
njegove lastnosti?
 Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kaj meniš, kakšen je bil vzrok nastanka
obloge?
 Matic nima denarja za novo kolo. Kako bo moral Matic skrbeti za svoje kolo, da se
mu nesreča ne bo ponovila?
Ugotovitve zapiši v nekaj stavkih. Skupina poroča preostalemu razredu in med seboj
primerjajo ugotovitve.
II. DEL
Skupaj ste ugotovili, kaj se je zgodilo z verigo na Matičevem kolesu.
Zakaj je do tega prišlo? Da boš lažje ugotovil, kakšni pogoji so potrebni za nastanek rjave
obloge, izvedi naslednje poskuse.
A. Kako nastane ______________ (rjava obloga)?
Namen eksperimentalnega dela
Namen eksperimenta je ugotoviti, kakšni pogoji so potrebni, da rjava obloga sploh
nastane.
Potrebuješ:
Potrebščine:
stojalo za epruvete
4 epruvete
4 enake železne žeblje
steklena palčka
žlička
50 mL čaša
čaša za vodo
kapalki
Kemikalije:
voda
2 mL olja
žlička soli
6
Potek dela:
1. Vzemi 4 epruvete in jih označi s številkami od 1 do 4 kot je prikazano na spodnji skici.
2. V vsako epruveto daj železni žebelj.
3. V epruveto 1 dodaj pol žličke kalcijevega klorida in epruveto dobro zapri z zamaškom.
4. V epruveto 2 dodaj toliko mililitrov vode, da bo pokrila celoten žebelj. Nato počasi dolij
še 2 mL olja.
5. V epruveto 3 nalij toliko mililitrov vode, da bo prekrila celoten žebelj.
6. V 50 mL čaši najprej naredi vodno raztopino soli tako, da 40 mL vode dodaš žličko soli
in dobro premešaš, da se vsa sol raztopi. Nato v epruveto 4 dodaš toliko mililitrov vodne
raztopine soli, da prekrije celoten žebelj v epruveti.
7. Nato sproti zapisuj opažanja pri eksperimentu po 1 dnevu, 1 tednu, 14 dneh …
Skica 1: Oglej si skico poskusa in ugotovi, v katerih epruvetah bo železo rjavelo, ter zapiši
opažanja.
7
Opažanja
Opažanja
Epruveta 1
Epruveta 2
Epruveta 3
Epruveta 4
Epruveta 1
Epruveta 2
Epruveta 3
Epruveta 4
po
1 dnevu
po
1 tednu
po
14 dneh
Sklepi

Sklepi
8
B. Kako najbolj učinkovito zaščititi železo in jeklo pred rjavenjem?
Železo in jeklo sta pogosto uporabljena v gradbeništvu, avtomobilski industriji, strojni
industriji itd. Zato je zelo pomembno, da ga primerno zaščitimo. Ena od možnosti je
uporaba drugih kovin, ki jih nanesemo na železo in tako preprečimo stik z vodo in kisikom.
Kakšno kovino izbrati, da bo najbolje zaščitila železo oz. jeklo?
REAKTIVNOST KOVIN
Kovine so običajno razdeljene glede na njihovo reaktivnost. Razlikujemo jih glede na to,
kako reagirajo z vodo, kislinami in kisikom. Reaktivnejše kovine hitreje reagirajo z elementi
in spojinami iz okolja.
Alkalijske kovine (I. skupina PSE, z izjemo vodika) burno reagirajo s kisikom in vodo,
zato jih hranimo v petroleju, da ne bi prišle v stik s kisikom v zraku. V naravi jih v
elementarni obliki ne najdemo.
Zemljoalkalijske kovine (II. Skupina PSE) nekoliko manj burno reagirajo od alkalijskih
kovin, a tudi njih v naravi najdemo le v obliki spojin. Ob stiku z vodo tvorijo hidrokside in
vodik, s kisikom pa ustrezne okside.
Med prehodne elemente uvrščamo kovine s »pravimi« kovinskimi lastnostmi, kot so
visoko tališče in vrelišče, trdnost, kovnost itd. Te kovine so manj reaktivne, na zraku so
bolj obstojne in ne reagirajo hitro z vodo.
Slika 2: Periodni sistem elementov razdeljen na kovine, polkovine in nekovine. Z vijolično
so označeni elementi iz tabele 1 v nadaljevanju (Smrdu idr., b.d.).
V tabeli (Tabela 1) je prikazanih in po reaktivnosti razporejenih nekaj elementov iz vseh
treh skupin kovin. Kalij, natrij, litij in kalcij ob stiku burno reagira z vodo, kislinami in
9
kisikom. Nižje v tabeli se nahajajo magnezij, aluminij, cink, železo, kositer in cink, ki z vodo
ne reagirajo takoj kot višje zapisani elementi iz I. in II. Skupine PSE, ampak hitro reagirajo
s kislinami in kisikom. Sledijo baker, živo srebro in srebro, ki reagirajo le s kisikom. Na dnu
je zlato, ki je zelo nereaktivno in ne reagira z vodo, kislinami ali kisikom. Manj reaktivna je
kovina, lažje jo pridobivamo. Zlato običajno najdemo v čisti obliki, saj je zelo nereaktivno in
ne reagira z elementi in spojinami iz okolice (Mexus Education Pvt, 2013).
litij
kalij
Li
K
kalcij
Ca
natrij
Na
magnezij
Mg
aluminij
Al
cink
Zn
železo
Fe
svinec
Pb
kositer
Sn
baker
Cu
živo srebro
Hg
srebro
Ag
zlato
Au
zelo reaktivne
kovine
takoj reagirajo
z vodo
hitro reagirajo
s kislinami
reagirajo s
kisikom
zelo nereaktivne
kovine
Tabela 1: Reaktivnosti nekaterih kovin
KOROZIJA KOVIN
Z nekaj izjemami so čiste kovine v zemeljski atmosferi termodinamsko nestabilne, kar
pomeni, da spontano reagirajo z okolico in prehajajo v stabilnejše spojine. Pri kovinah, ki
reagirajo s kisikom pride do procesa korozije. Spajanje elementa s kisikom imenujemo
oksidacija (Glažar, Godec, Vrtačnik, & Wissiak Grm, 2004).
Namen eksperimentalnega dela
Namen eksperimenta je ugotoviti, katere kovine so najprimernejše za zaščito železa in
jekla.
10
Potrebuješ:
 stojalo za epruvete,
 5 epruvet,
 5 enakih železnih žebljev,
 žice ali trakovi različnih kovin (aluminij, cink, svinec, baker …)
Potek dela
1. Izberi 4 kovine, ki jih boš preizkusil za zaščito železnih žebljev.
2. Označi 4 epruvete s simboli izbranih kovin, na peto epruveto pa zapiši oznako KS, ki jo
boš uporabil za kontrolno skupino.
3. Del žeblja ovij v žico izbrane kovine in ga postavi v ustrezno epruveto.
4. Dolij toliko vode, da bo celotni žebelj v vodi.
5. Ena epruveta predstavlja kontrolno skupino (oznaka KS), zato vanjo daj žebelj in dolij
toliko vode, da bo celotni žebelj v vodi.
6. Počakaj 7 – 14 dni nato pa opažanja zapiši in odgovori na vprašanja.
Opažanja in sklepi
Izbral sem kovine: _________________________________________________________
Zakaj si izbral te kovine? Predvidevaj, kakšni bodo rezultati poskusa za vsako uporabljeno
kovino?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Oblikuj tabelo, v katero boš zapisal opažanja in sklepe pri poskusu. V tabeli morajo biti
jasno podana opažanja za vse uporabljene kovine pri poskusu.
11
C. Kako na rjavenje vplivajo dejavniki: slanost, kislost, temperatura … ?
Spoznal si, čemu se je treba izogniti, da tvoje kolo ne bo zarjavelo. So pa tudi drugi
dejavniki, ki vplivajo na rjavenje. Izberi si enega od dejavnikov in oblikuj poskus, s katerim
boš preverjal in poskušal odgovoriti na svoje raziskovalno vprašanje. Napiši navodila za
izvedbo poskusa po spodnjem obrazcu.
Raziskovalno vprašanje:
Odvisna spremenljivka:
Neodvisne spremenljivke:
Potrebščine:
Varnost
Potek dela:
12
Opažanja:
Sklepi:
13
Vprašanja za utrjevanje znanja
Ključna vprašanja
A. Kako nastane ______________ (rjava obloga)?
1. Na spodnjo skico doriši spremembe v epruvetah, ki si jih opazil po 14 dneh.
V katerih epruvetah je prišlo do procesa rjavenja?
V kateri epruveti proces rjavenja poteka najhitreje?
Zakaj smo v epruveto 1 dodali kalcijev klorid?
Zakaj smo epruveto 1 zamašili z zamaškom?
Zakaj smo v epruveto 2 dodali olje?
V čem se razlikujejo pogoji reakcij v epruvetah 1, 2, 3 in 4? Kako smo te pogoje
zagotovili? Opiši za vsako epruveto posebej.
8. Reaktanti pri procesu rjavenja so: ____________________________________
9. Produkt je rja. Kako to spojino še imenujemo?
10. Zapiši besedno enačbo za kemijsko reakcijo nastanka rje?
2.
3.
4.
5.
6.
7.
1. Zakaj za poskus nisi izbral natrija in kalija?
2. Kovine se med seboj razlikujejo tudi po reaktivnosti. Kakšne kovine so najbolj ustrezne
za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem glede na rezultate vaših eksperimentov? Na
sliki obkroži izbrane skupine.
zelo reaktivne
kovine
zelo nereaktivne
kovine
14
Slika 3: Prikaz reaktivnosti nekaterih kovin
3. S pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta razišči, na kakšne načine ljudje
poskušamo zaščititi železo in jeklo. Ugotovitve zapiši v krajšem odstavku.
4. Za vsako izbrano kovino pri eksperimentalnem delu zapiši, kakšen način jo uporabljajo
ali bi jo lahko uporabili pri zaščiti železa?
Naloge za vajo
1. Zapiši agregatna stanja reaktantov in produktov pri kemijski reakciji nastanka rje:
 železo:________________
 kisik:__________________
 voda:_________________
 rja: ___________________
2. Razvrsti kovine po reaktivnosti od najbolj reaktivne do najmanj reaktivne: zlato, železo,
natrij, baker, kalij, svinec, magnezij.
3. Dopolni spodnje tabele. Doriši ustrezne delce, predstavi prikazano reakcijo z besedilom
in zapiši urejeno enačbo reakcije.
+
aluminij
+
+
kisik
+
+
O2(g)
+
15
Al2O3(s)
+
Cu(s)
Mg( )
+
+
kisik
+
+
O2( )
+
+
+
+
+
+
+
CuO( )
magnezijev oksid
(s)
4. Dopolni križanko tako, da oblikuješ 8 vprašanj, ki bodo dala naslednje odgovore:
alkalijske, zemljoalkalijske, oksidacija, rja, prehodni elementi, jeklo, železo, korozija,
žrtvena kovina, reaktivnost, svinec, baker, aluminij, kalij, natrij.
Izbranih 8 odgovorov vpiši v križanko tako, da bo rešitev križanke RJAVENJE.
1.
R
2.
J
3.
A
4.
V
5.
E
6.
N
7.
J
8.
E
16
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Ali razumem
1. Kako soljenje cest vpliva na hitrost rjavenja?
2. Kako kisel dež vpliva na hitrost rjavenja?
3. Kdaj bo hitreje potekala kemijska reakcija nastajanja rje: pozimi ali poleti? Zakaj?
Upoštevaj, da so v obeh primerih v enaki meri prisotni vsi potrebni reaktanti.
4. Glede na reaktivnost sta najbolj primerni platina in zlato, saj sta zelo nereaktivni kovini.
Zakaj ju potem ne uporabljamo za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem?
III. DEL
A. Problemska naloga
Kaj bi predlagal Maticu? Matic je kupil novo verigo in se želi izogniti ponovni nesreči.
Glede na to, kaj si prebral v literaturi v nekaj stavkih zapiši predlog Maticu, kako naj zaščiti
verigo na kolesu pred ponovnim rjavenjem.
17
B. Problemska naloga: »Ali je kaj trden most?« »Kakor kamen, kost!«
Preberi članek o Katastrofi na Silver bridgu.
Ljudi je nesreča zelo pretresla in se sprašujejo, kaj je povzročilo, da se je most zrušil. Si
inžinir, ki je preiskoval nesrečo. Analize so pokazale, da je bil most slabo vzdrževan in je
prenašal večje obremenitve kot je bilo sprva predvideno. Jeklene verige, ki so bile
sestavljene na podoben način kot verige pri kolesih so bile med seboj povezane z gibljivimi
členki. Zaradi prekomerne obremenitve, uporabe neprimernega materiala ter vremenskih
razmer, se je samo eden od členkov zlomil in bil vzrok, da je celoten most pristal v reki
Ohio. Tvoja naloga kot strokovnjaka je, da napišeš kratko novico za revijo The Old Post, v
kateri boš javnosti razložil:
 Zakaj je prišlo do zrušitve mostu?
 Kaj ja rja in kako nastane?
 Predlagaj, kako v nadaljnje preprečiti take nesreče?
18
njegovem kolesu?
Navodila za učitelja
Glavni namen vseh PROFILES modulov je, da se učenje začne na način, ki spodbudi
interes učencev za učenje vsebine. To predstavlja takoimenovani scenarij, ki je na začetku
modula zapisan kot zgodba v socio-naravoslovnem kontekstu, ki poleg motivacijske vloge
predstavlja tudi možnosti ugotavljanja dejanskega predhodnega znanja učencev in tudi
sprožiti razpravo o tem katero dodatno naravoslovneo znanje je potrebno za nadalnjo
diskusijo o problemu in njogovo rešitev.
Nadaljnja razprava o scenariju je ključna komponenta PROFILES stretegije poučevanja,
saj predstavlja uvod v "IL" in "ES" v akronimu PROFILES. Prvi predstavlja učenje z
raziskovanjem, in drugi širše učenje o določenem problemu, ki izhaja iz doseganja ciljev
izobraževanja (glej učne rezultate).
Že definicija učneja z raziskovanjem vključuje dejstvo, da so učenci aktivni pri izgradnji
svojega znanja. Takšen pristop zahteva nek "sprožilec", da steče raziskovanje in je v
večini primero raziskovano vprašanje (ali vprašanja), ki jih v najboljših primerih učenci
sami postavijo. Raziskovalno vprašanje nato vodi raziskovalno učenje. Raziskovano
učenje omogoča učencem, da naprej razmišljajo o rešitvah problema in pridobivanju
podatkov s prve roke, kot je eksperimentiranje, in s tem pridobivanje procesnih spretnosti,
ali zbiranje podatkov z druge roke, kot so različni viri. Rezultat teh dejavnosti je razlaga
pridobljenih podatkov, zato, da se pridobi rešitev naravoslovnega problema.
V tem učnem modulu, predstavlja uvod (socio-naravoslovni scenarij) Matičeva nesreča s
kolesom na poti v šolo, ko se mu nenadoma, zaradi neznane rjave obloge na verigi kolesa,
strga veriga. Ta socio-naravoslovni kontekst naj bi učence spodbudil k razmišljanju:
 Kaj se je zgodilo z verigo na Matičevem kolesu?
 Bi mu znal pomagati? Kaj naj Matic naredi, da se mu nesreča z novo verigo ne bo
več ponovila?
njegove lastnosti?
 Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kakšen je bil vzrok nastanka obloge in
kje vse se še lahko ta obloga pojavi?
To je le nekaj vprašanj, ki jih lahko sproži scenarij in bi omogočal pričetek razprave med
učenci (priporočeno je da se ta del učnega modula izvege v skupinah po štiri učence).
Učitelj seveda vodi učence do učenja specifičnih naravoslovnih pojmov, kot jih predpisuje
učni načrt za kemijo v 8. razredu osnovne šole (glejte cilje učnega načrta zgoraj).
Pomembno je tudi, da učitelj do določene mere preveri predhodno znanje učencev, ker
tako lahko ustrezno načrtuje svoje nadaljnje delo. Predznanje tega modula naj bi bilo:
(a) utemeljiti razlike med agregatnimi stanji na podlagi razporeditve in gibanja gradnikov
snovi,
19
(b) razlikovati med elementi/spojinami oz. atomi/molekulami,
(c) poznati izbrane zapise simbolov za elemente oz. formule za molekule elementov oz.
spojin,
(d) poznati simbole elementov glavnih skupin prvih treh period PSE in nekaj zbranih
elementov prehoda,
(e) na podlagi zgradbe atoma uvrstiti element v PSE, na podlagi podatkov v PSE pa
opisati zgradbo atoma izbranega elementa glavnih skupin PSE,
(f) razlikovati med atomom in ionom, kationom in anionom,
(g) povezati lastnosti izbranih snovi z zgradbo snovi in obratno,
(h) prepoznati reaktante in produkte v izbranih primerih kemijskih reakcij,
(i) da za kemijske reakcije velja zakon o ohranitvi mase,
(j) zapisati, prebrati in urejati preproste kemijske enačbe za nastanek preprostih spojin.
Glede na zgoraj navedeno drži, da ima socio-naravoslovni scenarij velik pomen pri
uvajanju nadaljnjega učenja specifične naravoslovne vsebine modula, ki je v PROILES
modulih, doseženo s pristopom učenja z raziskovanjem. Za to je (so) potrebno(na)
raziskovalna vprašanje(a), ki nastanejo na osnovi razprav učencev o socio-naravoslovnem
scenariju ali jih poda učitelj, če so učenci pri snovanju raziskovalnih vprašanj manj
uspešni. V tem modulu je možno posataviti nekaj raziskovalnih vprašanj, kot na primer:
industriji itd. Zato se kasneje med raziskovanjem pojavijo tudi vprašanja, ki so
pomembnejša za družbo:
 Kako in s čim zaščitimo ogromne železne objekte, vozila, železne ali jeklene dele itd.
pred rjavenjem?
 Kako vremenske razmere in posredno tudi človek vplivata na hitrost rjavenja?
 Ali bi lahko železo in jeklo zamenjali s kako drugo kovino, ki je odpornejša na korozijo
oz. ne reagira s spojinami iz okolice?
Po opredelitvi raziskovalnih vprašanja, je v naslednjem koraku potrebno zasnovati
raziskavo. Glede na vprašanja, moramo premisliti o vsebini vprašanja in kako je mogoče
opraviti meritve.
Glede na tip modula, ki je strukturirana tako, da se lahko učenci učijo sodelovalno, brez
obsežnega vodenja učitelja, je priporočljivo, da se izvede pouk kot skupinsko delo. Delo v
skupini naj bo načrtovano in vodeno s strani učencev. Po končanem skupinskem delu naj
učenci poročajo o svojih rešitev pridobljenih z raziskovanjem. Ključna tema raziskovalnega
dela je spoznati dejavnike, ki vplivajo na proces rjavenja, ustrezno zaščito pred korozijo
železa glede na reaktivnost kovin in znanje pridobljeno preko eksperimentov povezati z
vsakdanjim življenjem ter socionarovoslovnim kontekstom. Vprašanja, ki vodijo učenje in
so vključena v besedilo, ki ga imajo na voljo učenci, so načrtovana tako, da vodijo
razmišljanje učencev v tej smeri.
20
Z učenjem z raziskovanjem, se pričakuje, da bodo učenci pridobili znanje o kemijskih
reakcijah, enačbah kemijskih reakcij in pomembnosti poznavanja reaktivnosti kovin pri
zaščiti pred rjavenjem železa oz. jekla, ki je široko uporabljeno v vseh delih našega
življenja. Besedilo v zvezi z vsebino modula je vključeno tudi v navodila za učitelja in sicer
v učiteljeve zapiske, kjer je podani tudi slikovni material, ki ga lahko učitelj, če želi, uporabi.
Podane so tudi nekatere spletne strani, kjer lahko učenci najdejo več informacij o tej temi.
Predstavljene so predvsem vsebine:
 Osnovna teorija, ki jo mora učitelj poznati, da lahko uspešno vodi in pomaga
učencem pri samostojnem raziskovanju,
 sistematična navodila, opozorila in predlogi za delo z modulom,
 rezultati raziskovalnega dela in rešitve nalog ter
 dodatno gradivo tako za učitelja kot za učence.
Na koncu učenja z raziskovanjem se medsebojno povežejo obravnavani pojmi preko
celotnega modula. Zaključek modula je vprašanje v naslovu, ki ga je potrebno obravnavati,
tako da učenci utrdijo, ne le naučeno s sodelovanjem v razpravi v skupini, ampak tudi
razvijejo sposobnosti sklepanja in argumentiranja. Rezultat učenja s PROFILES modulom
je sprejetje odločitve oz. soglasja, na ravni posameznika, skupine in na koncu tudi razreda
glede socio-naravoslovnega problema, ki ga je postavilo naslovno vprašanje in scenarij
modula.
Učni cilji posamezne učne ure
Učni cilji prve učne ure:
Učenci:
 opredelijo reaktante in produkte kemijske reakcije,
 spoznajo nove kemijske enačbe kot zapise kemijskih reakcij in poznajo pravila za
urejanje kemijskih enačb,
 poznajo osnovne značilne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih
kovin in izbranih prehodnih elementov,
 uporabljajo eksperimentalnoraziskovalni pristop oz. laboratorijske spretnosti pri
 razumejo kemijske reakcije z uporabo vizualizacijskih sredstev (modelov, animacij in
submikroskopskih prikazov kemijskih reakcij) in se tako urijo v zapisovanju preprostih
kemijskih rekacij z urejenimi kemijskimi enačbami (od makroskopskega prek
submikroskopskega do simbolnega zapisa),
 uporabljajo in predstavljajo podatke iz raznih virov oz. zbirk podatkov in s tem razvijajo
spretnosti predstavitev lastnih izdelkov,
 spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi
21
Učni cilji druge učne ure:
Učenci:
 poznajo osnovne lastnosti in uporabo alkalijskih kovin, zemeljskoalkalijskih kovin in
izbranih prehodnih elementov …
 spoznajo pomen kemijske industrije pri pridobivanju oz. predelavi najrazličnejših snovi
Učni cilji tretje učne ure:
Učenci:
 S pomočjo eksperimentalnega dela pridejo do ugotovitev, ki so pomembne tudi v
vsakdanjem življenju, gospodarstvu, industriji …
Doseganje zastavljenih kompetenc
Kompetenca
1. Spretnosti raziskovalnega dela.
Kompetenca je dosežena z...
2. Komunikacijske (pisne, govorne)
spretnosti.
3. Sposobnosti odločanja in argumentacije
odločitev.
4. Sposobnosti povezovanja
raziskovalnega dela z učno vsebino in
socio-naravoslovnim scenarijem.
5. Sposobnosti zastavljanja raziskovalnega
vprašanja, opredelitve odvisne in
neodvisne spremenljivke raziskovalnega
dela ter oblikovanja navodil za izvedbo
eksperimenta.
6. Sposobnosti iskanja, obdelave in
vrednotenja podatkov.
22
njegovem kolesu?
Predlogi ocenjevanja
Učitelj lahko preveri in oceni zananje učencev na različne načine. Pri tem lahko učitelj
izbere in lahko uporabi različne pristope v različnih učnih urah izvedbe modula v skaldu s
tem, kateri pristop se učitelju zdi najbolj primeren (A-C del). Pomembno je, da so to le
predlogi za vrednotenje zananja in da učitelj izbere tiste, za katere meni,da so v dani
situaciji najbolj smiselni. V delu A se vrednostijo razvile spretnosti učencev. Del B temelji
na vrednotenju posameznih doseženih kompetenc v vsaki učni uri uporabe modula, del C
pa podaja vrednotenje pisnih izdelkov ter procesov v skupini, ki jih učitelj opazuje. Vse
dele učitelj lahko poljudno kombinira in jih uporabi za formativno oceno.
Preverjanje in ocenjevanje znanja lahko poteka:
1. med poročanjem skupin na koncu skupinskega dela, kjer lahko ocenimo napredek
posamezne skupine,
2. z ustnim preverjanjem znanja, kjer lahko posamezne učence vprašamo, da razložijo
posamezne pojme ter na osnovi ustnega izražanja ocenimo njihovo razumevanje (v
pomoč so nam lahko vprašanja iz učnega modula),
3. s pisnim preverjanjem in ocenjevanjem znanja, kjer morajo učenci ne le rešiti naloge
objektivnega tipa, ampak tudi naloge, kjer zapišejo svoje razumevanje pojmov in
argumentacije reševanja problemov, kar omogoča ugotavljanje razumevanja pojmov na
višjih kognitivnih ravneh.
Učitelj lahko dosežke učencev beleži na različne načine, lahko uporablja lestvico ocen, 1 =
nezadostno; 2 = zadostno; 3 = dobro; 4 = prav dobro ; 5 = odlično. Učitelj lahko uporabite
tudi tri- točkovne lestvice; na primer x – niso niti minimalno dosežene kompetence, √ =
minimalno dosežene kompetence in √√ = ustrezno dosežene (več kot
predvideno/pričakovano (na primer: biti kreativen, neodvisno mišljenje/razmišljanje, ki kaže
pobude, itd.) Z numeričnimi ali drugimi ocenami lahko učitelj poda ali opiše opombe za
celotno skupino ali posameznega učenca.
Sumativne strategije vrednotenja niso prikazane, vendar bi se lahko nanašale na ustno
vrednotenje in/ali s pisnimi preizkusi znanja. Primere vprašanj tudi za sumativno
ocenjevanje na koncu šolskega leta je mogoče povzeti in adaptirati iz seznama vprašanj
pod delom B, seveda pa lahko učitelj sam tvori tovrstna vprašanja iz vsebine modula. Da
učitelj zasleduje učenčeve uspehe pri uporabi modula pa lahko pred uporabo modula pri
pouku rešijo učenci pred-preizkus znanja in nato po uporabi modula še po-preizkus
znanja. Na tak način lahko učitelj do določene mere spremlja učinke uporabe modulov pri
pouku.
23
A del
Ocena zahtevanih spretnosti učencev
Ocena 1-5 / opis / zaznamek
Spretnosti
Socialne vrednote
Zmožnost razdeljevanja nalog znotraj
skupine
Zmožnost oblikovanja timskega dela
Zmožnost smiselnega argumentiranja
v skupinski diskusiji
Osebne spretnosti
Zmožnost sodelovanja v procesu
učenja
Zmožnost kritičnega mišljenja
Ustvarjalne zmožnosti
Zmožnost predstavitve na zanimiv
način
Zmožnost samozavesti med
predstavitvijo
Zmožnost predstavitve dobljenih
rezultatov v razredu
Zmožnost spraševanja in izražanja
osebnega mnenja
Uporabljanje znanstvenih metod dela
Zmožnost določitve namena
obravnavanega dela
Zmožnost uporabe različnih virov za
pridobivanje informacij
Sposobnost oblikovanja različnih
stališč do obravnavanega dela
Zmožnost priprave ustreznega
delovnega načrta
Zmožnost analize zbranih podatkov
Zmožnost oblikovanja sklepov
24
B del
Ocena pridobljena med učnimi urami ali na končnem ustnem ali
pisnem preizkusu znanja
1. učna ura
Dimenzija
Opredelijo reaktante in
1 produkte kemijske reakcije.
Spoznajo nove kemijske
enačbe kot zapise kemijskih
2 reakcij in poznajo pravila za
urejanje kemijskih enačb.
Poznajo osnovne značilne
lastnosti in uporabo
alkalijskih kovin,
3 zemeljskoalkalijskih kovin in
izbranih prehodnih
elementov.
Predlagan
kriterij/kompetence za
vrednotenje; Učenci:
 Ločijo med reaktanti in
produkti.
 Rektante zapišejo na levi
strani puščice, produkte na
desni strani.
 Poznajo kemijsko enačbo
procesa rjavenja.
 Znajo našteti reaktante in
produkte pri procesu rjavenja.
 Razlikujejo med železom in
jeklom.
 Razumejo, da je uporaba
kovin odvisna od njihovih
lastnosti.
 Znajo opisati nekaj osnovnih
kovin in jih najde v PSE.
 Razumejo cilje
eksperimentalnega dela in
Uporabljajo
eksperimentalnoraziskovalni vejo, kakšne so njihove
zadolžitve.
pristop oz. laboratorijske
spretnosti pri proučevanju
 Izvajajo eksperimentalno delo
4
kemijskih reakcij in
v skladu s pripravljenimi
poglabljajo znanja s
navodili.
področja kemijske varnosti.
 Varni pri delu z laboratorijskimi
pripomočki.
Razumejo kemijske reakcije
5 z uporabo vizualizacijskih
sredstev (modelov, animacij
 Za povezovanje makro in
simbolne ravni si pomagajo s
submikro ravnjo.
25
in submikroskopskih
prikazov kemijskih reakcij)
in se tako urijo v
zapisovanju preprostih
kemijskih rekacij z urejenimi
kemijskimi enačbami (od
makroskopskega prek
submikroskopskega do
simbolnega zapisa).
Uporabljajo in predstavljajo
podatke iz raznih virov oz.
zbirk podatkov in s tem
6 razvijajo spretnosti
predstavitev lastnih
izdelkov.
 Upoštevajo agregatna stanja
in razmerja pri risanju delcev.
 Kritično ovrednotijo dobljene
podatke in jih primerjajo z že
danimi.
 Znajo izluščiti ključno znanje,
ki je potrebno pri določeni
nalogi.
2. učna ura
Predlagan kriterij/kompetence
za vrednotenje; Učenci:
Dimenzija
Poznajo osnovne lastnosti
in uporabo alkalijskih kovin,
zemeljskoalkalijskih kovin in
1
izbranih prehodnih
elementov …
Spoznajo pomen kemijske
industrije pri pridobivanju
oz. predelavi najrazličnejših
2 snovi (spojin) in vloge
kemije v sodobnih
tehnologijah.
 Uporabijo znanje iz prejšnjih ur
kemije o lastnostih kovin.
 Sposobni so sami najti razlago
za uporabnost/neuporabnost
določenih kovin.
 Razumejo, zakaj so določene
kovine uporabne in zakaj ne.
 Poznajo, kako določene kovine
reagirajo z vodo in zrakom.
Uporabljajo
 Znajo natančno opazovati in
eksperimentalnoraziskovalni zapisovati spremembe pri
poskusu.
3
 Iz opazovanj znajo oblikovati
sklepe.
26
Ocena 1-5 / opis /
zaznamek
 Razumejo povezavo med
eksperimentalnim delom in
socionaravoslovnim
kontekstom.
 Svoje pridobljeno znanje znajo
uporabiti na drugih primerih.
3. učna ura
Dimenzija
S pomočjo
eksperimentalnega dela
pridejo do ugotovitev, ki so
1
pomembne tudi v
vsakdanjem življenju,
gospodarstvu, industriji …
Predlagan
kriterij/kompetence za
 Pridobljeno znanje znajo
povezati z vsakdanjim
življenjem.
 Razumejo, kako človek vpliva
na okolje in kakšne so
posledice.
Uporabljajo
eksperimentalnoraziskovalni
 Znajo razviti ekperimentalno
raziskovalni pristop.
2
 So sposobni timskega dela.
C del
Vrednotenje na osnovi stretegij poučevanja
Vrednotenje pisnih izdelkov učencev
Predlagan kriterij/competence za
Napiše načrt
Zasnuje načrt raziskave oz. postavi
oziroma poročilo raziskovalna vprašanja in/ali pozna namen
raziskave
raziskave/poskusov
Dimenzija
1
27
Ocena 1-5 / opis /
zaznamek
Načrt raziskave zadošča minimalnim
standardom, ki jih določi učitelj.
Zna ustrezno predvidevati raziskovalne
rezultate.
2
3
4
5
6
Razvije ustrezen postopek raziskave in
zna določiti katere spremenljivke je
potrebno konktrolirati.
Ustrezno zbere in zapiše
Zbira
opazovanja/podatke (npr. število
eksperimentalne opazovanj, kaj upošteva kot sprejemljivo,
podatke
kako natančno so zbrani podatki,
zavedanje možnih napak…).
Interpretira ali
Interpretira podatke, zbrane na ustrezen
izračuna iz
način, ki ga zna upravičiti, vključno z
zbranih
uporabo ustreznih grafov, tabel in
podatkov
simbolov.
določene
parametre in
Ustrezno sklepa glede na posatavljena
sklepa na njihovi raziskovalna vprašanja.
osnovi
Zagotavlja pravilne pisne odgovore na
vprašanja, podane v ustni ali pisni obliki.
Odgovarja na
Ponuja dovolj podrobne odgovore, zlasti
vprašanja
kadar je pozvan, naj poda mnenje ali
odločitev.
Lahko zagotovi
zahtevane grafične
prikaze.
Riše diagrame/
Je zmožen grafično predstaviti rezultate v
tabele/modele
primerno velikih grafih in s primernimi
simbolne
podrobnostmi.
predstavitve.
Sposoben zagotoviti popolne in ustrezne
naslove za diagrami, slikam, tabelam.
Izkazuje ustvarjalno mišljenje in postopke
Naravoslovno ali pri reševanju problemov.
družbenoPoda ustrezno družbeno-naravoslovno
naravoslovno
odločitev na določeno vprašanje ali skrb, s
mišljenje
pravilno
poudarjeno
naravoslovno
komponento.
28
Vrednotenje z opazovanjem
Predlagan kriterij/competence za
Prispeva k delu skupine.
Sodeluje z drugimi v skupini in v celoti
sodeluje pri delu skupine.
Prikazuje vodstvene sposobnosti - vodi
Deluje v skupini,
skupino z ustvarjalnim razmišljanjem in
med dejavnostmi
pomagati tistim, ki potrebujejo pomoč
in razpravo
(kognitivno ali psihomotorično); povzema
rezultate.
Kaže toleranco do članov skupine in jih
spodbuja.
Razume cilje
raziskave/eksperimentalnega dela in ve,
kateri teste in/ali meritve je potrebno
opraviti.
Izvaja raziskavo/eksperimentalno delo v
Izvedbo raziskave
skladu s pripravljenimi navodili/načrtom.
ali poskusa
Uporablja laboratorijski inventar na varen
način.
Do sebe in drugih deluje varno pri delu.
Vzdržuje urejeno in čisto delovno
površino.
Dimenzija
1
2
29
Ocena 1-5 / opis /
zaznamek
njegovem kolesu?
Zapiski učitelja
PRIDOBIVANJE ŽELEZA IN NJEGOVE LASTNOSTI
industriji itd. Železo je za aluminijem najbolj pogosta kovina v človeku dostopnem delu
Zemlje. V železovih rudah sta najbolj poznana predvsem minerala hematit (Fe 2O3) in
magnetit (Fe3O4). Za odstranjevanje kisika iz železove rude se uporablja ogljik v obliki
koksa, za odstranjevanje drugih nečistoč pa dodajamo apnenec. Surovo železo
pridobivajo iz oksidnih rud z redukcijo in taljenjem pri zelo visokih temperaturah (lahko tudi
do 2000°C) v tako imenovanih plavžih oz. visokih pečeh. V Sloveniji so v preteklosti
pridobivali surovo železo iz železove rude, a je leta 1987 na Jesenicah prenehal delovati
še zadnji plavž.
Slika 1: Plavž v Železnikih je najstarejši ohranjeni plavž v Sloveniji (Muzej Železniki, b.d.)
in prikaz postopka pri pridobivanju surovega železa iz železove rude (Kovine, b.d.)
V obliki jekla je železo še vedno najpomembnejša kovina v industriji. Železo v stiku z vodo
in kisikom reagira, kar pripelje do rjavenja. Zato za veliko število železnih konstrukcij
30
pridejo v poštev zlitine na osnovi železa imenovana tudi jekla. Jekla so zmesi ogljika in
nekaterih kovin. Njihove lastnosti so odvisne od odstotka vsebnosti ogljika in dodanih
kovin, ki se jih glede na kemično sestavo uporablja v različne namene. Nerjaveče jeklo, ki
vsebuje 74% železa, 18% kroma in 8% niklja, se uporablja za kirurške inštrumente, nože
in kuhinjska korita. Manganovo jeklo (87% železa, 13% mangana) je odpornejše in
prožneje ter se ga običajno uporablja za svedre in vzmeti (Glažar, Godec, Vrtačnik, &
Wissiak Grm, 2004).
Človek železo uporablja že vse od železne dobe (od 1000 let pr. n. št.) in je še danes v
široki uporabi prav zaradi svojih fizikalnih lastnosti kot sta trdota, visoko tališče in vrelišče,
kovnost ter tanljivost, toplotna in električna prevodnost ter magnetne lastnosti. Ena od
pomambnejših kemijskih lastnosti pa je reaktivnost železa kot kovine.
REAKTIVNOST KOVIN
Kovine so običajno razdeljene glede na njihovo reaktivnost. Razlikujemo jih glede na to,
kako reagirajo z vodo, kislinami in kisikom. Reaktivnejše kovine hitreje reagirajo z elementi
in spojinami iz okolja.
Alkalijske kovine (I. skupina PSE, z izjemo vodika) burno reagirajo s kisikom in vodo,
zato jih hranimo v petroleju, da ne bi prišle v stik s kisikom v zraku. V naravi jih v
elementarni obliki ne najdemo.
Zemljoalkalijske kovine (II. Skupina PSE) nekoliko manj burno reagirajo od alkalijskih
kovin, a tudi njih v naravi najdemo le v obliki spojin. Ob stiku z vodo tvorijo hidrokside in
vodik, s kisikom pa ustrezne okside.
Med prehodne elemente uvrščamo kovine s »pravimi« kovinskimi lastnostmi, kot so
visoko tališče in vrelišče, trdnost, kovnost itd. Te kovine so manj reaktivne, na zraku so
bolj obstojne in ne reagirajo hitro z vodo.
Slika 2: Periodni sistem elementov razdeljen na kovine, polkovine in nekovine. Z vijolično
so označeni elementi iz tabele 1 v nadaljevanju (Smrdu idr., b.d.).
31
V tabeli (Tabela 1) je prikazanih in po reaktivnosti razporejenih nekaj elementov iz vseh
treh skupin kovin. Kalij, natrij, litij in kalcij ob stiku burno reagira z vodo, kislinami in
kisikom. Nižje v tabeli se nahajajo magnezij, aluminij, cink, železo, kositer in cink, ki z vodo
ne reagirajo takoj kot višje zapisani elementi iz I. in II. Skupine PSE, ampak hitro reagirajo
s kislinami in kisikom. Sledijo baker, živo srebro in srebro, ki reagirajo le s kisikom. Na dnu
je zlato, ki je zelo nereaktivno in ne reagira z vodo, kislinami ali kisikom. Manj reaktivna je
kovina, lažje jo pridobivamo. Zlato običajno najdemo v čisti obliki, saj je zelo nereaktivno in
ne reagira z elementi in spojinami iz okolice (Mexus Education Pvt, 2013).
litij
kalij
Li
K
kalcij
Ca
natrij
Na
magnezij
Mg
aluminij
Al
cink
Zn
železo
Fe
svinec
Pb
kositer
Sn
baker
Cu
živo srebro
Hg
srebro
Ag
zlato
Au
zelo reaktivne
kovine
takoj reagirajo
z vodo
hitro reagirajo
s kislinami
reagirajo s
kisikom
zelo nereaktivne
kovine
Tabela 1: Reaktivnosti nekaterih kovin
KOROZIJA KOVIN
Z nekaj izjemami so čiste kovine v zemeljski atmosferi termodinamsko nestabilne, kar
pomeni, da spontano reagirajo z okolico in prehajajo v stabilnejše spojine. Pri kovinah, ki
reagirajo s kisikom pride do procesa korozije. Spajanje elementa s kisikom imenujemo
oksidacija (Glažar, Godec, Vrtačnik, & Wissiak Grm, 2004).
RJAVENJE
32
Proces korozije železa imenujemo tudi rjavenje in predstavlja v industriji in gospodarstvu
velik problem še danes, kljub učinkovitim metodam zaščite železa in jekla.
Pri rjavenju kovina najprej izgubi sijaj oziroma lesk, nato pa začne propadati. Rjavenje
vključuje reakcijo med kovino, kisikom iz zraka in vodo. Železo ne rjavi v cisti vodi, v kateri
ni kisika, ali v čistem kisiku, ki je popolnoma suh (brez vlage). Proces rjavenja železa je
redoks reakcija in je podobna tistim v galvanskih členih. Železo tvori z vodo in kisikom tako
imenovani mikro galvanski člen in pri tem nastaja hidratiziran železov(III) oksid
Fe2O3•XH20, ki ga imenujemo tudi rja.
Slika: Proces rjavenja (E-kemija, 2008)
Skica: Rjavenje ponazorjeno na nivoju delcev.
33
Za rjavenje železa sta potrebna voda in kisik. Železo na površini oksidira in z vodo tvori
hidratirane ione Fe2+ (aq). Elektroni, ki jih atomi železa pri tem oddajajo, potujejo skozi
kovino in nekje drugje na površini kovine reducirajo kisik ob prisotnosti vode, pri tem pa
nastanejo hidroksidni ioni OH- (aq). Tako nastane Fe(OH)2 (aq), ki se s kisikom zelo hitro
oksidira v Fe2O3 × H2O (rja) (Poročni prstan bo zlat in ne železen, b.d.).
ZAŠČITA PRED RJAVENJEM
industriji itd. Zato je zelo pomembno, da ga primerno zaščitimo pred rjavenjem. Najlažje to
dosežemo z nanosom prevlek kot so barve, masti ali olja, tanke plasti manj reaktivnih
kovin (npr. baker), in tako preprečimo stik z vodo in kisikom. Izbira možnih prevlek je velika
in nam omogoča uporabo cenejših materialov z želenimi mehanskimi lastnostmi. Sem
sodijo barvne, plastične in kovinske prevleke, različni premazi, emajli, beton. Zaradi velike
obremenitve na okolje se pri korozijski zaščiti pojavljajo težnje po čimbolj neškodljivih in
okolju prijaznih rešitvah. Plast manj reaktivnega bakra prav tako reagira s kisikom, vendar
je reakcija počasnejša, zato lahko baker predstavlja ustrezno zaščito pred rjavenjem
železa kar nekaj časa. Problem lahko nastane le, če pride do poškodbe plasti bakra, saj v
tem primeru proces korozije železa celo pospeši (Wace Chem, 2013). Pri izbiri ustreznih
kovin za zaščito pred rjavenjem pa je treba biti previden, da poznamo njihove kemijske in
fizikalne lastnosti in izberemo cenovno ugodne ter okolju neškodljive.
Druga možnost je galvanizacija pri kateri uporabimo žrtveno kovino. Danes poznamo to
zaščito kot KATODNO zaščito. Največ se uporablja za zaščito plinovodov in naftovodov
ter zaščito ladij, uporablja pa se tudi za zaščito kovin v gradbeništvu. Bistvo te zaščite je,
da izberemo kovino, ki je bolj reaktivna od tiste, ki jo želimo zaščititi (boljši reducent). Obe
kovini povežemo v galvanski člen. Kovina, s katero ščitimo našo kovino, bo imela vlogo
anode in bo žrtvena kovina, ker se bo raztapljala, medtem ko bo kovina, ki jo želimo
zaščititi (ladijski vijak, cevovod ...), nedotaknjena. Ta pojav je že leta 1820 predlagal kemik
H. Davy za antikorozivno zaščito vojaških ladij angleške mornarice. V takih primerih se
uporablja predvsem cink, magnezij in aluminij (E-kemija, 2008).
Navodila in opozorila pri pripravi materiala za eksperimentiranje
Učitelj učence razdeli v skupine po 4, jih seznani s potekom dela in razdeli navodila za
učence (Aktivnosti učencev). Navodila so oblikovana tako, da jih učenci prilepijo v zvezek,
odgovore na naloge in vprašanja pa zapisujejo v zvezek.
Naloge učencev
I. DEL
V prvem delu se učenci v skupinah pogovorijo o zgodbi in glede na svoje izkušnje
poskušajo ugotoviti, kaj se je zgodilo z Matičevim kolesom. Namen naloge je, da učenci
najprej predvidevajo glede na dane informacije v zgodbi, nato pa njihove ugotovitve
preverijo še s pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta. Vprašanja so jim v pomoč pri
razmišljanju in zapisovanju ugotovitev. Skupine poročajo preostalemu razredu. Naloga
učitelja je, da skupine vodi in jim po potrebi pomaga z dodatnimi podvprašanji. Po
poročanju učitelj skupaj z učenci strne nekaj glavnih točk, do katerih so prišle skupine.
34
II. DEL
A. Kako nastane rja?
Učenci po skupinah s pomočjo navodil izvedejo poskus. Običajno traja od 7-14 dni, da je
produkt kemijske reakcije opazen.
Priprava materiala za eksperimentiranje: Pomembno je, da učitelj pred poukom pripravi
vse potrebno steklovino in kemikalije za skupine učencev ter poskrbi za varno samostojno
eksperimentiranje učencev.
Učenci po skupinah s pomočjo navodil izvedejo poskus. Običajno traja od 7-14 dni, da je
produkt kemijske reakcije opazen. Učenci se sami odločijo na kakšen način bodo zapisali
opažanja in sklepi. Pri tem jih mora učitelj spodbuditi, da poskušajo oblikovati tabele.
Pomagajo si lahko z zapisom iz vaje A. Kako nastane rja?
Priprava materiala za eksperimentiranje: Pomembno je, da učitelj pred poukom pripravi
vse potrebno steklovino in kemikalije za skupine učencev ter poskrbi za varno samostojno
eksperimentiranje učencev. Če se učenci kljub uvodni teoriji odločijo za zelo reaktivne
kovine, ki jih hranimo v petroleju, naj ima učitelj pripravljene tudi te, da jih pokaže učencem
in tako vodi k pravi odločitvi pri izbiri kovin.
Učenci lahko žeblje v celoti ali le delno ovijejo v tanko plast oz. žico izbrane kovine
(spodnji sliki).
W
S
Sliki: Primer ovijanja kovine (levo: aluminij, desno cink) okrog železnega žeblja.
Pri zadnem delu eksperimentalnega dela je potrebna večja pomoč učitelja, saj učenci sami
oblikujejo raziskovalno vprašanje glede na enega od dejavnikov (slanost, kislost,
temperatura …), ki si ga izberejo sami. Učitelj nato učencem razloži način dela pri odprti
obliki raziskovanja. Učenci se v skupinah v 5-10 minutah pogovorijo o izbranem dejavniku,
zapišejo raziskovalno vprašanje in zasnujejo eksperimente, s katerimi bodo poskušali
odgovoriti na raziskovalno vprašanje. Po 10 minutah učitelju povedo svoje zamisli, ta pa
35
jim svetuje in jih usmerja pri nadaljnjem raziskovanju. V kolikor je naloga za učence
prezahtevna, lahko učitelj predlaga raziskovalna vprašanja.
Možna raziskovalna vprašanja:
 Kako slanost vpliva na hitrost rjavenja?
 Kako pH kisline vpliva na hitrost rjavenja?
 Kako temperatura vpliva na hitrost rjavenja?
Učenci nato napišejo navodila za izvedbo poskusa po danem obrazcu, izvedejo poskus in
zapišejo opažanja in sklepe. Lahko si pomagajo s primerom zapisa navodil za
eksperimenta pri poglavju A. in B. Ob koncu svoje rezultate predstavijo preostalemu delu
razreda. Za izbrano raziskovalno vprašanje lahko učenci naredijo tudi plakat. Na plakatu
mora biti predstavljen celoten proces raziskovanja (od raziskovalnega vprašanja,
potrebščin, varnosti, procesa dela, opažanj in sklepov ter krajšega uvoda in zaključka).
III. DEL
Skupine učencev izberejo eno od problemskih nalog.
Rešitve nalog z delovnega lista za učence
Naloge učencev
I. DEL
njegove lastnosti?
 Kaj je rjava obloga, ki je nastala na verigi? Kaj meniš, kakšen je bil vzrok nastanka
obloge?
 Matic nima denarja za novo kolo. Kako bo moral Matic skrbeti za svoje kolo, da se
mu nesreča ne bo ponovila?
II. DEL
A. Kako nastane __rja__ (rjava obloga)?
Rezultati raziskovalnega dela: Žebelj bo najbolj rjavel v epruveti 3 in 4, saj sta prisotna
tako kisik kot voda. Sol deluje kot prevodnik, zato bo v epruveti 4 kemijska reakcija
potekala hitreje in bo nastalo več rje. V epruveti 2 lahko v manjši meri pride do rjavenja
zaradi prisotnosti v vodi raztopljenega kisika. Da se temu izognemo, lahko vodo prej
prekuhamo. V epruveti 1 do poteka kemijske reakcije ne bo prišlo.
1. Na spodnjo skico doriši spremembe v epruvetah, ki si jih opazil po 14 dneh.
36
2. V katerih epruvetah je prišlo do procesa rjavenja?
V epruveti 3 in 4, delno lahko tudi v epruveti 2.
3. V kateri epruveti proces rjavenja poteka najhitreje?
V epruveti 4.
4. Zakaj smo v epruveto 1 dodali kalcijev klorid?
Ker kalcijev klorid veže vodo, v našem primeru vodno paro iz zraka.
5. Zakaj smo epruveto 1 zamašili z zamaškom?
Da smo preprečili vodni pari iz zraka stik z železnim žebljem.
6. Zakaj smo v epruveto 2 dodali olje?
Plast olja je preprečila stik kisika iz zraka z železnim žebljem.
7. V čem se razlikujejo pogoji reakcij v epruvetah 1, 2, 3 in 4? Kako smo te pogoje
zagotovili? Opiši za vsako epruveto posebej.
V epruveti 1 smo z dodatkom kalcijevega klorida, ki je znan po tem, da veže vodo, in z
zamaškom onemogočili, da bi vodna para iz zraka prišla v stik z železnim žebljem. V
epruveti 2 smo s plastjo olja onemogočili dostop kisika iz zraka. Žebelj je na nekaterih
mestih kljub temu zarjavel. Železo je reagiralo s kisikom raztopljenim v vodi. Temu bi
se lahko izognili tako, da bi vodo prekuhali. V epruveti 3 sta bila v stiku z žebljem tako
voda kot kisik, zato je prišlo do procesa rjavenja. V epruveti 4 je bila poleg vode in
kisika prisotna tudi sol, ki je pospešila proces rjavenja.
8. Reaktanti pri procesu rjavenja so: železo, kisik in voda
9. Produkt je rja. Kako to spojino še imenujemo? železov oksid z vezano vodo ali
železov (III) oksid hidrat
10. Zapiši besedno enačbo za kemijsko reakcijo nastanka rje?
železo + kisik + voda
železov oksid z vezano vodo ali železov (III) oksid
hidrat ali rja
37
Rezultati raziskovalnega dela:
Aluminij: Aluminij reagira s kisikom in nastane aluminijev oksid, ki ščiti kovino pred
nadaljnjo korozijo. Žebelj na izpostavljenih mestih ne rjavi.
Cink: Cink reagira s oksonijevimi ioni pri čemer nastanejo cinkovi ioni Zn2+ in vodik H2, ki
ga opazimo kot izhajanje mehurčkov, Cinkovi ioni nato reagirajo s hidroksidnimi ioni, pri
čemer nastane cinkov hidroksid Zn(OH)2, ki ščiti kovino pred nadaljnjo korozijo. Žebelj na
izpostavljenih mestih ne rjavi.
Zn(s) + 2H+
Zn2+(aq) + H2(g)
2+
Zn + 2OH
Zn(OH)2(s)
Baker: Baker z vodo ne reagira. Žebelj rjavi le na izpostavljenih mestih.
Svinec: Običajno svinec ne reagira z vodo, vendar se ob stiku z vlažnim zrakom njegova
reaktivnost z vodo poveča. Na površini kovine nastane plast svinčevega oksida, PbO.
Kadar sta ob svincu navzoča kisik in voda pa nastane svinčev hidroksid. Žebelj rjavi le na
izpostavljenih mestih.
2Pb(s) + O2(g) + 2H2O(l)
2 Pb(OH)2(s)
Slike: Rezultati eksperimentalnega dela (od leve proti desni: aluminijeva, cinkova, bakrena
in svinčeva zaščita pred rjavenjem)
Ključna vprašanja
1. Zakaj za poskus nisi izbral natrija in kalija?
Ker sta zelo reaktivni kovini, ki jih hranimo v petroleju, saj ob stiku z zrakom ali vodo
takoj reagirata.
2. Kovine se med seboj razlikujejo tudi po reaktivnosti. Kakšne kovine so najbolj ustrezne
za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem glede na rezultate vaših eksperimentov? Na
sliki obkroži izbrane skupine.
Neprimerne kovine so kovine I. in II. skupine PSE, saj burno ali zelo hitro reagirajo z
vodo. Primerne pa so tako kovine, ki so reaktivnejše od železa kot kovine, ki so manj
reaktivne od njega.
38
zelo reaktivne
kovine
zelo nereaktivne
kovine
Slika 3: Prikaz reaktivnosti nekaterih kovin
3. S pomočjo učbenika, knjig in svetovnega spleta razišči, na kakšne načine ljudje
poskušamo zaščititi železo in jeklo. Ugotovitve zapiši v krajšem odstavku.
Učenci pridejo do zaključka, da poznamo različne načine zaščite železa in jekla pred
rjavenjem.
Z nanosom prevlek kot so barve, masti ali olja, tanke plasti manj reaktivnih kovin (npr.
baker), in tako preprečimo stik z vodo in kisikom. Plast manj reaktivnega bakra prav
tako reagira s kisikom, vendar je reakcija počasnejša, zato lahko baker predstavlja
ustrezno zaščito pred rjavenjem železa kar nekaj časa. Problem lahko nastane le, če
pride do poškodbe plasti bakra, saj v tem primeru proces korozije železa celo pospeši
(Wace Chem, 2013). Pri izbiri ustreznih kovin za zaščito pred rjavenjem pa je treba biti
previden, da poznamo njihove kemijske in fizikalne lastnosti in izberemo cenovno
ugodne ter okolju neškodljive.
Druga možnost je galvanizacija pri kateri uporabimo žrtveno kovino. Danes poznamo
to zaščito kot KATODNO zaščito. Največ se uporablja za zaščito plinovodov in
naftovodov ter zaščito ladij, uporablja pa se tudi za zaščito kovin v gradbeništvu. Bistvo
te zaščite je, da izberemo kovino, ki je bolj reaktivna od tiste, ki jo želimo zaščititi
(boljši reducent). Obe kovini povežemo v galvanski člen. Kovina, s katero ščitimo našo
kovino, bo imela vlogo anode in bo žrtvena kovina, ker se bo raztapljala, medtem ko
bo kovina, ki jo želimo zaščititi (ladijski vijak, cevovod ...), nedotaknjena.
4. Za vsako izbrano kovino pri eksperimentalnem delu zapiši, kakšen način jo uporabljajo
ali bi jo lahko uporabili pri zaščiti železa?
Bolj reaktivne kovine bi uporabili kot žrtveno kovino, manj reaktivne kovine pa kot plast,
ki sicer reagira z vodo in kisikom, vendar precej počasneje kot železo.
Rezultati raziskovalnega dela:
Tako ioni nartijevega hidroksida kot oksonijevi ioni v kislinah delujejo kot nekakšni
prevodniki, zato več ko je ionov v raztopini, v katero damo žebelj, hitreje bo potekala
kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisela, hitrejši bo proces
rjavenja in več rje bo nastalo. Pri ugotavljanju vpliva temperature na kemijsko reakcijo
velja enako. Višja je temperatura, hitreje bo potekala reakcija in več produkta bo nastalo.
39
Naloge za vajo
Zapiši agregatna stanja reaktantov in produktov pri kemijski reakciji nastanka rje:
 železo: trdno
 kisik: plinasto
 voda: tekoče
 rja: trdno
2. Razvrsti kovine po reaktivnosti od najbolj reaktivne do najmanj reaktivne: zlato, železo,
natrij, baker, kalij, svinec, magnezij.
Kalij, natrij, magnezij, železo, baker, svinec, zlato
3. Dopolni spodnje tabele. Doriši ustrezne delce, predstavi prikazano reakcijo z besedilom
in zapiši urejeno enačbo reakcije.
+
+
aluminij
+
kisik
+
4Al(s)
+
3O2(g)
+
+
aluminijev oksid
2Al2O3(s)
+
baker
+
kisik
+
bakrov oksid
2Cu(s)
+
O2(g)
+
2CuO(s)
40
+
+
magnezij
+
kisik
+
magnezijev oksid
2Mg(s)
+
O2(g)
+
2MgO(s)
4. Dopolni križanko tako, da oblikuješ 8 vprašanj, ki bodo dala naslednje odgovore:
alkalijske, zemljoalkalijske, oksidacija, rja, prehodni elementi, jeklo, železo, korozija,
žrtvena kovina, reaktivnost, svinec, baker, aluminij, kalij, natrij
Izbranih 8 odgovorov vpiši v križanko tako, da bo rešitev križanke RJAVENJE.
1.
KO
R
2.
J
3.
A
4.
V
5.
E
6.
N
7.
J
8.
E
OZIJA
Učenci si izberejo 8 odgovorov in nanje napišejo vprašanja. Izbrati morajo take
odgovore, ki jih bodo lahko vpisali v križanko.
Npr. 1. Kako se imenuje proces, ko kovina reagira s kisikom?
Pomembno je, da zapolnijo vseh osem vrstic in so vprašanja pravilna.
Ali razumem
1. Kako soljenje cest vpliva na hitrost rjavenja?
kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisla, hitrejši bo proces
rjavenja in več rje bo nastalo.
2. Kako kisel dež vpliva na hitrost rjavenja?
41
kemijska reakcija procesa rjavenja. Bolj ko je voda slana ali kisla, hitrejši bo proces
rjavenja in več rje bo nastalo.
3. Kdaj bo hitreje potekala kemijska reakcija nastajanja rje: pozimi ali poleti? Zakaj?
Upoštevaj, da so v obeh primerih v enaki meri prisotni vsi potrebni reaktanti.
Poleti. Pri ugotavljanju vpliva temperature na kemijsko reakcijo velja enako. Višja je
temperatura, hitreje bo potekala reakcija in več produkta bo nastalo.
4. Glede na reaktivnost sta najbolj primerni platina in zlato, saj sta zelo nereaktivni kovini.
Zakaj ju potem ne uporabljamo za zaščito železa oz. jekla pred rjavenjem?
Ker sta ti dve kovini redki in zato tudi dragi.
Reference
Priporočena dodatna literatura za učitelja in učence:
Video o procesu rjavenja (angleški jezik):
Mexus Education Pvt (2013). Corrosion Chemistry. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=_gBaOH4X9CQ
Video o koroziji kovin (angleški jezik):
The Fuse School (2013). Corrosion of Metals. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=T4pSuflO9fk
Video o načinih zaščite pred rjavenjem (angleški jezik):
Wace Chem (2013). Corrosion prevention. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=sRuQKbHiKq0
Proces rjavenja prikazan na nivoju delcev (angleški jezik):
CorrConnect`s channel (2010). Corrosion Mikrocell. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=hfmD1RyUWgY
Uporabljena literatura pri oblikovanju modula:
CorrConnect`s channel (2010). Corrosion Mikrocell. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=hfmD1RyUWgY
Devetak, I., Pavlin Cvirn, T., & Jamšek, S. (2010). Peti element 8. Ljubljana: Rokus Klett.
Glažar, A. S., Godec, A., Vrtačnik, M., & Wissiak Grm, S. K. (2004). Moja prva kemija 1.
Ljubljana: Modrijan.
E- kemija (2008). Galvanizacija. Pridobljeno s http://www.kii3.ntf.uni-lj.si/ekemija/file.php/1/output/galvanizacija/
Gray, T. (2012). Elementi: Slikovni pregled vseh znanih atomov v vesolju. Ljubljana:
Tehniška založba Slovenije.
42
Kovine Predstavitev Powerpoint (b. d.). Pridobljeno s
http://www2.arnes.si/~evelik1/tit/Kovine_datoteke/frame.htm
Lazarini, F., & Brenčič, J. (2004). Splošna in anorganska kemija. Ljubljana: Fakulteta za
kemijo in kemijsko tehnologijo.
Mexus Education Pvt (2013). Corrosion Chemistry. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=_gBaOH4X9CQ
Muzej Železniki (b.d.) Pridobljeno s http://www.zelezniki.si/html/Muzej.htm
Poročni prstan bo zlat in ne železen (b.d.). Pridobljeno s
https://sites.google.com/site/zlatiinnezelezen/rjavenje-zeleza
Smrdu, A., Zmazek, B., Vrtačnik, M., Glažar, S., Godec, A., & Ferk Savec, V. (b. d.).
Kemija 1: E-učbenik za kemijo v 1. letniku gimnazije. Pridobljeno s
http://eucbeniki.sio.si/kemija1.
The Fuse School (2013). Corrosion of Metals. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=T4pSuflO9fk
Wace Chem (2013). Corrosion prevention. Pridobljeno s
https://www.youtube.com/watch?v=sRuQKbHiKq0
43

Pomagaj Maticu: Kaj je uničilo verigo na

Transcription

Similar documents

Sladkor ali sol? - Univerza v Ljubljani

BANČNI MANAGEMENT

Prelistajte kazalo

Vabljeni na brezplačno delavnico »Izdelava LinkedIn profila«

JAVNI RAZPIS ZA ZBIRANJE PREDLOGOV ZA MOBILNOST

Pomen usklajevanja poklicnega in družinskega

Sonja Rutar – Povezanost vrednot in različnih

Zloženka Poletne šole 2015

MAN-2009-SIST-certifikati-objava-integrated forPDF 2010

curriculum vitae

MAN-2009-SIST-certifikati-objava-integrated forPDF 2010