כתה ט – רצף הוראה כימיה
Transcription
כתה ט – רצף הוראה כימיה
הוראת המדעים תשע"ג – ביה"ס עירוני ט' ת"א – לשימוש פנימי בלבד רצף הוראה כימיה – כתה ט לפי מצגת – עד שקף מס' 9 מהי כימיה? תחום דעת העוסק בעולם החומר. עקרונות חשובים: .1תרומת הכימיה לחיי היומיום .2המשותף לכל התופעות והחפצים סביבנו כימיה בכל מקום עזרה בחיפוש טקסטים (קטעי אנסין) בנושאים :השפעת פיתוח החומרים והטכנולוגיה על חיינו – הנוחות ,הזמינות . כמו כן גם על ההיבטים השליליים של כמות פסולת וזיהום .התנהגות ירוקה ,שימוש חוזר ,מיחזור וכו'. צפיה בסרטון חיים ללא כימיה ודיון בו. נושא ראשון – הקשר הכימי והאנרגיה בתהליך כימי – סה"כ 01שעות רעיונות מרכזיים: .0 .2 .3 .4 בתהליך כימי חומרים הופכים לחומרים אחרים .ייצוג תהליך כימי בשפת הכימאים :תוצרים > --מגיבים. קשרים כימיים המבוססים על כוחות משיכה חשמליים נוצרים בין חלקיקיי החומר .יכולים להיווצר קשרים יוניים או שיתופיים (קוולנטיים) כתלות בסוג החלקיקים. תהליכים כימיים מלווים בשינויים באנרגיה כימית. כל היסודות מסודרים במחזורים ובטורים בטבלת היסודות. .1תזכורת לחומר שנלמד בכתה ח' – א .כוחות המשיכה שבין הפרוטונים שבגרעין האטום לבין האלקטרונים שמחוץ לו. ב .כוחות הדחיה הקיימים בין מטענים זהים. ניתן כתזכורת לבצע את הניסוי עם ספק הכוח ועלי האלומיניום. סעיף – 1 תגובה כימית מאופיינת כשינוי בחומרים הבאים לידי ביטוי באחד או יותר מהמאפייניםהבאים :שינוי צבע ,שינוי במצב צבירה ,שינוי בטמפרטורת הסביבה. 4שעות תאור ברמת המאקרו – הדגשת התכונות החדשות של החומרים בעקבות התגובה ניתן כתזכורת לבצע את הניסוי עם המגנזיום שנשרף והופך למגנזיום חמצני. שפת הכימאים – 3דפי תרגול עצירה עם המצגת ותרגול – שפת הכימאים ג .שפת הכימאים – תרגול של כתיבת בשפה המקובלת והבנת נוסחאות כימיות – אטומים ,מולקולות .בנוסחה כימית יחס קבוע של אטומים מכל סוג. 1 הוראת המדעים תשע"ג – ביה"ס עירוני ט' ת"א – לשימוש פנימי בלבד סעיף – 2 שעתיים .2אנרגיה כימית – לפי מצגת יצירת קשר כימי כמלווה בשחרור אנרגיה. ניתוק קשר כימי כמלווה בהשקעת אנרגיה תהליך קולט אנרגיה לעומת תהליך פולט אנרגיה: בתהליך קולט אנרגיה האנרגיה המושקעת בניתוק הקשרים במגיבים גדולה מהאנרגיה המשתחררת ביצירת הקשרים בתוצרים. בתהליך פולט אנרגיה האנרגיה המשתחררת ביצירת הקשרים בתוצרים גדולה מהאנרגיה המושקעת בניתוק הקשרים במגיבים. הערות: תהליכים פולטי אנרגיה רבים יש "להתניע" .יש להשקיע בהם מעט אנרגיה התחלתית,כמו הגפרור המצית את הנר .הנר הבוער כבר פולט אנרגיה בתהליך הבעירה עצמו. מומלץ לשלב הדגמות ו/או סרטונים. רצוי להשוות בין פוטוסינתזה לנשימה תאית תוך התייחסות להיבט האנרגטי. המחשה טובה – התנסות בתחושת המשיכה בין מגנטים :צד צפון נמשך לצד דרוםומתקרב אליו מעצמו .האם אנרגיה מושקעת או משתחררת במקרה זה? כעת יש להפריד בין המגנטים הצמודים -האם אנרגיה מושקעת או משתחררת במקרה זה? על התלמידים לפרש את האנלוגיה – מה דומה ליצירת קשר כימי ומה דומה לניתוקו מבחינה אנרגטית. . .3סוגי קשרים כימיים סעיפים :3-4 4שעות הסבר ברמה המיקרוסקופית -שבירת קשרים במגיבים ויצירת קשרים בתוצרים. כוחות משיכה ודחיה חשמליים גורמים ליצירת קשרים כימיים .בכל תהליך כימי ניתקים קשרים כימיים במגיבים ונוצרים קשרים חדשים ,כך מתקבלים התוצרים – חומרים שלא היו קודם לכן. הקשר היוני (בין מתכת לאל-מתכת): נלמד בכתה ח' ומוזכר כאן רק לצורך ההשוואה מול הקשר השיתופי. הקשר השיתופי /הקוולנטי (בין אל-מתכות): כוחות המשיכה בין אלקטרונים של אטום אחד לבין הגרעין של אטום שני כבסיס ליצירת קשר כימי שיתופי איך נוצר הקשר הקוולנטי השיתופי? קשר קוולנטי נוצר בין שני אטומים .הקשר נוצר על ידי שיתוף אלקטרונים כך שכל אטום תורם לקשר מספר שווה של אלקטרונים כמו האטום השני .האלקטרונים המשותפים נמשכים כעת לשני הגרעינים של האטומים בעת ובעונה אחת והדבר גורם להתקרבות האטומים ולקישורם .מצב של שני אטומים מחוברים יציב יותר (נשאר ללא שינוי) מאשר המצב של שני אטומים בודדים. לשלב עם הוראת הפיזיקה – אנרגיה כימית 2 הוראת המדעים תשע"ג – ביה"ס עירוני ט' ת"א – לשימוש פנימי בלבד אנלוגיה למצב של קשר שיתופי (קוולנטי)- : ילדים קיבלו מטלה -להשלים ציור באמצעות שני צבעים שונים .לכל ילד צבע אחד אחר. הילדים לא יוכלו להשלים את המטלה לבד .כאשר הם ישתפו פעולה וכל אחד ישתמש בצבע של חברו יהיו שני צבעים לכל אחד והם יוכלו להשלים את המטלה .תוך כדי שיתוף הצבעים הם יצטרכו להתקרב אחד לשני כדי לעשות זאת ,כלומר יהיה ביניהם קשר שלא ישתנה ( יציב) עד לסיום המטלה. ה"צבעים" = אלקטרונים דף עבודה – קשר קוולנטי שני צבעים=שני אלקטרונים הילדים = אטומים .4אלקטרוני הערכיות לכל אטום אלקטרונים פנימיים קרובים יותר לגרעין ואלקטרונים חיצוניים (אלקטרוניהערכיות) אלקטרוני הערכיות כאלקטרונים הרחוקים מהגרעין וכיוצרי קשרים כימיים. אטומי היסודות הנמצאים באותו טור מבין 8הטורים העיקריים בטבלת היסודות כבעליאותו מספר של אלקטרוני ערכיות – מס' האלקטרונים ברמה החיצונית באטום. כלל האוקטט -יש לעסוק בתרכובות הבנויות מיסודות שבשורה השניה של הטבלה ,בהן מתקיים כלל זה .אין לעסוק ביוצאים מן הכלל. מימן אינו מקיים כמובן את כלל האוקטט. יכולת קישור של האטומים C, H ,N, Oאפשרות לקשר קוולנטי יחיד,כפול ומשולש. למצוא חומרים -ציור נוסחאות מבנה. נושא שני -היסוד פחמן ותרכובותיו – סה"כ 14שעות רעיונות מרכזיים: סעיפים :1-2 4שעות .0תרכובות מורכבות מצירוף של יסודות .התכונות של התרכובת שונות מתכונות היסודות המרכיבים אותה. .2המולקולות של אבות המזון :פחמימות ,חלבונים ושומנים ,בנויות מצירופים שונים של אטומי פחמן ,מימן וחמצן (בחלבונים גם אטומי חנקן). - - .1ייחודיות הפחמן צורות שונות של סידור האטומים והקשר לתכונות החומרים ולשימושים בהם – גרפיט, יהלום – הצורות המופיעות בטבע. הבדלה בין חומר אורגני לחומר אנאורגני. ננו-צינוריות פחמן ,פולרן ( ,)fullereneגרפן ( – )grapheneצורות חדשות של קישור אטומי הפחמן ,הניתנות ליצור במעבדה. אתר המציג אנימציות של פולרן וננו צינוריות פחמן (יש להציג רק לצורך המחשת הקידום בטכנולוגיה ,וממש אין צורך להעמיק) אטום הפחמן כיוצר ארבעה קשרים סימטריים. פחמן כאל-מתכת בתרכובותיו ,וכיסוד מוליך חשמל בצורתו כגרפיט ולא מוליך חשמל כיהלום. המספר העצום של תרכובות הפחמן כנובע מהיות אטומי הפחמן בסיס של שלד פחמני (בצירוף אטומי מימן והלוגנים) ,בצורת טבעות ,שרשראות ,פולימרים. 3 הוראת המדעים תשע"ג – ביה"ס עירוני ט' ת"א – לשימוש פנימי בלבד .2תרכובות הפחמן בריינפופ: מחזור הפחמן תרכובות אורגניות בגופם של יצורים חיים או ממקור חי. מרכיבי המזון כפולימרים – פחמימות ,חלבונים ,שומנים. תרכובות הפחמן בנפט גולמי – זיקוק נפט גולמי ,תזקיקים. -תרכובות סינתטיות – פולימרים כתוצרי התעשיה – מוצרים פלסטיים. סעיפים :3-4 11שעות יתכן ויוקפץ קדימה ברצף השפעת השימוש בחומרים על הפרט ועל הסביבה – הנוחות והמחיר הסביבתי: דוגמאות לתחומי ייצור תעשייתי – מזון ,תרופות ,חומרים פלסטיים ,חומרי דלק, צבעים ,חומרי ניקוי ,סיבים ,דשנים. השפעה על חיי הפרט – נוחות ,זמינות ,יכולת רכישה במחירים נמוכים יחסית. השפעות על החברה :התפתחות תעשייה ותחבורה ,פיתוח כלכלי ,התפתחות תרבות צריכה. השלכות השימוש בחומרים בכל השלבים – ייצור ,שינוע ,שימוש ,מה קורה בתום השימוש. הצטברות פסולת מוצקה. פליטת מזהמים לקרקע ,למים ,לאויר. דלדול משאבים. פתרונות אפשריים בגישת הקיימות להקטנת הנזק הסביבתי: צמצום צריכה .למשל – הפחתת השימוש ברכב. שימוש חוזר. ייצור חומרים פריקים (מתכלים) מחזור .למשל – שימוש בפולימרים (שרשרת ארוכה של יחידות חוזרות הקשורות ביניהן על ידי קשר קוולנטי) הניתנים למחזור ,יצירת קומפוסט מפסולת מזון. הפחתת פליטות בתעשיה ,לדוגמה ,ע"י שימוש במסננים. צמצום פסולת בתעשיה :ע" י תכנון להגברת יעילות תהליכי היצור ושימוש יעיל בתוצרי לוואי (כמו השימוש היום באפר פחם). .3מרכיבי המזון (מכאן נמשיך ללימוד מערכת העיכול) פחמימות – זיהוי ,מבנה ,מיון :חד-סוכרים ,דו-סוכרים ,רב ,סוכרים.תכונות ,חשיבות כמזון ,תפקידים בגוף ,קלוריות .גלוקוז ,סוכרוז ועמילן כדוגמאות לסוכרים השונים. חלבונים – זיהוי מבנה החלבון כשרשרת של ח"א .מבנה החומצה האמינית ,כיצדנוצר מגוון של חלבונים ,תפקידי החלבונים בגוף ,חשיבות כמזון ,קלוריות .זיהוי חלבונים שומנים – זיהוי ,זיהוי מבנה – חומצות שומן +גליצרול ,תכונות ,תפקידים בגוף,חשיבות כמזון ,מזונות ,קלוריות. .4מזון ואנרגיה בגוף – תהליך הנשימה התאית בהיבט כימי (מגיבים ,תוצרים ,אנרגיה) -קלורימטר כמכשיר למדידה וחישוב אנרגיה של מרכיבי מזון ע"י שריפתם. 4 לימוד פורה ומהנה לבצע ניסויים של זיהוי אבות המזון הוראת המדעים תשע"ג – ביה"ס עירוני ט' ת"א – לשימוש פנימי בלבד 5