Az anyagok változásai – 7. osztály Elméleti háttér: Hevítés hatására a jég megolvad, a víz forr. Hűtés hatására a vízpára lecsapódik, a keletkezett víz megfagy. Ha az anyagok halmazszerkezetében történnek változások, nem alakulnak át más minőségű anyagokká. Azokat a kölcsönhatásokat, amelyek során az anyagok minősége nem változik meg, fizikai változásnak nevezzük. Azokat a kölcsönhatásokat, melyek során új anyag keletkezik, kémiai változásnak nevezzük. A kémiai változás másik neve a kémiai reakció. A vas és a kén eltérő tulajdonságú anyagok a természetben. Mindkettő az egyszerű anyagok csoportjába tartozik.
meteorit vas a világűrből, az összes vas így került a Földre
kristályos kén vulkanikus tevékenységek során kerül felszínre
A két egyszerű anyag kölcsönhatása kémiai reakció, mert közben új anyag keletkezik. Ahhoz, hogy a kölcsönhatás végbemenjen úgynevezett aktiválási energiára van szükség. Aktiválási energiának (jelölése: EA) nevezzük azt a minimális energiát, ami (pl. melegítés, sugárzás, elektromos hatás, [feszültség] formájában) egy kémiai reakció megkezdődéséhez szükséges. A két egyszerű anyag őrleményét összekeverjük, majd a keveréket egy kémcsőbe helyezve melegíteni kezdjük. A kezdetben egymással kölcsönhatásba nem lépő anyagok részecskéi hevítés hatására elérik a kémiai reakcióhoz szükséges energiaszintjüket és beindul az új anyag képződése, melynek neve vas-szulfid lesz.
Eszközök, anyagok: Bunsen-égő: Az egyik leggyakrabban használt laboratóriumi gázégő. Az éghető gáz (földgáz, propán-bután gáz) bevezetése a tengelyvonalban elhelyezett furaton keresztül történik, amelynek a végén néhány tized mm átmérőjű lyuk (fúvóka) található. Erre épül rá a jó hővezető fémből – általában rézből – készült keverőcső, amelynek alsó részén, a fúvóka magasságában szemközt két ovális nyílás található a szükséges levegő bevezetéséhez.
1
Kémcső: A kémcső a laboratóriumi üvegedények közé tartozik. Egy ujj-szerű Ualakú üvegcsőből áll, melynek alja lekerekített módon záródik, teteje pedig nyitott. Gyakran a tetején az üveg kiöblösödik. Ez megkönnyíti a folyadékok kiöntését a kémcsőből. A vastagfalú, hőálló üvegből (Pyrex) készült kémcsöveket Bunsen-égő lángjával melegíteni is lehet. Azonban vannak vékony üvegből készült kémcsövek is, melyek a gyors hőközlést nem bírják ki.
Dörzstál: Egy porcelánból készült tál, amelyben az anyagok poríthatók, elkeverhetőek. Finom eloszlású keverékek állíthatóak elő vele.
Vegyszereskanál: Kizárólag laboratóriumi vegyszerek, anyagok adagolására, kimérésére használjuk, készülhet fémből és műanyagból is.
Kémcsőfogó csipesz: Kémcsövek tartalmának melegítéséhez használt eszköz, ügyeljünk, hogy ne tartsuk közvetlenül a lángba, mert az anyaga fa, tehát könnyen lángra kaphat.
Kísérleti hipotézis és folyamatleírás A kísérlet alapjául az a hipotézis szolgál, miszerint megfelelő körülmények között a reakcióban szereplő kiindulási anyagok kémiai kölcsönhatásba lépnek egymással, melynek eredményeként új anyag keletkezik. 1)
Az anyagokat és eszközöket előkészítjük egy arra alkalmas tálcán.
2)
Vigyázzunk, a balesetvédelmi szabályok betartására, a kén megérintenünk nem szabad! Az elemek őrleményét összekeverjük egy dörzstálban.
3) 4) 5)
mérgező,
Megfigyeljük és a jegyzőkönyvben rögzítjük, hogy az elemek nem lépnek reakcióba egymással. A keveréket vegyszeres kanál segítségével kémcsőbe mérjük kb. 2 cm vastag rétegben.
6) 7)
Meggyújtjuk a borszesz égő lángját. A kémcsőfogó csipesz segítségével a láng felső harmadába tartjuk az összekevert egyszerű anyagokat tartalmazó kémcsövet.
8) 9) 10)
A kémcsövünk száját soha ne tartsuk társunk irányába! Kis idő elteltével észleljük, hogy a kén megolvad, majd beindul a reakció. A vas-szulfid keletkezésekor vegyük ki a lángnyelvből a kémcsövet és így figyeljük meg a reakció lezajlását, a parázsló anyagokat.
11)
Ne feledjük! A kémcső a kémiai változás lezajlása után forró, ne érintsük meg, ne tegyük gyúlékony anyag közelébe.
12)
Megfigyeléseinket a jegyzőkönyvben rögzítjük. 2
Jegyzőkönyv Munkaforma: tanári kísérlet Időterv:
Elméleti rész, hipotézis ismertetése = 5’ A kísérlet fontosabb adatainak lejegyzése = 3’ A jegyzőkönyv kitöltése a látottak alapján = 12’ Rögzítést segítő kérdések megválaszolása = 5’ Összesen: 25 perc
1. A kiindulási anyagok szemrevételezése: ___________ __________________________________________________
A
__________________________________________________ 2. A kiindulási anyagok összekeverése: ______________ __________________________________________________ __________________________________________________
B
__________________________________________________ __________________________________________________ 3. Az anyagkeverék hevítése: ______________________
C
__________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________
D
4. A hevítés abbahagyása, az izzás kezdetekor: ________ __________________________________________________ __________________________________________________
3
__________________________________________________
E
__________________________________________________ 5. A lezajlódó átalakulás megfigyelése: ______________ __________________________________________________ __________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 6.
1
A végbement kémiai átalakulás terméke: __________
__________________________________________________
F
__________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________ 7. Következtetések, tanulságok: _____________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 8. Megjegyzések, járulékos megfigyelések: ____________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
1
Forrás: Mozaik kiadó Szeged, 2013, Mozabook 4.3.3: digitális extra tartalmak
4
Megfigyeléseink rögzítése a kapcsolódó kérdések által. (Írd a kísérleti fázis képének betűjelét a megfelelő helyre!) Mely kísérleti fázisban figyelhettük meg az anyagok fizikai tulajdonságait? Melyik kísérleti fázisban figyelhettünk meg kémiai tulajdonságokat? Melyik lépés vezetett a kémiai változás elkezdődéséhez? Melyik lépés után vált a kísérlet visszafordíthatatlanná? Melyik fázis mutatja meg számunkra, hogy a folyamat exoterm? Honnan tudjuk, hogy kémiai változás ment végbe? Melyik fázisban állapíthattuk meg a kiindulási anyagok halmazállapotát?
5
