ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗΣ

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗ

Στόχοι:Με τη βοήθεια των πειραματικών δραστηριοτήτων και της διερεύνησης με το λογισμικό

Iridium οι μαθητές καλούνται:

Να διαπιστώνουν τον όξινο ή βασικό χαρακτήρα ενός διαλύματος με χρήση δεικτών ήμέτρηση του ΡΗ.

Να διαπιστώνουν πειραματικά το φαινόμενο της εξουδετέρωσης με χρήση δεικτών ήμέτρηση του ΡΗ.

Να ερμηνεύουν την εξουδετέρωση, σύμφωνα με τη θεωρία του Arhenius και να γράφουν την αντίστοιχη χημική εξίσωση.

Να αναγνωρίζουν ότι στο ουδέτερο διάλυμα περιέχονται ίσες ποσότητες Η+ και ΟΗ-. Να διαπιστώνουν ότι δεν συμβαίνει πλήρης εξουδετέρωση κατά την ανάμειξη

οποιονδήποτε ποσοτήτων οξέος και βάσης, αλλά μόνο με συγκεκριμένη κάθε φορά αναλογία.

Να αναγνωρίζουν εφαρμογές της εξουδετέρωσης στην καθημερινή ζωή.

Απαραίτητα όργανα και συσκευές:

1. Για την εργαστηριακή άσκηση:

Α. Πείραμα επίδειξης με λεμόνι:

Όργανα που απαιτούνται

Υλικά και ουσίες που απαιτούνται

σύριγγα 1ml (σύριγγα ινσουλίνης)

πλαστικές θήκες (blister packing)

από χάπια ή τσίχλες.

μαχαίρι

διάλυμα Αμμωνίας NH3 1M (17 %

w/v)

φαινολοφθαλεΐνη

λεμόνι

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Β. Μετωπικό πείραμα σε μικροκλίμακα:

Όργανα που απαιτούνται

Υλικά και ουσίες που απαιτούνται

πλαστικές θήκες (blister packing)

από χάπια ή τσίχλες.

Σταγονόμετρο ή πλαστικό

σιφώνιο (plastic pipette) 1ml

διάλυμα Αμμωνίας NH3 1Μ (1,7 % w/v)

διάλυμα Οξικού οξέος CH3COOH 1Μ (6% w/v)

Ηλιανθίνη

2. Ηλεκτρονικός υπολογιστής

3. Βιντεοπροβολέας

Πειραματική διαδικασία: Αυτή η φάση θα διεξαχθεί κατά τη 1η διδακτική ώρα στο εργαστήριο φυσικών επιστημών.

Οι μαθητές οφείλουν να ακολουθήσουν τις αναλυτικές οδηγίες που υπάρχουν στο 1ο

Φύλλο Εργασίας τους.

Α. Πείραμα επίδειξης με λεμόνι:Σε μία κυψελίδα (κοιλότητα) βάζουμε 20 σταγόνες του διαλύματος της αμμωνίας και

προσθέτουμε 1 – 2 σταγόνες φαινολοφθαλεΐνης, το διάλυμα χρωματίζεται φούξια

(1ml 29 σταγόνες). Στη συνέχεια παίρνουμε με την σύριγγα όλο το διάλυμα από την

κυψελίδα. Εγχύνουμε με τη σύριγγα το φούξια διάλυμα στο λεμόνι. Φροντίζουμε να μην

τρυπήσουμε το πάνω μέρος του λεμονιού, γιατί το διάλυμα της αμμωνίας μπορεί να

απορροφηθεί από τη φλούδα και να μην αποχρωματιστεί, για τον ίδιο λόγο αποφεύγουμε

να χρησιμοποιήσουμε σύριγγα με μακριά βελόνα. Μετά από λίγο κόβουμε το λεμόνι και

βλέπουμε ότι δεν υπάρχει φούξια χρώμα γιατί η αμμωνία έχει εξουδετερωθεί από το

κιτρικό οξύ που περιέχεται στο λεμόνι.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Β. Μετωπικό πείραμα σε μικροκλίμακα: Τοποθετούμε στον πάγκο εργασίας πλαστικές θήκες από χάπια ή τσίχλες, αφού

προηγουμένως έχουμε φροντίσει να αφαιρεθεί το αλουμινένιο κάλυμμα. Οι κυψελίδες

(κοιλότητες) των πλαστικών θηκών μπορούν, ανάλογα με το μέγεθος, να δεχθούν όγκο

υγρού 1 έως 3 ml.

1 Στην 1η κυψελίδα (κοιλότητα) της πλαστικής θήκης προσθέτουμε 3 – 4 σταγόνες

διαλύματος αμμωνίας NH3 1,7 % w/v (1Μ) και μία σταγόνα ηλιανθίνης.

2 Στην 2η κυψελίδα (κοιλότητα) της πλαστικής θήκης προσθέτουμε 3 – 4 σταγόνες

διαλύματος Οξικού οξέος CH3COOH 6% w/v (1Μ) και μία σταγόνα ηλιανθίνης.

3 Με ένα σταγονόμετρο ή πλαστικό σιφώνιο (plastic pipette) αφαιρούμε την αμμωνία

από την 1η κυψελίδα (κοιλότητα) και την προσθέτουμε στην 2η κυψελίδα (κοιλότητα)

που βρίσκεται το διάλυμα του Οξικού οξέος.

Οι μαθητές πραγματοποιούν το πείραμα και συμπληρώνουν το 1ο φύλλο εργασίας

Αφού ολοκληρωθεί η πειραματική διαδικασία και η συμπλήρωση του 1ου φύλλου εργασίας

ο καθηγητής συζητάει με όλη την τάξη τις διαφορές που ενδεχομένως προέκυψαν μετά τον

έλεγχο των προβλέψεων με τα αποτελέσματα του πειράματος.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Πειράματα χημείας σε μικροκλίμακα:

Η χημεία σε μικροκλίμακα (microscale chemistry ή small scale chemistry), είναι η χημεία

που πειραματικά χρησιμοποιεί πολύ μικρές ποσότητες χημικών αντιδραστηρίων και συχνά

(όχι πάντα) απλά όργανα και συσκευές.

Η ιδέα της χημείας σε μικροκλίμακα πρωτοεμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίες του ΄80

στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής. Από τις αρχές της δεκαετίας του ‘90 και στα σχολεία

πολλών ευρωπαϊκών χωρών, πολλά από τα παραδοσιακά πειράματα Χημείας, πειράματα σε μακροκλίμακα, αντικαθίστανται από τα πειράματα σε μικροκλίμακα, επειδή

συγκεντρώνουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως:

Είναι οικονομικά, γιατί χρησιμοποιούνται μικρές ποσότητες χημικών

αντιδραστηρίων και μικρά όργανα συνήθως πλαστικά, άρα αγοράζονται λιγότερες

ποσότητες, ενδεχο-μένως σε μικρότερες συσκευασίες, οπότε είναι ευκολότερη και η

αποθήκευσή τους.

Υπάρχει περιορισμός των χημικών αποβλήτων, επειδή ακριβώς χρησιμοποιούνται

πολύ μικρές ποσότητες αντιδραστηρίων, επομένως αποφεύγεται άσκοπη σπατάλη. Η

ατμόσφαιρα στο εργαστήριο είναι πιο καθαρή, επειδή διαγεύγουν λιγότεροι ατμοί.

ΟΙ μαθητές ευαισθητοποιούνται στην υπεύθυνη χρήση των χημικών ουσιών, θέμα

πολύ σημαντικό για τα σύγχρονα περιβαλλοντικά προβλήματα. Η τεχνική σε

μικροκλίμακα είναι ένα υπεύθυνο βήμα στη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος.

Μειώνονται οι κίνδυνοι για την προσωπική ασφάλεια, επειδή ατυχήματα από σπάσιμο

γυαλικών ή φωτιά σχεδόν εξαλείφονται. Επίσης πολλά κλασικά πειράματα που

χρησιμοποιούν επικίνδυνα αντιδραστήρια, π.χ. βρώμιο, μπορούν να αντικατασταθούν

με πειράματα σε μικροκλίμακα και να γίνονται άφοβα από τους μαθητές,

Μειώνεται ο χρόνος διεξαγωγής της εργαστηριακής άσκησης, επειδή πολλά από τα

πλαστικά όργανα δεν χρειάζονται πλύσιμο γιατί είναι μιας χρήσης. Έτσι διάφορες

οργανικές συνθέσεις μεγάλης διάρκειας, γίνονται εύκολα σχολικά πειράματα.

Πολλές φορές ορισμένες χημικές αντιδράσεις με μικρούς όγκους διαλυμάτων γίνονται

καλύτερα, παρά αν χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερες ποσότητες σε δοκιμαστικούς

σωλήνες ή ποτήρια. Απαιτούν όμως πιο προσεκτική παρατήρηση, κάτι που είναι

άλλωστε απαραίτητο για κάθε επιστημονική προσπάθεια.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Μελέτη της εξουδετέρωσης με το λογισμικό Iridium

Αυτή η φάση θα διεξαχθεί κατά τη 2η διδακτική ώρα στο εργαστήριο πληροφορικής.

Οι μαθητές οφείλουν να ακολουθήσουν τις αναλυτικές οδηγίες που υπάρχουν στο 2ο

Φύλλο Εργασίας τους, αλλά πιθανότατα θα χρειαστεί ο καθηγητής να τους καθοδηγεί και

να τους βοηθάει όταν αντιμετωπίζουν προβλήματα.

Επίσης θα χρειαστεί η παρέμβασή του στα στάδια διατύπωσης συμπερασμάτων και

εφαρμογών, οπότε οι μαθητές θα χρειαστούν την καθοδήγησή του.

Παρατήρηση: Προτιμήσαμε η διερεύνηση της πλήρους εξουδετέρωσης να γίνει χωρίς την

προσθήκη δείκτη, γιατί παρατηρήσαμε ότι με την προσθήκη δείκτη δεν καταφέρναμε το ΡΗ

να πάρει την τιμή 7, αλλά απότομα από βασική τιμή περνούσε σε όξινη, πιθανόν επειδή ο

δείκτης διίσταται και προσθέτει κατιόντα Η+ στο διάλυμα.

Αν δεν είναι εφικτή η χρήση του εργαστηρίου πληροφορικής η φάση αυτή μπορεί

εναλλακτικά να πραγματοποιηθεί με βιντεοπροβολέα στην αίθουσα διδασκαλίας με ένα

μαθητή να κάνει τους χειρισμούς και οι υπόλοιποι να παρακολουθούν από την οθόνη και

να συμπληρώνουν τα φύλλα εργασίας σύμφωνα με τις οδηγίες.

Παρέμβαση στην εμφάνιση του περιβάλλοντος διεπαφής του VLab

Το εικονικό εργαστήριο VLab συνοδεύεται και από ένα λογισμικό μορφοποίησης

(vladmin) το οποίο επιτρέπει στον καθηγητή να καθορίζει τα είδη και τις συγκεντρώσεις των

διαλυμάτων που θα χρησιμοποιεί κάθε φορά, καθώς και ποια αντιδραστήρια θα

εμφανίζονται στο αριστερό πλαίσιο του παραθύρου της εφαρμογής.

Στο φάκελο Λογισμικό θα βρείτε σε δύο υποφακέλους τα λογισμικά VLab και vladmin

αντίστοιχα. Το εκτελέσιμο αρχείο στο δεύτερο φάκελο είναι το VLabAuth.exe

1. Ξεκινάμε κάνοντας διπλό κλικ στο

εκτελέσιμο αρχείο οπότε ανοίγει η οθόνη

επεξεργασίας που βλέπετε δίπλα

(Παράθυρο1) και τη μεγιστοποιούμε.

2. Πατάμε το πλήκτρο Cancel και από το

μενού File επιλέγουμε New, οπότε

εμφανίζεται το Παράθυρο2.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Παράθυρο 1

Στο πλαίσιο Title γράφουμε το όνομα της εφαρμογής και τα ονόματα των συγγραφέων,

ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ (Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ)

3. Από το αριστερό πλαίσιο επιλέγουμε Species. (Παράθυρο3)

Εδώ εμφανίζονται τα ιόντα που υπάρχουν από προεπιλογή στο διάλυμα. Εμείς πρέπει να

προσθέσουμε όσα επιπλέον θέλουμε.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Παράθυρο2

Παράθυρο3

4. Ξεκινάμε λοιπόν πατώντας στην επιλογή + Add και εμφανίζεται το Παράθυρο 4.

Προφανώς πρέπει να συμπληρώσουμε τα πεδία που λείπουν, αλλά το ερώτημα είναι που

να βρούμε τα στοιχεία που χρειάζονται. Θα καταφύγουμε σε ένα τέχνασμα που προτείνουν

οι δημιουργοί της εφαρμογής με την προϋπόθεση ότι θα χρησιμοποιήσουμε ιόντα που

υπάρχουν ήδη έτοιμα στο πρόγραμμα (και δεν είναι λίγα αυτά).

5. Από το μενού File Open Files, αναζητούμε το φάκελο στον οποίο έχουμε

αποθηκευμένο το VLab, μέσα σ’ αυτόν ανοίγουμε τους υποφακέλους assignments,

acidbase, StrongAcid.xml και πατάμε Open, οπότε εμφανίζεται το Παράθυρο 5.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Παράθυρο4

Παράθυρο5

6. Το σέρνουμε δεξιά ώστε να μην επικαλύπτει το προηγούμενο παράθυρο και από το αριστερό πλαίσιο επιλέγουμε Species, οπότε θα εμφανιστεί όλη η λίστα με τα ιόντα που υπάρχουν στο λογισμικό. Επιλέγουμε αυτό που μας ενδιαφέρει, εν προκειμένω το ιόν του Cl- και πατάμε Modify (Παράθυρο 6).

Θα εμφανιστεί το παράθυρο με τα στοιχεία του ιόντος Cl-. (Παράθυρο 7)

7. Στη συνέχεια αρχίζουμε να αντιγράφουμε τα στοιχεία του ιόντος αρχίζοντας από το πάνω πλαίσιο και να τα μεταφέρουμε στις αντίστοιχες θέσεις του Παραθύρου 4. Αφού τα αντιγράψουμε όλα πατάμε στο Next και επαναλαμβάνουμε τα βήματα 6 και 7 μέχρι να συμπληρώσουμε όλα τα ιόντα που χρειαζόμαστε (για την περίπτωση Na+, MethylOrangeH και MethylOrange-). Για τα δύο τελευταία για να επιλέξουμε το χρώμα κάνουμε διπλό κλικ στο χρώμα και στην καρτέλα RGB δίνουμε την τριάδα αριθμών:230,0,0 για το MethylOrangeH και 255,255,0 για το MethylOrange-.Κλείνουμε τα πλαίσια και πλέον βλέπουμε όλα τα ιόντα στο παράθυρο μας. (Παράθυρο8)

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Παράθυρο6

Παράθυρο7

8. Θα συνεχίσουμε επιλέγοντας Reactions και στα δύο παράθυρα. Στο παράθυρο της εργασίας μας υπάρχει μόνο η αντίδραση των ιόντων υδρογόνου και υδροξειδίου για σχηματισμό νερού. Χρειάζεται να προσθέσουμε την αντίδραση που ελέγχει την προσθήκη της ηλιανθίνης. Πατάμε λοιπόν στο πλήκτρο Add. Στη συνέχεια στο δεξί παράθυρο εντοπίζουμε την αντίστοιχη εξίσωση (βλέπε Παράθυρο9), πατάμε Modify και εμφανίζεται το πλαίσιο που περιγράφει την αντίδραση.

Επιλέγουμε τα αντίστοιχα Species στο δικό μας πλαίσιο (αριστερά) και τσεκάρουμε τα προϊόντα της αντίδρασης.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

Παράθυρο8

9. Περνάμε στην επιλογή Stοckroom, οπότε εμφανίζεται το παρακάτω πλαίσιο στο οποίο πατάμε Add Cabinet και μόλις εμφανιστεί το εικονίδιο της ντουλάπας πατάμε Modify και πληκτρολογούμε το όνομα που επιθυμούμε π.χ. Αντιδραστήρια

10. Πατάμε πάλι Add αλλά αυτή τη φορά επιλέγουμε Solution και στο πλαίσιο που ανοίγει αρχίζουμε να συμπληρώνουμε τα πεδία:

Στο πρώτο πεδίο γράφουμε το όνομα του διαλύματος και αν θέλουμε την περιεκτικότητα του (π.χ.HCl 0,365%w/v)

Στο πεδίο Volume τον όγκο του διαλύματος π.χ. 100.

Από το πεδίο Vessel διαλέγουμε το είδος του δοχείου και τέλος από το πεδίο Species αρχίζουμε να προσθέτουμε τα ιόντα που θα περιέχει το διάλυμά μας γράφοντας αριστερά και την ποσότητά τους σε Moles.

Στην περίπτωσή μας χρειάζεται να προσθέσουμε ένα διάλυμα HCl,ένα διάλυμα NaOH και την Ηλιανθίνη. (Δείτε παρακάτω τα χαρακτηριστικά τους)

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ

11. Από το μενού File επιλέγουμε Save As και μετακινούμαστε στο φάκελο που περιέχει το Vlab, στον υποφάκελο assignments κάνουμε κλικ πάνω στο αρχείο Default.xml και κατόπιν πατάμε Save.

Στην ερώτηση του επόμενου παραθύρου

απαντάμε Yes.

Τώρα πια αν τρέξουμε το VLab θα ανοίξει κατευθείαν η εφαρμογή που φτιάξατε.

Α. ΚΟΝΤΟΣΤΑΥΛΟΥ, Π. ΒΑΜΒΑΚΑ, Σ. ΧΑΡΙΣΙΑΔΗΣ