Ministerul Educaţiei şi Cercetării, Facultăţii de Psihologie şi Ştiinţe ale Educaţiei Pedagogia Învăţământului Primar şi Preşcolar, Învăţământul la Distanţă ŞTIINŢE. METODICA ŞI PRACTICA PREDĂRI ŞTIINŢELOR ÎN ÎNVĂŢĂMÂNTULUI PREŞCOLAR ŞI PRIMAR Tudományok és környezetismeret. A tudományok és környezetismeret módszertana az óvodában és az elemi oktatásban. Carmen TICĂ 2007 Átdolgozta, javította, szerkesztette Dr. László Enikő 2008
TARTALOMJEGYZÉK Bevezetés...4 1. TANULÁSI EGYÉG - Fizikai és kémiai jelenségek...5 1. 1.Tanulási egység követelményei...5 1. 2. Tömeg.Térfogat. Sürüség...5 1. 2. 1. Testek tömege...5 1. 2. 2. Testek térfogata... 6 1. 2. 3. Testek sűrűsége...7 1. 3. Halmazállapotok. Halmazállapot-változások...9 1. 3. 1. Olvadás.Szilárdulás... 10 1. 3. 2. Párolgás. Lecsapódás...10 1. 3. 3. A víz körforgása a természetben...11 1. 4. Anyagok és keverékek...13 1. 5. A keverékek összetevőinek elkülönítése...15 1. 5. 1. Dekantálás...15 1. 5. 2. Szűrés...16 1. 5. 3. Kristályosítás...17 1. 5. 4. Desztilláció (lepárlás.)...17 1. 6. Oldatok...17 1. 7. Önértékelő tesztek és gyakorlatok megoldása, magyarázata...21 1. 8. Ellenőrző dolgozat...23 Válogatott könyvészet...24 2. TANULÁSI EGYSÉG - Növények...25 2. 1. Tanulási egység követelményei...25 2. 2. Virágos növény felépítése...26 2. 3. Gyökér...26 2. 4. Szár...29 2. 5. Levél...31 2. 6. A levél szerepe...34 2. 6. 1. Fotoszintézis...34 2. 6. 2. Légzés...36 2. 6. 3. Párologtatás...36 2. 7. A virág...39 2. 8. A termés és a mag...40 2. 9. A növények érzékenysége és mozgása...43 2. 10. Fontosabb növénycsoportok...46 2. 11. Önértékelő tesztek és gyakorlatok megoldása, magyarázata...47 2. 12. Ellenőrző dolgozat...49 Válogatott könyvészet...50 2
3. TANULÁSI EGYSÉG - Állatok...51 3. 1. Tanulási egység követelményei...52 3. 2. Az állati szervezet felépítése...52 3. 3. Kapcsolatteremtő életműködések...53 3. 3. 1. Mozgás...53 3. 3. 2. Érzékenység...54 3. 4. Anyagforgalmi életműködések...57 3. 4. 1. Emésztés...57 3. 4. 2. Légzés...58 3. 4. 3. Vérkeringés...58 3. 4. 4. Kiválasztás...59 3. 5. Szaporodási életműködések...60 3. 6. Állatvilág-gerinctelenek...62 3. 6. 1. Szivacsok...62 3. 6. 2. Tömlősök...62 3. 6. 3. Férgek...63 3. 6. 4. Puhatestűek...64 3. 6. 5. Ízeltlábúak...65 3. 6. 6. Tüskésbőrűek...67 3. 7. Állatvilág- gerincesek...68 3. 7. 1. Halak...69 3. 7. 2. Kétéltűek...69 3. 7. 3. Hüllők...70 3. 7. 4. Madarak...71 3. 7. 5. Emlősök...72 3. 8. Önértékelő tesztek, gyakorlati alkalmazások megoldásai, magyarázatok...75 3. 9. Ellenőrző dolgozat...78 Válogatott könyvészet...80 4. TANULÁSI EGYSÉG- A tudományok és környezetismeret módszertana az óvodában és az elemi oktatásban...81 4. 1. Tanulási egység követelményei...81 4. 2. Környezetismeret / természetismeret tanításának módszertana...82 4. 3. Az iskoláskorú gyermek pszichológiai sajátosságai...82 4. 4. Tantárgyak bemutatása, Környezetismeret ( I osztály és II osztály) és Természetismeret (III osztály és IV osztály )...84 4. 5. Didaktikai tevékenység tervezése...85 4. 5. 1. Iskolai tanterv...85 4. 5. 2. Kalendarisztikus tervezés...91 4. 5. 3. Tanulási egység tervezése...94 4. 5. 4. Környezetismeret / természetismeret leckék tervezése...99 4. 6. Környezetismeret az óvodában...108 4. 6. 1. Környezetismereti tevékenységek jelentősége az óvodában...108 4. 6. 2. Az óvodáskorú gyermek pszichológiai sajátosságai...109 4. 6. 3. Környezetismereti tevékenységek jelentősége, követelményei és tartalma az óvodában...109 3
4. 6. 4. Környezetismereti tevékenységek tervezése...113 4. 7. Önellenőrző tesztek megoldásai és magyarázata...121 4. 8. Ellenőrző dolgozat...121 Válogatott könyvészet...122 Általános könyvészet...122 BEVEZETÉS A jegyzet a vidéki oktatási program keretében távoktatáson, óvodai és iskolai pedagógia területén szakosodó hallgatók számára készült. A jegyzet 4 tanulási egységből áll, mindenik ellenőrző dolgozattal végződik. Az ismeretanyag két fontos területet ölel fel. A tudományok és környezetismeret fejezet ( 1, 2, 3 tanulási egység) alapvető ismereteket nyújt a természettudomány területéről, a Tudományok és környezetismeret tanításának módszertana fejezet pedig ötleteket kínál változatos, tanítási-tanulási tevékenységek megszervezésére az óvodában és az iskolában. Minden tanulási egység tartalmaz:. - alapvető ismereteket;. - gyakorlati alkalmazásokat. - önértékelő teszteket. - ellenőrző dolgozatot..a tanulási egységek tartalmánál figyelembe vettük a rendszeresség, érthetőség és fokozatosság elvét. A javasolt gyakorlati alkalmazások kevés, könnyen beszerezhető anyaggal megvalósíthatók és az a szerepük, hogy a természettudományokra jellemző kutatási, kísérletezési technikákban jártassá tegyenek. Az önértékelő tesztek a tanulási egységek követelményeivel összhangban készültek, céljuk az ismeretek elmélyítése, alkalmazása. A válaszok és magyarázatok lehetővé teszik a periodikus önellenőrzést. A fejezetek végén levő ellenőrző dolgozatok (30, 70, 110, 163 oldal) világos követelményeket, utasításokat és értékelési kritériumokat tartalmaznak. A papírra szerkesztett dolgozatokat a tutor értékeli. A végső jegy 50%-át az ellenőrző dolgozatok képezik, a másik 50%- ot a vizsgajegy teszi ki. Hatékonyabb tanulás érdekében a hallgatók használhatják a könyvészetben megjelölt más információforrásokat is (botanikai atlasz, zoológiai atlasz, anatómiai atlasz, enciklopédiák, szakfolyóiratok, Internet stb.). 4
Bevezetés...4 1. TANULÁSI EGYÉG - Fizikai és kémiai jelenségek...5 1. 1.Tanulási egység követelményei...5 1. 2. Tömeg.Térfogat. Sürüség...5 1. 2. 1. Testek tömege...5 1. 2. 2. Testek térfogata... 6 1. 2. 3. Testek sűrűsége...7 1. 3. Halmazállapotok. Halmazállapot-változások...9 1. 3. 1. Olvadás.Szilárdulás... 10 1. 3. 2. Párolgás. Lecsapódás...10 1. 3. 3. A víz körforgása a természetben...11 1. 4. Anyagok és keverékek...13 1. 5. A keverékek összetevőinek elkülönítése...15 1. 5. 1. Dekantálás...15 1. 5. 2. Szűrés...16 1. 5. 3. Kristályosítás...17 1. 5. 4. Desztilláció (lepárlás.)...17 1. 6. Oldatok...17 1. 7. Önértékelő tesztek és gyakorlatok megoldása, magyarázata...21 1. 8. Ellenőrző dolgozat...23 Válogatott könyvészet...24 1. 1. Tanulási egység követelményei A tanulási egység alatt és végén a hallgató képes lesz:. - szakszerű magyarázatot adni a fizikai és kémiai folyamatokra;. - alkalmazni az irányított kísérletezést és kutatást a fizikai és kémiai folyamatok kimutatására, magyarázatára; - elméleti és gyakorlati feladatokat megoldani. 1. 2. 1. Testek tömege 1. 2. Tömeg. Térfogat. Testek sűrűsége. Egy test bármely időintervallumban nyugalomban van, ha az adott időintervallum minden pillanatában ugyanazt a helyet foglalja el egy vonatkoztatási testhez képest. Egy test bármely időintervallumban mozgásban van, ha az adott időintervallum különböző pillanataiban más-más helyet foglal el a vonatkoztatási testhez képest. Ahhoz, hogy egy testet mozgásba hozzunk, megállítsunk, vagy megváltoztassuk pályáját hatnunk kell rá. A test ellenáll, visszahat minden külső hatásra amely nyugalmi állapotát, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgását megváltoztatja. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás esetén a test pályája egy egyenes, sebessége állandó. A tehetetlenség a test azon tulajdonsága, hogy megtartja nyugalmi állapotát, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgását külső ráhatás hiányában és ellenáll minden olyan hatásnak, amely egyenes vonalú egyenletes mozgási irányának megváltoztatására kényszeríti. 5
A tömeg a test tehetetlenségének mértéke. Mértékegysége a kilogramm. A testek tömegének meghatározása A testek tömegét mérleggel mérjük. Leggyakrabban az egyenlőkarú mérleget használjuk. Mérés során egy test tömegét összehasonlítjuk a hitelesített mérőtömegekkel (ismert tömegű testek, amelyeken fel van tüntetve tömegük értéke). Az egyenlőkarú mérleg tányérjára helyezett testek akkor vannak egyensúlyban, ha a tömegük egyenlő. Figyelem! Nem tévesztendő össze a test tömege a test súlyával! A test súlya az az erő, amellyel a Föld vonzza a testet. Gyakorlati alkalmazások Próbálj meg minél több kísérletet elvégezni a javasoltak közül. Az eredményeket, magyarázatokat csak azután olvasd el, miután lejegyezted saját megfigyeléseidet. Kísérlet: Testek tehetetlenségének kimutatása Szükséges anyagok: egy pohár víz Mit kell tenned? -mozgasd a poharat vízszintes irányban az asztalon; -figyeld meg mi történik a víz felületével ha növeled, vagy csökkented a pohár haladási sebességét; Mit figyeltél meg? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre!. Ha a poharat hirtelen mozgásba hozzuk a víz hátul, a mozgással ellentétes irányban kiömlik, mivel tehetetlensége folytán megpróbálja megőrizni nyugalmi állapotát. A pohár hirtelen megállításakor a víz elől ömlik ki, mivel folytatni próbálja egyenes vonalú egyenletes mozgását. Tehát a testek ellenszegülnek azoknak a külső hatásoknak, amelyek próbálják nyugalmi- vagy mozgásállapotukat megváltoztatni. 1. 2. 2. Testek térfogata Minden test helyet foglal el a térben, tehát térfogata van. A térfogat mértékegysége a m 3. A szabályos mértani testek térfogatát matematikai képletek segítségével számíthatjuk ki ( kocka, henger, gömb, stb. térfogata). A szabálytalan testek térfogatát mérőhenger segítségével határozzuk meg a következőképpen: - a mérőhengerbe vizet öntünk, majd leolvassuk a vízszintet; ez mutatja a víz térfogatát; - beletesszük a vízbe azt a testet, amelynek meg szeretnénk határozni a térfogatát, majd leolvassuk a vízszintet. Megkapjuk a hengerben levő víz és a test össztérfogatát; - ebből az értékből kivonjuk az előző értéket és így megkapjuk a test térfogatát. 6
Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: Szilárd testek térfogatának meghatározása. Szükséges anyagok: mérőhenger, víz, burgonya. Határozd meg a burgonya térfogatát az előzőekben ismertetett módszer szerint. Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre! 1.2.3. Testek sűrűsége Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: Testek tömege Szükséges anyagok: két különböző anyagból készült kocka (fa és ólom), egyenlőkarú mérleg, vagy rugósmérleg. Mit kell tenned? -mérd meg a két test tömegét! Mit figyeltél meg? Megjegyzéseidet írd a megjelölt helyre.... A két kocka mérése után megállapíthattad, hogy az ólomból készült kocka tömege sokkal nagyobb a fakockáénál Ez azzal magyarázható, hogy az ólom részecskéi sokkal közelebb vannak egymáshoz, mint a fáé. Tehát az ólom sűrűsége nagyobb, mint a fa sűrűsége. A sűrűség az a fizikai mennyiség, amely a testet felépítő anyagot jellemzi. A sűrűség a test tömegének és térfogatának az aránya. ρ-vel jelöljük (ro), a mértékegysége kg/m 3 vagy g/ cm 3. 1 kg/m 3 a sűrűsége annak az 1 m 3 térfogatú testnek, amelynek tömege 1 kg. A víz sűrűsége 1000 kg/m 3, vagyis 1 m 3 víz tömege 1000 kg. Az 1.1. táblázat segítségével összehasonlíthatod a különböző anyagok sűrűségét. Anyag Sűrűség kg/ m 3 Étolaj 800 Benzin 800 Jég 917 Víz 1000 Tej 1030 Üveg 2500 Alumínium 2700 Acél 7800 Vas 7880 7
Ezüst 10500 Ólom 11350 Higany 13550 Arany 19310 Platina 21460 1. Táblázat Az ólom nagyobb sűrűségű, mint az ezüst, a vas, az acél, az alumínium és az üveg, de kisebb, mint a platina, az arany és a higany sűrűsége. Tekintettel nagy sűrűségére, az ólom sugárzás elleni védőpajzsok készítésére is alkalmas (a rádioaktív anyagokat ólommal bélelt különleges tárolóedényekben szállítják). Az alumínium sűrűsége kicsi, ezért nagyon könnyű. Más fémekkel ötvözve alkalmas olyan, gépek, berendezések gyártására, amelyeknél feltétel az alacsony tömeg, mint például a repülőgépek.. Testek úszása és merülése. Valószínűleg észrevetted, hogy egy test könnyebbnek tűnik a vízben, mint a levegőben; hogy egy vasból készült test elmerül a vízben, míg egy fából készült fennmarad a víz színén. Ahhoz, hogy egy labdát a víz alatt tartsunk, erővel kell hatnunk rá. Amikor az erőhatás megszűnik, a labda azonnal a felszínre jön. Úszás/ merülés, Arkhimédesz törvénye. Gyakorlati alkalmazások A hidrosztatikus nyomás következtében a folyadékok nyomást gyakorolnak azokra a testekre, amelyekkel kölcsönhatásba kerülnek. A folyadékban található testekre ható hidrosztatikai nyomásból származó nyomóerők eredőjét hidrosztatikai felhajtóerőnek (archimédesi erőnek) nevezzük.ez függőleges irányú, és lentről felfelé hat. A hidrosztatikai felhajtóerő támadópontját nyomásközéppontnak nevezzük. Ha a test homogén és teljesen a folyadékba merül, akkor ez a pont egybeesik a test súlypontjával. Arkhimédesz törvénye. Minden folyadékba merülő testre felhajtóerő hat, amely számszerűen egyenlő az általa kiszorított folyadék súlyával. Vízbe merülés esetén is hat minden testre a gravitációs erő (a Föld vonzereje). Ha a test súlya kisebb a hidrosztatikai felhajtóerőnél, a felszínre emelkedik, miközben egy része a vízbe süllyedve marad. Az elmerült rész akkora térfogatú folyadékot szorít ki, hogy annak súlya egyenlő legyen a test súlyával. Ebben az esetben a test úszik a felszínen. A hajók is úsznak a vízen, bár a víznél sokkal nagyobb sűrűségű anyagból készülnek. Alakjuk, valamint számos levegővel teli térségük miatt nagyon nagy térfogatú vizet szorítanak ki, nagyobbat, mint a felépítésükre használt anyagok térfogata. Így a hajó sűrűsége a víz sűrűségénél kisebb lesz. A túlterhelés a hajók elsüllyedéséhez vezet. Ennek elkerüléséért a hajók oldalára egy vonalat festenek, amely a megrakott hajó maximális merülését jelöli (merülési vonal). A folyadékok sűrűségét sűrűségmérővel mérjük. A sűrűségmérésnek számos alkalmazási területe van. Ezzel állapítjuk meg a tej és 8
a fagyálló folyadék minőségét, az italok alkoholtartalmát, az autók akkumulátorának állapotát. A gyógyászatban sűrűségméréssel szerzünk tudomást a testfolyadékok (vér, vizelet) állapotáról. Mivel a vér sűrűségét a benne található vörös vértestek koncentrációja befolyásolja, a vér sűrűségének csökkenése vérszegénységre utal. Bizonyos betegségek az ásványi sók fokozott ürítésével járnak. Ezekre a vizelet sűrűségének növekedése hívja fel a figyelmet. Arkhimédesz törvénye a gázokra is érvényes. Hidrogénnel, vagy héliummal (levegőnél kisebb sűrűségű gázok) töltött ballonok a felhajtóerő következtében a magasba emelkednek. 1. Önértékelő teszt 1. Két azonos térfogatú test tömege különböző. Melyiküknek nagyobb a sűrűsége? 2. Két azonos tömegű test térfogata különböző. Melyiküknek nagyobb a sűrűsége? A választ írd a kijelölt helyre....... 3. A folyadékokra vonatkozó kijelentések közül melyik helyes? a. A folyadék tömegét megduplázva a sűrűsége is megduplázódik; b. Egy folyadék sűrűsége nem függ a tömegétől c. Egy folyadék sűrűsége nem függ a térfogatától; d. A folyadék térfogatát megduplázva duplázódik a sűrűsége is; e. Megduplázva a folyadék térfogatát sűrűsége kétszeresen csökken. 4. Olvasd el figyelmesen a következő kijelentéseket és állapítsd meg melyik helyes és melyik helytelen válasz (I Igaz, H Hamis): a. Az ólom sűrűsége nagyobb, mint a műanyagé. I / H b. Egy cm 3 fa súlya ugyanannyi, mint egy cm 3 vasé. I / H; c. A sűrűség egy fizikai mértékegység, amely a testek anyagát jellemzi. I / H A válaszok és magyarázatok a 21. oldalon találhatók. 1. 3. Halmazállapotok. Halmazállapot-változások A természetben az anyagok különböző halmazállapotban fordulnak elő. A halmazállapotok lehetnek: szilárd, cseppfolyós és gáz. Az anyagi testek, halmazállapotuk függvényében különböző tulajdonságokkal rendelkeznek: a szilárd testeknek meghatározott alakjuk és térfogatuk van, a cseppfolyós testek alakja változó, térfogata állandó (felveszik annak az edénynek az alakját amelyben találhatók). A gázoknak sem meghatározott alakjuk (felveszik annak az edénynek az alakját, amelyben találhatók), sem meghatározott térfogatuk nincs (kiterjednek). 9
Ezek a tulajdonságok a test molekulái (szabad szemmel nem látható, parányi részecskék) közti kölcsönhatásoknak tulajdoníthatók Egy anyagi test létezhet szilárd, cseppfolyós vagy gáz halmazállapotban. Ez azonban olykor megváltozhat. Például a víz szilárd (jég), cseppfolyós (víz) vagy gáz halmazállapotú (vízpára) is lehet. A halmazállapot-változást a test és környezete közötti hőcsere okozza. 1. 3. 1. Olvadás. Megszilárdulás. Olvadás Egy anyag szilárd halmazállapotból cseppfolyós halmazállapotba való átalakulását olvadásnak nevezzük (például a naftalin szilárd halmazállapotúból cseppfolyóssá válása, a jég olvadása). Az olvadáshoz a testek hőt vesznek fel. Megszilárdulás Egy anyag cseppfolyós halmazállapotból szilárd halmazállapotba való átalakulását megszilárdulásnak (fagyásnak) nevezzük. Ez az olvadással ellentétes folyamat. A megszilárdulás hőleadással jár (például a víz szilárd halmazállapotúvá válik jég, a naftalin cseppfolyós halmazállapotúból szilárd lesz). Azt a hőmérsékletet, amelyen egy anyag olvadásnak indul vagy megszilárdul olvadáspontnak vagy fagyáspontnak nevezzük. Ez minden anyagra jellemző: - a naftalin olvadási (megszilárdulási) hőmérséklete: -80 0 C - a jég olvadási (megszilárdulási) hőmérséklete: 0 0 C. Az olvadás (megszilárdulás) alatt az anyag térfogata változik. Olvadással általában nő a térfogat, megszilárdulással pedig csökken. Kivételt képez a víz, amelynek térfogata fagyással (megszilárdulással) növekszik. Ez a térfogatnövekedés okozza a vízvezetékcsövek elrepedését, ha azokat nem ürítik ki, mielőtt a hőmérséklet 0 0 C alá csökken. A nehéziparban a fémek olvadásának, megszilárdulásának jelenségét különböző alkatrészek és tárgyak öntésére alkalmazzák. 1. 3. 2. Párolgás. Lecsapódás. Valamely folyadék gáz halmazállapotúvá való átalakulását párolgásnak nevezzük. Ez a folyadékok szabad felszínén történik. Amikor a folyadék egész tömegében történik a párolgás, akkor forrásról beszélünk. Forrás következtében a víz gázhalmazállapotba megy át. Minden folyadék egy meghatározott hőmérsékleten kezd forrni (például a víz forráspontja100 0 C, az alkoholé 78 0 C). A lecsapódás Bizonyos folyadékok (aceton, alkohol) szobahőmérsékleten könnyen elpárolognak. Ezeket illékony anyagoknak nevezzük. A párolgás gyorsabb, ha a folyadék felülete nagyobb (egy széles edényből hamarabb elpárolog az alkohol mint egy kémcsőből). A párolgás felgyorsul, ha a levegő mozgása eltávolítja a képződött vízpárákat (például megszáradnak a nedves ruhák). A párolgás gyorsabb, ha a környezet hőmérséklete magasabb (tavak, folyók, tengerek és óceánok 10
gyorsabban párolognak meleg napokon). A párolgás hőelvonással járó folyamat. Egy anyag gáz halmazállapotúból szilárd halmazállapotúvá való alakulását lecsapódásnak nevezzük. Ha a konyhában vizet forralunk egy edényben, az ablakon vékony vízréteg jelenik meg. Ha hideg ablakra, szemüveglencsére vagy tükörre lehelünk, az bepárásodik. Tehát a kilélegzett levegő vízpárái lecsapódnak a tárgyakon, cseppfolyósakká válnak. A lecsapódás hőleadással jár. Egyes anyagok (jód, naftalin, kámfor) szilárd halmazállapotúból képesek közvetlenül gázhalmazállapotba átalakulni, ezt a folyamatot szublimációnak nevezzük. A fordított folyamatot a deszublimáció, és ez a gázhalmazállapotból szilárd halmazállapotba való átalakulást jelenti. A széndioxid kondenzációja révén mesterséges hó nyerhető. Következésképpen: hőleadás vagy hőelvonás révén a testek változtatni tudják halmazállapotukat. 1. 3. 3. A víz körforgása a természetben A légkör hőmérséklet-változásainak függvényében a természetben a víz egyik halmazállapotból a másikba alakul. A Nap melegének hatására a tavak, tengerek, óceánok vize párolgásnak indul. A vízpárák felemelkednek a levegőbe és felhőket hoznak létre. A szél különböző magasságokba viszi a felhőket. A felhőkből a csapadék eső, vagy hó formájában hull le. A csapadékot a lecsapódó vízpárák hozzák létre, amikor hideg levegőréteggel találkoznak. Hideg éjszakákon a levegő vízpárái a hideg testekkel érintkezve lecsapódnak, így keletkezik a harmat, 0 0 C alatt pedig a dér. Télen, 0 0 C alatti hőmérsékleten a vízcseppek különböző alakú és méretű jégkristályokká alakulnak, így keletkeznek a hópelyhek. Az esőből valamint a hóolvadásból származó víz újból a tengerekbe, óceánokba, folyókba vagy a talajba kerül. A víz a természetben, egyik halmazállapotból a másikba alakulva, állandó körforgásban van. Ezt a víz körforgásának nevezzük. Évente mintegy 450000-500000 km 3 víz párolog el és hull vissza a földre csapadék formájában. Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: A gázhalmazállapot kimutatása. Szükséges anyagok: kémcső, mindkét felén nyitott cső, vízzel telt pohár Mit kell tenned? - próbálj meg behelyezni egy szájával lefelé fordított kémcsövet egy vízzel telt pohárba! - ismételd meg a kísérletet mindkét végén nyitott kémcsővel!. Mit tapasztalsz? Magyarázd meg a jelenséget. Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre!. 11
Következtetés A víz nem hatol be a kémcsőbe, mert azt levegő tölti ki. A levegő egy gázhalmazállapotú anyag. Mint minden gáznak, a levegőnek sincs önálló alakja, ezért felveszi annak az edénynek az alakját, amelyben található. A mindkét végén nyitott kémcső esetében a víz felemelkedik a kémcsőben, és kiszorítja a levegőt a külső környezetbe. Kísérlet: Az olvadás jelenségének kimutatása. Szükséges anyagok: két kémcső, kémcsőfogó, borszeszégő, naftalin kristályok, viasz. Mit kell tenned? - egyik kémcsőbe tegyél naftalinkristályokat, a másikba viaszt; - borszeszégő lángjánál melegítsd a kémcsöveket és mérd meg a két anyag olvadásához szükséges időt. Mit tapasztalsz? Megfigyeléseidet írd a kijelölt helyre!.......... Következtetés A naftalin és a viasz olvadási ideje nem azonos, mivel az olvadásukhoz szükséges hőmennyiség különböző. Kísérlet: A folyadékok párolgási sebességének kimutatása. Szükséges anyagok: három kémcső, három tányér, aceton, alkohol, víz Mit kell tenned? -tölts azonos térfogatú (5 ml 1 kiskanál) acetont, alkoholt és vizet a három azonos méretű tányérba; - jegyezd fel a párolgás idejét. - ismételd meg a kísérletet kémcsövekkel is. Mit tapasztaltál? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre!. Következtetések: az alkohol gyorsabban párolog a víznél és lassabban az acetonnál. A párolgási sebesség a folyadék természetétől és a párolgási felülettől függ.(a tányérban levő folyadék gyorsabban elpárolog, mint a kémcsőben levő). 12
2. Önértékelő teszt I. Társítsd a számokat a megfelelő betűkhöz! 1 Olvadás 2 Lecsapódás 3 Megszilárdulás a. cseppfolyós halmazállapotból szilárdba való átmenet b. gázhalmazállapotból cseppfolyósba való átmenet c. szilárd halmazállapotból cseppfolyósba való átmenet d. cseppfolyós halmazállapotból gázhalmazállapotba való átmenet II. Válaszolj a következő kérdésekre: 1. A ruhásszekrénybe naftalint teszünk a molyok ellen. Bizonyos idő elteltével a kristályok eltünnek, bár a naftalin szaga még érződik. Mivel magyarázható a jelenség?.. 2.Miért száradnak meg gyorsabban a ruhák, ha fúj a szél?.. 3.Miért törik el a vízzel teli üveg, ha fagyasztóba tesszük?.. III. Magyarázd meg a víz körforgását a természetben!. A válaszok és magyarázatok a 21. oldalon találhatók. 1. 4. Anyagok és keverékek Környezetünkben minden anyagból van. A testek az anyag körülhatárolt részei (például egy kő, egy pohár víz, egy léggömbben levő levegő, stb.). A változatos összetételű, heterogén anyagot összetett anyagnak nevezzük (például 13
fa, üveg, cement). Az egyszerű anyagok homogének, állandó összetételűek (például : oxigén, széndioxid, nitrogén, víz, arany, ezüst stb.). Az anyagok parányi, szabad szemmel nem látható részekből, ún. molekulákból állanak. A molekulákat egy vagy több atom építi fel. A körülöttünk levő minden test atomokból és molekulákból áll, amelyek állandó mozgásban vannak. Még a szilárd testek molekulái is folytonosan mozognak, de ez szabad szemmel nem látható, mivel a molekulák által megtett távolság igen kicsi. A levegő is molekulákból (oxigén, nitrogén) és atomokból (pl. argon) áll. Ezek meglehetősen gyorsan mozognak anélkül, hogy észrevennénk őket. Állandó mozgásuknak köszönhetően egyik anyag molekulái könnyen keverednek más anyag molekuláival. Azt a jelenséget, amelynek eredményeként egy anyag molekulái behatolnak egy másik anyag molekulái közé, diffúziónak nevezzük. Ezzel magyarázható, hogy a benzinkutak közelében állandóan jellegzetes benzinszag érződik. A diffúziónak köszönhetően a forró vízbe tett teafűvel illatos teát készíthetünk. A diffúziót befolyásolja a hőmérséklet és az anyag halmazállapota. (Lásd a gyakorlati alkalmazásokat). Diffúzió Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: A diffúzió kimutatása. Szükséges anyagok: két azonos méretű üveg alkohollal és olajjal. Mit kell tenned? - nyisd ki egyszerre mind a két üveget, majd pár lépésre távolodj el. Mit érzel? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre.. Következtetés Az alkohol szagát hamarosan megérzed, de az olajét nem. Miért? Megfigyeléseidet írd a kijelölt helyre. Kísérlet: A diffúziót befolyásoló tényezők kimutatása(hőmérséklet) Szükséges anyagok: melegvízzel teli pohár, hideg vízzel teli pohár, tinta, pipetta. Mit kell tenned? -pipetta segítségével cseppents tintát a hideg, illetve a melegvízzel teli pohárba! - figyeld meg a tinta diffúzióját a hideg és a melegvízben. Mit tapasztaltál? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre!. 14
Következtetés Míg a melegvizes pohárban a tinta egyenletesen elkeveredett, addig a hideg vizes pohárban a keveredés nem homogén. A diffúziót tehát befolyásolja a hőmérséklet (magasabb hőmérsékleten gyorsabban lejátszódik). A halmazállapot is befolyásolja a diffúziót. A gázok részecskéi sokkal gyorsabban mozognak, mint a folyadékok részecskéi (a parfüm vagy az alkohol illata azonnal keveredik a levegővel, míg a tinta vízzel való keveredése több időt igényel). A természetben vannak tiszta anyagok, melyek összetétele nem változik fizikai ráhatás révén sem (például oxigén, hidrogén, nitrogén). Az anyagok lehetnek egyszerűek (oxigén, szén, higany) és összetettek (két vagy több anyagból állanak a higany-oxid oxigénből és higanyból épül fel, az alumínium-oxid pedig oxigénből és alumíniumból). Keverékek Anyagkeveréket két vagy több anyag elegyítése révén nyerünk (például levegő, ásványvíz). A keverékek lehetnek: - homogén keverékek (teljes tömegében ugyanaz az összetétele és ugyanazok a tulajdonságai) - heterogén keverék (tömegében különböző összetételű és különböző tulajdonságok jellemzik). 1. 5. 1. Dekantálás Gyakorlati alkalmazások 1.5. Az anyagok keverékekből való elkülönítése. Kísérlet: A homok szétválasztása a víztől. Szükséges anyagok: pohár, víz, homok. Eljárás: - Tégy homokot egy vízzel teli pohárba! - Keverd össze egy üvegbottal.. Milyen keveréket nyertél? A keveréket hagyd állni néhány percig. Mit tapasztaltál? Megfigyeléseidet írd a kijelölt mezőbe!. 15
Következtetés A víz és a homok keveréke nem homogén. A homok lerakódik a pohár aljára, mivel sűrűsége nagyobb a vízénél. A dekantálás olyan elkülönítési módszer, amelynek során szilárd anyagot különítünk el heterogén szilárd-cseppfolyós keverékből. Akkor használható, amikor a szilárd anyag sűrűsége nagyobb, mint a folyadéké. Dekantálás A gyakorlatban dekantálással tisztítjuk az ivóvizet, a sóbányából nyert sót, különleges dekantorokban szétválasztjuk az aranyat és ezüstöt az ércekből. Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: Szénpor elkülönítése a víztől. Szükséges anyagok: két pohár, tölcsér, víz, szénpor, szűrőpapír. Mit kell tenned? - tégy kevés szénport egy pohár vízbe. - rázd fel a keveréket, vagy keverd össze egy üvegbottal. Milyen keveréket nyertél? - szűrd át a keveréket tölcsérbe tett szűrőpapíron. Mit tapasztaltál? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre!. Következtetés A víz és a szénpor nem homogén szilárd-folyadék keveréket alkot. A szénpor fennmarad a szűrőpapíron, a víz pedig lecsöpög a pohárba. 1. 5. 2. A szűrés A szűrés olyan elkülönítési módszer, melynek során szilárd anyagot különítünk el heterogén szilárd- cseppfolyós keverékből, a folyadékot áteresztő porózus anyag segítségével. Akkor használható, ha a szilárd anyag sűrűsége kisebb, vagy egyenlő a folyadék sűrűségénél. A szűrőpapíron átjutott folyadék a szűrlet. Az ivóvizet úgy állítjuk elő, hogy többrétegű homok-kavics szűrőn szűrjük át. A szennyezett levegő tisztítására levegőszűrőket használnak. 16
1. 5. 3. Kristályosítás Gyakorlati alkalmazások Kísérlet: Konyhasó nyerése sósvízből. Szükséges anyagok: porcelán tégely, vasháromláb, azbesztháló, víz, konyhasó, borszeszégő. A kísérlet elvégezhető égetőkanál és borszeszégő segítségével is. Mit kell tenned? -tegyél vizet és konyhasót egy porcelán tégelybe. -borszeszégő lángjánál melegítsd a keveréket, míg a víz teljesen elpárolog. Mit tapasztalsz? Megfigyeléseidet írd a pontozott helyre! Következtetés Melegítés hatására a víz elpárolog, a tégelyben pedig ott marad a só. A kristályosítás olyan elkülönítési módszer, melynek során oldatban levő szilárd anyag kristályos állapotba megy át. A kristály szilárd, homogén test, jól meghatározott mértani alakkal. A kristályosítás módszerével cukornádból cukrot, tengervízből konyhasót állítanak elő. A kristályosítás nem alkalmazható gyúlékony folyadékok esetében. A Föld mélyében is történhet kristályosodás, ennek eredményeként a magma megszilárdul, a jelenség magmatikus kőzetek kialakulását eredményezi (gránit, bazalt). 1. 5. 4 A desztilláció A desztilláció olyan elkülönítési módszer, melynek során homogén, cseppfolyós keverék összetevőit különítjük el a forrást követő lecsapódás segítségével. Ezt a módszert alkalmazzák az alkohol előállításánál, valamint a kőolafinomítókban a benzin, gázolaj és petroleum nyerésére. Más lehetőségek - Az anyagok szétválaszthatók még mágnesezéssel és elektromos feltöltéssel. (Tanulmányozd a javasolt könyvészetet! ) 1. 6. Oldatok Azokat a két, vagy több anyagból álló homogén keverékeket, amelynek összetevői között nem megy végbe kémiai folyamat oldatoknak nevezzük. A mindennapi életben gyakran készítünk oldatokat. A vízbe szilárd, cseppfolyós, vagy gáznemű anyagokat keverünk. Például: cukrot, konyhasót, ecetet, alkoholt, koncentrált gyümölcsleveket, széndioxidot. Azt a jelenséget, melynek során valamely szilárd cseppfolyós vagy gáz halmazállapotú anyag részecskéi egyenletesen elkeverednek egy másik anyag részecskéi között oldásnak nevezzük. Bármely oldat két összetevőből áll: oldószerből (az anyag, amelyben oldanak-szolvens) 17
és oldott anyagból (a feloldott anyag). Például: a cukor és víz oldatában a víz az oldószer, a cukor az oldott anyag. A víz a leggyakrabban használt oldószer. Oldószerként más anyagok is használhatók: alkohol, benzin, aceton, éter. Két folyadékból álló oldat esetében azt tekintjük oldószernek, amelyik nagyobb mennyiségben található az oldatban. Valamely anyagnak azt a tulajdonságát, hogy feloldódik más anyagban oldhatóságnak nevezzük. Egy adott oldószerben való oldhatóságuk alapján az anyagok lehetnek: jól oldódó, nehezen oldódó és oldhatatlan anyagok (a só oldható a vízben, a homok nem oldódik a vízben). Az anyagok oldhatóságát befolyásoló tényezők az oldószer és az oldott anyag természete, valamint a hőmérséklet. Kísérlet: Az oldhatóságot befolyásoló tényezők kimutatása (az oldószer és az oldott anyag természete ) Szükséges anyagok:átlátszó poharak, víz, aceton, körömlakk Mit kell tenned? - Cseppents körömlakkot egy pohár vízbe! Mit tapasztaltál? Milyen keveréket nyertél? Megfigyeléseidet jegyezd le a pontozott helyre! - Cseppents körömlakkot egy kevés acetonba! Mit észlelsz? Milyen keveréket nyertél? Megfigyeléseidet jegyezd le a pontozott helyre! Következtetés Az oldhatóságot befolyásolja az oldószer és az oldott anyag természete. A körömlakk nem oldódik vízben, de jól oldódik acetonban. Kísérlet: Az oldhatóságot befolyásoló tényezők kimutatása (hőmérséklet). Szükségesanyagok: -két átlátszó pohár, melegvíz, hideg víz, kiskanál. Mit kell tenned? -Egy pohárba önts hideg vizet, egy másikba ugyanannyi melegvizet! -Mindkét pohárba tegyél egy-egy kiskanál cukrot! Mit tapasztalsz? Megfigyeléseidet jegyezd le a pontozott helyre!. 18
Következtetés A cukorkristályok gyorsabban oldódnak a meleg vízben. A szilárd anyagok oldhatósága a hőmérséklettől függ: az oldódás sebessége a hőmérséklet növekedésével nő. A koncentráció (töménység) kifejezi az adott mennyiségű oldatban levő feloldott anyag mennyiségét. Töménységük alapján az oldatok lehetnek: híg oldatok (kevés oldott anyagot tartalmaznak) és tömény oldatok (nagy mennyiségű oldott anyagot tartalmaznak). Kísérlet:Tömény oldat nyerése. Szükséges anyagok: átlátszó pohár, víz, cukor, kiskanál. Mit kell tenned? - vízzel teli pohárba tegyél egy kiskanál cukrot! -keverd össze a kiskanállal!.. Mit tapasztalsz? -majd adj az oldathoz egyre több cukrot, folyamatosan keverjed! Mit észlelsz? Megfigyeléseidet jegyezd a pontozott helyre!.. Következtetés Ha egyre több cukrot adagolunk a vízhez egy idő után a cukor már nem oldódik fel. Azt az oldatot, amely egy adott hőmérsékleten maximális mennyiségű feloldott anyagot tartalmaz, telített oldatnak nevezzük. A telítetlen oldat még képes újabb anyagmennyiséget feloldani. A százalékos koncentráció kifejezi azt, hogy 100 g oldatban hány gramm feloldott anyag található. mf= feloldott anyag tömege mo= oldat tömege mf+ m víz= oldat tömege c= (mf 100)/ mo Például: 1. Milyen töménységű oldatot kapunk, ha 20g citromsót 80g vízben oldunk fel? mf = 20g mvíz= 80g c= (mf 100)/ mo mo= mf + m víz c= (20 100)/ (20+ 80) c= 20% 2. Mennyi a százalékos koncentrációja annak az oldatnak, amelyet 30g marószódának 270g vízben való oldásával nyerünk? c= (mf 100)/ mo, mo= mf + mvíz c= (30 100)/ (30+ 270) c= (30 100)/ (30+ 270), c= 10% Figyelem! A feloldott anyag, az oldat tömege, a víz tömege ugyanolyan tömegegységben 19
legyen kifejezve (g, kg, stb.)! 3. Önértékelő teszt I. Karikázd be a helyes választ!. 1. Ha egy oldat mindkét alkotóeleme azonos halmazállapotú (folyadék), azt tekintjük oldószernek, amelynek mennyisége: a) kisebb; b) nagyobb; c) bármelyik lehet közülük. 2. Az oldatok a) homogén keverékek: b) tiszta anyagok; c) nem homogén keverékek 3. Ha bizonyos mennyiségű oldatot kiöntünk a pohárból, az oldat a) töményebb lesz; b) hígabb lesz c) töménysége nem változik. 4. Annak az oldatnak a töménysége, amelyet 40g marószódának 260g vízben való oldásával nyerünk: : a) 20%; b) 13,33%; c) 10%. II. Magyarázd meg, hogyan választhatod szét összetevőire a homok, só és víz keverékét!. III. Kísérlet. Háromnegyed részig tölts vizet a pohárba, majd helyezz bele egy tojást!. Mit tapasztalsz? Utána vedd ki a tojást és oldj fel a vízben minél több sót! Tedd a tojást a sósvízbe!... Mit tapasztalsz? 20