Vand Eksamensrapport i liniefaget fysik/kemi

Transkript

1 Eksamensrapport i liniefaget fysik/kemi Udarbejdet af: Morten Pærregaard, Morten Bue Nydal, Mikkel Brits Sørensen, maj 2006 Frederiksberg Seminarium Underviser og vejleder: Nina Troelsgaard Jensen

2 Indholdsfortegnelse Indledning...2 Mål...2 Teoriresumé til læreren...3 Grundstoffer...3 Binding...3 Elektronnegativitet...3 Vands dipolaritet...3 Vand som opløsningsmiddel...4 Natriumchlorids opløselighed i vand...4 Tilstandsformer...4 Tryk...5 Densitet...6 Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer...6 Læringssyn...6 Fagsyn...7 Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer...8 Evaluering...8 Undervisningsplan...9 Aktiviteter...11 Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Demonstrationsforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Elevforsøg Litteraturliste...24 Bilag...25 Bilag Bilag Side 1 af 26

3 Indledning Vi har valgt at lave et undervisningsforløb for 6. klasse med vand som tema. Vand er over alt og vi kan ikke undgå at komme i kontakt med vand hver dag. Samtidig er vandet vores livskilde og uden det ville vi ikke overleve. Vand er et spændende stof og fordi det er forholdsvis ufarligt kan vi observere blandt andet dets forskellige tilstandsformer uden besvær. Temaet tilsigter også at eleverne kan arbejde eksperimentelt. Med udgangspunkt i elevernes hverdagsviden, der er med til at fastholde den opnåede viden kan det eksperimentelle arbejde styrke elevernes laboratorietekniske forståelse. Vi ser undervisningsforløbet som en mulighed for at lave en glidende overgang til den reelle fysik/kemi-undervisning i 7. klasse. Mål Målet med dette undervisningsforløb er, at eleverne når frem til generelle indsigter om vands egenskaber. De skal have kendskab til vandets kredsløb og tilstandsformer samt kunne forklare sidstnævnte med begreber som is, væske og damp ud fra de forsøg, der anvendes i undervisningen. Derudover skal eleverne have en fornemmelse af vands massefylde under forskellige forhold. Eleverne skal blive fortrolige med fagtermerne og kunne bruge disse naturligt i de rette sammenhænge. Endelig skal eleverne være i stand til at sætte fænomenerne de arbejder med i forhold til deres egen dagligdag. Som det står i formålsparagraffen for natur/teknik skal eleverne gennem oplevelser og erfaringer med natur og teknik opnå indsigt i vigtige fænomener og sammenhænge og udvikler tanker, sprog og begreber, som har værdi i det daglige liv. Nogle af trinmålene efter 6. klassetrin er, at eleverne skal 1 : beskrive, ordne og anvende viden om materialer og stoffer og deres forskellige egenskaber kunne give eksempler på, hvordan nye egenskaber fremkommer, når forskellige materialer og stoffer bruges sammen. benytte fagsprog og anvende abstrakte begreber sammenligne undersøgelsesresultater og sammenfatte enkle generelle regler, bl.a. opløsning, fordampning Disse mål mener vi blandt andet at vores mål kan være med til at opfylde. Forløbet kræver ikke særlige faglige forudsætninger, men det stiller krav til elevernes måde at arbejde og tænke på. Det er en fordel, hvis de tidligere har arbejdet med at stille spørgsmål, fremsætte forudsigelser og gennemføre eksperimenter på en måde, hvor deres begrebsverden er blevet udfordret og udviklet. 1 Fælles mål, Faghæfte 13 Side 2 af 26

4 Teoriresumé til læreren 2 Grundstoffer Et vandmolekyle er en kemisk forbindelse indeholder et oxygenatom (iltatom) og to hydrogenatomer (brintatomer). Et oxygenatom består af en positiv atomkerne omgivet af elektroner, der er nogle negative byggesten, der indgår i alle atomer. Et hydrogenatom består af en positiv kerne, der er omgivet af en elektron. De positive atomkerner består af protoner, som er positivt ladede og neutroner, som er elektrisk neutrale. Molekylformel: Stregformel: Elektronprikformel: O H 2 Binding Oxygenatomet og de to hydrogenatomer holdes sammen i et vandmolekyle af nogle af oxygenatomets elektroner og de to elektroner fra hydrogenatomerne. To ikke-metaller binder sig sammen med et fælles elektronpar, der bevæger sig omkring begge atomkerner. Denne form for kemisk forbindelse kaldes kovalent binding. I overensstemmelse med oktetreglen er der i vand en forbindelse mellem oxygen og hydrogen så oxygen-atomet opnår oktetstruktur, mens hydrogenatomerne får heliumstruktur. I vandmolekylet er der to ledige elektronpar på oxygen-atomet. De ledige elektronpar spiller en vigtig rolle i mange kemiske forbindelser, eks. når vand optræder som base og optager en proton. Bindingsvinklen mellem de to bindinger i vandmolekylet er 104,5 C. Elektronskyen for de ledige elektronpar er tættere på oxygen-atommet end elektronskyen for bindingselektronparrene. De ledige elektronpar optager derved lidt ekstra plads i rummet omkring oxygen-atommet, og derfor klemmes bindingerne lidt sammen. Elektronnegativitet Hvis to forskellige atomer er bundet sammen, vil det fælles elektronpar som regel ikke være helt symmetrisk fordelt. Elektronegativitetsforskellen mellem to atomer angiver, hvor polær bindingen mellem de to atomer er. Dette er tilfældet for vandmolekylet hvor elektronfordelingen ikke er helt symmetrisk, idet oxygenatomet trækker de fælles elektroner nærmere til sig. Da disse elektroner er negative bliver resultatet, at vandmolekylet udadtil optræder som en partikel, der er negativt i den ene ende og positiv i den anden ende. Den negative ende er ved oxygenatomet og den positive ende er ved de to hydrogenatomer. Vands dipolaritet Vandmolekyler har altså den meget betydningsfulde egenskab, at de er lidt positive i den ene ende og lidt negative i den anden ende. Dette forhold er væsentligt for at forstå de specielle egenskaber 2 Mygind, Helge (Hele afsnittet hvis ikke andet er angivet) Side 3 af 26

5 vand har i modsætning til mange andre kemiske forbindelser. Man siger, at vandet er en dipol fordi det så at sige har to poler. En negativ i den ene ende og en positiv i den anden. Vand som opløsningsmiddel Denne ladningsforskel i vandmolekylet har betydning for vands egenskaber som opløsningsmiddel. Når natriumchlorid opløses i vand, sker følgende proces: - NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq) Ionbindingen er en stærk binding, men det er dog muligt at opløse salt i vand i kraft af vandmolekylets ladningsforskel. Vandmolekylerne lægger sig omkring ionerne med det negative oxygen-atom ind mod natrium-ionen, mens de vender deres positive side ind mod clorid-ionen. Processen er svagt endoterm (optager energi). Natriumchlorids opløselighed i vand Natriumchlorid (NaCl) er letopløseligt i vand. Der kan opløses 36,0 g NaCl i 100 g vand ved 20 C. Når NaCl opløses i vand, nedbrydes iongitteret. Ionerne kan bevæge sig rundt i opløsningen og dette gør at opløsningen er elektrisk ledende. Tilstandsformer 3 Nedenfor præciseres hvad man forstår ved et stofs tre tilstandsformer. For vand har vi fast form (is), flydende eller væskeform (vand) og gasform eller luftform (damp). Fast form Et fast stof beholder den samme form, med mindre vi påvirker det. Stoffets molekyler eller ioner, sidder på bestemte pladser i stoffet. De foretager svingninger omkring en ligevægtsstilling, men de bytter ikke plads indbyrdes. Væskeform Væsker har ingen fast form, men antager form bestemt af den beholder, hvori de befinder sig. Dog har de alle en plan flade foroven i beholderen. Denne flade kalder vi for væskens overflade. Den vil altid have samme retning i forhold til en lodlinie, nemlig vinkelret på denne, uanset hvordan vi holder beholderen. Det er vand som væske, der har givet navn til den retning alle væskers overflader stiller sig i nemlig vandret. I en væske sidder molekylerne eller ionerne ikke på bestemte pladser som i den faste fase, men skifter bestandigt plads, idet de overvejende holder sig inden for væskemængdens afgrænsning. Dog kan nogle molekyler slippe væk fra væskens overflade. Vi siger da, at der sker en fordampning fra væsken. Gasform En given mængde gas, også kaldet en luftart, har ikke nogen fast form, men antager form efter den beholder, hvori den befinder sig. Mens massefylden for et fast stof eller en væske er konstant uanset legemets eller væskens form, så er massefylden for en gas afhængig af, hvor stort et rumfang, gassen får lov til at fylde ud. Eller sagt på en anden måde, hvor stort et tryk, den er udsat for. 3 Troelsgaard, Nina Side 4 af 26

6 Faseovergange Vand har et smeltepunkt på 0 C og et kogepunkt på 100 C ved 1 atmosfæres tryk. Der skal tilføres varme til et stof for at få det til at smelte eller fordampe. Den specifikke smeltevarme for is er 334,4 kj/kg. Den specifikke fordampningsvarme for vand er 2260 kj/kg. Tryk 4 Definitionen på tryk er: kraft p = = areal F A SI-enheden for kraft er newton (N). Tryk angives derfor i newton pr. m 2, som kaldes pascal (Pa). N 1Pa = 1 2 m Atmosfærens gennemsnitstryk er omkring Pa. Dette tryk er lig med 1 atm (atmosfære). p V For idealgasser, gælder følgende ligning: = n R T hvor n er gassens stofmængde (antal mol), R er gaskonstanten, p er tryk, V er rumfanget af beholderen og T er temperaturen. 3 Pa m Værdien af gaskonstanten er: R = 8,31 mol K 4 Brydensholt, Morten Side 5 af 26

7 Densitet 5 m Skal man finde densiteten af en opløsning eller et fast stof bruges: ρ = V hvor ρ = densiteten, (enheden g/ml) m = massen, (enheden er g) V = volumen, (enheden er ml, 1 ml er det samme som 1 cm 3 ) n Da m = n M, hvor n er stofmængden og M er molarmassen, har vi: ρ = Sammenholdt med idealgasligningen får vi: ρ = M R De fleste stoffer trækker sig sammen, når de størkner, og de får derved større densitet end væskeformen. Vand hører til undtagelserne og har mindre densitet som fast is end som vand. Ved 0 C er vands densitet 1 g/cm 3 og for ren og klar is er den 0,917 g/cm 3. At is har mindre densitet end vand hænger sammen med at vandmolekyler er dipoler. Molekylerne ligger ikke så tæt i is som i vandfasen. Forsøg viser at vand har sin største densitet, når det har en temperatur på ca. 4 C. Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer Det vil være optimalt, at der er rigelig med materialer, så dette ikke bliver en begrænsende faktor i forbindelse med elevernes eksperimenterende arbejde. Her tænkes specielt på masser af is og et stort antal glasvarer og termometre. Det er vigtigt, at der benyttes termometre, som kan tåle minusgrader, ligeledes skal man passe på, at de ikke knækker, hvis de er frosset fast i is. Kogende vand og vanddamp kan skolde og give forbrændinger. Sker dette, skal der skylles med koldt/lunkent vand, indtil det ikke gør ondt længere. Det er ligeledes vigtigt at propperne i kolberne bliver sat godt fast, så de ikke springer af, samt at hullerne i disse smøres med lidt paraffinolie inden et glasrør kommes igennem. Man skal også være opmærksom på brugen af overheadprojektorer. Der må eleverne heller ikke kigge direkte ind i, og klappen må ikke være slået ned når den står tændt, da den så kan brænde sammen. Læringssyn Vi har en konstruktivistisk tilgang til læring, idet vi opfatter viden som noget den enkelte elev konstruerer. Det indebærer, at eleverne er nysgerrige og interesserede i at løse deres egne kognitive konflikter. Læringen er et samspil mellem en kognitiv, en psykodynamisk samt en social, samfundsmæssig proces. Det er et gensidigt forhold mellem eleven og omverdenen og forudsætter, at eleven bliver forstyrret i dennes nuværende opfattelse og får mulighed for at opnå ny erkendelse 6. p T M V 5 Brydensholt, Morten 6 Illeris Side 6 af 26

8 For at lære er det vigtigt, at eleven kan rette sin opmærksomhed mod det der er interessant og fastholde koncentrationen på dette 7. Ligeledes skal eleven være bevidst om sin egen læring som en forudsætning for at udvikle sig altså at have viden om og forståelse for hvordan man lærer bedst. Denne evne til at være refleksiv og at undre sig styrker elevens læring 8. Derfor må undervisningen tage udgangspunkt i eleverne og i noget der er relevant for dem. For at opnå denne relevans og opmærksomhed er det derfor vigtigt at eleverne i videst muligt omfang opnår medbestemmelse og inddrages aktivt i planlægning, gennemførelse og evaluering af undervisningen. Lærerens opgave er med baggrund i samspillet mellem den kognitive, den psykodynamiske og den sociale, samfundsmæssige dimension at støtte og vejlede eleverne i deres forsøg på at tilegne sig viden samt sørge for at undervisningens rammer understøtter læringen. Fagsyn Vi ser fysik/kemi-undervisningen som en del af elevens almendannelse og støtter os i den forbindelse op af Svein Sjøbergs 4 argumenter: 1. Økonomiargumentet: Fysik/kemi som forberedelse til arbejde og uddannelse i et højteknologisk og videnskabsbaseret samfund. 2. Nytteargumentet: Fysik/kemi til praktisk mestring af dagliglivet i et moderne samfund. 3. Demokratiargumentet: Fysik/kemi som vigtig kundskab til kvalificeret meningsdannelse og ansvarlig deltagelse i demokratiet. 4. Kulturargumentet: Fysik/kemi som en vigtig del af menneskets kultur 9. I et hensigtsmæssigt undervisningsforløb veksles der mellem teoretisk og praktisk arbejde, for at give eleven mulighed for at afprøve sin viden og for at skabe erfaring og erkendelse. Denne vekselvirkning kan eksempelvis startes med et teoretisk oplæg som så efterprøves i praksis eller eleverne kan i praksis udforske et teoretisk område, som så afklares teoretisk efterfølgende. Ligeledes bør der veksles mellem selvstændigt arbejde og arbejde i grupper for at tilgodese og udvikle den enkelte elevs måde at lære på. Når eleverne skal lave forsøg er der en række sikkerhedsmæssige overvejelser der spiller ind. Vi mener ikke, at det altid er forsvarligt at lave forsøg, hvor eleverne udelukkende selv eksperimenterer og ligeledes mener vi heller ikke, at forsøg skal laves ud fra deciderede opskrifter, hvor eleven ikke har mulighed for at undres og for at undersøge. Optimalt bør eleverne i sikre rammer kunne eksperimentere og derfor vil vi som udgangspunkt styre forsøgene, så potentielle risici undgås, men hvor eleverne stadig har mulighed for engageret at undersøge og opdage. Vi ønsker derfor at lave forsøgsvejledninger der er så åbne som muligt, så eleverne har mulighed for at konstruere deres egen viden ud fra de undersøgelser de laver. Vi mener at det er vigtigt, at eleverne har mulighed for på forskellige måder at samle op på den viden de behandler. Det kan være gennem debat i klassen, via forskellige evalueringsformer både individuelt og i større grupper. 7 Hansen 8 Illeris 9 Sjøberg Side 7 af 26

9 Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer I fysik/kemi-undervisningen er det ikke i alle aspekter at eleverne kan inddrages aktivt i planlægningen, gennemførelsen og evalueringen. Således er nogle ting givet på forhånd mens eleverne med fordel kan inddrages i andre sammenhænge. Vi har på forhånd valgt hvilke forsøg eleverne skal lave i undervisningsforløbet fordi vi som lærere har det overordnede ansvar for undervisningens tilrettelæggelse og for at vi følger de angivne nationale mål som er givet i Fælles Mål. Derfor udvælger vi forsøgene og skaber en rød tråd gennem dem. Vi vil også vælge hvordan eleverne skal arbejde, om det skal være i grupper eller individuelt, på baggrund af vores kendskab til elevernes sociale og faglige kunnen. Fysik/kemi-faget er gennem Fælles Mål bundet op på naturvidenskabelige arbejdsmåder. Arbejdsmådernes slutmål for eleverne er: Identificere og formulere relevante spørgsmål, samt opstille enkle hypoteser. Planlægge, gennemføre og vurdere undersøgelser og eksperimenter. Vælge udstyr, redskaber og hjælpemidler, der passer til opgaven. Vores undervisning skal hjælpe eleverne til at beherske disse arbejdsmetoder. Eleverne får mulighed for gennem forsøgene at stille relevante spørgsmål og hypoteser ligesom de også skal planlægge, gennemføre og vurdere deres forsøg både alene og sammen med flere. Endelig vil eleverne på grund af flere åbne forsøgsopstillinger selv skulle vælge materialer og udstyr. Vi vil gerne have at eleverne tager noter mens de udfører forsøg, men også under debat og samtaler. Noterne kan noteres i deres kladdehæfter. Det er nødvendigt at alle, og ikke bare én fra en gruppe, noterer vigtige pointer og forsøgsresultater. For at hjælpe læreren vil vi i vores elevforsøg lave en lærer-boks som indeholder forslag til hvordan man kan inddrage forsøgene i samtaler med eleverne. Evaluering Vi mener, at det ville være oplagt at benytte et begrebskort til, at evaluere efter dette undervisningsforløb enten enkeltvis eller i grupper. Emnet kan også startes op med at eleverne laver et begrebskort for at synliggøre elevernes forforståelse inden for emnet, og på den måde danne grundlag for den videre undervisning. Begrebskort er en planche, der viser elevernes tanker, sprog og begreber og de forståelsesmæssige sammenhænge. 10 For en konkret beskrivelse af anvendelsen af begrebskort, samt et eksempel henvises til bilag 1. Pædagogisk kan begrebskort blandt andet bruges på følgende måder 11 : Det er en god og hurtig metode til at få kortlagt elevernes forhåndsviden om et emne, og hvordan de forestiller sig forskellige sammenhænge. På den måde, kan begrebskort danne grundlag for lærerens detailplanlægning af undervisningen, og samtidig bruge kortene som et redskab, til at synliggøre elevernes forforståelser og medtænke dem i overvejelserne omkring læringsforudsætningerne. 10 Bering, Lisbeth m.fl. 11 Bering, Lisbeth m.fl. Side 8 af 26

10 Begrebskort kan også anvendes efter et forløb, som en evaluering af arbejdet. Både lærer og elever kan bruge denne evaluering, og på denne måde bliver delelementet vurdering bragt i spil. Endelig kan begrebskort også bruges som udgangspunkt for at diskutere begreber og sammenhænge samt som en træning hos eleverne i at argumentere for egne synspunkter, og for at forstå andres. Vi mener det er interessant, at man kan bruge det samme redskab, til opbygning af undervisningen og evaluering af denne. Det er en fordel, idet eleverne stifter bekendtskab med samme arbejdsmetoden både i starten og slutningen af et forløb, og det kan være med til at give eleverne et klart billede af deres egen læring. Vi er dog opmærksomme på, at når vi bruger begrebskort som evalueringsværktøj, er der en risiko for, det kun er begreber vi underviser i. Evalueringen må ikke medvirke til at indsnævre perspektivet for undervisningen. Sammenholdt med vores mål for undervisningen vil det være oplagt at fokusere på fagtermerne inden for temaet samt elevernes brug af disse. Eleverne vil i forbindelse med undervisningen få udleveret en begrebsliste indholdene de vigtigste begreber. Det vil være naturligt at tage begreber som eksempelvis is, væske, damp og massefylde med på en sådan liste. I en opsamlende dialog om begrebskortene mener vi derudover, det er muligt at få et indtryk af, om eleverne kan sætte fænomener de arbejder med i forhold til deres hverdag. Som beskrevet bliver der i forsøgsvejledninger lagt op til samtaler efter hvert forsøg. Ud fra disse mener vi, at vi også løbende er i stand til at evaluere elevernes øgede viden om og forståelse af den verden, de selv er en del af. Undervisningsplan Vores undervisningsforløb gennemgås nu med de valgte elevforsøg. Først er der en oversigt med elevforsøg, formål og bagvedliggende teori for at skitsere progressionen i undervisningen. Der er ikke lavet en egentlig inddeling i forhold til lektioner, da man som lærer på den måde selv kan prioritere hvor man vil vægte at gå i dybden med elevernes eventuelle læringsmæssige vanskeligheder. Forsøg 1 er valgt som en introduktion til temaet og til hvordan vand er bygget op. Det giver eleverne en indsigt i vands struktur. De næste tre forsøg er valgt at give et overordnet indblik i forskellige aspekter i temaet vand. Forsøg 2 er et længerevarende forsøg som eleverne kan sætte over og følge igennem et stykke tid. Det giver eleverne et overordnet indblik i vandets kredsløb både som lokalt og globalt fænomen. I forsøg 3 får eleverne mulighed for at arbejde eksperimentelt med opvarmningskurven for vand. Dette giver eleverne en forståelse for vands temperaturændringer i sammenhæng med dets tilstandsform mens forsøg 4 koncentrerer lærestoffet om molekylernes bevægelser i fast, flydende og gasform. Forsøg 5-9 handler om vand på fast form eller overgangen dertil samt om blandingen af is og salt. De er medtaget for at give eleverne en forståelse af hvilke egenskaber is har alene og i blanding med salt. I forsøg 10 og 11 skal eleverne undersøge vands egenskaber ved opvarmning for at få indblik i den sidste tilstandsform gasformen. Side 9 af 26

11 Endelig afsluttes forløbet med forsøg 12 og 13, der giver eleverne et indblik i vands densitet under forskellige forhold. Forsøgene knyttes til eksempler fra elevernes hverdag, så deres interesse for emnet bliver vakt, og fagbegreberne bliver knyttet til velkendte ting fra elevernes hverdag. Alle forsøgene skal udføres af eleverne, både fordi vi mener, at de lærer mere ved selv at udføre dem, og fordi et af målene med forløbet er, at de skal kunne sætte tingene i forhold til hinanden, og dette bedst lader sig gøre, hvis eleverne selv arbejder med begreberne i praksis. Aktiviteter Formål Teori Elevforsøg 1 At gøre eleverne bekendte med Grundstoffer, bindinger Jeg er molekylearkitekt vands sammensætning. Elevforsøg 2 Byg en karsevander Elevforsøg 3 Opvarmningskurve for vand Demonstrationsforsøg 4 Molekylebevægelser Elevforsøg 5 Vi blander is og salt Elevforsøg 6 Når vand fryser til is Elevforsøg 7 Frys ferskvand med kuldeblanding Elevforsøg 8 Frys saltvand med kuldeblanding Elevforsøg 9 Fang isterninger Elevforsøg 10 Vi undersøger dampstrålen Elevforsøg 11 Et overraskende forsøg Elevforsøg 12 Blande salt og vand Elevforsøg 13 Fersk- og saltvands massefylde At eleverne får indblik i og forståelse af vandets kredsløb. At påvise vands temperatur under opvarmning. At eleverne får indblik i molekylers bevægelse i fast stof, væske og i en luftart. At undersøge hvad der sker med temperaturen, når salt og is blandes sammen. At gøre eleverne bekendte med vands volumenændring når det fryser til is. At undersøge ved hvilken temperatur ferskvand fryser til is. At gøre eleverne bekendte med ved hvilken temperatur saltvand fryser til is. At eleverne bliver bekendte med hvad der sker når der hældes salt på is. At undersøge hvordan damp fortættes til væske. At undersøge hvad der sker under kogning af vand, samt hvad der sker, når den dannede vanddamp afkøles. At undersøge hvad der sker, når salt og vand blandes. At vise at massefylden på henholdsvis fersk- og saltvand er forskellig. Tilstandsformer, smeltning, fordampning Tilstandsformer, smeltning, fordampning, kogepunkt Tilstandsformer, molekyler Kuldeblanding Tilstandsformer, densitet Tilstandsformer, krystallisation Tilstandsformer, krystallisation Molekylestruktur, smeltning, tilstandsformer Tilstandsformer, fordampning, fortætning Tryk, fordampning, fortætning Densitet Densitet Side 10 af 26

12 Aktiviteter 12 Elevforsøg 1 Jeg er molekylearkitekt Formål: At gøre eleverne bekendte med vands sammensætning. Materialer Åben forsøgsopstilling: Molekylebyggesæt Udførelse: Byg et vandmolekyle ved hjælp af molekylebyggesættet. Vær opmærksom på, at molekylet først er færdigt når alle huller er brugt. Hvor mange atomer er der i molekylet? Hvilke 2 atomer indeholder et vandmolekyle? og Til læreren Aktiviteten kan med fordel inddrages i en samtale med eleverne om, hvad vand er og hvad vand bruges til. 12 Flensted-Jensen, (hvis ikke andet er nævnt) Side 11 af 26

13 Elevforsøg 2 13 Byg en karsevander Formål: At eleverne får indblik i og forståelse af vandets kredsløb. Materialer Forsøgsopstilling: Akvarium Klar plastic Sten Lampe Træklods Tape Vand Karsefrø Vat Isterninger Udførelse: Hæld nogle karsefrø på noget vat i en lille skål i den ene ende af akvariet og hæv denne ende lidt op med en træklods. Hæld vand i den anden ende af akvariet og placer nogle isterninger deri. Læg den klare plastic over akvariet og fastgør den med tape. Læg en sten eller flere små på plastfolien over karsen og placer lampen over vandet. Tænd lampen og lad opstillingen stå i nogle dage. Beskriv hvad der sker: Til læreren Forsøget tager lang tid og kan med fordel sættes i gang og stå i klassen, så eleverne kan følge med i hvad der sker i akvariet. Det er en god idé at tale med eleverne om hvad vandets kredsløb er og hvor vi oplever det i hverdagen. 13 Malling, 1990 Side 12 af 26

14 Elevforsøg 3 Opvarmningskurve for vand Formål: At påvise vands temperatur under opvarmning. Materialer Forsøgsopstilling: Bægerglas Termometer Stativ Sytråd Trefod Keramiknet Bunsenbrænder Ur Is Udførelse: Lav en opstilling som vist på tegningen. Bægerglasset fyldes med is og termometeret hænges fra stativet og skal nå midt ned i bægerglasset. Aflæs isens begyndelsestemperatur på termometeret og noter det i skemaet til højre. Tænd bunsenbrænderen og sæt den under bægerglasset. Aflæse nu temperaturen for hvert halve minut og noter temperaturen i skemaet til højre. Læg mærke til, hvilken temperatur vandet koger ved: C. Når temperaturen 4-5 gange i træk har haft samme værdi standses opvarmningen. Afmærk de aflæste temperaturer med prikker i koordinatsystemet, vedlagt som bilag 2 og tegn temperaturkurven op ved at forbinde prikkerne med streger. Til læreren Eleverne skal instrueres nøje til dette forsøg, da der skal aflæses på termometeret ofte. Det betyder, at de skal være opmærksomme under hele forsøget for at få korrekte aflæsninger. Efterfølgende kan samtalen med eleverne handle om vands overgang fra fast form til flydende form og videre til gasform ligesom vands kogepunkt kan inddrages. Side 13 af 26

15 Demonstrationsforsøg 4 Molekylebevægelser Formål: At eleverne får indblik i molekylers bevægelse i fast stof, væske og i en luftart. Materialer Kugleapparat Overheadprojektor Sort tape Strømkilde Ledninger Forsøgsopstilling: Udførelse: Læg kugleapparatet let på skrå på overheadprojektoren og forbind det til strømkilden. Tænd for overheadprojektoren således at billedet bliver projekteret op på lærredet. Sæt apparatets bund i svag bevægelse, uden at kuglerne bytter plads. Jo kraftigere vi får bunden til at svinge des mere ryster kuglerne, men de flytter sig stadig ikke i forhold til hinanden (billede 1). Skru ned for spændingen og anbring et stykke sort tape uden på glasset, så skyggen ses umiddelbart over den øverste række kugler. Prøv nu igen at sætte apparatets bund i bevægelse ligesom før. Nu kan vi tydeligt se, at kuglerne fylder mere og mere jo kraftigere bunden svinger (billede 2). Fjern tapen og sæt gradvis kugleapparatets bund i kraftigere bevægelse. Kuglerne begynder på et vist tidspunkt at bevæge sig rundt imellem hinanden. Det viser, hvordan molekyler bevæger sig når et fast stof smelter og bliver til en væske. De danner stadig en tydelig overflade og af og til ser vi, at en kugle slynges op i luften som tegn på at væsken fordamper (billede 3). Anbring et let stempel ovenpå kuglerne (billede 4). Sæt kuglerne i kraftigere bevægelse. Så ser vi at kuglerne begynder at fare rundt mellem hinanden og optager mere plads idet de skubber stemplet opefter. Sådan bevæger molekylerne sig i en luftart (billede 5). Jo større fart kuglerne får, des mere skubber de stemplet op. Det illustrerer, hvordan en luftart udvider sig ved opvarmning. Hvis vi med en finger trykker stemplet et stykke ned kan vi mærke, hvordan kuglernes bombardement frembringer en større kraft på stemplet. Det skyldes at kuglerne nu får mindre plads at bevæge sig på, så de rammer stemplet hyppigere end før. Det er det samme der sker i indespærret luft. Når vi formindsker rumfanget, rammer molekylerne omgivelserne hyppigere end før, så trykket stiger. Til læreren Forsøget illustrerer molekylers bevægelse i forskellige tilstande. Ved at bruge en overheadprojektor kan alle elever se uden at skulle rejse sig. Samtale med eleverne om de forskellige tilstandsformer for vand: is, væske og damp. Side 14 af 26

16 Elevforsøg 5 Vi blander is og salt Formål: At undersøge hvad der sker med temperaturen, når salt og is blandes sammen. Materialer Forsøgsopstilling Salt Knust is Bægerglas Plastske 1 reagensglas Termometer Udførelse: Inden forsøget laves, noteres om I tror temperaturen stiger eller falder. Tag bægerglasset, og hæld et lag knust is i bunden. Drys at par teskeer salt hen over isen, så der dannes et tyndt lag. Læg nu et lag is og et lag salt, og fortsæt sådan til bægerglasset er fyldt. Hvad er temperaturen af jeres blanding? Til læreren Der snakkes om elevernes hypoteser, samt hvorfor temperaturen falder. Side 15 af 26

17 Elevforsøg 6 Når vand fryser til is Formål: At gøre eleverne bekendte med vands volumenændring når det fryser til is. Materialer Forsøgsopstilling Salt Knust is Bægerglas Plastske 1 reagensglas Sprittusch Udførelse: Lav en kuldeblanding som i forsøg 5. Fyld vand ca. 5 cm op i et reagensglas. Hold glasset lodret, og tegn en streg nøjagtig ud fra vandoverfladen, og anbring det lodret i kuldeblandingen og lad det fryse til is. Tag glasset op når vandet er frosset til. Hvor står den øverste iskant i forhold til stregen? Til læreren Tag en snak med eleverne om de kender til nogle hverdagsfænomener hvor man oplever dette. Det kunne fx være årsagen til at vandrør springer om vinteren, sodavand springer i fryseren eller at klipper smuldrer når vandet siver ned i revnerne og fryser til. Side 16 af 26

18 Elevforsøg 7 Frys ferskvand med kuldeblanding Formål: At undersøge ved hvilken temperatur ferskvand fryser til is. Materialer Forsøgsopstilling Salt Knust is Bægerglas Plastske 1 reagensglas Termometer Måleglas 10 ml. Udførelse: Lav en kuldeblanding som i forsøg 5. Afmål 10 ml vand, kom det i et rent reagensglas, og anbring et rent termometer heri. Stil reagensglasset ned i kuldeblandingen. Rør forsigtigt rundt i vandet med termometeret, indtil det begynder at fryse. Hvilken temperatur holder vandet sig på, mens det fryser til is? Til læreren Denne temperatur kaldes ferskvands frysepunkt, og ved denne temperatur kan søerne fryse til is om vinteren. Gælder det også for havet? Husk at der skal røres rundt, for at forhindre en evt. underafkøling. Side 17 af 26

19 Elevforsøg 8 Frys saltvand med kuldeblanding Formål: At gøre eleverne bekendte med ved hvilken temperatur saltvand fryser til is. Materialer Forsøgsopstilling Salt Knust is Bægerglas Plastske 1 reagensglas Termometer Måleglas 10 ml. Udførelse: Lav en kuldeblanding som i forsøg 5. Afmål 10 ml vand, kom det i et rent reagensglas, og tilsæt ca. 1/3 teskefuld salt. Ryst indtil saltet er opløst. Anbring et rent termometer heri, og stil det ned i kuldeblandingen. Rør forsigtigt rundt i vandet med termometeret, indtil det begynder at fryse. Hvilken temperatur når dette saltvand ned på, før det begynder at fryse? Kan I få temperaturen længere ned, ved evt. at tilsætte mere salt? Til læreren Tag en snak om hvornår havene rundt om Danmark fryser til is. De fryser først når havoverflader kommer ned under -2 o C. Jo mere salt, der er opløst i vandet, jo lavere temperatur fryser det ved. Saltet skal være opløst i vandet. Husk at der skal røres rundt, for at forhindre en evt. underafkøling. Side 18 af 26

20 Elevforsøg 9 Fang isterninger Formål: At eleverne bliver bekendte med hvad der sker når der hældes salt på is. Materialer Åben forsøgsopstilling En tallerken Isterning En bomuldstråd Fint køkkensalt Udførelse Stil isterningerne på en tallerken. Klip et stykke bomuldstråd ud til hver. Kan du få fisket isterningen op fra tallerknen uden at røre den med fingrene. Der må ikke være knuder på tråden. Skriv hvordan du gjorde og hvad der skete. Til læreren Snak med eleverne om, når der saltes på vejene om vinteren hvorfor det ikke fryser til is, som på isterningen. Side 19 af 26

21 Elevforsøg 10 Vi undersøger dampstrålen Formål: At undersøge hvordan damp fortættes til væske. Materialer Forsøgsopstilling Kolbe Gummiprop m. 1 hul Bøjet glasrør, lille Gummislange, ca. 30 cm Glasrør, ca. 30 cm. Reagensglas Bægerglas Trefod Keramiknet Stativ m. klo Bunsenbrænder Tændstikker Træklemme Udførelse: Fyld ca. 200 ml vand i kolben. Opstil som forsøgsopstillingen, husk at gøre kolben godt fast med kloen, samt dryppe et par dråber paraffinolie i proppens hul når glasrøret sættes i. Tænd for bunsenbrænderen, så vandet bringes i kog og dampen strømmer ud af reagensglasset. Hold med en træklemme et reagensglas med koldt vand ind i dampstrålen. Hvad sker der med dampen, når den rammer reagensglasset? Til læreren Snak med eleverne om, hvorfor man først kan se dampen et stykke fra glasrøret. Først når vanddampen kommer et lille stykke ud i den kolde luft fortættes den til små vandpartikler (em). Hold eventuelt en lille legetøjsmølle ind i dampstrålen, for på den måde at vise princippet i en dampturbine. Side 20 af 26

22 Elevforsøg 11 Et overraskende forsøg Formål: At undersøge hvad der sker under kogning af vand, samt hvad der sker, når den dannede vanddamp afkøles. Materialer Forsøgsopstilling Kolbe Gummiprop m. 1 hul Bøjet glasrør, lille Gummislange, ca. 30 cm Glasrør, ca. 30 cm. Cylinderglas Trefod Keramiknet Stativ m. klo Bunsenbrænder Tændstikker Udførelse: Cylinderglasset fyldes næsten med koldt vand, og der hældes ca. 200 ml vand i kolben. Opstil som forsøgsopstillingen viser, husk at kolben skal holdes godt fast af kloen og proppen smøres med paraffinolie inden glasrøret sættes i. Tænd for bunsenbrænderen, og læg mærke til hvad der sker. Bliv ikke overrasket over høje smæld fra glasrørets munding mod cylinderglassets bund. Føl på cylinderglasset. Hvordan går det med temperaturen af det kolde vand? Når vandet har kogt et par minutter, slukkes bunsenbrænderen, så både vandet i kolben og i cylinderglasset afkøles. Hold godt øje med opstillingen, hvad sker der? Prøv at forklar hvorfor der skete som der gjorde? Til læreren Der snakkes med eleverne om forsøget og om hvorfor vandet trænger tilbage i kolben. Der kan snakkes om at vand udvider sig når temperaturen stiger samt hvordan det fortættes når temperaturen falder. Side 21 af 26

23 Elevforsøg 12 Blande salt og vand Formål: At undersøge hvad der sker, når salt og vand blandes. Materialer Åben forsøgsopstilling: Et bægerglas Salt Måleglas 100 ml. Vægt Udførelse: Opskriv hvad I tror der vil ske med rumfanget når der tilsættes salt til vand. Afmål 50 ml. vand, og hæld det i et bægerglas. Afmål 10 ml salt og tilsæt det til vandet. Rør rundt til saltet er opløst. Hvor mange ml tror I blandingen vil fylde? Hæld blandingen tilbage i måleglasset, og aflæs volumen? Til læreren Tag en snak med klassen om hvordan det kan være, at den samlede volumen er blevet mindre. Side 22 af 26

24 Elevforsøg 13 Fersk- og saltvands massefylde Formål: At vise at massefylden på henholdsvis fersk- og saltvand er forskellig. Materialer Forsøgsopstilling: 1 kop salt ½ liter varmt vand ½ liter koldt vand 1 æg Frugtfarver (grøn og rød) Højt, stort glas Udførelse: Saltet opløses i det varme vand. Frugtfarverne tilsættes henholdsvis i det varme og det kolde vand. Ferskvandet hældes meget forsigtigt ovenpå saltvandet, og ægget lægges i. Hvor lægger ferskvandet sig i forhold til saltvandet? Hvilket slags vand har størst massefylde? Til læreren En snak om, hvordan det kan være, man har nemmere ved at flyde i havet end i svømmehallen. Det døde hav kan inddrages. Hvorfor flyder ægget midt mellem vandmasserne? Æggets massefylde må være større end ferskvands, men mindre en saltvands. Side 23 af 26

25 Litteraturliste Bering, Lisbeth og Kith Bjerg Hansen - Tanker, sprog og begreber - Kaskelot 01, 1996 Brydensholt, Morten m.fl. Orbit 1, 2. udgave Forlaget Systime, 2003 Flensted-Jensen, Ejvind m.fl Luft og vand, arbejdshæfte, Ny fysik kemi 3 Gyldendal 1991 Fælles Mål, Faghæfte 13 Natur/teknik, 1.udgave, 1.oplag, Undervisningsministeriets forlag Hansen, Mogens Børn og opmærksomhed, 3.udgave Gyldendal, 2004 Illeris, Knud Læring, 1.udgave, 5.oplag - Roskilde Universitets forlag, 2004 Malling, Ruth Vi undersøger vand Geografforlaget 1990 Mygind, Helge Kemi 2000 C-niveau P. Haase & Søns Forlag, 1994 Sjøberg, Svein Naturfag som almendannelse Klim, 2005 Troelsgaard, Nina Teori og øvelser om vand (udleverede noter) - Frederiksberg Seminarium Undervisningsministeriet - Side 24 af 26

26 Bilag Bilag 1 Ved et begrebskort forstås almindeligvis en planche, der viser sammenhænge mellem begreber. Sammenhængene har benævnelser i form af relationsudtryk, der fortæller noget væsentligt om forholdet mellem de sammenknyttede begreber. Der er ofte tale om en hierarkisk ordning, dvs. overordnede og underordnede begreber; på eksemplet herunder er det overordnede begreb vand. Eksempel på begrebskort 14 : (Kortene skal altid læses oppefra og ned begreberne er hierarkisk ordnet.) Et eksempel på et begrebskort, der viser vand og nogle tilknyttede begreber samt nogle relationer udtrykt i sætninger. 14 Undervisningsministeriet Side 25 af 26

27 Vand Bilag 2 Koordinatsystem til elevforsøg 3 Side 26 af 26