الکتروشیمی
الکتروشیمی
اهداف
کمک به دانش آموزان برای درک مفاهیم الکتروشیمی با افزایش توجه به انتقال الکترون و نقش آن در تغییرات شیمیایی.
وسایل لازم:
به هر گروه از دانش آموزان وسایل زیر را بدهید:
- لیموی بزرگ و تازه با دو شکاف در آن
- میخ گالوانیزه (ترجیحاً میخی که سیاه نشده باشد)
- سکه (ترجیحا سکه هایی که سیاه نشده باشند)
- سیم مسی با گیره در هر انتها
- ولت متر
توضیح اولیه
این درس، دومین درس از مجموعه ی دروس تبدیل انرژی و در سه قسمت می باشد.
مفهوم سازی انرژی:
تعریف دانش آموزان از مفهوم انرژی حتی پس از تدریس سینتیک شیمیایی، با تعریف علمی آن بسیار متفاوت است. برای مثال، بعضی از دانش آموزان فکر می کنند انرژی در بدن موجودات زنده یا در اجسام متحرک ماهیتی مانند سوخت دارد و مورد استفاده قرار می گیرد یا انرژی موجب می شود اجسام حرکت کنند و در طول فرآیندها مصرف می شود. به ندرت ممکن است دانش آموزان فکر کنند که انرژی قابل تبدیل و اندازه گیری است.
اشکال انرژی و تبدیل انرژی:
دانش آموزان مقاطع راهنمایی و دبیرستان تصور می کنند در تبدیل انرژی، یک شکل از انرژی فقط به "یک" شکل دیگر تبدیل می شود. اگرچه دانش آموزان اشکال مختلف انرژی را می شناسند ولی در بیش تر موارد در توضیح تبدیل انرژی تنها بر یک شکل انرژی که اثرات ملموس تری دارد، تمرکزمی کنند. پذیرش تغییر شکل انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی برای آنان دشوار است؛ به ویژه در مواردی که دمای محیط به میزان محسوسی افزایش نمی یابد. و سر انجام به نظر دانش آموزان نمی توان از انرژی نور، صوت و انرژی شیمیایی برای حرکت یا انجام کار استفاده کرد.
تغییرات شیمیایی:
از نظر دانش آموزان مقاطع راهنمایی، تغییرات شیمیایی تنها به آن دسته از تغییراتی اطلاق می شود که آن ها بتوانند تغییر روی داده را مشاهده کنند. برعکس، برخی از آن ها به تغییرات شیمیایی به عنوان بر هم کنش نمی نگرند؛ به ویژه زمانی که تبادل انرژی در واکنش، محسوس نباشد. دانش آموزان نمی توانند درک کنند که مواد جدید از ترکیب شدن اتم های مواد اولیه تولید می شوند. آن ها به تغییرات شیمیایی به صورت نتیجه ی یک تغییر یا تغییرات مشخص در مواد اولیه می نگرند. برای مثال بعضی از دانش آموزان وقتی چوب می سوزد، فقط تولید شدن دود را در نظر می گیرند و متوجه ترکیب شدن با اکسیژن هوا نیستند.
طرح درس
ایجاد انگیزه:
نکته 1: شاید بهتر باشد پیش از شروع کار، چند پرسش ساده مطرح کنید.
نکته 2: در این پرسش ها، بهتر است به مفاهیمی که درک آن ها برای دانش آموزان مشکل است، اشاره کنید. برای نمونه، می توان به این نکته اشاره کرد که انرژی مربوط به یک جسم غیر زنده است و یا این که انرژی الکتریکی سبب انجام کار می شود.
نکته 3: سپس پرسش های زیر را که نیاز به توضیح بیش تری دارند، مطرح کنید و در مورد پاسخ ها بحث کنید:
- -انرژی الکتریکی در لامپ های معمولی چگونه به نور تبدیل می شود؟
- ج: انرژی الکتریکی باعث می شود تا اتم های رشته ی سیم لامپ به یک حالت با انرژی بالاتر بروند ( برانگیخته شوند ) و پس از بازگشت به حالت عادی، انرژی اضافی خود را به نور تبدیل کنند.
- -چه مقدار از انرژی الکتریکی در لامپ های معمولی به نور تبدیل می شود؟
- ج:بیش از انرژی اولیه یا به همان مقدار یا کم تر از آن؟ کم تر از انرژی اولیه، انرژی نمی تواند خلق یا نابود شود، پس مقداری از آن به صورت انرژی گرمایی تلف می شود.
- -منظور از دو قطب باتری چیست و مسیر جریان الکترون ها از کدام قطب آغاز می شود؟
- ج: دو قطب باتری، قطب های مثبت و منفی هستند. جریان الکترون ها از سمت قطب منفی به قطب مثبت است.
- -آیا در زندگی روزمره مواردی وجود دارد که شاهد وقوع واکنشی شبیه به واکنشی که در باتری ها انجام می شود، باشیم؟
- ج: هر وقت یک الکترولیت –هر ماده ای که بتواند الکترون ها را انتقال دهد – با دو فلز مختلف در تماس باشد، چنین واکنشی اتفاق می افتد. البته وجود دو فلز از جنس های مختلف ضروری نیست. زیرا حتی وجود کمی ناخالصی در یک فلز موجب می شود الکترون ها از یک بخش فلز که قطب منفی است به بخش دیگر آن که قطب مثبت است، انتقال یابند. این واکنش منجر به خوردگی فلز یعنی تخریب آهسته ی آن با روش های شیمیایی می شود. وقتی فلز اکسید می شود، می گوییم خورده شده است. ( برای مثال میخی که مدتی در فضای آزاد است ) وقتی نقره اکسید می شود، سیاه می شود. ( برای مثال کارد و چنگال های نقره ای ) وقتی مس اکسید می شود، لایه سبز رنگی روی آن تشکیل می شود. ( مثلاً لوله های مسی ) نمونه ی دیگر هم در دهان اتفاق می افتد. وقتی وسیله های آلومینیومی دندانپزشکی در هنگام پر کردن دندان با مواد پر کننده که ترکیبی از فلزات مختلف است تماس پیدا می کند، نمونه دیگری از این واکنش ها رخ می دهد. احساس مورموری که گاهی در دندانپزشکی پیش می آید، در واقع یک جریان کوچک الکتریکی است. سعی کنید مثال های ملموس دیگری برای زنگ زدن پیدا کنید. در زنگ زدن آهن، الکترون های آهن به فلز دیگر یا حتی قسمت های دیگر آن انتقال می یابند. این واکنش همان واکنشی است که در باتری ها روی می دهد.
برگه ی فعالیت باتری لیمویی را بین دانش آموزان توزیع نمایید.
برای راهنمایی دانش آموزان، از آن هابخواهید مقاله اینترنتی باتری لیمویی را مطالعه نمایند. آزمایش باتری لیمویی را انجام دهید. پیش از آنلاین شدن دانش آموزان، برگه ی فعالیت باتری لیمویی را برای آنان آماده کنید. از دانش آموزان بخواهید با دنبال کردن دستور کار موجود در سایت، در گروه خود یک باتری لیمویی بسازند.
هر گروه شامل دو دانش آموز است. از هر گروه بخواهید تا به یک گروه دیگر بپیوندند و باتری های چند لیمویی را ساخته و امتحان کنند. پس از انجام فعالیت، پرسش های برگه ی فعالیت دانش آموز را در کلاس پاسخ دهید.
بعد از این درس، می توانید سومین درس در مجموعه ی انتقال انرژی یعنی زنگ زدن و خوردگی را ببینید.
پرسش هایی برای دانش آموزان
پرسش های زیر را در مورد آزمایش باتری های لیمویی برای دانش آموزان مطرح کند:
- لیمو چه نقشی در باتری ایفا می کند؟ لیمو به عنوان الکترولیت عمل می کند که الکترون ها را از میخ به سکه انتقال می دهد.
- کدام یک از میوه های زیر می تواند الکترولیت مناسبی باشد؟
- موز، لیموترش، گوجه فرنگی
- موز به علت خاصیت ضعیف اسیدی، ممکن است الکترولیت خوبی نباشد. لیموترش و گوجه فرنگی به علت داشتن محیط اسیدی قوی الکترولیت های خوبی هستند.
از دانش آموزان بخواهید تا با مشارکت یک دیگر نکات اصلی درس را بنویسند.
توسعه
بعد از این درس، می توانید سومین درس در مجموعه انتقال انرژی یعنی زنگ زدن و خوردگی را ببینید.
مترجم: راضیه کریمی