STEAM-урок "Способи розділення сумішей"

7 клас

Тема. Способи розділення сумішей.

Мета уроку:

• Забезпечити засвоєння учнями інформації про способи розділення сумішей, навчити виконувати розділення сумішей в нестандартних умовах, пояснити сутність явища тонкошарової хроматографії, сприяти формуванню в учнів умінь та навичок аналізувати факти і давати їм аргументовану оцінку;
• Розвивати в учнів навички групової самоорганізації, вміння виділяти головні якості явищ, спостережливість та вміння концентрувати увагу на виконанні завдання, вміння швидко знаходити і обробляти потрібну інформацію, сприяти розвитку критичного мислення;
• Виховувати наполегливість та почуття гуманізму, колективізму, засобами уроку виховувати в учнях впевненість у власних силах.

Формування компетентностей: спілкування державною та іноземною мовами, інформаційно-цифрова, математична, ініціативність та підприємливість, обізнаність та самовираження у сфері культури, компетентності у природничих науках.

Реалізація наскрізних змістовних ліній: екологічна безпека і сталий розвиток, підприємливість і фінансова грамотність, здоров’я і безпека.

Тип уроку: комбінований.

Форми роботи: розповідь учителя, робота в групах, «перевернутий клас», перегляд навчальних відео, експеримент, виконання інтерактивних вправ, робота в інтернет-середовищах.

Обладнання: розчин етанолу С₂Н₅ОН (96 %, фільтрувальний папір, пінопласт, ацетон, різнокольорові фломастери або маркери, акварельні фарби для малювання, пензлики, ультрафіолетовий ліхтарик або лампа, лінійка.

Базові поняття і терміни: суміш, розділення, хроматографія.

Хід уроку

І. Організація класу

Вітання учителя з класом, перевірка відсутніх, оголошення теми уроку, учні об’єднуються у чотири групи й обирають назву своєї команди.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Дорогі друзі! Вам уже відомо що таке чисті речовини та суміші, і у чому відмінність між ними. У світі чистих речовин є вкрай мало, та і чистими вони залишаються не постійно. Наприклад, дистильована вода, що використовується у лабораторній практиці, для промивання систем рідинного охолодження, у медицині. Якщо скляний стакан ми наповнимо дистильованою водою, то через деякий час ми можемо знайти у ній йони натрію та кальцію, що перейшли зі скла, а також вуглекислий газ, кисень та азот, яких вода «нахапалась» з повітря, і говорити про чисту речовини вже не буде сенсу. В основному світ складається із сумішей, якими є і ми з вами.

Дуже часто вченим, та і нам у побуті, доводиться розділяти суміші речовин на компоненти. Часто-густо це буває складно. «Будь-яка перешкода долається наполегливістю» - казав да Вінчі, тому хотів би усім побажати наполегливості та ентузіазму, і тоді ніяка перепона не стане вам на заваді.

ІІІ. Актуалізація опорних знань

1. Учням пропонується за допомогою своїх гаджетів пройти інтерактивну вправу «Однорідні та неоднорідні суміші» на перевірку знань щодо класифікації. Для цього вони сканують одержаний від вчителя QR-код, де міститься посилання на вправу в середовищі LearningApps.

2. Поміркуйте і дайте відповідь на запитання: відомо, що солі Молібдену є стимуляторами проростання насіння та покращують засвоєння азоту рослинами. Миколку зацікавив цей факт і вирішив перевірити його, використавши розчин солі калій молібдату K₂MoO₄ для обробки бобів квасолі. Однак при спробі подрібнити шматки солі у пляшечці скляною паличкою, він помітив, що кінець палички розколовся і дрібні шматочки скла потрапили до твердої солі. Запропонуйте алгоритм за яким Миколка міг би відділити дану сіль від скла.

1. Перенести утворену суміш до іншої посудини та додати води щоб сіль розчинилась.
2. Використовуючи паперовий фільтр, відділити фрагменти скла шляхом фільтрування.
3. З одержаного фільтрату методом випарювання одержати сіль калій молібдату.

IV. Основна частина

1. Розділення суміші твердої речовини та газу.

Учитель демонструє брусок пінопласту у формі прямокутного паралелепіпеда.

Друзі! Як називається даний матеріал? Де він знаходить застосування? Пінопласт є сумішшю, компонентами якої є пластик та повітря. Як ви гадаєте, чи можемо ми відділити твердий компонент від повітря?

Демонстрація

Інструктаж з БЖ!

Учитель пропонує лінійкою виміряти довжини ребер бруска з пінопласту, що являє собою прямокутний паралелепіпед. У чашку Петрі наливають 5 мл ацетону або етилацетату і поміщають пінопласт. В той же момент спостерігається ефектне розчинення полімеру із суттєвим зменшенням об’єму.

 Приклад взаємодії пінопласту з ацетоном

Перед учнями ставиться завдання розрахувати об’єм повітря, що містився в пінопласті. Початковий об’єм пінопластового бруска розраховується за формулою V₁ = a∙b∙c, де а, b, c – довжини сторін бруска. Об’єм одержаного пластичного розчину після розчинення (V₂) визначається шляхом вимірювання у невеличкому мірному циліндрі.

(Аналізуючи дані, учні самостійно виводять формулу для визначення об’єму повітря у пінопласті (V₄) у см³. V₄ = V₁ – V₂ – V_{ацетону}).

2. Хвилинка релаксації

Учням пропонується познайомитися з автопортретом мексиканської художниці Фріди Кало та картиною легендарної українки Марії Приймаченко.

Які кольори та відтінки ви бачите на картинах? Чи знаєте ви, що фарби, які використовують художники, часто доводиться змішувати для одержання різноманітних варіацій барв? Наприклад, якщо змішати фарбу синього кольору з червоною, ми одержимо зелене забарвлення. Тому, іноді суміші потрібно не лише розділяти, а й створювати!

Учням пропонується, використовуючи акварельні фарби, аркуш паперу та пензлик з водою, спробувати змішати різні кольори та зробити висновки про одержані результати змішувань. Утвореною фарбою відтінку кольору, який сподобався найбільше, школярам пропонується написати словом емоцію, яка виникла у них при виконанні цієї роботи.

3. Знайомство з методом хроматографії

Ми продовжуємо працювати з кольоровими речовинами і познайомимось з новим способом розділення сумішей. Дома ви повинні були переглянути короткий навчальний мультфільм про такий вкрай важливий сучасний метод аналізу, як хроматографія. В основі даного методу аналізу лежить розділення сумішей. Засновником цього методу є вчений-ботанік Михайло Семенович Цвєт у 1900 р.  Протягом ХХ століття хроматографія дуже стрімко розвивалася і зараз досягла небачених успіхів. Особливим був вклад жінок-вчених у розвиток даного способу розділення сумішей та аналізу. Серед них варто відмітити американку Мері Елен МакНейлі, шведку Карін Маркідес, австрійку Еріку Кремер, тому, дорогі наші дівчатка, світ науки чекає на вас!

Хроматографічні методи широко використовується в усіх хімічних та фармацевтичних лабораторіях, у криміналістиці та є дуже поширеним інструментом аналізу прикордонників. Вчені-хроматографісти є одними з найбільш актуальних працівників не лише на вітчизняному, а й на світовому ринку праці.

У фломастерах, які у вас на партах, є кольорове чорнило. Як ви гадаєте, кольоровий пігмент, який входить до його складу, є чистою речовиною чи сумішшю? Зрозуміти це нам допоможе метод тонкошарової хроматографії. Учні отримують по 2 смужки фільтрувального паперу розмірами 4 см ∙ 10 см. Олівцем малюють лінію на відстані 0,5-1,0 см від краю, вона має назву лінія старту (зображення 1).

 Зображення 1

На лінію старту учні наносять кілька крапок фломастерами різного кольору.

У хімічний стакан наливають 3-5 мл 96 %-го розчину етилового спирту і накривають чашкою Петрі для того, щоб об’єм посудини наситився парами спирту (для швидшого розділення). Після підготовки камери для хроматографування вносять фільтрувальний папір з кольоровими крапками так щоб спиртовий розчин (елюент) не досягав лінії старту, накривають чашкою Петрі. Через деякий час спостерігають як пігменти у фарбі, що містилася на крапках, починають підійматися вгору разом з елюентом. Чим більше підіймається спиртовий розчин, тим чіткіше спостерігається процес розділення кольорів на деяких крапках (зображення 2).

Зображення 2

Тепер ви розумієте, що за допомогою хімічних методів ми можемо розділяти навіть мікрокількості речовин, як це ми зробили щойно з тими речовинами, що містились у крапці. Але хочу вам відкрити таємницю, що у тій суміші є речовини, які ми не можемо побачити, наше око не може сприйняти їх, адже вони безбарвні і їх дуже мало. Скористаємось однією хитрістю! Клас затіняється і учитель просвічує фільтрувальний папірець після хроматографування ультрафіолетовою лампою чи ліхтариком. В залежності від типу чорнила у фломастері, учні спостерігають різнокольорове світіння.

Чимало речовин, які нам здаються невидимими, візуалізуються при взаємодії з ультрафіолетовими променями. Таким методом користуються криміналісти та поліція, коли шукають на місцях вчинення злочину сліди крові. Але це ще не все, друзі! Скажіть, будь ласка, чорнило з якого фломастера розділилось на найбільшу кількість компонентів? (чорного) Зараз ми познайомимось із ще одним способом нанесення зразків на хроматографічну пластинку і більш детально дослідимо чорну фарбу.

Кожній з команд знову видається така ж смужка фільтрувального паперу. Учні позначають лінію старту і користуються лише чорним фломастером, нанісши на лінію не крапку, а суцільну смугу. Після цього смужку вносять до хімічного стакана і повторюють дослід. При цьому спостерігається рух не однієї крапки, а усього фронту (зображення 3).

Зображення 3

 Хроматографування закінчується, коли елюент досягне висоти 1,5-2,0 см до верхнього краю смужки. Учні спостерігають та відмічають кольори і відтінки, на які розклався чорний пігмент у фломастері (зображення 4).

Зображення 4

 В основі тонкошарової хроматографії лежать капілярні явища, з якими ми дуже часто стикаємося у повсякденному житті. На капілярному ефекті заснована дія вологих ганчірок, серветок, капілярних ручок, запальничок. Завдяки капілярним силам можлива життєдіяльність рослин та тварин.

V. Узагальнення і систематизація

а) Встановіть відповідність між прикладами сумішей та способами їх розділення.

Правильні відповіді: А-4, Б-1, В-2, Г-5, Д-3.

б) Кожна група самостійно придумує одну двох- або трьохкомпонентну суміш, алгоритм якої розробляє інша група.

VI. Рефлексія

Учням пропонується скласти сенкан до слова «суміш».

(Сенкан – вірш у п’ять рядків. 1. Перший рядок – тема, що є іменником («суміш»). 2. Другий рядок – опис теми з двох прикметників. 3. Третій рядок – дія, пов’язазана з темою, складається з трьох дієслів. 4. Четвертий рядок – фраза, яка висловлює ставлення до теми. 5. Останній рядок – один синонім до теми).

VII. Домашнє завдання

Продовжити рефлексувати дома: у віртуальній дошці Padlet описати свої враження від проведення розділення суміші методом хроматографії, описати труднощі з якими зіткнулися, тe, що було незрозумілим.

Посилання на дошку: https://padlet.com/pakholyukigor/vmoe4po7mv16

Пароль: chromatography

Виконати завдання з підручника (Попель П.П., Крикля Л.С., 2015) - 49, 51 (ст. 56)

Методичний коментар

На попередньому уроці діти отримали завдання самостійно ознайомитись з методами розділення сумішей за допомогою підручника та навчальних відео, як модель «перевернутого навчання»:

Способи розділення сумішей: https://www.youtube.com/watch?v=KlyMVSNS9Yw

Сhromatography:

https://www.youtube.com/watch?v=PvHvx7k7UPU

Оцінки учні отримують після відгуку на дошці Padlet, після чого оцінюється їх комплексна робота на уроці в групах та індивідуальна активність.