Metallien sähkökemiallisen jännitesarjan opettaminen draaman avulla yläasteella

Transkriptio

1 Metallien sähkökemiallisen jännitesarjan opettaminen draaman avulla yläasteella Tarvittavat ennakkotiedot ja käsitteet: Atomi, anioni, kationi, atomien yleisimmät hapetustilat, metallien jännitesarja, hapettuminen, pelkistyminen. Osaa käyttää auttavasti metallien sähkökemiallista jännitesarjaa ja tehdä siitä päätelmiä. Ajan käyttö: Toteutus on helppo ja yksinkertainen. Voidaan tehdä kaikki osiot tai vain joitakin. Kaikkien osioiden tekeminen kestää n. 20 min. + loppukeskustelu -> n. 30 min. Rekvisiitta: - Ojennettavat elektronit voivat olla kyniä, palloja, hernepusseja tms. - Halutessaan elektronien puuttumista voi ilmaista esim. Kädessä pidettävillä kulhoilla tai vain pitämällä käsiä kupin muodossa. Tällöin luovutettavat elektronit (esim. pallot) laitetaan vastaanottavan spesieksen kämmenille tai kulhoihin. Kenelle? Draama sopii yläkoulun sähkökemian tunnille. Se auttaa oppilaita hahmottamaan yllä mainittuja käsitteitä. Oppilaiden ei tarvitse osata jännitesarjaa ja sen avulla tehtäviä päätelmiä vielä kovin hyvin, mutta käsitteiden ja periaatteiden tulisi kuitenkin olla jo tuttuja. Draama sopii siis hyvin sähkökemian opetuksen alkuun. Draaman kulku 3 eri näytöstä, joissa tulee ilmi eri asioita. Ensimmäisen näytöksen roolit jaetaan ennen kertomuksen alkamista. Kertoja aloittaa, ja taustalla voidaan tueksi näyttää diasarja. I) Zn-pala kuparisulfaattiliuoksessa Roolien jako: Zn oppilailla 2 ulkoelektronia (kynät, hernepussit tms.)

2 Cu 2+ oppilailla SO 4 2- oppilaat H 2 O Kertoja: Eräänä työpäivänään Elina-kemisti valmisti kolme kuparisulfaattiliuosta. Hän punnitsi kiinteää sinistä jauhemaista kuparisulfaattia sopivan määrän. Sen jälkeen hän lisäsi sen veteen. Elina tiesi, että kuparisulfaatti on vesiliukoinen suola, joten lopussa hänellä oli homogeeninen sinen liuos. Liuos koostuu nyt positiivisesti varautuneista kuparikationeista Cu 2+ ja negatiivisesti 2- varautuneista SO 4 anioneista. Kun liuokset olivat valmiita, Elina-kemisti laittaa ensimmäiseen liuokseen Zn palan. Sinkkipalan uloin atomikerros on kosketuksissa liuoksen kanssa. H 2 O molekyyli törmää sinkkiatomiin mutta törmäyksen jälkeen vesimolekyyli jatkaa matkaansa. 2- Seuraavaksi SO 4 2- anioni törmää sinkkiatomiin, mutta törmäyksen jälkeen SO 4 anioni jatkaa matkaansa. Seuraavaksi Cu 2+ kationi törmää sinkkiatomiin. Ja sitten alkaa tapahtua... Kuparikationi ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet neutraali! Sinkkiatomi ( huokaa ): Olisi kiva olla välillä positiivinenkin! Eikä vain tällainen tylsä neutraali atomi tässä metallihilassa. Tässä sitä paikallaan nökötetään eikä pääse minnekään liikkumaan. Kuparikationi: Otan mielelläni vastaan ulkoelektronisi, jos se ei ole sinulle liiaksi vaivaksi. Kertoja: Näin sinkkiatomi luovutti 2 elektroniaan kuparikationille muuttuen sinkkikationiksi Zn 2+ ja pääsi vapaasti liuokseen liuhottelemaan. Sinkkikationi liuhottelee iloisena liuoksessa. Kertoja: Kuparikationi puolestaan pelkistyi kupariatomiksi vastaanottaessaan 2 elektronia, ja tarttui pelkistynyt ilme kasvoillaan sinkkipalan pintaan. II) Al pala kuparisulfaattiliuoksessa Kertoja: 2- Toiseen kuparisulfaattiliuokseen Elina laittoi alumiini palan. Jälleen vesimolekyyli ja SO 4 -ioni kimpoilevat metallisen alumiinin pinnasta. Kun kuparikationi törmää metallisen atomin pintaan alkaa tapahtumaan. Kuparikationi 1 ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet neutraali!

3 Alumiiniatomi 1( huokaa ): Olisi kiva olla välillä positiivinenkin! Eikä vain tällainen tylsä neutraali atomi tässä metallihilassa. Tässä sitä paikallaan nökötetään eikä pääse minnekään liikkumaan. Kuparikationi 1: Otan mielelläni vastaan 2 ulkoelektronisia, jos se ei ole sinulle liiaksi vaivaksi. Alumiiniatomi 1: Annan kaikki 3 ulkoelektroni tai en mitään! Kuparikationi 1: Mitäs nyt sitten tehdään? Kaksi muuta kuparikationia tulee paikalle. Kuparikationi 2: Mitä mitä mitä?? Jaetaanko täällä elektroneja? Kuparikationi 3: Mekin halutaan! Alumiiniatomi 2: Minäkin voin antaa 3 elektronia! Kuparikationi 1: Hei kaverit! Nyt alumiinit haluavat antaa yhteensä 6 elektronia ja me halutaan ottaa yhteensä 6 elektronia, joten tämän pitäisi onnistua. Alumiiniatomit luovuttavat kukin 3 elektronia ja kuparikationit vastaanottavat kukin 2 elektronia. Kertoja: Näin alumiini luovutti 3 elektroniaan kuparikationille hapettuen alumiini-ioniksi Al 3+ ja pääsi liuhottelemaan vapaana liuoksessa. Alumiinikationi liuhottelee iloisena liuoksessa. Kertoja: Kuparikationi puolestaan pelkistyi kupariatomiksi vastaanottaessaan 2 elektronia, ja Kiinnittyi pelkistynyt ilme kasvoillaan alumiinipalan pintaan. III) Au pala kuparisulfaattiliuoksessa Kertoja: Kolmanteen kuparisulfaattiliuokseen Elina laittoi kultapalan. Jälleen vesimolekyyli ja 2- SO 4 ioni kimpoilevat metallisen alumiinin pinnasta. Kun kuparikationi törmää metallisen atomin pintaan. Kuparikationi ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet neutraali! Kulta-atomi ( itserakkaasti ): Kiitos kiitos! Yhdessä muodostamme ihanan kultaisen värisen atomihilan. Kuparikationi: Mutta etkö sinä haluaisi kokeilla vapaan kationin elämää? Anna minulle 2 elektronia, niin pääset vapaaksi liuokseen liuhottelemaan. Ja samalla minä saisin hieman hengähtää tältä jatkuvalta liuhottelulta. Kulta-atomi: Miksi ihmeessä minä sellaiseen ryhtyisin? Kuparikatoni: Kaikki muutkin ovat tähän mennessä halunneet. Olenhan sentään jalometalli. Kulta-atomi: Mutta minä olenkin metalleista kaikkein jaloin. Ei minulla ole tarvetta luovuttaa elektroneitani sinulle.

4 Kertoja: Ja niin kuparikationi jatkoi elämäänsä kationina kuparisulfaattiliuoksessa. Ja kulta säilyi muuttumattomana kauniin kultaisessa metallihilassaan. Oppilaille jaettavat vuorosanat, monista ja leikkaa tarvittava määrä I) Cu 2+ kationin vuorosanat Cu 2+ kationi törmää sinkkiatomiin. Ja sitten alkaa tapahtua... Kuparikationi ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet sentään ihan neutraali! Sinkkiatomi ( huokaa ):...

5 Kuparikationi: Otan mielelläni vastaan ulkoelektronisi, jos se ei ole sinulle liiaksi vaivaksi. Sinkkiatomi luovuttaa 2 elektroniaan kuparikationille muuttuen sinkkikationiksi Zn 2+ ja pääsee vapaasti liuhottelemaan liuokseen. Kuparikationi puolestaan pelkistyy kupariatomiksi vastaanottaessaan 2 elektronia, ja tarttuu pelkistynyt ilme kasvoillaan sinkkipalan pintaan. I) Sinkkiatomin vuorosanat Cu 2+ kationi törmää sinkkiatomiin. Ja sitten alkaa tapahtua... Kuparikationi ( ihailevasti ):... Sinkkiatomi ( huokaa ): Olisi kiva olla välillä positiivinenkin! Eikä vain tällainen tylsä neutraali atomi tässä metallihilassa. Tässä sitä paikallaan nökötetään eikä pääse minnekään liikkumaan. Kuparikationi:... Sinkkiatomi luovuttaa 2 elektroniaan kuparikationille muuttuen sinkkikationiksi Zn 2+ ja pääsee vapaasti liuhottelemaan liuokseen. Kuparikationi puolestaan pelkistyy kupariatomiksi vastaanottaessaan 2 elektronia, ja tarttuu pelkistynyt ilme kasvoillaan sinkkipalan pintaan. Kuparikationi törmää metallisen alumiiniatomin pintaan. II) Cu 2+ kationin vuorosanat Kuparikationi 1 ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet neutraali! Alumiiniatomi 1( huokaa ):... Kuparikationi 1: Otan mielelläni vastaan 2 ulkoelektroniasi, jos se ei ole sinulle liiaksi vaivaksi. Alumiiniatomi 1:... Kuparikationi 1: Mitäs nyt sitten tehdään?

6 Kaksi muuta kuparikationia tulee paikalle. Kuparikationi 2: Mitä mitä mitä?? Jaetaanko täällä elektroneja? Kuparikationi 3: Mekin halutaan! Alumiiniatomi 2:... Kuparikationi 1: Hei kaverit! Nyt alumiinit haluavat antaa yhteensä 6 elektronia ja me halutaan ottaa yhteensä 6 elektronia, joten tämän pitäisi onnistua. Alumiiniatomit luovuttavat kukin 3 elektronia ja hapettuivat alumiini-ioniksi Al 3+ ja pääsivät liuhottelemaan vapaana (iloisesti) liuoksessa. Kukin kuparikationi Cu 2+ vastaanottaa 2 elektronia ja pelkistyy kiinteäksi kupariksi alumiini palan pintaan pelkistynyt ilme kasvoillaan. II) Alumiinii-atomin vuorosanat Kun kuparikationi törmää metallisen atomin pintaan. Kuparikationi 1 ( ihailevasti ):... Alumiiniatomi 1( huokaa ): Olisi kiva olla välillä positiivinenkin! Eikä vain tällainen tylsä neutraali atomi tässä metallihilassa. Tässä sitä paikallaan nökötetään eikä pääse minnekään liikkumaan. Kuparikationi 1:... Alumiiniatomi 1: Annan kaikki 3 ulkoelektroni tai en mitään! Kuparikationi 1:... Kaksi muuta kuparikationia tulee paikalle. Kuparikationi 2:... Kuparikationi 3:... Alumiiniatomi 2: Minäkin voin antaa 3 elektronia! Kuparikationi 1:... Alumiiniatomit luovuttavat kukin 3 elektronia ja hapettuivat alumiini-ioniksi Al 3+ ja pääsivät liuhottelemaan vapaana (iloisesti) liuoksessa. Kukin kuparikationi Cu 2+ vastaanottaa 2 elektronia ja pelkistyy kiinteäksi kupariksi alumiini palan pintaan pelkistynyt ilme kasvoillaan.

7 Kuparikationi törmää metallisen kulta-atomin pintaan III) Cu 2+ kationin vuorosanat Kuparikationi ( ihailevasti ): Onpas kivan näköisiä elektroneja sinulla. Sinähän olet neutraali! Kulta-atomi ( itserakkaasti ):... Kuparikationi: Mutta etkö sinä haluaisi kokeilla vapaan kationin elämää? Anna minulle 2 elektronia, niin pääset vapaaksi liuokseen liuhottelemaan. Ja samalla minä saisin hieman hengähtää tältä jatkuvalta liukettelulta. Kulta-atomi:... Kuparikatoni: Kaikki muutkin ovat tähän mennessä halunneet. Olenhan sentään jalometalli. Kulta-atomi: Ja niin kuparikationi jatkoi elämäänsä kationina kuparisulfaattiliuoksessa. Ja kulta säilyi muuttumattomana kauniin kultaisessa metallihilassaan. Kuparikationi törmää metallisen kulta-atomin pintaan III) Kulta-atomin vuorosanat Kuparikationi ( ihailevasti ):... Kulta-atomi ( itserakkaasti ): Kiitos kiitos! Yhdessä muodostamme ihanan kultaisen värisen atomihilan. Kuparikationi:... Kulta-atomi: Miksi ihmeessä minä sellaiseen ryhtyisin? Kuparikatoni:... Kulta-atomi: Mutta minä olenkin metalleista kaikkein jaloin. Ei minulla ole tarvetta luovuttaa elektroneitani sinulle. Ja niin kuparikationi jatkoi elämäänsä kationina kuparisulfaattiliuoksessa. Ja kulta säilyi muuttumattomana kauniin kultaisessa metallihilassaan.

8 Liite: Tukeva diasarja kertomuksen alkuun - Ensimmäisen dian voi muistinvirkistyksenä ottaa esille ennen aloittamista. - Viimeinen dia (jännitesarja) kannattaa jättää esille draaman ajaksi. Siihen voidaan palata loppukeskustelussa. V: Hapettuessaan Al luovuttaa 3 ulkoelektroniaan. Al -kationin varaus on +3. Elektronit menevät jollekin pelkistyvälle spesiekselle (kun jokin hapettuu, on jonkin toisen pelkistyttävä).

9

10