ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΟΥ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΘΕΜΑ ΑΠΛΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ ΚΑΙ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΕΣΗ ΤΟΥ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΔΙΑΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΟ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΙ ΝΕΕΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ «ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΟΥ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΜΕ ΘΕΜΑ ΑΠΛΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ ΚΑΙ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΕΣΗ ΤΟΥ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΓΑΚΗ ΒΑΣΩ ΧΗΜΙΚΟΣ Α.Μ.: ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Τμήμα Χημείας Διαπανεπιστημιακό Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Διδακτική της Χημείας και Νέες Εκπαιδευτικές Τεχνολογίες (Δι.Χη.Ν.Ε.Τ) Τίτλος Διπλωματικής εργασίας: «Ανάπτυξη πολυμεσικού εκπαιδευτικού υλικού με θέμα Απλά Κολλοειδή και ενσωμάτωση και διάθεσή του σε σύστημα διαχείρισης μαθημάτων» Τριμελής εξεταστική επιτροπή : Γιαννακουδάκης Παναγιώτης (επιβλέπων καθηγητής) Γιαννακουδάκης Ανδρέας Σιγάλας Μιχαήλ 2

3 Πρόλογος Η διπλωματική μου εργασία, η οποία εκπονήθηκε, πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης στα πλαίσια του Διαπανεπιστημιακού - Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Διδακτική της Χημείας και Νέες Εκπαιδευτικές Τεχνολογίες (Δι.Χη.Ν.Ε.Τ) για την απόκτηση του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης έχει ως τίτλο Ανάπτυξη πολυμεσικού, εκπαιδευτικού υλικού με θέμα τα Απλά Κολλοειδή και ενσωμάτωση και διάθεσή του σε σύστημα διαχείρισης μαθημάτων. Επιβλέπων καθηγητής μου ήταν ο κύριος Γιαννακουδάκης Παναγιώτης, αναπληρωτής καθηγητής του τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, και θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου για την συνεχή καθοδήγηση σε όλα τα στάδια εκπόνησης της εργασίας μου. Ακόμη, θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη της Εξεταστικής Επιτροπής (Καθηγητή Χημείας του Α.Π.Θ) κύριο Σιγάλα Μιχάλη, τον κύριο Γιαννακουδάκη Ανδρέα (Αναπληρωτή καθηγητή Χημείας του Α.Π.Θ), την Διδάκτορα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Λεμονιά Αντώνογλου καθώς και όλους τους διδάσκοντες για τις γνώσεις που αποκόμισα κατά την διάρκεια των σπουδών μου και ιδιαιτέρως την κυρία Μαρούλη Χατζηαντωνίου Κωνσταντίνα.. Βάσω Γάκη Θεσσαλονίκη,

4 Εισαγωγή Η εισαγωγή του ηλεκτρονικού υπολογιστή στην εκπαιδευτική διαδικασία είναι γεγονός. Η εκπαιδευτική χρήση των νέων τεχνολογιών δημιουργεί ένα νέο περιβάλλον μάθησης περισσότερο ελκυστικό και ευχάριστο. Η εισαγωγή των νέων τεχνολογιών στο σχολείο διαφοροποιεί το ρόλο του εκπαιδευτικού προσδίδοντας του έναν χαρακτήρα καθοδηγητικό σε μια διαδικασία βιωματικής προσέγγισης της γνώσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μια πρόταση διδασκαλίας της ενότητας της χημείας, Απλά Κολλοειδή, με τη μέθοδο διδασκαλίας της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης (e-learning). Αρχικά, δημιουργήθηκε μια ηλεκτρονική ιστοσελίδα με εκπαιδευτικό χαρακτήρα που περιλαμβάνει το απαραίτητο εκπαιδευτικό υλικό για την κατανόηση της ενότητας των κολλοειδών. Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε ειδικό πολυμεσικό υλικό (βίντεο), στο οποίο παρουσιάζονται ολοκληρωμένα πειράματα πάνω στο αντικείμενο των απλών κολλοειδών και στις ιδιότητες τους. Δημιουργήθηκαν φύλλα εργασίας για την αξιολόγηση των γνώσεων που αποκομίσθηκαν από την μελέτη αυτής της ενότητας της χημείας. Το εκπαιδευτικό και πολυμεσικό υλικό ενσωματώθηκαν σε σύστημα διαχείρισης μαθημάτων, στο Moodle. Οι διδακτικοί στόχοι (κατά Βloom) της διπλωματικής εργασίας είναι οι εξής: Οι εκπαιδευόμενοι να μπορούν να περιγράψουν έννοιες που αφορούν τα κολλοειδή συστήματα διασποράς. Να προσδιορίζουν τις διαφορές ανάμεσα στα λυόφοβα, στα λυόφιλα και στα αμφίφιλα κολλοειδή συστήματα. Να δύνανται να διατυπώσουν νόμους και μαθηματικούς τύπους σχετικές με τις ιδιότητες των κολλοειδών συστημάτων. Να ανακαλύπτουν μέσα από τις πειραματικές διαδικασίες, τις ιδιότητες και τις εφαρμογές των κολλοειδών έτσι ώστε να συγκρίνουν τη θεωρία με το πειραματικό αποτέλεσμα. Να αξιολογούν οι εκπαιδευόμενοι την γνώση που απέκτησαν από την επίλυση των φύλλων εργασίας και των διαδραστικών ερωτήσεων αξιολόγησης. Επιλέχθηκε το θέμα αυτό γιατί σύμφωνα με ανάλογες μελέτες που έχουν γίνει, προέκυψε πως παρανοήσεις των μαθητών πάνω στο θέμα της ύλης, σύνθεση της ύλης 4

5 προέρχονται κυρίως από το γεγονός ότι διδάσκονται αυτή την ενότητα της χημείας μέσα από το κλασσικό βιβλίο του σχολείου ή κάποιο ανάλογο, χωρίς την ουσιαστική αλληλεπίδραση με το φαινόμενο. Συνήθως παρατίθενται μεμονωμένες οι έννοιες χωρίς να υπάρχει σύνδεση μεταξύ τους. Τα κολλοειδή αποτελώντας ένα τμήμα αυτής της ενότητας, έχει παρατηρηθεί πως υπάρχουν αρκετές παρανοήσεις σε σχέση με τα διαλύματα, τα μείγματα, τα αιωρήματα και μία ευρύτερη δυσκολία στον διαχωρισμό τους. Αυτό παρατηρήθηκε πως προέρχεται από το ότι είναι βαθύτατα επηρεασμένοι από τις καθημερινές εμπειρίες που συνήθως έρχονται σε αντίθεση με την πραγματική επιστημονική εξήγηση. Το εκπαιδευτικό εργαλείο που αναπτύσσεται σε αυτή τη εργασία θεωρούμε πως μπορεί να αποτελέσει μία πρόταση για την εισαγωγή της ενότητας των κολλοειδών που ελάχιστα αναφέρεται κατά τη διδασκαλία της χημείας, ώστε να αποτελέσει μία πρώτη επαφή με τις βασικές έννοιες των κολλοειδών. Στη συνέχεια να βοηθήσει με τα εργαλεία που παρέχονται στη βαθύτερη κατανόηση των κολλοειδών και εντέλει να προσφέρει μία μικρή τμηματική βοήθεια στη αποσαφήνιση της ευρύτερης έννοιας της ύλης. Η διπλωματική εργασία απαρτίζεται από τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος γίνεται εκτενής αναφορά στην εισαγωγή του ηλεκτρονικού υπολογιστή στην εκπαιδευτική διαδικασία και στην μέθοδο της διδασκαλίας από απόσταση (e-learning). Ακόμη, γίνεται περιγραφή του συστήματος διαχείρισης μαθημάτων, Moodle. Τέλος, γίνεται μία περιγραφή για τους διδακτικούς στόχους σύμφωνα με την θεωρία του Bloom. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζονται το εκπαιδευτικό θεωρητικό και πειραματικό υλικό που εισήχθη υπό μορφή ηλεκτρονικής σελίδας και εκτυπώσιμης μορφής.pdf στο σύστημα διαχείρισης μαθημάτων καθώς επίσης και τα φύλλα εργασίας για την αυτοαξιολόγηση των εκπαιδευομένων. Στο τρίτο μέρος παρουσιάζονται τα ηλεκτρονικά προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν τόσο για την ανάπτυξη της ηλεκτρονικής σελίδας όσο και για την επεξεργασία των εικόνων. Περιγράφεται εκτενώς, επίσης, η δομή και η οργάνωση του της ενότητας των κολλοειδών στο Moodle του Τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. 5

6 Περίληψη Σε αυτή την εργασία μελετούμε την ανάπτυξη πολυμεσικού, εκπαιδευτικού υλικού με θέμα «Απλά κολλοειδή» καθώς και την ενσωμάτωση και διάθεση του σε σύστημα διαχείρισης μαθημάτων. Η εργασία αυτή αποτελεί μια πρόταση διδασκαλίας ενός κεφαλαίου της χημείας, που δεν συναντάται στην ύλη της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, μέσω της διδασκαλίας εξ αποστάσεως. Αρχικά, δημιουργήθηκε μια ηλεκτρονική ιστοσελίδα με εκπαιδευτικό χαρακτήρα που περιλαμβάνει το απαραίτητο εκπαιδευτικό υλικό για την κατανόηση της ενότητας των κολλοειδών. Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε ειδικό πολυμεσικό υλικό (βίντεο), στο οποίο παρουσιάζονται ολοκληρωμένα πειράματα πάνω στο αντικείμενο των απλών κολλοειδών και στις ιδιότητες τους. Δημιουργήθηκαν φύλλα εργασίας για την αξιολόγηση των γνώσεων που αποκομίσθηκαν από την μελέτη αυτής της ενότητας της χημείας. Τελικά το εκπαιδευτικό και πολυμεσικό υλικό ενσωματώθηκαν σε σύστημα διαχείρισης μαθημάτων, στο Moodle. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κολλοειδή, εκπαιδευτικό υλικό, σύστημα διαχείρισης μαθημάτων, moodle, βιντεοσκοπημένα πειράματα, e-learning Abstract In this thesis we study the development of multimedia, educational material on colloids and the integration and distribution through a course management system. This thesis is a proposal of a chapter of chemistry, which is not found in secondary education by teaching with the help of e-learning. Firstly we created an online educational website that includes the necessary educational material for understanding the chapter of colloids. Then, a special multimedia (video) in which experiments about colloids and colloidal properties are presented. We created worksheets for assessing the knowledge gained from studying this section of chemistry. Finally the educational and multimedia content management system was integrated into courses in Moodle. KEYWORDS: colloids, educational material, course management system, moodle, experiments (videos), e-learning 6

7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Σελίδα Πρόλογος 3 Εισαγωγή 4 Περίληψη Abstract 6 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ 1. Μέθοδοι διδασκαλίας και διδακτικοί στόχοι Εκπαίδευση από απόσταση (e- learning) Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές στην «υπηρεσία» της μάθησης Συστήµατα Διαχείρισης Μαθημάτων και το Μοοdle Διδακτικοί στόχοι κατά Bloom 17 ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ 2. Εκπαιδευτικό θεωρητικό υλικό Εισαγωγή Συστήματα διασποράς Είδη Κολλοειδών Συστημάτων Κατάταξη Κολλοειδών Συστημάτων Γενικές Μέθοδοι Παρασκευής Κολλοειδών Συστημάτων Μέθοδοι Διασποράς Μέθοδοι Συσσωμάτωσης Παραδείγματα τεχνικών συσσωμάτωσης Μέθοδοι Διαμερισμού Κολλοειδών Η Κολλοειδής Μονάδα - Μικκύλιο Διάχυτη διπλοστοιβάδα Helmholz. Λυόσφαιρα. Ηλεκτροκινητικό δυναμικό ζ Καθαρισμός κολλοειδών 40 7

8 2.7 Το υδρόλυμα του χρυσού : Ένα ιστορικό κολλοειδές Οπτικές ιδιότητες των κολλοειδών συστημάτων Νόμος του Rayleigh Φαινόμενο Tyndall και ωφέλειες απ' την ύπαρξή του Κινητικές ιδιότητες Έμμεση θερμική κίνηση των μικκυλίων: κίνηση Brown Έννοια της κίνησης Brown Κατακρήμνιση και Διάχυση των κολλοειδών Κατακάθιση ή άνοδος των μικκυλίων Υπερφυγοκέντρηση Εύρεση των χαρακτηριστικών μεγεθών των κολλοειδών συστημάτων Καταστροφή των κολλοειδών συστημάτων Ενεργειακή κατάσταση κολλοειδών συστημάτων και ενεργειακές 53 ανταλλαγές κατά τη δημιουργία τους Κροκίδωση. Κολλοειδές πήγμα Ευαισθητοποίηση και προστασία λυόφοβων κολλοειδών Γαλακτώματα Σταθερότητα των γαλακτωμάτων Γαλακτωματοποιητές και σταθεροποιητές Εφαρμογές γαλακτωμάτων Πηκτές Θιξοτροπία Σημασία των κολλοειδών Ο ρόλος τους στη Βιολογία, τη Φυσιολογία και την Ιατρική Ο ρόλος τους στην καθημερινή ζωή Ο ρόλος τους στη Γεωργία 71 8

9 Ο ρόλος τους στη Βιομηχανία Εκπαιδευτικό πειραματικό υλικό Βιντεοσκοπημένα πειράματα Κανόνες ασφαλείας σε εργαστήριο Πειράματα Τα ρεύματα του χρώματος Πηγμένο γάλα και τυρόγαλα Έκρηξη χρωμάτων Παρασκευή κολλοειδούς από αυγά Διαχωρισμός δειγμάτων σε κολλοειδή, διαλύματα και αιωρήματα Διαχωρισμός δειγμάτων με τη βοήθεια του φαινομένου Tyndall Παρασκευή αφρού για κατάσβεση φωτιάς Παρασκευή κολλοειδούς με απορρυπαντικό σε σκόνη Εκπαιδευτικό υλικό Φύλλα εργασίας Φύλλα εργασίας Ερωτήσεις αξιολόγησης 103 ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ 5. Οργάνωση του μαθήματος Απλά Κολλοειδή στο σύστημα διαχείρισης μαθημάτων Moodle 5.1 Τα ηλεκτρονικά προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του μαθήματος Απλά Κολλοειδή Adobe Dreamweaver CS Adobe Photoshop CS Οργάνωση του μαθήματος Απλά κολλοειδή στο σύστημα διαχείρισης μαθημάτων Moodle Το εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος Σημειώσεις του μαθήματος σε εκτυπώσιμη μορφή (.pdf) 126 9

10 5.2.3 Αυτοαξιολόγιση των εκπαιδευόμενων Πολυμεσικό υλικό Βίντεο πειραμάτων Το περιβάλλον του συστήματος διαχείρισης μαθήματος Moodle Τα εργαλεία του Moodle που χρησιμοποιήθηκαν Συμπεράσματα Βιβλιογραφία

11 ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ 11

12 1.ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ ΚΑΙ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ 1.1 Εκπαίδευση από απόσταση (e- learning) Η εξ αποστάσεως εκπαίδευση αποτελεί ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον με ιδιαίτερη δομή και στόχους όπου ο εκπαιδευόμενος είναι ανεξάρτητος από τη συνεχή παρουσία του διδάσκοντα. Η εξ αποστάσεως εκπαίδευση αποτελεί ένα εκπαιδευτικό περιβάλλον με ιδιαίτερη δομή και στόχους. Η δομή του χαρακτηρίζεται κυρίως από τη γεωγραφική απόσταση που έχει ο διδασκόμενος από το διδακτικό ίδρυμα και το διδάσκοντα καθώς και από τα τεχνικά μέσα που χρησιμοποιούνται προκειμένου να γεφυρωθεί η απόσταση αυτή. Οι στόχοι του περιλαμβάνουν την παροχή εκπαίδευσης ακόμα και σε πληθυσμούς οι οποίοι δεν έχουν πρόσβαση σε αυτήν λόγω των ειδικών τους αναγκών. Το γεγονός ωστόσο ότι στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση ο εκπαιδευόμενος είναι ανεξάρτητος από τη συνεχή παρουσία του διδάσκοντα δε συνεπάγεται αυτόματα την ύπαρξη αυτονομίας στη μάθησή του. Η έννοια της αυτονομίας αφορά στο δικαίωμα που έχει το εκπαιδευόμενο άτομο να αναλαμβάνει την ευθύνη της μαθησιακής του πορείας, και πιο συγκεκριμένα, να ορίζει το σκοπό, το περιεχόμενο, τη μέθοδο και την αξιολόγηση της μαθησιακής του διαδικασίας. Ο όρος εξ αποστάσεως εκπαίδευση έχει να κάνει με ένα εκπαιδευτικό φαινόμενο μεγάλης ποικιλομορφίας, το οποίο παρουσιάζει δυσκολίες τόσο στην περιγραφή όσο και στη συστηματοποίησή του. Το χαρακτηριστικό γνώρισμα αυτής της μεθόδου εκπαίδευσης, δηλαδή η απόσταση ανάμεσα στο διδάσκοντα και στο διδασκόμενο, αποτυπώνεται στην ονομασία της, η οποία θεωρείται και η επιτυχέστερη των προγενέστερών της, καθώς ανταποκρίνεται καλύτερα στην έννοια που καλείται να χαρακτηρίσει. Έχει λοιπόν αντικαταστήσει όρους, όπως σπουδές ή εκπαίδευση δι αλληλογραφίας (correspondence study), σπουδές στο σπίτι (home study), ανεξάρτητες σπουδές (independent study), εξωτερικές σπουδές (external study), εξ αποστάσεως μελέτη (distance learning), εξ αποστάσεως οδηγίες (distance instructions) και εξ αποστάσεως διδασκαλία (distance teaching). Τα χαρακτηριστικά εκείνα που ανήκουν και προσδιορίζουν αυτό που σήμερα ονομάζεται εξ αποστάσεως εκπαίδευση» είναι: η απόσταση που χωρίζει τον διδάσκοντα από τον διδασκόμενο, η παρεμβολή του εκπαιδευτικού οργανισμού στη μαθησιακή διαδικασία, 12

13 η χρήση τεχνικών μέσων, η εξασφάλιση αμφίδρομης επικοινωνίας, η δυνατότητα συναντήσεων και το γεγονός ότι πρόκειται για βιομηχανοποιημένη μορφή εκπαίδευσης. Ενώ οι περισσότεροι ορισμοί επικεντρώνουν το ενδιαφέρον τους στη φυσική απόσταση διδάσκοντα και διδασκόμενου και έχουν ως μέτρο τους τα μέσα μεταφοράς της πληροφορίας προς στους εκπαιδευόμενους και τα μέσα επικοινωνίας μεταξύ μαθητών και εκπαιδευτών, ένας νέος ορισμός με παιδαγωγική διάσταση διατυπώνεται από τον συγγραφέα Λιοναράκη. Σύμφωνα με τον συγγραφέα, εξ αποστάσεως εκπαίδευση είναι αυτή «που διδάσκει και ενεργοποιεί το μαθητή πώς να μαθαίνει μόνος του και πώς να λειτουργεί αυτόνομα προς μία ευρετική πορεία αυτομάθησης και γνώσης». Τα δέκα κριτήρια που αποτυπώνουν τα δεδομένα ενός ορισμού της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης, τα οποία οφείλουν να χαρακτηρίζονται από πολυμορφικότητα, ευελιξία, μετρησιμότητα, διευκόλυνση και μαθητοκεντρισμό, και είναι: ο μαθητής, ο δάσκαλος, η μάθηση, η διδασκαλία, η επικοινωνία, το διδακτικό υλικό, ο τόπος, ο χρόνος, ο εκπαιδευτικός φορέας και η αξιολόγηση. Η εξ αποστάσεως εκπαίδευση ή αλλιώς το e-learning έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: Είναι πάντα και παντού διαθέσιμο, μπορούμε να το επαναλαμβάνουμε. Είναι διαθέσιμο σε όλους που έχουν στην διάθεση τους απλά μέσα, όπως έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή, και δεν απαιτεί οργανωμένους χώρους εκπαίδευσης. Είναι πλούσιο σε περιεχόμενο. Είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό, όταν γίνεται σωστά με προηγμένο τρόπο παρουσίασης: πολυμέσα, βίντεο, ήχος, κείμενα, εικόνες, παραστάσεις, ομιλία, διαλογική συνεργασία. Παραδίδεται με πολλούς τρόπους ώστε να ταιριάζει στις προτιμήσεις του εκπαιδευομένου: αυτοδιδασκαλία, με ασύγχρονη συνεργασία, σύγχρονη διδασκαλία, επικοινωνία τόσο με τον εκπαιδευτή όσο και τους συμμαθητές. Είναι δυνατή η συνεχής βελτίωση του περιεχομένου του αντικειμένου εργαλείων, παρουσίασης. Πραγματοποιείται εξοικονόμηση πόρων και κόστους για όλους τους συμμετέχοντες: Φορείς, Εκπαιδευτές, Εκπαιδευόμενους. Δημιουργία ατομικών προγραμμάτων εκπαίδευσης. 13

14 Παρόλα αυτά όμως, το e-learning έχει και ορισμένα μειονεκτήματα, τα οποία παρατίθενται στη συνέχεια: Η αργή σύνδεση στο Διαδίκτυο ή οι παλαιότεροι υπολογιστές μπορεί να καταστήσουν την πρόσβαση σε υλικό του μαθήματος αρκετά δύσκολο. Η διαχείριση ηλεκτρονικών αρχείων και online λογισμικού εκμάθησης μπορεί μερικές φορές να φαίνεται πολύπλοκη για τους μαθητές με αρχικού επιπέδου δεξιότητες ηλεκτρονικών υπολογιστών. Οι μαθητές μπορούν να αισθάνονται αποκομμένοι από το δάσκαλο και τους συμμαθητές. Κάποια μαθήματα μπορεί να είναι δύσκολο να προσομοιωθούν. 1.2 Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές στην «υπηρεσία» της μάθησης Τα αποθηκευτικά μέσα ενός υπολογιστικού συστήματος μπορούν να συγκρατήσουν μεγάλο όγκο γνώσεων τα οποία μπορούν να προσπελαθούν πολύ γρήγορα. Κατάλληλα προγράμματα χρήσης των αποθηκευμένων γνώσεων (προγράμματα διδασκαλίας) μπορούν να αξιοποιήσουν με τον καλύτερο τρόπο αυτές τις γνώσεις. Ο ηλεκτρονικός υπολογιστής παρέχει την δυνατότητα της αυτοδιδασκαλίας, που έχει σαν αποτέλεσμα ο μαθητής να διδάσκεται όποτε και όσο αυτός θέλει. Η Χημεία μία από τις σημαντικότερες Θετικές επιστήμες. Για την επιτυχή διδασκαλία ενός χημικού θέματος ο δάσκαλος πρέπει να κουβαλά μαζί του πλήθος παραδοσιακού εποπτικού υλικού (πίνακες, χάρτες, μηχανές προβολής, όργανα και αντιδραστήρια), που τις περισσότερες φορές είτε δεν υπάρχουν, είτε από την πίεση του χρόνου αμελεί να τα χρησιμοποιήσει. Ένα πρόγραμμα διδασκαλίας με υπολογιστή μπορεί να εξαλείψει αυτές τις δυσκολίες και να κάνει το μάθημα πιο πλήρες και πιο κατανοητό. Ειδικότερα ο υπολογιστής μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διδασκαλία της Χημείας για: α) Επιδείξεις χημικών μοντέλων. Ο δάσκαλος μπορεί με τη βοήθεια του υπολογιστή να δείξει την κίνηση των μορίων, τη δημιουργία χημικών δεσμών ή το μηχανισμό μιας χημικής αντίδρασης. β) Εξάσκηση σε τεχνικές. Οι μαθητές έχουν τη δυνατότητα να εξασκηθούν σε τεχνικές επίλυσης προβλημάτων όπως η εύρεση του αριθμού οξείδωσης στοιχείου, η εύρεση των συντελεστών μιας χημικής εξίσωσης, οι στοιχειομετρικοί υπολογισμοί κ.α. γ)προσομοίωση εργαστηρίου. Αντί ο μαθητής να 14

15 ασκηθεί στο εργαστήριο, μπορεί να ασκηθεί στην οθόνη του υπολογιστή, να κάνει τις ίδιες ενέργειες που θα έκανε στο εργαστήριο και να παρατηρήσει τα ίδια φαινόμενα που θα παρατηρούσε εκεί. Τελικά, ο ηλεκτρονικός υπολογιστής ως διδακτικό εργαλείο, ως εποπτικό μέσο διδασκαλίας έχει μεγάλη δύναμη γιατί δίνει τη δυνατότητα άμεσης οπτικής αντίληψης σχέσεων, οι οποίες σε τυπική κατάσταση διδασκαλίας δεν μπορούν να γίνουν εύκολα κατανοητές, μιας και δίνεται όχι μόνο η δυνατότητα απεικόνισης εννοιών και αλγορίθμων αλλά και της κίνησης που εγκλείεται μέσα σε κάποια έννοια ή αλγόριθμο. Παράλληλα, δίνει στο μαθητή τη δυνατότητα να ασκηθεί μόνος, τη στιγμή που αυτός θέλει ανάλογα με τα ενδιαφέροντα του. 1.3 Συστήµατα Διαχείρισης Μαθημάτων και το Μοοdle Τα συστήµατα διαχείρισης μάθησης, όπως είναι το Μοοdle (Σ Μ) είναι λογισµικά συστήµατα που στηρίζονται στις τεχνολογίες διαδικτύου για να υποστηρίξουν το παράδειγμα της ανοιχτής και εξ αποστάσεως εκπαίδευσης, µε εύχρηστο, οικονοµικά αποδοτικό και παιδαγωγικά ορθό τρόπο. Τα συστήµατα διαχείρισης μαθημάτων προσφέρουν εξαιρετικό βαθµό ελευθερίας όσον αφορά στον τρόπο μάθησης. Αποτελούν σήµερα το μεγαλύτερο τµήµα της τεχνολογικής υποδοµής των συστηµάτων λογισµικού, µε προσανατολισµό την εκπαίδευση και την κατάρτιση. Τα συστήµατα διαχείρισης μαθημάτων παρέχουν ολοκληρωμένες υπηρεσίες όπως η δημιουργία και η διανοµή μαθησιακού υλικού, η επικοινωνία και η συνεργασία µεταξύ των διαφόρων µερών, η διαχείριση των εκπαιδευτικών οργανισµών κλπ. Επίσης, τα συστήµατα αυτά προσφέρουν ενιαία και οµοιόµορφη διεπαφή πρόσβασης στους μαθητές, στους διδάσκοντες, στους συγγραφείς μαθησιακού υλικού, στους σχεδιαστές του συστήµατος και στους διαχειριστές κ.α. Συγκεκριμένα, το Μοοdle είναι μία εκπαιδευτική πλατφόρμα που παρέχει τόσο στον εκπαιδευτή όσο και στον εκπαιδευόμενο πολλά πλεονεκτήματα. Η πλατφόρμα Moodle διανέμεται σαν λογισμικό ανοιχτού κώδικα μέσω Γενικής Άδειας Δημόσιας Χρήσης GNU. Eίναι δυνατή η λήψη του κώδικα από το Διαδίκτυο, η ελεύθερη και χωρίς περιορισμούς χρήση του, καθώς και επεμβάσεις, διορθώσεις και επαυξήσεις στον κώδικα. Έτσι δεν υπάρχει κόστος αγοράς και περιορισμός αδειών χρήσης. Ειδικότερα τα εργαλεία που παρέχει το moodle είναι τα εξής: 15

16 Δημιουργία κατηγοριών (π.χ. σχολεία) Δημιουργία υποκατηγοριών (π.χ. τάξεις) Δημιουργία μαθημάτων σε κάθε υποκατηγορία Δημιουργία χρηστών ή αυτόματη εγγραφή τους από το σύστημα Αλλαγή ρόλων χρήστη σε διαχειριστή, εκπαιδευτή, εκπαιδευομένου Δυνατότητα ο εκπαιδευτής σε ένα μάθημα να είναι εκπαιδευόμενος σε άλλο (χρήσιμο σε περιπτώσεις επιμόρφωσης) Πλούσιο προφίλ χρήστη (φωτογραφία, τηλέφωνα κλπ) Παρακολούθηση καταγραφικού της δραστηριότητας των χρηστών. Λειτουργίες Μαθημάτων Προσθήκη Πηγών εκπαίδευσης Δημιουργία κειμένου Δημιουργία ιστοσελίδας Σύνδεσμος σε αρχείο ή δικτυακό τόπο Προβολή φακέλου με αρχεία Προσθήκη δραστηριοτήτων Αποστολή Εργασίας (δυνατότητα βαθμολόγησης) Ζωντανή συνομιλία μέσω chat Ψηφοφορίες Forum Συζητήσεων Γλωσσάριο ορολογιών μαθήματος Ατομικό ημερολόγιο (journal) του εκπαιδευόμενου που το βλέπει μόνο εκπαιδευτής, (δυνατότητα βαθμολόγησης) Δημιουργία αλληλεπιδραστικής παράδοσης μαθήματος με ερωτήσεις (δυνατότητα βαθμολόγησης) Δημιουργία τεστ Πολλαπλής επιλογής Κενής λέξης Αντιστοίχηση λέξεων Απάντηση κειμένου Παραμετροποίηση σε μεγάλο βαθμό Πολύ καλό σύστημα αξιολόγησης βαθμολόγησης Wiki Συλλογική συγγραφή κειμένου εργασίας Σύστημα έρευνας μέσω ερωτήσεων πολλαπλής επιλογής Εργαστήριο, όχι με την ευρύτερη έννοια. Η λειτουργία αυτή είναι η πολυπλοκότερη μέσα στην πλατφόρμα, έχει 3 βασικά μέρη: Οι εκπαιδευόμενοι στέλνουν τις εργασίες τους Οι εκπαιδευόμενοι κριτικάρουν με σχόλια τις εργασίες των συναδέλφων τους και τους βαθμολογούν με μια προτεινόμενη βαθμολογία. 16

17 Υπάρχουν τρεις κατηγορίες χρηστών στο Moodle. 1. Oι διαχειριστές. Οι διαχειριστές μπορεί να μην έχουν καμία σχέση με την πραγματική εκπαίδευση των μαθημάτων, παρόλα αυτά προτείνουμε τη δημιουργία κατηγορίας τμήματος όπου τον ρόλο του καθηγητή έχει ο διαχειριστής και τον ρόλο των μαθητών οι εκπαιδευτικοί ώστε να υπάρχει αλληλεπιδραστική εκπαίδευση των καθηγητών από τον διαχειριστή στα πλαίσια του συστήματος. 2. Οι εκπαιδευτικοί ορίζονται ως καθηγητές σε συγκεκριμένα μαθήματα από τον διαχειριστή του συστήματος. Οι εκπαιδευτικοί έχουν πλήρεις δυνατότητες επεξεργασίας των μαθημάτων που είναι ορισμένοι ως καθηγητές. 3. Οι μαθητές είναι χρήστες οι οποίοι έχουν εγγραφεί σε μαθήματα είτε με λέξεις κλειδιά του μαθήματος που τους έχει δοθεί από καθηγητή- υπεύθυνο για το μάθημα που θέλουν να παρακολουθήσουν, είτε έχουν επιλεγεί από τον καθηγητή από τον κατάλογο χρηστών. 1.4 Διδακτικοί στόχοι κατά Bloom O Bloom και οι συνεργάτες του πρότειναν την πρώτη και ευρύτατα γνωστή και αποδεκτή ταξινομία εκπαιδευτικών στόχων, σύμφωνα με την οποία οι εκπαιδευτικοί στόχοι διακρίνονται σε τρεις μεγάλες περιοχές, τη γνωστική περιοχή, στην οποία κατετάγησαν οι στόχοι που σχετίζονται με την απόκτηση της γνώσης και την ανάπτυξη των διανοητικών δεξιοτήτων και ικανοτήτων, τη συναισθηματική περιοχή, στην οποία περιέλαβαν τους στόχους που αναφέρονται σε συναισθήματα, στάσεις, πίστεις και αξίες και την ψυχοκινητική περιοχή, στην οποία ενέταξαν τους στόχους εκείνους που αποβλέπουν στην ανάπτυξη φυσικών δεξιοτήτων, δηλαδή στην εκτέλεση και το συντονισμό των διαφόρων κινήσεων του σώματος. Συγκεκριμένα στην γνωστική περιοχή ανήκουν η γνώση σαν απομνημόνευση με ανάκληση ή αναγνώριση μιας ιδέας ή ενός φαινομένου για το οποίο ο μαθητής απέκτησε εμπειρία στο σχολείο. Η κατανόηση είναι η δυνατότητα του μαθητή να αναδιοργανώνει, να τακτοποιεί κατά άλλο τρόπο και να ερμηνεύει κριτικά τα δεδομένα. Αντιπροσωπεύει ένα υψηλότερο επίπεδο γνώσης. Στην εφαρμογή τα παιδιά πρέπει όχι απλώς να κατανοούν, όπως προηγουμένως, αλλά και να εφαρμόζουν νόμους και θεωρίες για να λύνουν πρακτικά και συγκεκριμένα προβλήματα, να φτιάχνουν χάρτες και διαγράμματα και να εφαρμόζουν σωστά μεθόδους και διαδικασίες. Στην ανάλυση τα παιδιά μπορούν να ξεχωρίζουν τις 17

18 υποθέσεις από τα συμπεράσματα. Δηλαδή, μπορούν να αναλύσουν την οργανική δομή ενός έργου τέχνης, ενός μουσικού κομματιού, ενός λογοτεχνήματος, ενός προβλήματος. Οι αντικειμενικοί στόχοι που περιλαμβάνονται στην κατηγορία της σύνθεσης είναι η ικανότητα του μαθητή να γράψει με καλά οργανωμένο τρόπο, να δώσει μια καλή ομιλία, να γράψει μια δημιουργική εργασία, να σχεδιάσει ένα πείραμα για να επαληθεύσει μια υπόθεση, να χρησιμοποιήσει γνώσεις από διάφορες περιοχές για να λύσει ένα πρόβλημα κτλ. Δηλαδή η σύνθεση αναφέρεται στην ικανότητα του μαθητή να τοποθετεί τα διάφορα μέρη μαζί για να φτιάχνει ένα καινούριο σύνολο. Αξιολόγηση είναι η ικανότητα να κρίνει τη λογική συνοχή ενός γραπτού δοκιμίου, την αξία ενός έργου τέχνης χρησιμοποιώντας αντικειμενικά ή υποκειμενικά κριτήρια. Συνεπώς η αξιολόγηση σχετίζεται με την ικανότητα να κρίνει την αξία του υλικού που χρησιμοποιείται για ένα συγκεκριμένο σκοπό. Αυτό το υλικό είναι δυνατόν να είναι τα συμπεράσματα της έρευνας, θεωρίες, δηλώσεις κτλ. Στην συναισθηματική περιοχή ο Bloom περιέλαβε στόχους που αναφέρονται στο συναίσθημα (αποδοχή, αντίδραση, αξία, οργάνωση και χαρακτηρισμός). Συγκεκριμένα, η αποδοχή η οποία περιλαμβάνει, την ενημέρωση, την επιθυμία για την αποδοχή και την ελεγχόμενη ή επιλεκτική προσοχή, η αντίδραση η οποία αφορά στην ενεργό αντίδραση και συμμετοχή και περιλαμβάνει τη συγκατάθεση στην αντίδραση, την προθυμία για αντίδραση και την ικανοποίηση από την αντίδραση. Επίσης η αξία αφορά στη συσχέτιση μιας αξίας με ένα συγκεκριμένο αντικείμενο, ένα φαινόμενο ή μια συμπεριφορά, και περιλαμβάνει την αποδοχή μιας αξίας, την προτίμηση για μια αξία και τη δέσμευση ή πίστη σε ένα σύνολο αξιών. Στο επίπεδο της οργάνωσης περιλαμβάνονται η σύλληψη της έννοιας μιας αξίας και η οργάνωση ενός συστήματος αξιών. Τέλος, ο χαρακτηρισμός περιλαμβάνει την οργάνωση των αξιών σε μια ολοκληρωμένη φιλοσοφία ζωής και τη συνέπεια προς τις αξίες που αποδέχεται. 18

19 ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ 19

20 2. ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 2.1 Εισαγωγή Είναι γνωστό πως υπάρχουν τρείς καταστάσεις ύλης, η στερεά, η υγρή και η αέρια κατάσταση. Οι μεταπτώσεις από τη μία κατάσταση στην άλλη όπως γνωρίζουμε είναι η τήξη, η εξάτμιση και η εξάχνωση αντίστοιχα. Αυτό ισχύει τόσο για καθαρά συστατικά όσο και για ομοιογενή μίγματα, στα οποία οι χημικές ουσίες συναντώνται σε διασπαρμένη κλίμακα. Η ενδιάμεση κατηγορία υλικών ανάμεσα στα καθαρά συστατικά και στα μοριακά διασπαρμένα συστήματα, όπου παρόλο που το ένα συστατικό είναι μικροδιασπαρμένο σε ένα άλλο, ο βαθμός διασποράς ή το μέγεθος των σωματιδίων είναι πολύ διαφορετικός από αυτών των μοριακών συστημάτων. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται κολλοειδή συστήματα και έχουν πολύ ιδιαίτερες ιδιότητες. Αποτελούνται από μία διασπαρμένη ή ασυνεχή φάση σε μία κατάσταση λεπτού διαμερισμού, η οποία είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη σε ένα μέσο διασποράς ή συνεχή φάση. Η συνεχής και ασυνεχής φάση μπορεί να είναι είτε στερεή είτε υγρή είτε αέρια. Για να δημιουργηθεί κολλοειδές σύστημα, πρέπει η ύλη κολλοειδών διαστάσεων να βρεθεί διασκορπισμένη σε μέσο διασποράς. Επειδή η ύλη αυτή μπορεί να βρίσκεται σε μία απ τις τρείς φυσικές καταστάσεις και το μέσο διασποράς μπορεί επίσης να βρίσκεται σε μία απ τις τρείς φυσικές καταστάσεις, είναι δυνατή, θεωρητικά, η παρασκευή εννέα ειδών κολλοειδών συστημάτων (τα μεσόμορφα παίρνονται ή σαν υγρά ή σαν στερεά). Αυτό είναι δυνατό και στην πραγματικότητα, εκτός απ την περίπτωση αερίου σε αέριο, που η ύπαρξή του είναι δυνατή σε μεγάλη κλίμακα: στη Φύση. Τα περισσότερα τρόφιμα αποτελούνται από κολλοειδή, όπως το ψωμί, το γάλα, το κρέας, τα λαχανικά. Η μαγιονέζα, οι διάφορες πηκτές, η κρέμα Bechamell, η κρέμα Chantilly, οι σάλτσες είναι κολλοειδή συστήματα. Το ψήσιμο των φαγητών έχει σχέση με την κροκίδωση λύση των κολλοειδών. Το κρασί είναι κολλοειδές σύστημα ταννίνης και χρωστικών σε νερό και οινόπνευμα οι αλλοιώσεις του και η παλαίωσή του οφείλονται σε κροκιδώσεις. Ακόμη, το ούζο και η μαστίχα σχηματίζουν γαλάκτωμα με νερό. 20

21 Κολλοειδή συστήματα και τα διαλύματα αποτελούν μίγματα τα οποία συναντάμε στην καθημερινότητά μας και ιδιαίτερα στο χώρο της μαγειρικής και της γαστρονομίας. Να ξεκινήσουμε από το δέσιμο των σαλτσών με τα λιεζόν, την παραγωγή σαλτσών τύπου μαγιονέζα, τα ζελέ και τις πηχτές, τη σαντιγί και τις κρέμες, το γάλα, το γιαούρτι και το κρέας, και άλλα πολλά. Ο όρος «κολλοειδές», ετυμολογικά, προέρχεται από τις λέξεις «κόλλα» και «είδος» και ερμηνεύεται ως «ο όμοιος με την κόλλα». Στη Χημεία, ως «Κολλοειδές», χαρακτηρίζεται το ομογενές μίγμα που περιέχει μικροσκοπικά σωματίδια μιας χημικής ουσίας ομοιόμορφα διασκορπισμένα μέσα σε μια άλλη και που παραμένουν μη αναμείξιμα. Σε ένα διάλυμα (ηλεκτρολύτη ή όχι), τα υπό διασκόρπιση σωματίδια (άτομα ή μόρια) έχουν μέγεθος της τάξης των 10-7 cm (10 εκατομμυριοστά του εκατοστού). Στο κολλοειδές, το μέγεθος των σωματιδίων είναι από 10-7 έως 10-5 cm που σχηματίζουν δομή κολλοειδή (sol) ή πηκτή (gel) που δεν διέρχεται μέσα από κυτταρικές μεμβράνες. Παρά ταύτα παραμένουν διασκορπισμένα, μη παρασυρόμενα από τη βαρύτητα, έτσι ώστε να καθιζάνουν, παραμένοντας έτσι αιωρούμενα. Σε αντίθεση, επίσης, με τα διαλύματα, τα κολλοειδή εμφανίζουν σκέδαση στο φως. Εικόνα 1.Gel Τα σωματίδια του κολλοειδούς μπορεί να είναι στερεά ή σταγονίδια ή ακόμα και αέρια (φυσαλίδες). Όπως στα διαλύματα, υπάρχουν κολλοειδή τα οποία έχουν ως μέσο διασποράς και διασπειρόμενη ουσία και στις τρεις φάσεις (στερεό, υγρό, αέριο), με εξαίρεση τις δύο φάσεις οι οποίες είναι αέριες. Χαρακτηριστικά παραδείγματα κολλοειδών είναι: -Καπνός: Μέσο διασποράς αέριο, διασπειρόμενη ουσία στερεό. -Γαλάκτωμα: Μέσο διασποράς υγρό, διασπειρόμενη ουσία υγρό (συμπεριλαμβάνεται και το γάλα, τη μαγιονέζα). 21

22 Εικόνα 2. Μαγιονέζα -Αφροί: Μέσο διασποράς υγρό, διασπειρόμενη ουσία αέριο (κτυπημένη κρέμα, μαρέγκα, σαντιγύ) Εικόνα 3. Σαντιγύ -Πήκτωμα: Μέσο διασποράς στερεό, διασπειρόμενη ουσία υγρό Παραδείγματα: ζελατίνη Εικόνα 4. Ζελατίνη -Ομίχλη: Μέσο διασποράς αέριο, διασπειρόμενη ουσία υγρό. Εικόνα 5. Ομίχλη 22

23 2.1.1 Συστήματα Διασποράς Τα συστήματα διασποράς αποτελούνται από μία συνεχή Φάση και από μία ασυνεχή. Τα συστήματα αυτά τα κατατάσσουμε σε κατηγορίες με βάση των μεγεθών σωματιδίων. 1. Μοριακές Διασπορές (< 1 nm) Συμμετέχουν σωματίδια αόρατα στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, τα οποία μπορούν να διαπεράσουν ημιπερατές μεμβράνες και διαχέονται γρήγορα. π.χ. ιόντα, μόρια οξυγόνου, γλυκόζη 2. Κολλοειδείς Διασπορές (1 500 nm) Συμμετέχουν σωματίδια τα οποία είναι ορατά στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο αλλά αόρατα στο οπτικό πεδίο. Δεν διαπερνούν ημιπερατές μεμβράνες παρά μόνο ηθμούς χάρτου και η διάχυσή τους είναι αργή π.χ. φυσικά και συνθετικά πολυμερή, αιωρήματα κολλοειδούς αργύρου Ag. Εικόνα 6. Κολλοειδή αιωρήματα 3. Αδρομερείς Διασπορές ( > 500 nm) Συμμετέχουν σωματίδια ορατά στο οπτικό πεδίο τα οποία δεν διαπερνούν ηθμούς χάρτου και δεν διαχέονται π.χ. φαρμακευτικά αιωρήματα και γαλακτώματα. Οι μοριακές διασπορές είναι ομογενή συστήματα, δηλαδή αποτελούν πραγματικά διαλύματα. Οι κολλοειδείς και αδρομερείς διασπορές είναι ετερογενή συστήματα. Εικόνα 7. Μεγάλου μεγέθους αιωρήματα 23

24 2.1.2 Είδη Κολλοειδών Συστημάτων Στα κολλοειδή συστήματα όπως αναφέραμε η διεσπαρμένη φάση βρίσκεται σε λεπτό διαμερισμό και είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη σε συνεχές μέσο διασποράς. Υπάρχουν εννέα (9) συνδυασμοί συνεχούς και ασυνεχούς φάσης. Περιπτώσεις Κολλοειδών Συστημάτων Aerosols : ομίχλη (υγρές σταγόνες αέρας), Καπνός (στερεά σωματίδια αέρας) Γαλακτώματα : ελαιώδης διασπορά σε υδατική συνεχή φάση Sols : Λάσπη (στερεό σε υγρό), χρώματα Αφροπλαστικά : αέριο σε στερεό άμορφο πλαστικό Αίμα : κυτταρικά σωματίδια στον ορό του αίματος Οστά : υδροξυαπατίτης σε κολλαγόνο Μαργαριτάρι : διασπορά στερεού σε στερεό Το πιο απλό παράδειγμα κολλοειδούς που μπορούμε να συναντήσουμε είναι ένα διφασικό σύστημα με μία διασπαρμένη φάση κατανεμημένη σε μία συνεχή. Εικόνα 8.Σχηματική απεικόνιση ενός κολλοειδούς συστήματος Οι διαστάσεις των σωματιδίων ποικίλουν καθώς και το σχήμα τους. Συναντώνται σε μορφή σφαιρών, ράβδων, κύβων και πολλών άλλων. Η μία τους διάσταση κυμαίνεται ανάμεσα σε 1nm-10μm. 24

25 Πίνακας 1. Είδη κολλοειδών συστημάτων Διασκορπισμένη ουσία Αέριο Υγρό Στερεό Αέριο Υγρό Στερεό Μέσο διασποράς Ονομασία Παραδείγματα Αέριο Υγρό Αερόλυμα Αερόλυμα Αιώρημα Αερόλυμα Αερόλυμα Υδρόλυμα Αφρός Γαλάκτωμα Αιώρημα ή Ατμόσφαιρα Σύννεφα, ομίχλη Σκόνη, καπνός Κρέμα Chantilly Νερό σε λάδι AS 2 S 3 σε νερό Αέριο Υγρό Στερεό Στερεό Στερεόλυμα Στερεός αφρός Λύμα ή πηκτή Στερεόλυμα H 2 σε Pd Ζελέ, εγκλείσεις Κολλοειδή συστήματα που συναντούμε στην καθημερινότητα μας είναι ο καπνός που είναι διασπορά υγρών ή στερεών σωματιδίων σε αέρια φάση (aerosols), το γάλα διασπορά υγρών σωματιδίων σε υδάτινη φάση (γαλακτώματα), τα χρώματα διασπορά στερεού σε υγρό (λύματα-sols), τα αφροπλαστικά διασπορά αερίου σε στερεό κ.α. Εικόνα 9. Αerosols Τα περισσότερα παραδείγματα που αναφέρθηκαν παραπάνω πρόκειται για απλά κολλοειδή, όπου διασπαρμένη φάση και φάση διασποράς είναι αρκετά ευδιάκριτες. Στη συνέχεια υπάρχουν τα δικτυωτά κολλοειδή, στα οποία τα στοιχεία είναι σε διαστάσεις κολλοειδών στοιχείων και παράλληλα σχηματίζουν αλληλοδιαπερνώμενα δίκτυα. Παραδείγματα αυτής της κατηγορίας αποτελούν πορώδη στερεά, τα διφασικά γυαλιά και πολλές πηκτές. Ακόμα σε πολλές περιπτώσεις τα συστήματα μπορεί να είναι πολύ πιο πολύπλοκα. Αυτή είναι η κατηγορία των πολλαπλών κολλοειδών όπου μπορούν να συνυπάρχουν τρείς φάσεις, οι δύο από τις οποίες ή και όλες να είναι λεπτά καταμερισμένες. Παράδειγμα αποτελούν τα πορώδη στερεά, όπου στους πόρους των οποίων 25

26 συνυπάρχουν κορεσμένος ατμός και υγρό σε λεπτό διαμερισμό. Υπάρχουν και τα πολλαπλά γαλακτώματα, όπου λεπτά διαμερισμένες σταγόνες μίας υδατικής φάσης βρίσκονται σε ελαιώδεις μικροσταγόνες, που με τη σειρά τους είναι διασπαρμένες σε ένα υδατικό μέσο. 2.2 Κατάταξη Κολλοειδών Συστημάτων Μια διάκριση των κολλοειδών συστημάτων είναι σε λυόφοβα, λυόφιλα και αμφίφιλα κολλοειδή με βάση τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων και μέσου διασποράς. Λυόφοβη είναι εκείνη η επιφάνεια ή η χαρακτηριστική ομάδα που αποφεύγει τη λύση ή την διάλυση ή τον διαλύτη. Τα λύοφιλα έχουν την αντίθετη τάση. Πιο συγκεκριμένα όταν το υγρό μέσο διασποράς είναι το νερό τότε ονομάζονται υδρόφοβα και υδρόφιλα αντίστοιχα. Οι λυόφοβες επιφάνειες μπορούν να μετατραπούν σε λυόφιλες και αντίστροφα. Με τον όρο λυόφοβο περιγράφουμε τις διασπορές υγρών ή στερεών σωματιδίων σε υγρή φάση, οι οποίες παρασκευάζονται με μηχανική ή χημική διεργασία. Με τον όρο λυόφιλα περιγράφουμε τα διαλύματα μακρομορίων. Ένα διάλυμα μακρομορίων είναι ένα λυόφιλο κολλοειδές σύστημα. Είναι δυνατό όμως σε ένα μακρομοριακό σύστημα να συνυπάρχουν και λυόφοβες και λυόφιλες περιοχές. Εικόνα 10.Λυόφοβα και λυόφιλα κολλοειδή Στα λυόφοβα κολλοειδή, η διασπαρμένη φάση και το μέσο διασποράς είναι δύο διαφορετικές φάσεις. Σύμφωνα με αυτό, τα λυόφοβα κολλοειδή είναι μικροετερογενή συστήματα, όπου είναι εμφανής η διφασική περιοχή. Σε αντίθεση τα λυόφιλα κολλοειδή αποτελούν στην πραγματικότητα μια ομογενή φάση χωρίς διφασική περιοχή. 26

27 Τα λυόφιλα κολλοειδή είναι σταθερά κολλοειδή. Σχηματίζουν πραγματικά διαλύματα που παράγονται αυθόρμητα, όταν έλθουν σε επαφή ο διαλύτης και η διαλυμένη ουσία. Επίσης δεν υπόκεινται σε αλλαγές στις εξωτερικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και παραμένουν επ άπειρον σταθερά. Όταν δύο αναμίξιμες φάσεις έρχονται σε επαφή, δε σχηματίζεται αυθόρμητα μικροδιασπορά της μιας στην άλλη φάση. Για την ακρίβεια αν μία μικροδιασπορά αφεθεί σε ηρεμία για πολύ, θα συμβεί ακριβώς το αντίθετο. Το σύστημα θα διαχωριστεί σε δύο ευκρινείς ογκώδεις φάσεις. Σύμφωνα με αυτό τα λυόφοβα κολλοειδή δεν αρέσκονται στο να συνυπάρχουν με τον διαλύτη, δηλαδή να "φοβούνται" τον διαλύτη. Από αυτό προέρχεται και η ονομασία λυόφοβα. Αντίθετα, τα λυόφιλα κολλοειδή αρέσκονται να συνυπάρχουν με το μέσο διασποράς. Στα λυόφιλα κολλοειδή τα διαλυμένα μακρομόρια επηρεάζουν δραματικά τις ιδιότητες του μέσου διασποράς, δεδομένου ότι το ομογενές διάλυμα έχει νέες ιδιότητες, οι οποίες αποτελούν ένα μείγμα των ιδιοτήτων του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Οι θερμοφυσικές ιδιότητες των λυοφίλων, όπως το ιξώδες και η επιφανειακή τάση, είναι σημαντικά διαφορετικές από τις αντίστοιχες ιδιότητες του μέσου διασποράς. Αντίθετα, στα λυόφοβα κολλοειδή οι θερμοφυσικές ιδιότητες του μέσου διασποράς δε μεταβάλλονται σημαντικά με την προσθήκη της διεσπαρμένης φάσης. Στα αμφίφιλα κολλοειδή σχηματίζονται ενώσεις που καλούνται μικκύλια. Τα μικκύλια είναι σφαιρικές διατάξεις σε υδατικό διαλύτη όπου επιμήκεις αλυσίδες άνθρακα συσσωματώνονται προς σχηματισμό υδρόφοβης σφαίρας ενώ ιοντικά άκρα τείνουν προς τα μόρια νερού. 1.Mε τον όρο ιξώδες στη Χημεία και στη Φυσική χαρακτηρίζεται μία από τις ιδιότητες της ύλης, ιδίως των υγρών αλλά και των αερίων, και συγκεκριμένα η αντίσταση που παρουσιάζουν κατά τη ροή τους. Για παράδειγμα, διαφορετικά ρέουν το μέλι, το λάδι και το νερό. 2. Με τον όρο επιφανειακή τάση χαρακτηρίζεται μία από τις ιδιότητες της ύλης η οποία και είναι δύναμη που παρατηρείται ως φυσικό φαινόμενο στην επιφάνεια των υγρών. 27

28 Εικόνα 11. Σχηματισμός μικκυλίου 2.3 Γενικές Μέθοδοι Παρασκευής Λυόφοβων Κολλοειδών Συστημάτων Οι μέθοδοι παρασκευής των κολλοειδών θα μπορούσαν να χωριστούν σε δύο ομάδες: 1. Μέθοδοι διασποράς 2. Μέθοδοι συσσωμάτωσης Στη πρώτη κατηγορία, μία ογκώδης φάση μικροδιασπείρεται μέχρι κολλοειδείς διαστάσεις σε μία άλλη φάση. Στην δεύτερη κατηγορία, αρχίζοντας από μοριακά διαλύματα, δημιουργούνται τέτοιες συνθήκες, όπου τα χωριστά μόρια συνενώνονται σχηματίζοντας συσσωματώματα κολλοειδών διαστάσεων. Πρέπει να σημειώσουμε ότι η παραπάνω διάκριση, αν και χρήσιμη, δεν είναι απόλυτη. Κοινό χαρακτηριστικό των μεθόδων της πρώτης κατηγορίας είναι ότι αυτές ξεκινούν από ύλη διαστάσεων πάνω από 500 μm (αδρομερή) και των μεθόδων της δεύτερης κατηγορίας ότι ξεκινούν από ύλη διαστάσεων μικρότερων του 1 μm, δηλαδή από διαλύματα. Η πράξη της παρασκευής κολλοειδών συστημάτων από ύλη κολλοειδών διαστάσεων ή από χονδροειδή ύλη λέγεται «πέψη». Το μέτρο είναι η θεμελιώδης μονάδα μέτρησης του μήκους. Το μικρόμετρο είναι υποδιαίρεση του μέτρου. μm μικρόμετρο = 10 6 m 28

29 2.3.1 Μέθοδοι Διασποράς 1. Μηχανική πέψη Το συστατικό (στερεό, άμορφο ή μεσόμορφο) κατανέμεται πρώτα σε κολλοειδείς διαστάσεις και διασκορπίζεται, με την προϋπόθεση βέβαια ότι για υγρό μέσο διασποράς, η ύλη που διασκορπίζεται, είναι αδιάλυτη σ αυτό ή το μέσο είναι κορεσμένο σ αυτή. Μετά τη διασπορά, πολύ σπάνια μετατρέπεται αυτόματα σε κολλοειδές σύστημα με το μέσο διασποράς. Οι κολλοειδείς μονάδες έχουν έμμεση θερμική κίνηση, με ορισμένη συχνότητα που οδηγεί σε συγκρούσεις μεταξύ τους και με τα τοιχώματα των δοχείων που περιέχουν το κολλοειδές σύστημα. Τη συχνότητα αυτή ακριβώς πρέπει να δώσουμε με μηχανικά μέσα, για να γίνει η πέψη και να δημιουργηθεί κολλοειδές σύστημα. Αυτό πετυχαίνεται μερικές φορές με απλή ανάδευση ή κατά τη λειοτρίβηση της ουσίας, στον κολλοειδόμυλο, αν θέλουμε ο υγρός φορέας που χρησιμοποιούμε να είναι και το μέσο διασποράς. Εικόνα 12. Σχηματική αναπαράσταση κολλοειδόμυλου Χρησιμοποιούνται, ακόμη, υπέρηχοι. Ο χρόνος εφαρμογής του παλμού πρέπει να είναι μικρός, γιατί ο μεγαλύτερος χρόνος αποτελεί και αίτιο καταστροφής των κολλοειδών συστημάτων. 29

30 Εικόνα 13. Συσκευή υπερήχων 2. Πέψη με ιόντα Επειδή οι κολλοειδείς μονάδες πρέπει συγχρόνως να φορτιστούν, η πέψη βοηθείται και με προσθήκη μικρών ποσοτήτων ηλεκτρολυτών όπου ιόντα τους, με συγκεκριμένο είδους φορτία, συγκρατούνται από τις κολλοειδείς μονάδες. Τα μικρά αυτά ποσά ηλεκτρολυτών λέγονται: «μέσα πέψης» ή «αιωρηματικές ουσίες». Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται για την παρασκευή κολλοειδών συστημάτων στερεών, άμορφων ή υγρών σε ρευστά μέσα διασποράς. Τα ποσά ηλεκτρολύτη που προσθέτονται πρέπει να είναι μικρά, γιατί μεγαλύτερα ποσά αποτελούν παράγοντα καταστροφής των κολλοειδών συστημάτων. 3. Πέψη με πλύση Για τον παραπάνω λόγο, αν απομακρυνθεί η περίσσεια των ιόντων από το ίζημα, που χρειάστηκε για την παρασκευή του, και το κολλοειδές ανήκει στην κατηγορία των αντιστρεπτών, το ίζημα παθαίνει πέψη. Απομάκρυνση της περίσσειας των ιόντων γίνεται με πλύση ή με διαπίδυση και ηλεκτροδιαπίδυση. Η ηλεκτροδιαπίδυση ή ηλεκτροδιάλυση είναι μια ηλεκτροχημική διεργασία απομάκρυνσης ιόντων ή ιοντογενών ουσιών από το νερό ή άλλα υγρά, που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά αγώγιμες μεμβράνες κατάλληλης εκλεκτικότητας και ένα ηλεκτρικό δυναμικό για να προκαλέσει μεταφορά ιόντων. 30

31 2.3.2 Μέθοδοι Συσσωμάτωσης Οι καθοριστικοί παράγοντες στις μεθόδους συσσωμάτωσης είναι η παραγωγή των πυρήνων, η αύξηση τους και η σταθεροποίηση τους. Οι πυρήνες αυτοί σχηματίζονται μόνο σε υπερκορεσμένα συστήματα. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ο απαιτούμενος υπερκορεσμός προκύπτει με την παραγωγή προϊόντων ελάχιστα διαλυτών στο δεδομένο διαλύτη, ή προσθέτοντας στο διάλυμα ένα άλλο συστατικό, το οποίο μειώνει την διαλυτότητα της προς διασπορά ουσίας. Καταρχήν, κάθε αντίδραση ιζηματοποίησης μπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή κολλοειδούς, αρκεί η αντίδραση να γίνεται υπό ελεγχόμενες συνθήκες αύξησης του μεγέθους των σωματιδίων. Η αύξηση αυτή καθορίζεται τόσο από τις συνθήκες υπερκορεσμού όσο και από την συσσωμάτωση των μικροσωματιδίων προς μεγαλύτερα σωματίδια. Ένας αργός ρυθμός παραγωγής νέων πυρήνων και μία γρήγορη συσσωμάτωση οδηγούν στο σχηματισμό ενός μικρού αριθμού μεγάλων σωματιδίων. Αντίθετα, ένας υψηλός ρυθμός παραγωγής νέων πυρήνων (π.χ. με αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων) και μία αργή συσσωμάτωση οδηγούν σε λεπτές διασπορές. Το διάλυμα που περιέχει αυτή τη μεγαλύτερη δυνατή ποσότητα διαλυτής ουσίας καλείται κορεσμένο διάλυμα. Σε αντίθετη περίπτωση το διάλυμα ονομάζεται ακόρεστο. Υπάρχουν και διαλύματα, στα οποία επιτυγχάνεται διάλυση μιας ουσίας στον διαλύτη σε μεγαλύτερη ποσότητα από αυτήν που θα υποδείκνυε η υπό κανονικές συνθήκες διαλυτότητά της. Στην περίπτωση αυτή - που απαιτεί ιδιαίτερες συνθήκες - το διάλυμα ονομάζεται υπέρκορο και η διαδικασία. υπερκορεσμός. 1. Διπλή αντικατάσταση Πρόκειται για αντίδραση διπλής αντικατάστασης, που οδηγεί σε ίζημα κολλοειδών διαστάσεων, αν τηρηθούν ορισμένες αρχικές συνθήκες. Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης ονομάζονται οι χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται ανάμεσα σε δύο ηλεκτρολύτες σε ένα υδατικό διάλυμα. Α + Β + Γ+Δ Α + Δ + Γ + Β Σχήμα Αντίδραση Διπλής αντικατάστασης 31

32 Τα αρχικά διαλύματα που αντιδρούν, πρέπει να είναι πολύ αραιά ή πολύ πυκνά. Με τη μέθοδο αυτή παρασκευάζονται κολλοειδή συστήματα σχεδόν όλων των ιζημάτων, που μπορούν να δημιουργηθούν με διπλή αντικατάσταση. 2. Αναγωγή Αν σε διάλυμα μεταλλικού άλατος επιδράσει αναγωγικό μέσο το μέταλλο που αποβάλλεται, είναι συνήθως κολλοειδών διαστάσεων αν η αντίδραση είναι αρκετά γρήγορη, δηλαδή το αναγωγικό μέσο αρκετά έντονο. Ως αναγωγικά μέσα χρησιμοποιούνται συνήθως υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα, φώσφορος φορμαλδεϋδη, υδραζίνη, διχλωριούχος κασσίτερος κ.α. 3. Οξείδωση Γρήγορες οξειδώσεις διαλυμάτων διαφόρων ουσιών οδηγούν κι αυτές σε κολλοειδή συστήματα. Έτσι διαλύματα H 2 S, H 2 Se, H 2 Te με έντονη οξείδωση με οξυγόνο, πυκνού νιτρικού οξέος HNO 3, σχηματίζουν κολλοειδή συστήματα θείου, σελήνιου και τελλούριου αντίστοιχα. 4. Υδρόλυση Η υδρόλυση των ιόντων διαφόρων αλάτων, που προήλθαν από αλληλεπιδράσεις ισχυρού οξέος με ασθενή βάση ή ισχυρή βάσης με ασθενές οξύ οδηγεί σε κολλοειδές σύστημα. Η υδρόλυση ευνοείται με αραίωση και θέρμανση, γι αυτό χρησιμοποιούμε αραιό διάλυμα της ουσίας. 1.Οξειδωτικά σώματα (λέγονται και οξειδωτικά μέσα) είναι εκείνα που μπορούν να προκαλέσουν οξείδωση, δηλαδή τα σώματα που περιέχουν χημικά στοιχεία που μπορούν να αποσπάσουν ηλεκτρόνια από άλλα στοιχεία. 2. Αναγωγικά σώματα (λέγονται και αναγωγικά μέσα ή και αντιοξειδωτικά) είναι εκείνα που μπορούν να προκαλέσουν αναγωγή, δηλαδή τα σώματα που περιέχουν χημικά στοιχεία που μπορούν να προσφέρουν ηλεκτρόνια σε άλλα στοιχεία. Τα χημικά στοιχεία των αναγωγικών σωμάτων παθαίνουν οξείδωση. 3. Με τον όρο υδρόλυση, η διαδικασία -χημική αντίδρασηκατά την οποία διασπώνται οι χημικοί δεσμοί μιας χημικής ένωσης υπό την επίδραση (προσθήκη) του νερού. 5. Αλλαγή διαλυτικού Αν σε διάλυμα μιας ουσίας προστεθεί υγρό μέσο όπου είναι αδιάλυτη, δημιουργείται κολλοειδές σύστημα στο νέο μέσο διασποράς. 32

33 6. Ηλεκτρικό τόξο (Bredig-Svedberg) Αν σε νερό δημιουργηθεί τόξο (με τάση V) με ηλεκτρόδια από το ίδιο μέταλλο, το μέταλλο με την επίδραση της ψηλής θερμοκρασίας που δημιουργείται, λιώνει και εξατμίζεται ή εξαχνώνεται. Οι ατμοί ψύχονται απότομα στο νερό μακριά απ το σημείο της ψηλής θερμοκρασίας και συμπυκνώνονται σε κολλοειδείς διαστάσεις, σχηματίζοντας κολλοειδές σύστημα σε νερό Παραδείγματα τεχνικών συσσωμάτωσης Ορισμένα τυπικά παραδείγματα τεχνικών συσσωμάτωσης: 1. Παρασκευή κολλοειδούς θείου Η παρασκευή γίνεται με οξείδωση διαλύματος υδρόθειου με οξυγόνο ή διοξείδιο του θείου: 2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O 2H 2 S + SO 2 3S + 2H 2 O Το μεγαλύτερο ποσοστό του παραγόμενου θείου αποβάλλεται σε κολλοειδή κατάσταση. Οι αντιδράσεις γίνονται με απουσία ηλεκτρολυτών. 2. Παρασκευή κολλοειδούς χρυσού Η παρασκευή γίνεται με αναγωγή χλωριοχρυσικού οξέος με υπεροξείδιο του υδρογόνου: 2HAuCl 4 + 3H 2 O 2 2Au + 8HCl + 3O 2 3. Παρασκευή οργανολύματος νικελίου Η παρασκευή γίνεται με θερμική αποσύνθεση του νικελοτετρακαρβονυλίου σε οργανικό διαλύτη με την προσθήκη μικρής ποσότητας σταθεροποιητικού: 33

34 Ni(CO) 4 Ni + 4CO 4. Παρασκευή υδρολύματος υδροξειδίου του σιδήρου Ένα άλας υδρολύεται όταν το άλας είναι προϊόν επίδρασης οξέος και βάσης, όπου το οξύ ή η βάση ή και τα δύο είναι ασθενή. Το συγκεκριμένο κολλοειδές παρασκευάζεται με υδρόλυση του τριχλωριούχου σιδήρου ή του οξικού σιδήρου: FeCl 3 + 3H 2 O Fe(OH) 3 + 3HCl 5. Παρασκευή υδρολύματος βρωμιούχου αργύρου Η παρασκευή γίνεται με καθίζηση του δυσδιάλυτου βρωμιούχου αργύρου με τη αλληλεπίδραση δύο ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων (αντίδραση διπλής αντικατάστασης): Κολοφώνιο Στερεό κίτρινο κατακάθι από την απόσταξη της ρητίνης διάφορων κωνοφόρων δέντρων. Το όνομά του το οφείλει στην ιωνική πόλη Κολοφώνα. Το κολοφώνιο διαλύεται εύκολα στο οινόπνευμα και τον αιθέρα. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή βερνικιών, πίσσας για τα ξύλινα πλοία, ηλεκτρικών μονωτικών κ.ά. Ελαστικό κόμμι Το καουτσούκ είναι ένα φυσικό πολυμερές προϊόν που προέρχεται ακατέργαστο από διάφορα τροπικά φυτά τα καουτσουκόδενδρα. Λέγεται και ελαστικό κόμμι. AgNO 3 + KBr AgBr + KNO 3 Στην συγκεκριμένη περίπτωση αξιοποιείται το γεγονός ότι τα ιόντα του αργύρου ή του βρωμίου μειώνουν το ρυθμό συσσωμάτωσης του βρωμιούχου αργύρου. Χρησιμοποιώντας με αυτόν τον τρόπο περίσσεια νιτρικού αργύρου ή βρωμιούχου καλίου παράγεται ένα σταθερό κολλοειδές. 6. Παρασκευή υδρολυμάτων με υποβιβασμό της διαλυτότητας Η μείωση της διαλυτότητας μίας ουσίας σε ένα διαλύτη δημιουργεί τις προϋποθέσεις υπερκορεσμού για την παραγωγή κολλοειδούς διασποράς της ουσίας. Με τη μέθοδο αυτή παρασκευάζονται υδρολύματα κολλοφωνίου, ελαστικού κόμμεως, μαστίχας, φωσφόρου, θείου κ.λ.π, με την προσθήκη αλκοολικών διαλυμάτων τους σε περίσσεια νερού. Στο φαινόμενο αυτό οφείλεται και το θόλωμα του ούζου κατά την προσθήκη νερού (σχηματισμός κολλοειδούς ανηθόλης, καθώς, η διαλυτότητα της στο αλκοολικό διάλυμα μειώνεται με την προσθήκη νερού). 34

35 7. Παρασκευή κολλοειδών με συμπύκνωση ατμών Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται μια τυπική συσκευή που φαίνετα. Τα δοχεία Α γεμίζονται με τον διαλύτη ενώ η προς διασπορά ουσία ευρίσκεται σε άλλο δοχείο Β. Τα δοχεία Α1 και Α2 εμβαπτίζονται σε υγρό άζωτο και η διάταξη απαερώνεται μέσω της ψυχροπαγίδας με εφαρμογή κενού. Το εσωτερικό δοχείο πληρούται με υγρό άζωτο και τα πλευρικά δοχεία Α και Β θερμαίνονται. Οι προκύπτοντες ατμοί συμπυκνώνονται στην επιφάνεια του δοχείου Ρ. Το υγρό άζωτο απομακρύνεται από το δοχείο Ρ, οπότε το στερεό μίγμα, το οποίο έχει δημιουργηθεί στην επιφάνεια του, υγροποιείται και στάζει ως κολλοειδής διασπορά στο δοχείο. Με τη μέθοδο αυτή παράγονται πολύ καθαρά κολλοειδή πολλών ουσιών. 8. Πολυμερισμός γαλακτώματος Μεγάλη βιομηχανική σημασία έχει ο πολυμερισμός γαλακτώματος. Κατά τη διάρκεια αυτού, το μονομερές, το οποίο είναι ελάχιστα διαλυτό στο νερό, διασπείρεται σε κολλοειδείς διαστάσεις στη συνεχή υδατική φάση. Στην περίπτωση αυτή όμως, ο εκκινητής είναι αδιάλυτος στο μονομερές και διαλυτός στο υδατικό μέσο διασποράς. Ο πολυμερισμός πραγματοποιείται στη συνεχή υδατική φάση ενώ οι σταγόνες του μονομερούς χρησιμοποιούνται, σαν πηγή του μονομερούς. Όταν το αυξανόμενο πολυμερές στο διάλυμα φθάνει ένα κρίσιμο μοριακό βάρος, αρχίζει μία διαδικασία εμπυρήνωσης και ο σχηματισμός αδιάλυτων σωματιδίων πολυμερούς. Στη Χημεία ο όρος πολυμερισμός αποτελεί συνοπτική ονομασία των χημικών αντιδράσεων που δημιουργούν πολυμερείς ενώσεις, δηλαδή ενώσεις με μακρομόρια (μεγάλου πλήθους ατόμων), που έχουν ως επακόλουθο χαρακτηριστικό το μεγάλο μοριακό βάρος τους. 2.4 Μέθοδοι Διαμερισμού Κολλοειδών 1. Λειοτρίβηση με μύλους Σύμφωνα με τις μεθόδους αυτές διαμερισμού ή διασκορπισμού, οι ουσίες τέμνονται ή υποδιαιρούνται σε κολλοειδή σωματίδια με την χρήση διαφόρων μύλων. Οι πιο συνηθισμένοι είναι οι σφαιρόμυλοι. Η ουσία εισάγεται στους σφαιρόμυλους μαζί με 35

36 μεταλλικά σφαιρίδια. Η ουσία πρέπει να περιέχει μικρή ποσότητα υγρασίας. Καθώς ο σφαιρόμυλος περιστρέφεται, θρυμματίζεται η προς διαμερισμό ουσία. Οι διαστάσεις των σωματιδίων που λαμβάνουμε είναι της τάξης των 50 μm, επειδή ο θρυμματισμός στη συνέχεια ακολουθείται από συσσωμάτωση. Αν όμως προστεθεί αδρανής ουσία, που μπορεί να δράσει ως μέσο διασποράς, τότε μπορεί να ληφθούν λεπτότερα σωματίδια μέχρι και 1μm. Η χρήση κολλοειδομύλων π.χ. του μύλου Plauson, μπορεί να δώσει πολύ λεπτότερες διασπορές. Κατά τη διάρκεια της μεθόδου αυτής, η προς διασπορά ουσία, λειοτριβείται αρχικά, στη συνέχεια αναμιγνύεται με ποσότητα του μέσου διασποράς και εισάγεται με πίεση. 2. Διαμερισμός με ανάδευση Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατός ο διασκορπισμός ενός υλικού σε κολλοειδείς διαστάσεις με απλή μηχανική ανάδευση. Αν η συχνότητα της μηχανικής ανάδευσης δεν είναι επαρκής, τότε είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν υπέρηχοι, των οποίων η συχνότητα είναι πολύ μεγαλύτεροι από αυτούς που λαμβάνει το ανθρώπινο αυτί. Η μηχανική ανάδευση δεν επαρκεί για τον διαμερισμό του υλικού, οπότε προστίθενται στα συστήματα μικρές ποσότητες ηλεκτρολυτών, που συντελούν στην πέψη του κολλοειδούς. 3. Ηλεκτροχημικός διαμερισμός Η μέθοδος στηρίζεται στο διαμερισμό κράματος ενός μετάλλου με νάτριο με ηλεκτρόλυση σε νερό, οπότε το νάτριο αντιδρά με το νερό και το μέταλλο διασπείρεται σε κολλοειδής διαστάσεις. Για παράδειγμα κολλοειδής μόλυβδος παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση υδατικού διαλύματος καυστικού νατρίου με κάθοδο μολύβδου και με ορισμένη πυκνότητα ρεύματος, ώστε σχηματίζεται επιφανειακά στο μόλυβδο κράμα με το νάτριο. Όμως το κράμα αυτό, λόγω της αντίδρασης του με το νερό καταστρέφεται, με αποτέλεσμα ο μόλυβδος να βρίσκεται σε λεπτό κολλοειδή διαμερισμό και το διάλυμα να μαυρίζει. Με τον ίδιο τρόπο μπορούν να παρασκευαστούν εύκολα κολλοειδή αρσενικού, αντιμονίου και βισμουθίου. 4. Διαμερισμός με ψεκασμό Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται στο διαμερισμό υγρού σε κολλοειδείς διαστάσεις μέσα σε αέρια φάση (παρασκευή αερολύματος aerosol). Οι χρησιμοποιούμενες συσκευές είναι ανάλογες των ευρέως χρησιμοποιούμενων συσκευών ψεκασμού. 36

37 5. Γαλακτωματοποίηση και αιωρηματοποιήση Η διασπορά ενός υγρού μέσα σε ένα άλλο μπορεί να γίνει με μηχανικά μέσα. Πολλές φορές επαρκεί μία απλή ανάδευση, ενώ σε άλλες απαιτούνται πιο ισχυρές δυνάμεις. Η διεπιφανειακή τάση είναι αυτή καθορίζει την επιτυχία μίας διεργασίας γαλακτωματοποίησης. Όσο μικρότερη η διεπιφανειακή τάση, τόσο ευκολότερη και η γαλακτωματοποίηση. Η διεπιφανειακή τάση μπορεί να υποστεί τροποποιήσεις, με τη βοήθεια ειδικών τασιενεργών ουσιών, των γαλακτωματοποιητών. Μία ακόμη τεχνική είναι η αιωρηματοποίηση, κατά την οποία διαμερίζεται σε κολλοειδείς διαστάσεις η πρόδρομη ουσία του τελικού κολλοειδούς σωματιδίου. Έτσι ένα υγρό αντιδραστήριο μπορεί να γαλακτωματοποιηθεί και στη συνέχεια να αφεθεί να αντιδράσει σχηματίζοντας κολλοειδή διασπορά στερεών σωματιδίων, των οποίων το μέγεθος και η κατανομή μεγεθών καθορίζεται από τα αντίστοιχα μεγέθη του πρόδρομου γαλακτώματος. Συνήθως εφαρμόζεται στον πολυμερισμό αιωρήματος, κατά τον οποίο ένα γαλάκτωμα σταγόνων του μονομερούς σταθεροποιείται με ειδικές τασιενεργές ουσίες και πολυμερίζεται με την προσθήκη ενός εκκινητή, ο οποίος είναι διαλυτός στις σταγόνες του μονομερούς. Ο πολυμερισμός λαμβάνει χώρα μέσα στις σταγόνες, οδηγώντας στο σχηματισμό του πολυμερούς latex. Εικόνα 15. Υλικό latex 2.5 Η Κολλοειδής Μονάδα - Μικκύλιο. Τα μικκύλια σχηματίζονται με αυτοοργάνωση των μορίων αμφίφιλων συμπολυμερών σε υδατικά διαλύματα. Αν το ίδιο μόριο μιας ουσίας έχει κολλοειδείς διαστάσεις, όπως αυτό συμβαίνει σε πλήθος οργανικών ενώσεων, η κολλοειδής μονάδα θα είναι μονομοριακή (μοριακά 37

38 κολλοειδή), αλλιώς αυτή θα αποτελείται από τέτοιο αριθμό μορίων, ώστε το σύνολο να αποκτήσει κολλοειδείς διαστάσεις. Έτσι η κολλοειδής μονάδα αποτελείται από ν μόρια, όπου το ν δυνατό να είναι και 1. Ο αριθμός νμ δείχνει το «μοριακό βάρος» της κολλοειδούς μονάδας, αν Μ το μοριακό βάρος της ουσίας. Αν ο αριθμός αυτός (εκφρασμένος σε gr) διαιρεθεί με το ειδικό βάρος της ουσίας και τον αριθμό Loschmidt, βρίσκεται ο όγκος της κολλοειδούς μονάδας: Θεωρώντας τη μονάδα αυτή σφαιρικού σχήματος, προκύπτει με τον παρακάτω τύπο η διάμετρός της: Με τη βοήθεια του τύπου αυτού προσδιορίζεται ο αριθμός των μορίων της ουσίας για κάθε κολλοειδή μονάδα για τα ακραία όρια των κολλοειδών διαστάσεων Έτσι, για το ΝaCl (Μ=58,47 και δ=2,17), θα πρέπει να αποτελείται από ν = τουλάχιστον 120 μόρια. Η κολλλοειδής μονάδα, αν ανήκει σε κολλοειδές της κατηγορίας των λυοφίλων, αποτελείται και από μόρια του μέσου διασποράς, που έχουν προσροφηθεί στο μόριο ή στο συγκρότημα μορίων. Οι κολλοειδείς μονάδες είναι πάντοτε φορτισμένες ηλεκτρικά είτε από προσρόφηση ιόντων απ το μέσο διασποράς, είτε απ το μέσο πέψης, ή από τριβή των κολλοειδών μονάδων με το μέσο διασποράς ή και από ιοντισμό. Το είδος του φορτίου, που αποκτούν οι κολλοειδείς μονάδες, μπορεί με βεβαιότητα να προβλεφτεί, αν πρόκειται για λυόφοβο κολλοειδές. Αυτό εξαρτάται απ την ευχέρεια απόσπασης ηλεκτρονίων ή πρόσληψης θετικών ιόντων από την ουσία σε διασπορά καθώς και από την πρόσληψή τους ή απόσπαση τους από το μέσο 38

39 διασποράς αντίστοιχα. Από τα μεγάλα μόρια αποσπώνται ευκολότερα ηλεκτρόνια και προσλαμβάνονται ευκολότερα θετικά ιόντα, σε σχέση με τα μικρότερα μόρια (θετική φόρτιση των κολλοειδών μονάδων). Το είδος του φορτίου αυτού δεν εξαρτάται απ τη θερμοκρασία, ούτε απ το ph του μέσου διασποράς, ούτε απ την ιοντική ισχύ του. Είναι όμως φανερό ότι για την ίδια ουσία σε διασπορά, αν χρησιμοποιηθεί άλλο μέσο διασποράς, που γι αυτό αντιστρέφονται οι παραπάνω όροι φόρτισης, οι κολλοειδείς μονάδες μπορεί να αποκτήσουν αντίθετου είδους φορτίο. Αυτό, γιατί τα στερεά που είναι οξέα κατά Lewis, φορτίζονται αρνητικά και οι βάσεις κατά Lewis, φορτίζονται θετικά. Για τα λυόφιλα κολλοειδή, ισχύουν οι ίδιες γενικά προϋποθέσεις, με τη διαφορά ότι το είδος του φορτίου εξαρτάται και απ τη θερμοκρασία, το ph και την ιοντική ισχύ για το ίδιο μέσο διασποράς. Στην περίπτωση «μοριακών κολλοειδών», αν το μόριο εκπέμπει υδροξόνια και επομένως φορτίζεται αρνητικά, σε μέσο διασποράς που έχει δημιουργηθεί ph μεταξύ 0 και 7, παρεμποδίζεται ο ιοντισμός του οξέος και ευνοείται ο ιοντισμός βάσεων (θετική φόρτιση). Αυτό συμβαίνει συνήθως, όταν το οργανικό μεγαλομόριο έχει και βασικές ομάδες. Έτσι, το είδος του φορτίου μεταβάλλεται με το ph. Εικόνα 16. Μικκύλιο Διάχυτη διπλοστοιβάδα Helmholz. Λυόσφαιρα. Ηλεκτροκινητικό δυναμικό ζ Μέρος των φορτίων, που αποκτήθηκαν με οποιοδήποτε τρόπο από τις κολλοειδείς μονάδες, εξουδετερώνεται από αντίστροφα φορτία, που απέμειναν στο διάλυμα και συνδέονται έντονα με τις φορτισμένες κολλοειδείς μονάδες. Τα υπόλοιπα φορτία για εξουδετέρωση βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση και είναι ευκίνητα, δίνοντας 39

40 φορτίο στο μέσο διασποράς. Η νοερή σφαίρα, που περικλείει την κολλοειδή μονάδα με το φορτίο της και το αντίθετο φορτίο, που εξουδετερώνει μερικά το πρώτο, λέγεται: «λυόσφαιρα». Το συγκρότημα μέσα σ αυτή λέγεται: «μικκύλιο» ή κολλοειδής μονάδα ή τίλη. Το δυναμικό, που αναπτύσσεται μέσα κι έξω απ τη λυόσφαιρα λέγεται «ηλεκτροκινητικό δυναμικό ζ». Η διπλή στοιβάδα ιόντων που δημιουργείται δεξιά και αριστερά της λυόσφαιρας λέγεται «διάχυτη διπλοστοιβάδα Helmholz». Αν θεωρηθεί ότι η διάχυτη διπλοστοιβάδα Helmholz ισοδυναμεί προς ένα πυκνωτή, το δυναμικό ζ θα είναι η τάση μεταξύ των πλακών του πυκνωτή: όπου ζ: το ηλεκτροκινητικό δυναμικό e: στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο, Α : απόσταση των συγκεντρικών σφαιρών, μεταξύ των επιφανειών που δημιουργείται το δυναμικό ζ ε : διηλεκτρική σταθερή του μέσου μεταξύ των σφαιρών. Το συγκρότημα μέσα στη λυόσφαιρα, δηλαδή το μικκύλιο του κολλοειδούς, αποτελεί ξεχωριστή οντότητα. Έτσι, κατά την έμμεση θερμική κίνηση και κατά τις ηλεκτροφορήσεις κινείται ολόκληρο. Τονίζεται ότι μερικές φορές το μέγεθος των μικκυλίων του ίδιου κολλοειδούς δεν είναι το ίδιο για όλα. Τότε το κολλοειδές λέγεται: «πολύτιλο». 2.6 ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΚΟΛΛΟΕΙΔΩΝ Τα κολλοειδή περιέχουν συχνά διαλυτά συστατικά μικρού μοριακού βάρους, τα οποία είναι επιθυμητό να απομακρυνθούν. Οι ηλεκτρολύτες, για παράδειγμα, αποσταθεροποιούν κατά κανόνα τα κολλοειδή υδρολύματα και πρέπει να απομακρύνονται μετά την παρασκευή του κολλοειδούς. Η βασική αρχή στην οποία στηρίζεται ο καθαρισμός των κολλοειδών διαλυμάτων, είναι η διαφορά μεγέθους των κολλοειδών σωματιδίων και των προς απομάκρυνση ουσιών και η ικανότητα των τελευταίων να διέρχονται από τους λεπτούς πόρους μεμβρανών σε αντίθεση με τα κολλοειδή σωματίδια. Καταρχήν, τα λυόφοβα κολλοειδή μπορούν να καθαριστούν με 40

41 τις ίδιες μεθόδους όπως και τα διαλύματα των μακρομορίων. Οι χρησιμοποιούμενες τεχνικές είναι οι εξής: 1. Διαπίδυση Κατά τη διεργασία της διαπίδυσης, το κολλοειδές τοποθετείται σε ένα δοχείο, ο πυθμένας ή τα τοιχώματα του οποίου αποτελούνται από τη μεμβράνη διαπίδυσης. Το δοχείο αυτό τοποθετείται σε ένα μεγαλύτερο δοχείο με καθαρό διαλύτη ή σε μικρό δοχείο όπου, όμως ο διαλύτης διαρκώς ανανεώνεται. Κατά τη διαπίδυση τα ιόντα των ηλεκτρολυτών και οι άλλες διαλυτές ουσίες μικρού μοριακού βάρους εξέρχονται μέσω των πόρων της μεμβράνης, ενώ τα μεγαλύτερα των πόρων κολλοειδή σωματίδια δεν μπορούν να εξέλθουν. Επιτυγχάνεται, έτσι, ένας καλός καθαρισμός του κολλοειδούς συστήματος. Το φαινόμενο της διαπίδυσης διαφέρει από το φαινόμενο της ώσμωσης. Στην ώσμωση τα μόρια του διαλυτικού οδεύουν από το αραιότερο προς το πυκνότερο διάλυμα, ενώ στη διαπίδυση τα ιόντα και τα μόρια των μικρών διαλυμένων ουσιών μεταβαίνουν από το πυκνότερο στο αραιότερο διάλυμα. Στην περίπτωση αυτή οι πόροι της μεμβράνης διαπίδυσης πρέπει να είναι μεταξύ 500 και 250 μm, ώστε να μην είναι εύκολη η δίοδος των μικκυλίων των κολλοειδών, που πάντως διαχέονται πολύ βραδύτερα από τα ιόντα. 2. Υπερδιήθηση (Ultrafiltration) Κατά την μέθοδο αυτή η διήθηση γίνεται υπό πίεση ή υπό κενό, οπότε, το διάλυμα χωρίς τα κολλοειδή σωματίδια, εξαναγκάζεται να περάσει μέσα από κατάλληλες μεμβράνες ή υπερηθμούς. 3. Ηλεκτροδιαπίδυση Όταν το προς απομάκρυνση συστατικό είναι ένας ηλεκτρολύτης, η διαπίδυση μπορεί να επιταχυνθεί με την εφαρμογή ηλεκτρικού πεδίου σε δύο ηλεκτρόδια τοποθετημένα στο εξωτερικό διάλυμα δεξιά και αριστερά του δοχείου διαπίδυσης. Η μέθοδος είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική, όταν ο προς απομάκρυνση ηλεκτρολύτης βρίσκεται σε χαμηλή συγκέντρωση. 41

42 2.7 Το υδρόλυμα του χρυσού : Ένα ιστορικό κολλοειδές Τα κολλοειδή του χρυσού ήταν γνωστά από πολύ παλιά. Ήδη οι αλχημιστές παρασκεύαζαν και χρησιμοποιούσαν δύο σημαντικούς τύπους κολλοειδούς χρυσού, τον πόσιμο χρυσό, "το ελιξίριο της ζωής", και το ιώδες του κασσίου, το οποίο χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του κόκκινου γυαλιού. Ο Macquer, στο λεξικό της Χημείας (1774), υποθέτει ότι στα παραπάνω ο χρυσός υπήρχε "σε πολύ λεπτό διαμερισμό". Κατά το , ο M. Faraday παρασκεύασε κολλοειδή χρυσό με αναγωγή ενός διαλύματος χλωριούχου χρυσού με φώσφορο. Η παρασκευή του κολλοειδούς ήταν μάλλον τυχαία καθώς ο αρχικός στόχος του Faraday ήταν η παρασκευή πολύ λεπτών φύλλων χρυσού και η εξέταση τους με ανακλώμενο και διερχόμενο φως. Το προκύψαν διάλυμα ήταν έντονα ερυθρό. Με μια σειρά χημικών δοκιμών, ο Faraday έδειξε ότι ο χρυσός δεν ήταν πλέον παρών σε ιονική μορφή. Αντιδραστήρια, τα οποία διαλύουν τον μεταλλικό χρυσό, ήταν ικανά να αφαιρέσουν το έντονο χρώμα του διαλύματος. Ο Faraday συμπέρανε ότι "ο χρυσός ήταν διασπαρμένος στο υγρό σε πολύ λεπτό διαμερισμό", η παρουσία του οποίου πιστοποιούνταν με την εμφάνιση μίας κυανίζουσας θόλωσης, όταν λεπτή δέσμη φωτός διερχόταν μέσω του διαλύματος (φαινόμενο Tyndall). Εικόνα 17. Michael Faraday Μπόρεσε επίσης να παρατηρήσει ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας διαφόρων αλάτων άλλαζαν το χρώμα του διαλύματος από ερυθρό σε κυανούν και ότι το 42

43 κυανούν υγρό είχε την τάση να αποθέτει ένα στερεό ίζημα (κροκίδωση κολλοειδούς). Ούτε το κυανούν υγρό, ούτε το στερεό ίζημα μπορούσαν να ξαναγίνουν ερυθρά. Βρήκε, ακόμη, ότι το υδρόλυμα του χρυσού μπορούσε, επίσης, να παρασκευασθεί παρουσία θερμού διαλύματος ζελατίνης, το οποίο ψυχόμενο μετατρεπόταν σε πηκτή. Επιπλέον, το υδρόλυμα παρασκευαζόταν με τον τρόπο αυτό, η προσθήκη αλάτων στο θερμό διάλυμα δεν άλλαζε το ερυθρό χρώμα του σε κυανούν. Το συμπέρασμα του Faraday ήταν ότι "η αλλαγή του χρώματος από ερυθρό σε κυανούν προέκυπτε από μία αύξηση του μεγέθους των μικροσωματιδίων του χρυσού". Οι παρατηρήσεις και η επιστημονική διαίσθηση του Faraday ήταν πράγματι εντυπωσιακές, ιδιαίτερα, αν λάβει κανείς υπόψη τα μέσα που διέθετε για τις μελέτες του και το γεγονός ότι εκείνη την εποχή δεν είχε καν αποσαφηνισθεί ακόμη η έννοια του μορίου. Πίνακας 2. Κατηγορίες κολλοειδών συστημάτων και οι ιδιότητές τους Α Πολυμοριακά (Πολλά μόρια στο μικκύλιο) Β Μοριακά ή μονομοριακά (Ένα μόριο στο μικκύλιο) Α1 Λυόφιλα (Υδρόφιλα) ή αντιστρεπτά Α2 Λυόφοβα (Υδρόφοβα) ή αναντίστρεπτα Β1 Λυόφιλα (Υδρόφιλα) ή αναντίστρεπτα Β2 Λυόφοβα (Υδρόφοβα) ή αναντίστρεπτα Μόρια του μέσου διασποράς βρίσκονται στα μικκύλια και δεν καθορίζεται από πριν το είδος του φορτίου τους. Κροκιδώνονται δύσκολα. Ξαναγυρίζουν στην πέψη, με την εξάλειψη του αίτιου, που προκάλεσε την κροκίδωσή τους. Αλλάζουν αισθητά τις φυσικές ιδιότητες του μέσου διασποράς. Το φαινόμενο Tyndall, όχι έντονο μέχρι ασήμαντο. Δεν βρίσκονται μόρια του μέσου διασποράς στα μικκύλια. Το φορτίο του καθορίζεται. Κροκιδώνονται εύκολα. Δεν επανέρχονται στην πέψη. Δεν αλλάζουν τις φυσικές ιδιότητες του μέσου διασποράς. Το φαινόμενο Tyndall έντονο. Μόρια του μέσου διασποράς βρίσκονται στα μικκύλια και δεν καθορίζεται από πριν το είδος του φορτίου τους. Κροκιδώνονται δύσκολα. Ξαναγυρίζουν στην πέψη, με την εξάλειψη του αίτιου, που προκάλεσε την κροκίδωσή τους. Αλλάζουν αισθητά τις φυσικές ιδιότητες του μέσου διασποράς. Το φαινόμενο Tyndall, όχι έντονο μέχρι ασήμαντο. Δεν βρίσκονται μόρια του μέσου διασποράς στα μικκύλια. Το φορτίο του καθορίζεται. Κροκιδώνονται εύκολα. Δεν επανέρχονται στην πέψη. Δεν αλλάζουν τις φυσικές ιδιότητες του μέσου διασποράς. Το φαινόμενο Tyndall έντονο. 43

44 2.8 Οπτικές ιδιότητες των κολλοειδών συστημάτων. Ορισμένες ιδιότητες των κολλοειδών, μπορούν να μελετηθούν βασισμένες στην αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη. Οι τεχνικές σκέδασης φωτός είναι σήμερα πολύ σημαντικές τεχνικές που παρέχουν πληροφορίες για το μέγεθος, το σχήμα, τη διάχυση, τη δομή και τις αλληλεπιδράσεις των κολλοειδών. Εξαιτίας του γεγονότος ότι το μέγεθος των μικκυλίων (500-1 μm) είναι γειτονικό του μέσου μήκους κύματος του ορατού φωτός (600 nm) και ότι το μικρότερο μήκος κύματος του ορατού φωτός, το ιώδες (400 nm), είναι μέσα στην κολλοειδή περιοχή, περιμένουμε το ορατό φως να παθαίνει περίθλαση από τα μικκύλια και κάθε μικκύλιο να γίνεται δευτερογενής πηγή φωτός Νόμος του Rayleigh. Για την περίθλαση αυτή ισχύει ο νόμος του Rayleigh: Όπου: Ι: ισχύς ακτινοβολίας, που έπαθε περίθλαση Ι 0 : ισχύς ακτινοβολίας, που φωτίζει Ν: αριθμός μικκυλίων σε ένα ml Κ : σταθερή r: ακτίνα μικκυλίων n 1 : δείκτης διάθλασης ουσίας σε διασπορά n 2 : δείκτης διάθλασης μέσου διασποράς λ: μήκος κύματος ακτινοβολίας Θ: γωνία μεταξύ κατεύθυνσης φώτισης και κατεύθυνσης παρατήρησης 44

45 Εικόνα 18.Σκέδαση Rayleigh Εκτός από τις φανερές συνέπειες της εξάρτησης της ισχύος περίθλασης απ' τις άλλες παραμέτρους, οι εξαρτήσεις απ' τις τρεις τελευταίες παραμέτρους [(n 2 1 -n 2 2 ) 2, λ και Θ] είναι οι ακόλουθες: 1. Δεν πραγματοποιείται περίθλαση ορατού φωτός (I=0) σε κολλοειδή συστήματα, όπου n 1= n 2. Επειδή, στα λυόφιλα κολλοειδή ισχύει αυτή η συνθήκη n 1 n 2, δεν παρουσιάζεται σ αυτά περίθλαση ή είναι πολύ μικρή. Αντίθετα στα λυόφοβα κολλοειδή, όπου n 1 n 2, παρουσιάζεται έντονη περίθλαση, εκτός αν n 1= n 2 που συμβαίνει μερικές φορές, οπότε η περίθλαση είναι μηδενική ή ελάχιστη. 2. Η ισχύς περίθλασης είναι μεγαλύτερη για μικρά μήκη κύματος που βρίσκονται μέσα στην κολλοειδή περιοχή. Έτσι, αν λευκό φως πέσει σε λυόφοβο κολλοειδές σύστημα, σκεδάζεται περισσότερο το γαλάζιο φως παρά το κίτρινο. Στον λόγο αυτόν οφείλεται το γαλάζιο χρώμα του ουρανού, που αποτελεί το μοναδικό στη Φύση κολλοειδές σύστημα αερίου σε αέριο (Πίν. 41). Για το λόγο αυτόν στις ομιχλώδεις χώρες, χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα κίτρινα φανάρια. Επειδή, ένα τμήμα της ακτινοβολίας ανακλάται (περιθλάται), ένα τμήμα περνάει και ένα τμήμα απορροφάται. Αν ο φωτισμός γίνει με λευκό φως, και πάλι βέβαια το κίτρινο θα περάσει, αλλά η περίθλαση του γαλάζιου εμποδίζει να δούμε σε βάθος. 3. Η παρατήρηση της περίθλασης γίνεται από τα πλάγια ως προς την κατεύθυνση της προσπίπτουσας. 45

46 2.8.2 Φαινόμενο Tyndall και ωφέλειες απ' την ύπαρξή του. Το φαινόμενο της περίθλασης του φωτός σε λυόφοβα κολλοειδή συστήματα, αποκαλύφθηκε από τον Tyndall και γι' αυτό ονομάζεται «φαινόμενο Tyndall». Εικόνα 19. John Tyndall Το φαινόμενο συμβάλλει στα ακόλουθα: α) Διάκριση μεταξύ διαλύματος και λυόφοβου, και μεταξύ λυόφοβου και λυόφιλου κολλοειδούς συστήματος Συνέπεια της ύπαρξης του φαινόμενου Tyndall, είναι το γεγονός, ότι η δέσμη ορατού φωτός (δέσμη ή κώνος Tyndall) γίνεται ορατή κατά τη διαδρομή της από λυόφοβο κολλοειδές, πράγμα που δεν συμβαίνει σε διάλυμα χωρίς παρασιτικά αιωρήματα ( σκόνη κολλοειδών διαστάσεων). Εικόνα 20. Φαινόμενο Tyndall Αυτό βοηθάει στη διαφοροποίηση μεταξύ διαλύματος και λυόφοβου κολλοειδoύς συστήματος, με την προϋπόθεση ότι δεν ισχύει για τα τελευταία η σπάνια συνθήκη n 1= n 2. 46

47 Εικόνα 21. Φαινόμενο Tyndall Με την ίδια προϋπόθεση μπορεί να γίνει διάκριση μεταξύ λυόφιλου και λυόφοβου κολλοειδούς, αφού στο πρώτο πραγματοποιείται ελάχιστη περίθλαση. Εικόνα 22.Φαινόμενο Tyndall β) Αριθμός μικκυλίων ανά ml, διάμετρός τους, φορτίο τους Κάτω από το μικροσκόπιο επειδή το φαινόμενο Tyndall προκαλεί φαινομενική αύξηση της διαμέτρου των μικκυλίων αυτά γίνονται ορατά και μπορεί να μετρηθεί ο αριθμός τους ανά cm 2 ή ml, η διάμετρός τους και το είδος του φορτίου του με εφαρμογή ηλεκτρικής τάσης. γ) Πιστοποίηση και παρακολούθηση της κροκίδωσης Το φαινόμενο της κροκίδωσης, δηλαδή η καταστροφή κολλοειδούς συστήματος, μπορεί να πιστοποιηθεί και να παρακολουθηθεί σε συνάρτηση με το χρόνο, ευκολότερα και καλύτερα με τη βοήθεια του φαινόμενου Tyndall. Αυτό συμβαίνει γιατί η φωτεινή ακτίνα δεν είναι ορατή στο τμήμα του μέσου διασποράς που έχει απαλλαγεί από τα μικκύλια, εξαιτίας της κροκίδωσης και κατακάθισής τους. δ) Παρακολούθηση διάχυσης 47

48 2.9 Κινητικές ιδιότητες Έμμεση θερμική κίνηση των μικκυλίων: κίνηση Brown Μία σειρά από ιδιότητες σχετίζονται με την κίνηση των κολλοειδών σωματιδίων σε υγρά μέσα διασποράς. Η θερμική κίνηση, η κίνηση υπό την επίδραση πεδίων βαρύτητας και η κίνηση υπό την επίδραση εξωτερικών διατμητικών τάσεων. Η θερμική κίνηση γίνεται αντιληπτή, στη μεν μικροσκοπική κλίμακα, με τη μορφή της ώσμωσης και της διάχυσης. Η βαρύτητα ή το φυγοκεντρικό πεδίο παρέχουν την κινούσα δύναμη για την κατακρήμνιση ή κατακάθιση (sedimentation) και την ανάδυση ή κρέμωση (creaming) των κολλοειδών. Εικόνα 23 και 24. Κίνηση Brown Η κίνηση ή η παραμόρφωση ενός κολλοειδούς υπό την επίδραση εξωτερικών μηχανικών δυνάμεων μας οδηγεί στο αντικείμενο της ρεολογίας. Τα κολλοειδή, ιδιαίτερα οι πυκνές διασπορές εμφανίζουν τόσο ιξώδη συμπεριφορά (μη αντιστρεπτή) όσο και ελαστική (αντιστρεπτή παραμόρφωση) υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Έχουν, δηλαδή, έναν ιξωδοελαστικό χαρακτήρα. Στις συνήθεις, όμως, αραιές διασπορές των λυόφοβων κολλοειδών η ρεολογική συμπεριφορά μπορεί να περιγραφεί ικανοποιητικά με το γνωστό νόμο της ιξώδους ροής του Newton και τη βασική του ρεολογική παράμετρο, το διατμηματικό ιξώδες του ρευστού. 48

49 Το σύνολο των ιδιοτήτων ονομάζονται υδροδυναμικές ιδιότητες. Η σημασία των ιδιοτήτων αυτών είναι πολύ μεγάλη για το χαρακτηρισμό των κολλοειδών και τον προσδιορισμό του μεγέθους και του σχήματος τους Η έννοια της κίνησης Βrown To 1827, ο βοτανολόγος Robert Brown παρατήρησε πρώτος την άτακτη κίνηση (zigzag) σκόνης γύρεως στο νερό. Εκείνη την εποχή δεν υπήρχε η έννοια του μορίου, όπως την γνωρίζουμε σήμερα. Τα σωματίδια της γύρεως ήταν, φυσικά, διαστάσεων πολύ μεγαλύτερων των μοριακών διαστάσεων. Εικόνα 25. Robert Brown Η κίνηση Brown ήταν όμως μία σημαντική παρατήρηση η οποία στήριξε την μετέπειτα μοριακή κινητική θεωρία. Η δύναμη, η οποία ασκείται πάνω στην επιφάνεια του κολλοειδούς σωματιδίου, είναι ανάλογη τόσο της συχνότητας των συγκρούσεων όσο και της ταχύτητας των συγκρουόμενων μορίων του μέσου. Η συχνότητα των συγκρούσεων είναι προφανώς ανάλογη της πυκνότητας του μέσου σε μία περιοχή. Η κατεύθυνση και το μέτρο της συνισταμένης δύναμης μεταβάλλεται τυχαία από στιγμή σε στιγμή, οδηγώντας στην άτακτη zig-zag κίνηση. Όταν το κολλοειδές σωματίδιο είναι σφαιρικό, η κίνηση Brown είναι μία απλή μεταφορική κίνηση οδηγώντας σε απλή διάχυση του κολλοειδούς. Όταν το σωματίδιο είναι μη σφαιρικό, τότε, εκτός από την μεταφορική κίνηση, έχουμε και περιστροφική κίνηση Brown. 49

50 Για τους ίδιους λόγους που παρατηρείται έμμεση θερμική κίνηση των μορίων ή ιόντων σε διάλυση, τα μικκύλια των κολλοειδών βρίσκονται σε συνεχή άτακτη κίνηση προς τις τρεις διευθύνσεις του χώρου και σε περιστροφή. Η τελευταία μπορεί να παρατηρηθεί, όπως και η πρώτη, στο μικροσκόπιο, για μη σφαιρικά μικκύλια. Η έμμεση θερμική κίνηση των μικκυλίων είναι «κίνηση Brown». Στην κίνηση αυτή οφείλεται το γεγονός ότι τα μικκύλια διαχέονται προς το αραιότερο κολλοειδές σύστημα ή προς το καθαρό μέσο διασποράς και ισχύουν οι ίδιοι νόμοι της διάχυσης. Ο Einstein διερεύνησε παραπέρα τη φυσική έννοια του συντελεστή διάχυσης των κολλοειδών και βρήκε τον ακόλουθο τύπο: Ν L : αριθμός Loschmidt η: ιξώδες του μέσου διασποράς σε poise r: ακτίνα μικκυλίων ή μορίων ή ιόντων σε διάλυση. Η αντίδραση δηλ. που προβάλλεται από το μέσο διασποράς στη διάχυση είναι η ίδια, που προβάλλεται από υγρό κατά την πτώση μέσα σ αυτό σφαίρας. Έτσι, ισχύει: Με τη βοήθεια των τύπων αυτών είναι δυνατό να βρεθεί το ιξώδες του μέσου διασποράς, η μετατόπιση των μικκυλίων σε ορισμένο χρόνο, ο συντελεστής διάχυσης, ο αριθμός Loschmidt και η ακτίνα των μικκυλίων. Ο Γιόχαν Γιόζεφ Λόσμιντ (Johann Josef Loschmidt) ήταν Αυστριακός επιστήμονας με πρωτοποριακή συνεισφορά στη Χημεία και τη Φυσική (ιδίως στους κλάδους της Θερμοδυναμικής, της Οπτικής και της Ηλεκτροδυναμικής), καθώς και στην Κρυσταλλογραφία. Ο Λόσμιντ χρησιμοποίησε το αποτέλεσμα του Αβογκάντρο ότι οποιοδήποτε αέριο υπό τις ίδιες συνθήκες έχει τον ίδιο αριθμό μορίων ανά γραμμομόριο, ο Loschmidt προσδιόρισε αυτό τον αριθμό, που σήμερα ονομάζεται Αριθμός του Αβογκάντρο, ως 6, μόρια. Αυτός είναι ο λόγος που ο Αριθμός του Αβογκάντρο ονομάζεται «Αριθμός του Λόσμιντ» καμιά φορά στα αγγλικά και σχεδόν πάντα στα γερμανικά με αποτέλεσμα να δημιουργείται σύγχυση. Μετά από αυτά, ο Λόσμιντ έγινε καθηγητής της Φυσικοχημείας στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης το

51 2.10 Κατακρήμνιση και Διάχυση των κολλοειδών Από φυσική διαίσθηση, περιμένουμε τα μεγαλύτερα σωματίδια να κατακρημνίζονται γρηγορότερα από τα μικρότερα. Περιμένουμε επίσης, τα μεγαλύτερα σωματίδια να διαχέονται πιο αργά σε σχέση με τα μικρότερα σωματίδια. Οι δύο δράσεις λοιπόν της κατακρήμνισης και της διάχυσης δεν είναι συγκρίσιμου μεγέθους για όλα τα μεγέθη των σωματιδίων. Υπάρχει όμως μία περιοχή μεγεθών όπου οι δύο δράσεις είναι συγκρίσιμες, οπότε επέρχεται ισορροπία μεταξύ τους καθώς, λόγω της κατακρήμνισης, τα σωματίδια τείνουν προς τον πυθμένα, ενώ λόγω της διάχυσης, τα σωματίδια τείνουν να διασκορπιστούν τυχαία στον κύριο όγκο της διασποράς. Η ισορροπία αυτή μεταξύ διάχυσης και κατακρήμνισης έχει μελετηθεί εκτεταμένα με την βοήθεια της υπερφυγόκεντρου. Εικόνα 26. Κατακάθιση κολλοειδών Κατακάθιση ή άνοδος των μικκυλίων Τα μικκύλια κατακαθίζουν αργά προς τον πυθμένα του δοχείου απ την επίδραση της βαρύτητας. Έτσι, δημιουργείται διαφοροποίηση συγκέντρωσης των μικκυλίων, που είναι μεγαλύτερη στον πυθμένα του δοχείου και ελαττώνεται προς την επιφάνεια του μέσου διασποράς, που μάλιστα μετά την μακροχρόνια παραμονή μπορεί να απαλλαγεί τέλεια κοντά στην επιφάνεια απ τα μικκύλια. Τα παραπάνω ισχύουν, όταν το ειδικό βάρος της διασκορπισμένης ουσίας είναι μεγαλύτερο από το ειδικό βάρος του μέσου διασποράς, αλλιώς τα μικκύλια ανεβαίνουν προς την επιφάνεια και η κατανομή των συγκεντρώσεων είναι αντίστροφη. 51

52 Υπερφυγοκέντρηση Η ταχύτητα κατακάθισης μπορεί να επιταχυνθεί και με υπερφυγοκέντρηση, οπότε το g (επιτάχυνση της βαρύτητας) μπορεί να αυξηθεί και κατά φορές. Με την υπερφυγοκέντρηση, βρίσκεται πιο γρήγορα η ακτίνα του μικκυλίου. Η μέθοδος χρησιμεύει και για τον ταχύτερο διαχωρισμό της ουσίας σε διασπορά απ το μέσο διασποράς Εύρεση των χαρακτηριστικών μεγεθών των κολλοειδών συστημάτων Τα χαρακτηριστικά μεγέθη των κολλοειδών συστημάτων είναι: ο αριθμός μικκυλίων στη μονάδα όγκου του συστήματος (αριθμός «γραμμομορίων» στο λίτρο: συγκέντρωση), ο αριθμός απλών μορίων στο μικκύλιο, το είδος του φορτίου των μικκυλίων και το ποσό του φορτίου, η ακτίνα των μικκυλίων, το δυναμικό ζ, η ταχύτητα ηλεκτροφόρησης. Πίνακας 3. Μέθοδοι προσδιορισμού των χαρακτηριστικών μεγεθών των κολλοειδών. Μέγεθος για προσδιορισμό Μέγεθος που μετριέται α1) Συγκέντρωση Αριθμός μικκυλίων σε ορισμένο όγκο κολλοειδούς συστήματος και βάρος διασπαρμένης ουσίας στον ίδιο όγκο. Μέθοδοι και διατάξεις 1. Μικροσκόπιο 2. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο α2) Μοριακό βάρος 1. Όπως παραπάνω 2. Ακτίνα μικκυλίων 3. Ωσμωτική πίεση Όπως παραπάνω α3) Αριθμός απλών μορίων στο μικκύλιο (ν) 1. Μικροσκόπιο 2. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο β) Είδος φορτίου μικκυλίων γ) Σθένος μικκυλίου Ποσό φορτίου 1. Κατεύθυνση μετακίνησης 1. Απλή ηλεκτροφόρηση 2.Κροκιδωτική συγκέντρωση διαφόρων ηλεκτρολυτών Ποσό ρεύματος, που πέρασε κατά ηλεκτροφόρηση, και βάρος ουσίας, που αποβλήθηκε. 2. Ηλεκτροφόρηση κάτω από μικροσκόπιο Κροκίδωση. (παρακάτω) Ηλεκτροφόρηση 52

53 δ) Ακτίνα μικκυλίων 1. Ισχύς φωτός, που φωτίζει και περιθλάται. 2. Ταχύτητα διάχυσης. 3. Ταχύτητα αυθόρμητης κατακάθισης ή ανόδου. 4. Ταχύτητα εκβιασμένης κατακάθισης. 5. Βάρος μικκυλίων. 6. Ακτίνα μικκυλίων. Περίθλαση (Tyndall) Διάχυση Κατακάθιση. Άνοδος. Υπερφυγοκέντρωση Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ε) Ηλεκτροκινητικό δυναμικό ζ 1. Ταχύτητα ηλεκτροφόρησης 2. Ανύψωση στάθμης 3. Δυναμικό ροής 1. Μικροσκόπιο 2. Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο 2.11 Καταστροφή των κολλοειδών συστημάτων Ενεργειακή κατάσταση κολλοειδών συστημάτων και ενεργειακές ανταλλαγές κατά τη δημιουργία τους Όπως αναφέρθηκε, η κατανομή της ύλης σε κολλοειδείς διαστάσεις έχει ως συνέπεια την εξαιρετικά μεγάλη αύξηση της ελεύθερης επιφανειακής ενέργειάς της και σύμφωνα με τον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, η ύλη αυτή τείνει αυθόρμητα να υποβαθμιστεί ενεργειακά. Αυτό συμβαίνει στα στερεά πολύ αργά, με τη στερεή γήρανση και πολύ γρήγορα με συγκράτηση απ αυτά ουσιών (ρόφηση). Έτσι, η στερεή ύλη σε κολλοειδείς διαστάσεις σταθεροποιείται μερικά, χωρίς ρόφηση να σταματάει τη γήρανση. Αν ύλη διασπαρθεί με κολλοειδείς διαστάσεις σε ρευστό μέσο διασποράς και αποτελέσει κολλοειδές σύστημα, το κολλοειδές αυτό σύστημα είναι ενεργειακά αναβαθμισμένο ως προς το άθροισμα της ενέργειας του μέσου διασποράς και της ενέργειας της καταμερισμένης ύλης απ όπου προήλθε. Αυτό συμβαίνει, γιατί η ενέργεια που είχε το μέσο διασποράς αναβαθμίστηκε εξαιτίας της φόρτισής του και η ύλη των κολλοειδών διαστάσεων αναβαθμίστηκε εξαιτίας και της φόρτισής της και της κίνησης Brown. Τα παραπάνω τα απέκτησε απορροφώντας κινητική ενέργεια απ το μέσο διασποράς (ψύχεται), και στη συνέχεια την αποκτά ξανά απ το περιβάλλον, 53

54 έτσι ώστε να διατηρήσει τη θερμοκρασία του. Αυτά συμβαίνουν στα λυόφοβα κολλοειδή. Στα λυόφιλα κολλοειδή, η ψύξη, η θέρμανση ή η θερμική αδιαφορία του μέσου διασποράς εξαρτάται απ το ποσό της ενέργειας που χρειάζεται για την κίνηση Brown και το ποσό, που παράγεται κατά την προσκόλληση μορίων του μέσου διασποράς στα μικκύλια. Αν το τελευταίο αυτό ποσό είναι μικρότερο από το πρώτο, το μέσο διασποράς ψύχεται. Αν είναι ίσο με το πρώτο, δεν παρατηρείται μεταβολή θερμοκρασίας και τελικά η θερμοκρασία του γίνεται ίση με του περιβάλλοντος. Από τα παραπάνω φαίνεται ότι γενικά τα κολλοειδή συστήματα είναι ενεργειακά αναβαθμισμένα ως προς το άθροισμα της ενέργειας των ουσιών, απ όπου προήλθαν χωριστά και θα καταστρεφόταν γρήγορα (διαχωρισμός μέσου διασποράς και ύλης σε διασπορά), αν δεν προστατευόταν. Η αυτοάμυνα των λυόφοβων κολλοειδών οφείλεται στην ομώνυμη φόρτιση των μικκυλίων τους και την κινητικότητα τους. Η πρώτη έχει ως συνέπεια την άπωση των μικκυλίων μεταξύ τους και η δεύτερη δεν επιτρέπει την άσκηση των δυνάμεων συνοχής της ύλης για μακρύ χρονικό διάστημα, που θα οδηγούσε σε γρήγορη συσσωμάτωση και καταστροφή του συστήματος. Η αυτοάμυνα των λυόφιλων κολλοειδών είναι μεγαλύτερη, γιατί οφείλεται στην προσκόλληση στα μικκύλια, μορίων του μέσου διασποράς, πράγμα που κατά τις συγκρούσεις των μικκυλίων μεγαλώνει την απόσταση των κέντρων, όπου εφαρμόζονται οι δυνάμεις συνοχής της ύλης και ελαττώνει τις δυνάμεις van der Waals Κροκίδωση. Κολλοειδές πήγμα Παρά την αυτοάμυνα των κολλοειδών συστημάτων, προκαλείται αυθόρμητη καταστροφή των κολλοειδών συστημάτων, ιδιαίτερα των λυόφοβων. Η καταστροφή αυτή, είναι δυνατό να προκύψει και με εξωτερική, σκόπιμη ή όχι, επιθυμητή, επέμβαση. Η διαδοχική σειρά των αυθόρμητων ή εκβιασμένων δράσεων, οι οποίες είναι: η αποφόρτιση των μικκυλίων, η απομάκρυνση των προσκολλημένων μορίων του μέσου διασποράς (για λυόφιλα κολλοειδή), η συσσωμάτωση των μικκυλίων (για λυόφοβα κολλοειδή) 54

55 η κατακάθισή τους στον πυθμένα του δοχείου, η συγκέντρωσή τους στην επιφάνεια του μέσου διασποράς (για μικκύλια ειδικού βάρους μικρότερου από το μέσο διασποράς), οδηγούν στον διαχωρισμό της ύλης σε διασπορά απ το μέσο διασποράς, λέγεται «κροκίδωση» (ή «θρόμβωση»). Η στερεή ή άμορφη ύλη, που διαχωρίζεται μ αυτό τον τρόπο, λέγεται «κολλοειδές πήγμα». Εικόνα 27. Κροκίδωση α) Αυθόρμητη κροκίδωση Η αυθόρμητη κροκίδωση πραγματοποιείται με τον ακόλουθο τρόπο: οι συγκρούσεις των μικκυλίων μεταξύ τους είναι στιγμιαίες και σύγχρονα ελαστικές. Αν όμως οι συγκρούσεις αυτές είναι τριπλές (συγχρόνως μεταξύ τριών μικκυλίων), τότε είναι δυνατό δύο από τα μικκύλια να χάσουν κινητική ενέργεια υπέρ του τρίτου μικκυλίου. Η ελάττωση αυτή της κινητικότητας των δύο μικκυλίων έχει ως συνέπεια να ασκούνται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα μεταξύ τους, δυνάμεις συνοχής της ύλης και την τελική συσσωμάτωσή τους σε ένα κόκκο (ή μία σταγόνα ή φυσαλίδα). Ο μεγαλύτερος αυτός κόκκος δεν μπορεί να συγκρατήσει ιόντα, που προσδίδουν στα μικκύλια το φορτίο τους, ή και γενικά ηλεκτρικά φορτία, που αποκτήθηκαν με τριβή, όσα και οι δύο προηγούμενοι ακόμα, επειδή ο κόκκος κινείται βραδύτερα, επιτρέπει την άσκηση των ηλεκτροστατικών έλξεων μεταξύ του και των μικκυλίων για μακρύτερο χρονικό διάστημα. Συνέπεια αυτών είναι η αποφόρτισή του. Αυτό συμβαίνει σε διάφορα σημεία του κολλοειδούς συστήματος. Οι μεγάλοι και βραδυκίνητοι κόκκοι, που δημιουργούνται, αποτελούν κατά τις συγκρούσεις με τα μικκύλια παράγοντα επιβράδυνσης της κίνησης των τελευταίων, κατά τρόπο, που εξελίσσεται αργά ή ολική κροκίδωση του συστήματος. 55

56 Εικόνα 28. Κροκίδωση β) Εκβιασμένη κροκίδωση Σύμφωνα με τα αίτια σχετικής σταθερότητας των κολλοειδών συστημάτων και τον μηχανισμό της αυθόρμητης κροκίδωσης, για να καταστρέψουμε, κροκιδώσουμε, ένα κολλοειδές σύστημα, θα πρέπει να εξουδετερώσουμε ένα ή περισσότερα αίτια της σταθερότητάς τους. Έτσι, οι μέθοδοι κροκίδωσης ανήκουν στις μεθόδους, που επεμβαίνουν στην κινητικότητα των μικκυλίων ή που ευνοούν τις τριπλές συγκρούσεις καθώς στις μεθόδους εξουδετέρωσης των φορτίων των μικκυλίων και, για λυόφιλα κολλοειδή, στις μεθόδους απαλλαγής των μικκυλίων απ την προσαρτημένη στοιβάδα του μέσου διασποράς. Οι μέθοδοι κροκίδωσης φαίνονται στον πίνακα 56

57 α. Αυθόρμητη κροκίδωση β. Εκβιασμένη κροκίδωση Ι. Επέμβαση στην κινητικότητα των μικκυλίων ΙΙ. Αποφόρτιση των μικκυλίων ΙΙΙ. Απομάκρυνση του προσαρτημένου στα μικκύλια μέσου διασποράς Πίνακας 4. Μέθοδοι κροκίδωσης κολλοειδών συστημάτων Χαρακτηρισμός κροκίδωσης Επιδίωξη Τρόπος Α. Λυόφοβα Β. Λυόφιλα Μικρή μέχρι Ελάχιστη. τέλεια. Αργή Πολύ αργή α) επιβράδυνση 1. Ψύξη Μικρή. Αργή. Πολύ αργή της 2. Επέμβαση Μεγαλύτερη. - κινητικότητας με ηλεκτρικό Γρήγορη. των μικκυλίων ρεύμα β) Επιτάχυνση της κινητικότητας των μικκυλίων και αύξηση του αριθμού τριπλών συγκρούσεων. 1. Ηλεκτροφόρηση 2. Αμοιβαία κροκίδωση 3. Με ηλεκτρολύτες 1. Θέρμανση 2. Υπέρηχοι 3. Υψίσυχνο ρεύμα 1. Ψύξη 2. Βρασμός 3. Αλλαγή μέσου διασποράς Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη (Τέλεια. Γρήγορη)* (Τέλεια. Γρήγορη)* (Δυνατό μερικές φορές να παρουσιαστεί Πολύ λίγη. Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Αργή Μικρή. Αργή Τέλεια. Γρήγορη (για μεγάλα ποσά) Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη Τέλεια. Γρήγορη κροκίδωση) * Αυτή δεν οφείλεται σε απομάκρυνση του μέσου διασποράς απ τα μικκύλια γιατί δε μετέχει στη δομή τους. Με κατάλληλη διάταξη: «μέθοδος Cotrell» και με χρησιμοποίηση υψίσυχνου ρεύματος ή συνεχούς κατορθώνεται η συγκράτηση αιωρουμένων σωματίων, κολλοειδών διαστάσεων απ τα καυσαέρια (καταπολέμηση ατμοσφαιρικής ρύπανσης απ αυτά). Ένα άλλο μακροσκοπικό παράδειγμα κροκίδωσης με υψίσυχνο ρεύμα είναι η μετατροπή των υδρατμών σε βροχή με τους κεραυνούς και τις αστραπές. 57

58 2.12 Ευαισθητοποίηση και προστασία λυόφοβων κολλοειδών Αν σε λυόφοβο κολλοειδές προστεθούν μικρά ποσά λυόφιλου, με αντίθετο φορτίο μικκυλίων, παρατηρείται μερικές φορές ότι το λυόφοβο κολλοειδές γίνεται πιο ευαίσθητο στην αυθόρμητη ή με εξωτερική επέμβαση κροκίδωση. Αν, αντίθετα, σε λυόφοβο κολλοειδές προστεθεί λυόφιλο με το ίδιο είδος φορτίου μικκυλίων ή αν προστεθούν μεγαλύτερα ποσά (όχι όμως τόσο μεγάλα, που να γίνει αμοιβαία κροκίδωση) λυόφιλου με αντίθετο φορτίο μικκυλίων, τότε το λυόφοβο κολλοειδές γίνεται σταθερότερο. Αυτό συμβαίνει γιατί η παρουσία του σταθερότερου λυόφιλου «προστατεύει» το λυόφοβο από την κροκίδωση. Η πράξη αυτή της σταθεροποίησης των λυόφοβων κολλοειδών με λυόφιλα λέγεται «προστασία» και τα λυόφιλα κολλοειδή, που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό, λέγονται «προστατευτικά κολλοειδή». Ο καθορισμός των ορίων συγκέντρωσης των δύο κολλοειδών, ώστε το αποτέλεσμα να είναι προστασία και όχι αμοιβαία κροκίδωση. Η προστατευτική δράση διαφόρων λυόφιλων κολλοειδών χαρακτηρίζεται, με τον «αριθμό χρυσού», που χρησιμοποίησε ο Zsigmondy. Πρόκειται για τα mgr ξηρής ύλης, πήγμα, λυόφιλου κολλοειδούς, που αν προστεθούν σε 10 ml κολλοειδούς συστήματος χρυσού (λυόφοβου κολλοειδές), συγκεκριμένης περιεκτικότητας), αρκούν για να εμποδίσουν την κροκίδωσή του, αν προστεθεί σ αυτό 1 ml 10% διαλύματος χλωριούχου νατρίου. Εδώ, όπως και σε άλλες περιπτώσεις κολλοειδών, η κροκίδωση έχει ως συνέπεια την μεταβολή του χρώματος. Πριν την κροκίδωση το κολλοειδές σύστημα χρυσού είναι κόκκινο, μετά την κροκίδωση, γαλάζιο. Με αυτόν τον τρόπο η παρεμπόδιση της κροκίδωσης του κολλοειδούς συστήματος χρυσού φαίνεται από την σταθερότητα του χρώματός του. Όσο ο αριθμός χρυσού είναι μικρότερος, τόσο η προστατευτική ικανότητα του λυόφιλου κολλοειδούς είναι μεγαλύτερη. 58

59 2.13 Γαλακτώματα Γαλακτώματα είναι μικροετερογενή συστήματα, τα οποία αποτελούνται από τουλάχιστον ένα μη αναμείξιμο υγρό διασπαρμένο σε ένα άλλο υπό μορφή σταγόνων, των οποίων οι διάμετροι είναι, συνήθως, μεταξύ 0.1 και 100 μm., οι διασκορπισμένες σταγόνες είναι φορτισμένες και πραγματοποιούν κίνηση Brown (το φαινόμενο Tyndall δεν παρουσιάζεται). Τα συστήματα αυτά παρουσιάζουν μία ελάχιστη σταθερότητα, η οποία μπορεί να ενισχυθεί με την προσθήκη κατάλληλων ουσιών, όπως τασιενεργών, λεπτομερώς κατάμερισμένων στερεών. Η παρασκευή, η σταθεροποίηση και η χρήση γαλακτωμάτων συνυπάρχει σε σχεδόν όλες τις πλευρές της ζωής μας, από την τροφή μέχρι τα φαρμακευτικά σκευάσματα. Τα γαλακτώματα αναφέρονται συχνά ως μακρογαλακτώματα και αυτό για να μπορούμε να τα διακρίνουμε από τα μικρογαλακτώματα, των οποίων οι διάμετροι των διασπαρμένων φάσεων είναι μεταξύ και 0.1 μm. Οπτικά εξεταζόμενα τα γαλακτώματα εμφανίζονται, ανάλογα με το μέγεθος των διασπαρμένων σταγόνων, γαλακτώδη - λευκά - θολά (όταν οι σταγόνες είναι μεγάλες) ή κυανίζοντα - λευκάγκρί - ημιδιαφανή (όταν οι σταγόνες είναι κολλοειδών διαστάσεων) ή διαφανή (μικρογαλακτώματα). Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις, τουλάχιστον, η μία υγρή φάση σε ένα γαλάκτωμα είναι το νερό. Τα γαλακτώματα συνήθως αναφέρονται είτε ως γαλακτώματα ελαίου σε νερό (oil in water) O/W ή νερού σε έλαιο (water in oil) W/O, όπου η πρώτη αναφερόμενη φάση είναι η φάση διασποράς και η δεύτερη συνεχής φάση. Τα γαλακτώματα ελαίου σε έλαιο O/O είναι ιδιαίτερα ασταθή και συνήθως χρησιμοποιούνται ως μεταβατικά συστήματα κατά τον πολυμερισμό γαλακτώματος. Υπάρχου διάφοροι τρόποι για να ξεχωρίσει κανείς το είδος ενός γαλακτώματος (O/W, W/O): Το γαλάκτωμα αναμειγνύεται εύκολα με ένα υγρό, το οποίο είναι αναμείξιμο με το μέσο διασποράς. Βάζουμε στην επιφάνεια του γαλακτώματος σταγόνα ενός απ τα δύο υγρά. Αν αυτή αφομοιωθεί γρήγορα, τότε το υγρό αυτό αποτελεί το μέσο διασποράς, αλλιώς είναι η ουσία σε διασπορά. 59

60 Γενικά, ένα O/W γαλάκτωμα έχει μία κρεμώδη υφή ενώ ένα W/O γαλάκτωμα έχει μία λιπαρή υφή. Το γαλάκτωμα χρωματίζεται εύκολα με τις χρωστικές που διαλύονται στο μέσο διασποράς. Έτσι, αν σε μέρος του γαλακτώματος προστεθεί μία χρωστική, η οποία διαλύεται στο έλαιο αλλά όχι στο νερό, εφόσον διαλυθεί πλήρως σημαίνει ότι η συνεχής φάση είναι το έλαιο. Αν η χρωστική δεν διαλυθεί σημαίνει ότι η εξωτερική φάση είναι το νερό. Τα γαλακτώματα O/W έχουν συνήθως πολύ μεγαλύτερη αγωγιμότητα από τα γαλακτώματα W/O. Αν ένα απ τα δύο υγρά αποτελεί διαλυτικό μέσο αλάτων και προσθέτοντας άλας πιστοποιούμε αύξηση της αγωγιμότητας του γαλακτώματος, τότε μέσο διασποράς είναι το υγρό, που αποτελεί διαλυτικό μέσο αλάτων. Εικόνα 29.Γαλακτώματα Στα γαλακτώματα δεν μπορούμε να προβλέψουμε κατά την παρασκευή τους ποιο από τα υγρά θα είναι η ουσία σε διασπορά και ποιο το μέσο διασποράς. Αυτό εξαρτάται από το γαλακτωματοποιητή. Είναι δυνατό μετά την παρασκευή του γαλακτώματος η ουσία σε διασπορά να μετατραπεί σε μέσο διασποράς, με αλλαγή αυτού. Οι μέθοδοι παρασκευής τους, είναι η μηχανική πέψη με μέσο πέψης, όπως οι αλκαλικοί σάπωνες, η λανολίνη, τα σουλφονικά οξέα, λυόφιλα κολλοειδή, λεπτή σκόνη άνθρακα, μετάλλων ή αλάτων, που στην προκειμένη περίπτωση λέγονται: «γαλακτωματοποιά μέσα». Η μηχανική πέψη γίνεται με ανάμιξη σε γουδί, με 60

61 κολλοειδόμυλο ή με χρησιμοποίηση εκνεφωτή. Μπορεί ακόμη να χρησιμοποιηθεί μέθοδος παρασκευής με αλλαγή του διαλυτικού μέσου Σταθερότητα των γαλακτωμάτων Η παρασκευή ενός γαλακτώματος απαιτεί τη δημιουργία μίας τεράστιας διεπιφάνειας μεταξύ των δύο μη αναμείξιμων φάσεων. Μόνο όταν η διεπιφανειακή είναι ίση με μηδέν, θα είναι το γαλάκτωμα θερμοδυναμικά σταθερό. Σημαντικό ρόλο στη σταθερότητα των κολλοειδών παίζει και η κινητική. Βεβαίως, μακροχρόνια το γαλάκτωμα θα καταστραφεί. Η κροκίδωση τους γίνεται με τις μεθόδους, που περιγράφτηκαν (Πιν. 44) και ονομάζεται: «ρήξη του γαλακτώματος». Για την κατανόηση της σταθερότητας των γαλακτωμάτων θα πρέπει να διευκρινιστούν οι ακόλουθοι όροι. Υπάρχουν τέσσερις όροι που σχετίζονται με την σταθερότητα των γαλακτωμάτων: Ρήξη (breaking) ενός γαλακτώματος είναι ο σαφής διαχωρισμός του σε δύο ογκώδεις φάσεις. Συνένωση (coalescence) είναι η διαδικασία της συγχώνευσης δύο σταγόνων σε μία μεγαλύτερη σε όγκο αλλά μικρότερη σε επιφάνεια. Με τη συνένωση οι αρχικές σταγόνες χάνουν την ταυτότητα τους. Αν και η συνένωση αλλοιώνει τα χαρακτηριστικά του γαλακτώματος, π.χ. τον αριθμό ή την κατανομή μεγεθών των διασπαρμένων σταγόνων, μπορεί να μη γίνεται μακροσκοπικά αισθητή. Γίνεται αισθητή στα τελευταία στάδια, όταν οδηγεί στη ρήξη του γαλακτώματος. Η θρόμβωση (flocculation) αναφέρεται στη σύμφυση ή συγκόλληση σταγόνων με σχηματισμό χαλαρών δομών τύπου τσαμπιού σταφυλιού. Κατά τη θρόμβωση οι αρχικές σταγόνες διατηρούν την ταυτότητα τους. Συνέπεια αυτού είναι ότι σε πολλές περιπτώσεις η θρόμβωση είναι μία αντιστρεπτή διαδικασία. Η κρέμωση (creaming) σχετίζεται με την θρόμβωση κατά το ότι οι αρχικές σταγόνες διατηρούν την ταυτότητα τους. Η κρέμωση παρατηρείται με το χρόνο σε σχεδόν όλα τα γαλακτώματα, στα οποία υπάρχει μία διαφορά πυκνοτήτων στις δύο φάσεις. Το ιξώδες του μέσου διασποράς παίζει 61

62 σημαντικό πόλο στο ρυθμό κρέμωσης των γαλακτωμάτων. Όπως και η θρόμβωση, η κρέμωση είναι συχνά μία αντιστρεπτή διεργασία, δηλαδή, το σύστημα μπορεί να επαναγαλακτωματοποιηθεί με τη χρήση της ελάχιστης ενέργειας. Εικόνα 30. Δρόμοι καταστροφής ενός γαλακτώματος Μία σχηματική παρουσίαση των παραπάνω τεσσάρων όρων δίνεται στην εικόνα. Όπως καθίσταται σαφές, το κλειδί στην κατανόηση της σταθερότητας των γαλακτωμάτων βρίσκεται στη διαχωριστική γραμμή των διεργασιών θρόμβωσης και συνένωσης. Η παρακολούθηση της σταθερότητας ενός γαλακτώματος ως προς τη συνένωση γίνεται με τη συνεχή μέτρηση του αριθμού των διασπαρμένων σταγόνων. Η καταμέτρηση αυτή γίνεται οπτικά με τη βοήθεια κατάλληλου οπτικού μικροσκοπίου για σταγόνες μεγαλύτερες των κολλοειδών διαστάσεων. Έχει καταστεί πλέον σαφές ότι η σταθερότητα των γαλακτωμάτων μπορεί να ενισχυθεί με τη χρήση κατάλληλων προσθέτων. Υπάρχουν τέσσερις τύποι τέτοιων προσθέτων: οι ηλεκτρολύτες, οι τασιενεργές ουσίες, τα λεπτομερώς καταμερισμένα στερεά και τα φυσικά ή συνθετικά μακρομόρια. Τα λιγότερα αποτελεσματικά πρόσθετα είναι οι ηλεκτρολύτες. Είναι γνωστό ότι η παρουσία ηλεκτρολυτών, διευκολύνει τη γαλακτωματοποίηση. Γενικά όμως, η ενίσχυση της σταθερότητας του γαλακτώματος είναι περιορισμένη. Για το λόγο αυτό θεωρούνται ως γαλακτωματοποιητικές ουσίες μόνο οι τρείς άλλες παραπάνω κατηγορίες. 62

63 Εικόνα 31. Γαλακτώματα Γαλακτωματοποιητές και σταθεροποιητές Τόσο στα φυσικά όσο και στα τεχνητά γαλακτώματα, οι μακρομοριακοί γαλακτωματοποιητές παίζουν σημαντικό ρόλο τόσο στην παρασκευή όσο και στη σταθεροποίηση του γαλακτώματος. Φυσικά μακρομόρια, όπως οι πρωτεΐνες, το άμυλο άλλα και συνθετικά μακρομόρια, όπως οι πολυβινυλικές αλκοόλες έχουν διάφορα χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ιδιαίτερα χρήσιμα στην τεχνολογία των γαλακτωμάτων. Τα μακρομόρια αυτά μπορούν και προσροφούνται εκλεκτικά στη διεπιφάνεια ελαίου/νερού μειώνοντας την τάση των διασπαρμένων σταγονιδίων προς συνένωση τόσο με τη μείωση της διεπιφανειακής τάσης όσο και με τον σχηματισμό "μηχανικών φραγμάτων" μεταξύ των σταγόνων. Το κάθε μόριο μπορεί και προσροφάται πολλές φορές στην επιφάνεια. Σαν συνέπεια όλου αυτού είναι η δημιουργία ενός ισχυρού προστατευτικού υμενίου γύρω από τα σταγονίδια. Επιπλέον, η παρουσία των μακρομορίων αυτών μπορεί να αυξάνουν το ιξώδες της συνεχούς φάσης (διασποράς) επιβραδύνοντας έτσι τις διεργασίες καταστροφής του γαλακτώματος. Δεύτερη κατηγορία αποτελεσματικών σταθεροποιητών είναι τα λεπτομερώς καταμερισμένα στερεά. Στερεά σωματίδια κολλοειδών διαστάσεων, τα οποία διαβρέχονται τόσο από την ελαιώδη όσο και από την υδατική φάση, μπορούν να σχηματίζουν σταθεροποιητικά υμένια και να παράγουν σταθερά γαλακτώματα είτε τύπου O/W ή W/O. Για να εξασφαλιστεί η σταθεροποίηση των γαλακτωμάτων, θα πρέπει τα στερεά σωματίδια να ευρίσκονται σε μία κατάσταση θρόμβωσης και να μη διαβρέχονται πολύ από τη μία φάση. 63

64 Τρίτη μεγάλη κατηγορία είναι οι τασιενεργές ουσίες, οι οποίες προσροφούμενες στην διεπιφάνεια ελαίου/νερού, εκτός από τη μείωση της διεπιφανειακής ενέργειας, δημιουργούν ηλεκτρικά, μηχανικά και στερεοχημικά "φράγματα" στην συνένωση των σταγόνων. Το κάθε γαλάκτωμα έχει μία ιδιαιτερότητα όχι μόνο ως προς τον τρόπο παρασκευής του και τον μηχανισμό σταθεροποίησης του αλλά και ως προς τον απαιτούμενο χρόνο ζωής του. Ο χρόνος μπορεί να μεταβάλλεται από δευτερόλεπτα μέχρι ημέρες ή μήνες ή και περισσότερο. Παράγοντες, οι οποίοι αποσταθεροποιούν ένα γαλάκτωμα, είναι η σύγκρουση των σταγόνων λόγω κίνησης Brown, η παραμόρφωση των σταγονιδίων, ιδιαίτερα υπό συνθήκες φυγοκέντρισης, με συνέπεια την έκταση του προστατευτικού υμενίου, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε εξασθένιση του και τελική ρήξη. Εκτός από τα παραπάνω, αποσταθεροποιητικά δρα και ένας παράγοντας, γνωστός ως "ωρίμανση Ostwald", η τάση δηλαδή των μεγαλύτερων σταγόνων να αυξάνουν σε βάρος των μικρότερων. Το χημικό δυναμικό του υγρού είναι μικρότερο σε μία μεγαλύτερη σταγόνα, οπότε φυσιολογικά τα μόρια των μικρών σταγονιδίων τείνουν να διαχέονται προς τα μεγαλύτερα σταγονίδια, οδηγώντας σταδιακά στην ρήξη του γαλακτώματος. Άλλοι εξωτερικοί παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν τη σταθερότητα των γαλακτωμάτων είναι οι δράσεις των βακτηριδίων και των άλλων μικροοργανισμών, ιδιαίτερα των γαλακτωμάτων O/W. Οι δράσεις των βακτηριδίων είναι ιδιαίτερα σημαντικές στα τρόφιμα, τα φαρμακευτικά σκευάσματα και στα καλλυντικά. Στις περιπτώσεις αυτές θα πρέπει να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στην επιλογή των τασιενεργών ουσιών δεδομένου ότι πολλές από αυτές είναι τοξικές σε βαθμό που μπορούν να καταστρέψουν τους μικροοργανισμούς. Τα προσροφημένα τασιενεργά μόρια στη διεπιφάνεια ελαίου/ νερού δρουν προστατευτικά με τους εξής τρόπους: 1. Μειώνουν τη διεπιφανειακή ενέργεια του συστήματος. 2. Δημιουργούν ένα ανθεκτικό, πολύ ιξώδες φράγμα στη διεπιφάνεια το οποίο εμποδίζει την συνένωση των σταγόνων. 3. Τα ιονικά τασιενεργά μόρια προσδίδουν ένα φορτίο στη διεπιφάνεια οπότε τα σταγονίδια, ως ομώνυμα φορτισμένα, απωθούνται ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα τους. 64

65 Η χημική δομή του τασιενεργού γαλακτωματοποιητή παίζει καθοριστικό ρόλο στον τύπο του γαλακτώματος που προκύπτει. Οι αλκαλικοί σάπωνες των λιπαρών οξέων οδηγούν σε γαλακτώματα τύπου Ο/W και οι σάπωνες των δισθενών και τρισθενών μετάλλων οδηγούν σε γαλακτώματα τύπου W/O Εφαρμογές γαλακτωμάτων Γνωστό φυσικό γαλάκτωμα είναι το γάλα, σύστημα λίπους σε υδατικό διάλυμα καζεϊνικού ασβεστίου, λακτόζης, λευκωμάτων, μεταλλικών αλάτων, βιταμινών κ.α. Αν το αφήσουμε σε ηρεμία, το γάλα διαχωρίζεται σε δύο στοιβάδες, που η πάνω αποτελείται από τα σφαιρίδια λίπους και η άλλη απ το μέσο διασποράς. Αυτός ο αυθόρμητος διαχωρισμός σε δύο στοιβάδες είναι βραδύτερος, αν το γάλα με τη μηχανική επεξεργασία που λέγεται «ομογενοποίηση», αποτελέσει κολλοειδές γαλάκτωμα, εξαιτίας της κατάτμησης λιποσφαιρίων σε κολλοειδείς διαστάσεις. Για τον λόγο αυτό και γιατί τα μικρού μεγέθους λιποσφαίρια είναι πιο εύπεπτα, εφαρμόζεται σήμερα γενικά στο γάλα η ομογενοποίηση. Για την εξουδετέρωση της δυσάρεστης μυρωδιάς και γεύσης ορισμένων ουσιών, που χρησιμοποιούνται στην ιατρική (μουρουνέλαιο), δίνουν σ αυτές μορφή γαλακτώματος. Εικόνα 32. Είδος Γαλακτώματος Γαλακτώματα ασφάλτου ή πίσσας σε νερό χρησιμοποιούνται για την ψυχρή επίστρωση των δρόμων. Γαλάκτωμα ορυκτέλαιου σε νερό χρησιμεύει για την ψύξη και λίπανση των οργάνων, που ανοίγουν τρύπες ή κόβουν τα μέταλλα. Στην γεωργία χρησιμοποιούνται γαλακτώματα πετρελαίου σε νερό ως παρασιτοκτόνα. Στη βυρσοδεψία χρησιμοποιείται γαλάκτωμα ελαιόλαδου σε νερό. 65

66 2.14 Πηκτές Πηκτές δημιουργούνται με απορρόφηση μεγάλων ποσοστών υγρού από ένα κολλλοειδές πήγμα. Το ποσοστό του υγρού μιας πηκτής κυμαίνεται ανάμεσα σε ευρεία όρια, χωρίς να υπάρχει σταθερή αναλογία μεταξύ αυτού και του κολλοειδούς. Οι πηκτές δημιουργούνται με απλή επαφή ορισμένων μοριακών κολλοειδών με υγρό. Έτσι, η ζελατίνα σε επαφή με ξεστό νερό απορροφά μεγάλα ποσά απ αυτό, διογκώνεται και σχηματίζει πηκτή. Το ίδιο συμβαίνει και με το λάστιχο που απορροφά βενζίνη, διθειάνθρακα, αιθέρα, πετρέλαιο, τετραχλωράνθακα. Η γλυκερίνη σχηματίζει πηκτή με απλή επαφή με οξικό οξύ, η νιτρογλυκερίνη με νιτρικό οξύ, ασετόνη ή αιθέρα. Πηκτές μπορούν ακόμη να δημιουργηθούν με ψύξη κολλοειδούς συστήματος. Έτσι, παίρνουμε πηκτές ζελατίνας, άγαρ και πηκτές φρούτων (ζελέ). Εικόνα 33. Γλυκό φτιαγμένο από άγαρ (ζελέ) Η θερμοκρασία, όπου δημιουργείται πηκτή με ψύξη, είναι τόσο ψηλότερη όσο το κολλοειδές σύστημα πυκνότερο. Οι πηκτές, που παρασκευάζονται έτσι, καταστρέφονται με θέρμανση. Πηκτές σχηματίζονται και με διπλή αντικατάσταση. Με επίδραση οξέως σε υδατικό διάλυμα υδρυάλου (πυριτικό νάτριο) σχηματίζεται μια πηκτή, που μετά από εξάτμιση μετατρέπεται σε πήγμα, το γνωστό silica gel. Με αλλαγή διαλυτικού σχηματίζονται πηκτές. Έτσι, αν σε διάλυμα οξικού ασβεστίου επιδράσει οινόπνευμα, το οξικό ασβέστιο μετατρέπεται σε πηκτή. Εικόνα 34. Διάφοροι τύποι silica gel 66

67 Ορισμένες πηκτές καταστρέφονται με το χρόνο, άλλες απαιτούν ισχυρά μέσα για την καταστροφή τους. Η καταστροφή των πηκτών λέγεται "συναίρεση" ή "κατάρρευση". Μετά την καταστροφή τους, ορισμένες πηκτές επιστρέφουν ξανά στην αρχική τους κατάσταση, αυτό γίνεται μετά την εξάλειψη του αίτιου που προκάλεσε την καταστροφή τους. Αυτές οι πηκτές ονομάζονται "αντιστρεπτές". Με αύξηση της περιεκτικότητας του κολλοειδούς, από όπου δημιουργήθηκε μία πηκτή, αυξάνει η μηχανική αντοχή της, τόσο που μερικές απ αυτές είναι εξαιρετικά ανθεκτικές. Εικόνα 35. Συμπύκνωση πηκτών Θιξοτροπία Ορισμένες από τις πηκτές παρουσιάζουν την ιδιοτυπία να καταστρέφονται με απλή μηχανική καταπόνηση και να επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση μηχανικής αντοχής, αν μείνουν σε ηρεμία. Το φαινόμενο αυτό λέγεται: «θιξοτροπία» (απ το θίγω και τρέπεσθαι) και οι πηκτές «θιξότροπες». Τέτοιες είναι, μεταξύ των άλλων η πηκτή υδρίτη οξειδίου του σιδήρου, οξειδίου του αλουμινίου, πεντοξείδιο του βαναδίου. Θιξοτροπία παρουσιάζουν και ορισμένες πηκτές, που το συστατικό σε διασπορά στο υγρό δεν είναι κολλοειδών διαστάσεων. Ο καολίνης και ο μπετονίτης, που απορροφούν νερό και διογκώνεται, είναι θιξότροποι. Το φαινόμενο της θιξοτροπίας παρουσιάζεται συχνά στη φύση. Εικόνα 36. Ο καολίνης Το πρωτόπλασμα των κυττάρων είναι θιξότροπο. Θιξότροπα είναι και ορισμένα εδάφη ή έλη, που περιέχουν θιξότροπο άργιλο και γι αυτό είναι ασταθή, παρά την 67

68 ανθεκτική τους μορφή. Αν κάποιος θελήσει να περπατήσει πάνω τους, βυθίζεται και κάθε προσπάθεια να απαλλαγεί οδηγεί σε μεγαλύτερη βύθιση. Αντίθετα αν μείνει ακίνητος, δεν βυθίζεται περισσότερο. Προσθέτοντας στις κονίες γρήγορης πήξης μπετονίτη, όπου γίνεται η ανάμιξη της κονίας με τα αδρανή υλικά και νερό, αυτός εμποδίζει την πήξη του κονιάματος μέσα στην μπετονιέρα εξαιτίας της θιξότροπης ιδιότητάς του. Το ίδιο γίνεται και με ανάδευση για τη μεταφορά του έτοιμου τσιμέντου. Οι πηκτές, γενικά έχουν πολλές εφαρμογές. Έτσι, μερικές απ αυτές χρησιμεύουν ως συγκολλητικές ουσίες και για τη παρασκευή βερνικιών βαφής μετάλλων. Άλλες είναι αρκετά μαλακές σε ψηλές θερμοκρασίες, ώστε να σχηματοποιηθούν και είναι σκληρές σε συνηθισμένη θερμοκρασία. Τέτοια πηκτή είναι ο βακελίτης. Οι φυσικές ρητίνες (από δέντρα ή από το έδαφος) και οι τεχνητές είναι πήγματα από πηκτές. Μερικές απ τις τεχνητές ρητίνες έχουν ιοντανταλλακτικές ικανότητες. Ορισμένες σιλικόνες επίσης είναι πήγματα από πηκτές Σημασία των κολλοειδών Τα κολλοειδή συστήματα έχουν εξαιρετικά μεγάλη σημασία για τη ζωή των ανθρώπων, των ζώων και των φυτών. Tόσο γιατί αποτελούν τα κύρια συστατικά τους, όσο και γιατί συναντώνται σε μεγάλο αριθμό βιομηχανιών. Εκτός από αυτά που αναφέρθηκαν η γενική σημασία τους είναι η ακόλουθη: Ο ρόλος τους στη Βιολογία, τη Φυσιολογία και την Ιατρική Οι ιστοί των ζωικών και φυτικών οργανισμών, το αίμα, το μεσοκυττάριο υγρό, το πρωτόπλασμα, τα τοιχώματα των κυττάρων είναι κολλοειδή συστήματα, πηκτές, ή πήγματα κολλοειδών συστημάτων ή πηκτών. Τα οστά περιέχουν κολλοειδή. Απ αυτό φαίνεται η εξαιρετική σημασία τους για τη ζωή. Ο Graham θεώρησε ότι «τα κολλοειδή είναι η έδρα της ζωής». Ο βιολόγος Loeb θεώρησε τους ζώντες οργανισμούς ως «χημικές μηχανές που αποτελούνται κυρίως από κολλοειδή και είναι ικανές να αυξάνονται και να αναπαράγονται αυτόματα». Ο Lumière θεώρησε τις παθολογικές καταστάσεις, τα γηρατειά και το θάνατο ως αποτέλεσμα παροδικής ή μόνιμης κροκίδωσης των κολλοειδών του οργανισμού. Πραγματικά, η αυτοάμυνα του οργανισμού βασίζεται κύρια στην προσπάθεια διατήρησης των κολλοειδών 68

69 συστημάτων. Αυτό γίνεται, γιατί τα περισσότερα απ τα κολλοειδή είναι λυόφιλα, που αυτοσυντηρούνται αποτελεσματικότερα και πέπτονται ξανά, αν κροκιδωθούν επεισοδιακά. Για την συντήρηση αυτών των λυόφιλων κολλοειδών ο οργανισμός περιέχει ή δημιουργεί αν χρειαστεί, μεγάλο αριθμό αιωρηματικών ουσιών και ρυθμιστικών διαλυμάτων, για την αποφυγή μεταβολής του pη. Εκτός απ την άμυνα αυτή, που κατευθύνεται από τα νευρικά κύτταρα, ο οργανισμός αλλάζει τελείως και ανανεώνει κατά ορισμένα χρονικά διαστήματα, τα κολλοειδή του συστήματος με αντικατάσταση κυττάρων. Μόνο τα νευρικά κύτταρα δεν αντικαθιστούνται και στα κολλοειδή συστήματά τους εκδηλώνεται ο δεύτερος θερμοδυναμικός νόμος. Αυτός οδηγεί σε αργή καταστροφή τους, δηλαδή στα γηρατειά και στο θάνατο. Τα πρωτόζωα, που δεν έχουν νευρικά κύτταρα και συντηρούν τα κολλοειδή τους συστήματα, μπορεί να θεωρηθούν σαν αθάνατα. Η πιστοποίηση ότι η εισαγωγή στα φυτά και στα πειραματόζωα κροκιδωτικών ουσιών, φέρνει διαταραχές που θυμίζουν συμπτώματα γνωστών ασθενειών και ότι αντίθετα η εισαγωγή μέσων πέψης και προστατευτικών κολλοειδών μικρού αριθμού χρυσού, προκαλεί ανανέωση του οργανισμού, αποτέλεσαν τη βάση του κλάδου της ιατρικής, της «Γεροντολογίας». Αυτή ασχολείται με την ανανέωση του οργανισμού και την παράταση της ζωής, χρησιμοποιώντας σε γενικές γραμμές μέσα πέψης ή διέγερσης του οργανισμού για την παραγωγή τους (Nichans, Bolgomoletz) ή επεμβαίνοντας κατευθείαν στα νευρικά κύτταρα (Aslan). Εκτός από αυτό, αναφέρθηκε ότι η εκλεκτικότητα των κυτταρικών μεμβρανών που αποτελούνται από κολλοειδή πήγματα, καθώς και η υπόνοια ότι παθολογική συσσώρευση τροφών στα κύτταρα εξαιτίας χαλάρωσής τους ( διατήρηση των κυτταρικών πόρων ανοιχτών), μπορεί να αποτελεί ένα από τα αίτια του καρκίνου. Οι διαστάσεις που αποτελούν τους οργανικούς καταλύτες, είναι κολλοειδή που παράγονται από τους ζωντανούς οργανισμούς. Οι «διηθητικοί ιοί», που σε αυτούς οφείλονται διάφορες αρρώστιες, όπως η λύσσα, ο αφθώδης πυρετός, η ιλαρά, η πολιομελίτιδα, η επιδημική γρίπη είναι νουκλεοπρωτεΐνες, διαστάσεων mμm, ανήκουν στα κολλοειδή. Δεν έχει ακόμη εξακριβωθεί αν μπορούν να θεωρηθούν ως ζωντανοί οργανισμοί. Θεωρούνται ως η ενδιάμεση βαθμίδα ανάμεσα στα βακτήρια (που ανήκουν στους ζωντανούς οργανισμούς, διαστάσεων >300 mμm) και τα όχι ζωντανά οργανικά μόρια (διαστάσεων >300 mμm). 69

70 Η αυθόρμητη ή η εκβιασμένη κροκίδωση του ορού του αίματος με διάφορα κροκιδωτικά μέσα, αποτελεί διαγνωστικό μέσο ασθενειών και παρακολούθησης της εξέλιξής τους. Πολλά φάρμακα, εμβόλια, θεραπευτικά σκευάσματα είναι εξευγενισμένα φυσικά Φαρμακευτικές Ιδιότητες Κολλοειδών Αλογονούχα άλατα του Αργύρου : σπερματοκτόνα Κολλοειδές Θείο : γεωργία αντιμετώπιση ασθενειών Κολλοειδής Χρυσός : διαγνωστικό στην πάρεση Κολλοειδής Χαλκός : θεραπεία καρκίνου Κολλοειδής Υδράργυρος : θεραπεία σύφιλης Φυσικά και Συνθετικά Κολλοειδή Πρωτεϊνες πλάσματος Φυτικά μακρομόρια (κυτταρίνη, άμυλο) : πρόσθετα κολλοειδή. Άλλα φυσικά κολλοειδή φυτικής ή ζωικής προέλευσης, όπως το άμυλο, το αραβικό κόμμι, το βάλσαμο του Καναδά, οι αλβουμίνες χρησιμοποιούνται για την παρασκευή φαρμάκων Ο ρόλος τους στην καθημερινή ζωή Τα περισσότερα τρόφιμα αποτελούνται από κολλοειδή, όπως το ψωμί, το γάλα, το κρέας, τα λαχανικά. Η μαγιονέζα, οι διάφορες πηκτές, η κρέμα Bechamell, η κρέμα Chantilly, οι σάλτσες είναι κολλοειδή συστήματα. Το ψήσιμο των φαγητών έχει σχέση με την κροκίδωση. Το κρασί είναι κολλοειδές σύστημα ταννίνης και χρωστικών, σε νερό και οινόπνευμα οι αλλοιώσεις του και η παλαίωσή του οφείλονται σε κροκιδώσεις. Ακόμη, το ούζο και η μαστίχα σχηματίζουν γαλάκτωμα με νερό. 70

71 Ο ρόλος τους στη Γεωργία Το έδαφος περιέχει από 1-50% κολλοειδή ανόργανα συστατικά, όπως ο άργιλος, το οξείδιο του πυριτίου και το οξείδιο του αργιλίου και οργανικά που αποτελούν τον «χουν». Με την παρουσία των κολλοειδών αυτών, ορισμένα από τα οποία σχηματίζουν πηκτές, βοηθούνται οι χημικές αντιδράσεις και οι φυσικές ανταλλαγές που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη των φυτών. Τα οργανικά κολλοειδή, όπως τα υδρόφιλα και αυτά που σχηματίζουν πηκτές, συμβάλλουν στη διατήρηση της συνεκτικότητας του εδάφους και κατά τις ξηρασίες και τροφοδοτούν τα φυτά κατά τις εποχές αυτές με νερό Ο ρόλος τους στη Βιομηχανία Αναφέρθηκε η παρασκευή και η χρησιμότητα του silica gel και της αλουμίνας, τα οποία είναι πήγματα κολλοειδών. Το γυαλί είναι κολλοειδές πήγμα που προήλθε από αντιστρεπτή πηκτή, γιατί με θέρμανση σε 200º C και πίεση 10 atm δημιουργεί πηκτή. Ο άργιλος, που χρησιμοποιείται στην κεραμική, περιέχει κολλοειδείς οργανομεταλλικές ενώσεις που δίνουν σε αυτόν τις ιδιότητές τους, κυρίως την πλαστικότητά τους. Μετά το σχηματισμό και τη θέρμανσή τους μετατρέπονται σε πήγμα και δεν γυρίζει στην αρχική κατάσταση της πηκτής ( μη αναστρεπτές πηκτές). Ο καολίνης, πρώτη ύλη παρασκευής πορσελάνης, που χρησιμοποιείται και στην καλλιτεχνική κεραμευτική και στη χαρτοποιία, είναι κολλοειδές. Ο μπετονίτης διογκώνεται έντονα με νερό και σχηματίζει θιξότροπη πηκτή. Χρησιμοποιείται για την αντικατάσταση λιπαρών σωμάτων σε ειδικές χρήσεις, όπως για την παρασκευή καλλυντικών, κρεμών και αλοιφών, ως μέσο αποσκλήρυνσης του νερού γιατί έχει ιοντοανταλλακτικές ιδιότητες, για αδιάβροχα κονιάματα καθώς και στην εξόρυξη και βιομηχανία πετρελαίου. Η άσφαλτος και η πίσσα αποτελούν κολλοειδή συστήματα σε νερό. Οι φυσικές και τεχνητές ρητίνες είναι κολλοειδή από πηκτές. Το ορυκτό λάστιχο, το φυσικό λάστιχο, το τεχνητό λάστιχο, η κυτταρίνη, η νιτροκυτταρίνη είναι κολλοειδή πήγματα που διογκώνονται σε υγρά μέσα και σχηματίζουν πηκτές. 71

72 Η οξική κυτταρίνη (Celluloid) χρησιμεύει για την κατασκευή άκαυστων φωτογραφικών φιλμ. Εικόνα 37. Φωτογραφικό φιλμ Το μαλλί, εξαιτίας της κερατίνης, διογκώνεται σε ψηλή θερμοκρασία και πίεση με την παρουσία αλκάλεως και σχηματίζει πηκτή. Το ίδιο ισχύει και για το τεχνητό μαλλί. Το μετάξι και οι αζωτούχες υφάνσιμες ίνες, όπως το Nylon, είναι κολλοειδή πήγματα. Οι περισσότερες απ τις οργανικές χρωστικές, αν διαλυθούν σε νερό, αποτελούν κολλοειδή συστήματα. Οι αμυλώδεις ουσίες σχηματίζουν με το νερό, κολλοειδή συστήματα. Το άμυλο σχηματίζει με το νερό και θέρμανση πηκτή, που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία των υφασμάτων πριν τη βαφή. Με την παρουσία οξέος και με θέρμανση υδρολύεται διαδοχικά σε διαλυτό άμυλο, δεξτρίνη, μαλτόζη και γλυκόζη με τις γνωστές χρήσεις. Τα αγάρ-αγάρ αποτελεί επεξεργασμένη μορφή αμύλου, που προέρχεται από ορισμένο είδος φυκιών της Κίνας και της Ιαπωνίας. Η αλβουμίνη και η ζελατίνη σχηματίζουν με το νερό πηκτές και χρησιμοποιούνται ως συγκολλητικές ουσίες για το «κολλάρισμα» των υφάνσιμων ινών και τη διαύγαση των κρασιών. Το φωτογραφικό φιλμ είναι κολλοειδές αιώρημα φωτοπαθών ουσιών σε διάφορες ουσίες. Ακόμη σε πλήθος βιομηχανιών το πιο σημαντικό τμήμα των διεργασιών έχει σχέση με κολλοειδείς μετασχηματισμούς. Κατά την παρασκευή τεχνητού μεταξιού σημαντικότερη διεργασία είναι η κροκίδωση της βισκόζης. Η βαφή των υφασμάτων αποτελεί κροκίδωση των μικκυλίων των χρωστικών. Στη βυρσοδεψία γίνονται κολλοειδείς μετασχηματισμοί. Τα δέρματα αποτελούνται κυρίως από πρωτεϊνικές ουσίες, που, μετά την κατεργασία, μετατρέπονται σε πηκτές θετικού φορτίου μικκυλίων. Οι δεψικές ύλες, που χρησιμοποιούνται στη συνέχεια, όπως η ταννίνη (φαινολικά οξέα), είναι μοριακά κολλοειδή αρνητικού φορτίου μικκυλίων. Έτσι, η κύρια δράση κατά τη δέψη των δερμάτων, είναι η αμοιβαία κροκίδωση. Στη συνέχεια το πήγμα μετατρέπεται με οξείδωση, σε ενώσεις που αντέχουν στο νερό. Η πήξη, τέλος των κονιαμάτων οφείλεται κυρίως στο άμορφο και κολλοειδές πυριτικό ασβέστιο και στο κρυσταλλικό κολλοειδές αργιλικό ασβέστιο. Με νερό, το αργιλικό ασβέστιο δημιουργεί πηκτή και μέσα της αρχίζουν να σχηματίζονται κρύσταλλοι 72

73 ένυδρου αργιλικού ασβεστίου, που αφυδατώνουν συνεχώς την πηκτή και τελικά την μετατρέπουν σε πήγμα. Αυτό είναι το συνδετικό υλικό όλων των ένυδρων ενώσεων, που σχηματίζονται μεταξύ τους και με τα αδρανή υλικά 73

74 3. ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΒΙΝΤΕΟΣΚΟΠΗΜΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ 74

75 3.1 Κανόνες Ασφαλείας σε Εργαστήριο Για όλο το χρονικό διάστημα που βρίσκεστε εντός του εργαστηρίου να φοράτε εργαστηριακή ποδιά. - Όπου χρειάζεται να φοράτε γάντια και προστατευτικά γυαλιά. - Μην κυκλοφορείτε στα εργαστήρια με ανοιχτά υποδήματα (σαντάλια). - Αν έχετε μακριά μαλλιά, να τα μαζεύετε σε κοτσίδα, γιατί μπορούν εύκολα να πάρουν φωτιά ή να έρθουν σε επαφή με χημικά, ή να παγιδευτούν σε κάποια συσκευή. -Φυλάτε τα προσωπικά σας αντικείμενα μακριά από το εργαστήριο (ρουχισμός, τσάντες, κ.λ.π.). - Να μη δημιουργείτε παφλασμούς, ψεκασμούς ή αέρια λύματα. Λαμβάνετε τα αντίστοιχα Μέτρα Ατομικής Προστασίας: γυαλιά/μάσκα/ποδιά ασφάλειας. Εάν δεν διαθέτετε τα σχετικά, ζητείστε από τον υπεύθυνο του εργαστηρίου για να τα προμηθευτείτε. - Κλείνετε την απαγωγό εστία και μην διατηρείτε τη θύρα της ανοιχτή. - Δοχεία με πτητικές χημικές ουσίες να ανοίγονται μέσα στην απαγωγό εστία. - Πειράματα που δημιουργούν αναθυμιάσεις να διεξάγονται στην απαγωγό εστία. - Διατηρείτε το πάτωμα του εργαστηρίου καθαρό και στεγνό. Σε περίπτωση που χυθεί στο πάτωμα κάποια επικίνδυνη χημική ουσία, ενημερώστε άμεσα τον υπεύθυνο του εργαστηρίου σας και αναζητείστε το MSDS (Material Safety Data Sheet) για την αδρανοποίηση της ουσίας. - Καθαρίζετε και τακτοποιείτε τον πάγκο εργασίας, τα σκεύη/όργανα που χρησιμοποιείτε. - Διατηρείτε τους διαδρόμους ελεύθερους. Όποτε κάποια συσκευή αχρηστεύεται, ενημερώνετε την τεχνική υπηρεσία με πρωτόκολλο καταστροφής. - Μην τρώτε και μην καπνίζετε στο εργαστήριο. Μετά από κάθε πείραμα με βιολογικά υλικά: - αφαιρείτε τα γάντια - απομακρυνθείτε από την περιοχή εργασίας, πλένετε τα χέρια. 75

76 3.2 Πειράματα ΑΠΛΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΙΑΣΠΟΡΑΣ Τα ρεύματα του χρώματος Σκοπός: Να αποδείξουμε πως ένα απορρυπαντικό προκαλεί την κίνηση των άλλων μορίων. Υλικά: 1. Γάλα 2. Χρωστικές τροφίμων (κόκκινο, κίτρινο, μπλε) 3. Υγρό απορρυπαντικό καθαρισμού Πειραματική Διαδικασία: Ρίχνουμε αρκετό γάλα σε ένα πιάτο ώστε να καλυφθεί η βάση. Προσθέτουμε δύο σταγόνες από κάθε χρωστική σε απόσταση μεταξύ τους. Κρατάμε το μπουκάλι του απορρυπαντικού πάνω από το κέντρο του πιάτου και πιέζουμε το μπουκάλι έτσι ώστε να πέσει μόνο μια σταγόνα. Παρατηρούμε την μετακίνηση των χρωμάτων. 76

77 Αποτελέσματα Εξήγηση του πειράματος: Κατά την εξέλιξη του χρώματος έχουμε γρήγορη κίνηση έξω από την κατεύθυνση του κέντρου του πιάτου. Περιστρεφόμενες κινήσεις των ξεχωριστών χρωμάτων φαίνονται κατά μήκος της επιφάνειας του γάλακτος κατά τη διάρκεια των δύο πρώτων λεπτών. Εντός των 1-2 λεπτών τα κινούμενα χρώματα αρχίζουν να αναμειγνύονται μαζί και τελικά σχηματίζεται ένα γκρι μείγμα. Οι σταγόνες των χρωμάτων προσωρινά παραμένουν χωρισμένες. Οι λιποειδείς σταγόνες του γάλατος δεν αναμειγνύονται καλά με το υδατικό χρωματιστό φαγητό και έτσι τα χρώματα διατηρούνται διαχωρισμένα. Τα χρώματα κινούνται προς τα έξω, διότι τα μόρια της επιφάνειας του νερού σπρώχνονται από τα μόρια του χρώματος με ίδια δύναμη προς όλες τις κατευθύνσεις. Ρίχνοντας σαπούνι στο κέντρο εξασθενούν οι έλξεις από τα μόρια του νερού και το δυνατότερο προσκόλλημα μορίων νερού από την αντίθετη πλευρά των χρωματιστών μορίων έλκονται από αυτά κατά μήκος της επιφάνειας του νερού προς την άκρη του πιάτου. Καθώς οι σταγόνες του λίπους σπάζουν σε μικρότερα τμήματα με το απορρυπαντικό αυτές απλώνονται επιτρέποντας περισσότερο από την ανάμιξη της χρωστικής και του γάλακτος. 77

78 3.2.2 Πηγμένο γάλα και τυρόγαλα Σκοπός: Χωρίζουμε το γάλα σε στερεό και υγρό τμήμα. Υλικά: 1. Γάλα 2. Ξύδι ( 15ml ) Διαδικασία: Συμπληρώνουμε το βάζο με φρέσκο γάλα. Προσθέτουμε 2 κουταλιές ( 30ml ) ξύδι και ανακινούμε. Αφήνουμε το δοχείο να παραμείνει για δύο με τρία λεπτά. Αποτελέσματα Εξήγηση: Το γάλα διαχωρίζεται σε δύο μέρη. Ένα άσπρο στερεό και ένα καθαρό υγρό. Το κολλοειδές είναι ένα μίγμα από υγρά και πολύ λεπτά διαμερισμένα σωματίδια τα οποία εξαπλώνονται σε όλο το υγρό. Το γάλα είναι ένα παράδειγμα κολλοειδούς. Τα στερεά μέρη μέσα στο γάλα απλώνονται ομαλά διαμέσου του υγρού. Το ξύδι ενώνει μικρά αδιάλυτα σωματίδια μεταξύ τους σχηματίζοντας ένα στερεό που ονομάζεται πηγμένο γάλα. Το υγρό τμήμα αποδίδεται ως τυρόγαλο. 78

79 3.2.3 Έκρηξη χρωμάτων Σκοπός: Η παραγωγή εκρηγνυόμενων χρωματιστών φυσαλίδων. Υλικά: 1. Υγρό μαγειρικό λάδι 2. Χρωστικές φαγητού (κόκκινο, κίτρινο, πράσινο) 3. Γυάλινο ποτήρι ζέσεως των 500ml 4. Γυάλινο ποτήρι ζέσεως των 25ml 5. Αναδευτήρας Πειραματική διαδικασία: Συμπληρώνουμε το ποτήρι ζέσεως (500ml) με νερό. Βάζουμε μια κουταλιά λάδι στο μικρό ποτήρι ζέσεως. Προσθέτουμε 4 σταγόνες από κάθε χρώμα χρωστικών φαγητού Χρησιμοποιούμε τον αναδευτήρα να ανακατέψουμε το λάδι και τα χρώματα μέχρι να αναμιχθούν ολοκληρωτικά. Ρίχνουμε το μίγμα του λαδιού και χρωστικών φαγητού μέσα στο νερό που είναι στο μεγάλο ποτήρι ζέσεως. Παρατηρούμε την επιφάνεια και την πλευρά του μπολ για 5-10 λεπτά. 79

80 Αποτελέσματα Εξήγηση: Μικρή λιμνούλα από κηλίδες λαδιού που λερώθηκαν με σφαίρες των χρωμάτων βγαίνουν στην επιφάνεια του νερού. Ξεχωριστές σφαίρες χρωμάτων εμφανίζονται να εκρήγνυνται προς τα έξω, παράγοντας επίπεδους κύκλους χρωμάτων στην επιφάνεια του νερού με κύματα χρωμάτων να βυθίζονται προς τα κάτω στο νερό. Το λάδι και το νερό είναι μη αναμειγνυόμενα και διαχωρίζονται σε στρώματα. Επειδή οι χρωστικές φαγητού είναι υδατοδιαλυτές, παραμένουν σαν μικρές σφαίρες σε όλο το λάδι πάνω στην υδατική επιφάνεια του νερού. 80

81 Στρογγυλές χρωματιστές σφαίρες βυθίζονται και διαπερνούν το στρώμα λαδιού και διαλύονται στο υδατικό στρώμα που είναι από κάτω. Τη στιγμή που οι μικρές σταγόνες του χρώματος αγγίζουν το νερό αυτές γρήγορα ξαπλώνονται στην επιφάνεια και μακριά ρεύματα χρωμάτων αρχίζουν την κάθοδο Παρασκευή κολλοειδούς από αυγά Σκοπός: Να παρασκευάσουμε κολλοειδές από απλά υλικά όπως αυγά. Υλικά: 1. Αυγά (απομακρύνουμε τους κρόκους) 2. Μηχανική ανάδευση (μίξερ χειρός) Πειραματική διαδικασία: Χτυπάμε τα ασπράδια των αυγών με το μίξερ. 81

82 Αποτελέσματα - Εξήγηση: Μετά από πέντε λεπτά ανάδευση, παρατηρούμε ότι έχει πήξει και ότι δεν πέφτει καθώς γυρίζουμε το κουτάλι ανάποδα. Το κολλοειδές που δημιουργείται είναι αερίου σε υγρό και είναι γνωστό της καθημερινότητα μας ως μαρέγκα. 82

83 3.2.5 Διαχωρισμός δειγμάτων σε κολλοειδή, διαλύματα και αιωρήματα Σκοπός: Θα διαχωρίσουμε ποια δείγματα είναι κολλοειδή, διαλύματα ή αιωρήματα μέσω διήθησης. Υλικά: 1. Γάλα 2. Άμμος 3. Διάλυμα θειικού χαλκού 4. Νερό 5. Διηθητικό χαρτί 6. Χωνί διήθησης Πειραματική διαδικασία: Προσθέτουμε σε ένα ποτήρι ζέσεως το νερό με την άμμο και αναδεύουμε. Στη συνέχεια διηθούμε το μείγμα με απλή διήθηση. Διηθούμε το διάλυμα του θειικού χαλκού. Διηθούμε και το γάλα με ανάλογο τρόπο. Παρατηρούμε τους ηθμούς και τα διηθήματα. 83

84 Αποτελέσματα Εξήγηση: Βλέπουμε ότι μετά τη διήθηση του μείγματος του νερού με την άμμο, στο διήθημα το νερό είναι καθαρό και στον ηθμό παραμένει η άμμος. Δηλαδή πρόκειται για ένα αιώρημα. Μετά τη διήθηση του διαλύματος θειικού χαλκού, παρατηρούμε πως το διήθημα δεν αποτελείται από καθαρό νερό αλλά έχει το ίδιο χρώμα με το αρχικό διάλυμα και πως στο ηθμό δεν κατακρατήθηκε κάτι, άρα είναι ένα διάλυμα. Τέλος για το γάλα, βλέπουμε πως στον ηθμό παραμένει ίζημα και πως το νερό στο διήθημα δεν είναι καθαρό. Αντιλαμβανόμαστε πως πρόκειται για ένα κολλοειδές Διαχωρισμός δειγμάτων με τη βοήθεια του φαινομένου Tyndall Σκοπός: Να διαχωρίσουμε τα δείγματα μέσω του φαινομένου Tyndall σε διαλύματα, κολλοειδή και αιωρήματα. 84

85 Υλικά: 1. Ταλκ 3 gr 2. Άμυλο 200 ml 3. Λάδι 20 σταγόνες 4. Αναψυκτικό σόδα 5. Γάλα 20 σταγόνες 6. Αλάτι 3 gr 7. Νερό 8. Λέιζερ Πειραματική διαδικασία: Σε ένα ποτήρι ζέσεως προσθέτουμε 200 ml νερό και ταλκ και αναδεύουμε. Σε ένα δεύτερο ποτήρι ρίχνουμε το άμυλο. Σε ένα τρίτο ποτήρι προσθέτουμε 200 ml νερό με το λάδι και αναδεύουμε. Σε ένα τέταρτο ποτήρι ρίχνουμε το αναψυκτικό της σόδας. Σε ένα άλλο ποτήρι προσθέτουμε το γάλα με 200 ml νερό και αναδεύουμε. Στο τελευταίο ποτήρι προσθέτουμε το αλάτι με το νερό και αναδεύουμε. Φωτίζουμε το κάθε ποτήρι με το κάθε δείγμα με το laser και παρατηρούμε εάν είναι εμφανές το φαινόμενο Tyndall. Σημειώνουμε τις παρατηρήσεις για το καθένα και διαχωρίζουμε εάν είναι κολλοειδές, διάλυμα ή μείγμα. 85

86 Αποτελέσματα - Εξήγηση: Βλέπουμε πως στο δείγμα με το ταλκ και το νερό, η πορεία της δέσμης είναι ξεκάθαρη, άρα πρόκειται για ένα κολλοειδές. Στο δείγμα με το γάλα και το νερό καθώς και στο δείγμα με το άμυλο παρατηρούμε το ίδιο φαινόμενο, άρα πρόκειται επίσης για κολλοειδή. Στο δείγμα με το αναψυκτικό σόδας παρατηρούμε πως δεν είναι ξεκάθαρη η πορεία της δέσμης του φωτός, άρα πρόκειται για ένα διάλυμα. Στο δείγμα με το νερό και το αλάτι διαπιστώνουμε με τον ίδιο τρόπο ότι πρόκειται για ένα διάλυμα. Στο δείγμα με το νερό και το λάδι διαπιστώνουμε πως πρόκειται για ένα μείγμα και πως υπάρχουν δύο ξεχωριστές εμφανείς φάσεις. 86

87 3.2.7 Παρασκευή αφρού για κατάσβεση φωτιάς Σκοπός: Να παρασκευάσουμε ένα αφρό αέριου διοξειδίου του άνθρακα σε νερό. Υλικά: 1. Όξινο ανθρακικό νάτριο 2. Ξύδι, 100ml 3. Χρωστικές φαγητού 4. Υγρό απορρυπαντικό πιάτων 5. Ποτήρι ζέσεως των 150 ml 6. Ποτήρι ζέσεως των 250 ml 7. Αναδευτήρας Πειραματική διαδικασία: Μεταφέρουμε περίπου 100 ml από το ξύδι στο ποτήρι ζέσεως των 250ml. Προσθέτουμε περίπου 1 ml (20 σταγόνες) από το απορρυπαντικό πιάτων στο ξύδι και ανακατεύουμε ευγενικά. Μεταφέρουμε περίπου 100 ml νερό στο ποτήρι ζέσεως των 150ml και προσθέτουμε 7.5g όξινο ανθρακικό νάτριο. Ανακατεύουμε μέχρι να διαλυθεί εντελώς. Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ποτηριού με το όξινο ανθρακικό νάτριο στο ποτήρι με το ξύδι. 87

88 Αποτελέσματα - Εξήγηση: Σε αυτό το πείραμα, θα παράγουμε ένα αφρό από αέριο διοξείδιο του άνθρακα στο νερό. Θα παραχθεί διοξείδιο του άνθρακα κατά την αντίδραση του οξικού οξέος (ξύδι) με υδατικό διάλυμα όξινου ανθρακικού ασβεστίου, όπως φαίνεται παρακάτω με την χημική εξίσωση: CH 3 COOH (aq) + NaHCO 3(aq) H 2 O (l) + CH 3 COONa (aq) + CO 2(g) Το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται στην αντίδραση αποτελεί την αέρια φάση του κολλοειδούς και το νερό την αέρια φάση. Το απορρυπαντικό αποτελεί τον σταθεροποιητή και η χρωστική χρησιμοποιείται απλά για να γίνεται πιο ξεκάθαρα ορατό το αποτέλεσμα της αντίδρασης. 88

89 3.2.8 Παρασκευή κολλοειδούς με απορρυπαντικό πλυντηρίου σε σκόνη Υλικά: 1. Τολουόλιο 2. Απορρυπαντικό πλυντηρίου σε σκόνη Πειραματική διαδικασία: Προσθέτουμε 20 σταγόνες τολουολίου σε 3 ml διαλύματος απορρυπαντικού παρασκευασμένου με διάλυση 1 g απορρυπαντικό σε σκόνη σε 100 ml νερού. Γαλακτωματοποιούμε κάθε σταγόνα με ανακίνηση του περιεχομένου πριν την προσθήκη της επόμενης σταγόνας. Περιγράφουμε την όψη του συστήματος. Αποτελέσματα Εξέλιξη: Παρατηρούμε το δοκιμαστικό σωλήνα σε διάφορες χρονικές στιγμές. Σιγά σιγά βλέπουμε τη δημιουργία του γαλακτώματος στο ανώτερο στρώμα του δοκιμαστικού σωλήνα. 89

90 Μετά από 2 min Μετά από 2 h 90

91 4.ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ- ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΦΥΛΛΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 91

92 4.1 Φύλλα εργασίας Φύλλο εργασίας 1 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Προσδιορισμός κολλοειδών συστημάτων με τη βοήθεια του φαινομένου Tyndall Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να αναγνωρίζει και να προσδιορίζει ποια δείγματα είναι διαλύματα, κολλοειδή ή μείγματα από τα φυσικά χαρακτηριστικά του. 2. να γνωρίζει το φαινόμενο Tyndall και βάση αυτό να προσδιορίζει αν το κάθε δείγμα είναι κολλοειδές, διάλυμα ή μείγμα. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί πριν την διεξαγωγή της εργαστηριακής άσκησης. Μπορεί να εφαρμοστεί αντί της εργαστηριακής άσκησης σε περίπτωση έλλειψης εργαστηρίου, μετά την προβολή των αντίστοιχων βίντεο. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Θα ακολουθηθεί η μεθοδολογία της κατευθυνόμενης ανακάλυψης. Η εργασία θα γίνει στο εργαστήριο ή στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με τη χρήση εικόνων και βίντεο. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το φύλλο εργασίας. 3. Δίνουμε στις ομάδες υλικά και τους ζητούμε να φτιάξουν ανάλογα παραδείγματα. 92

93 Φύλλο εργασίας 1 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Προσδιορισμός κολλοειδών συστημάτων με τη βοήθεια του φαινομένου Tyndall Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία:... Στο πείραμα αυτό θα μελετήσετε και μάθετε να διαχωρίζετε ποια δείγματα είναι κολλοειδή από τα διαλύματα και τα μείγματα. Πρώτα με βάση τα φυσικά τους χαρακτηριστικά και στη συνέχεια με βάση το φαινόμενο Tyndall. Υλικά για την υποστήριξη του μαθήματος : 1. Ταλκ 3 g 2. Άμυλο 200 ml 3. Λάδι 20 σταγόνες 4. Αναψυκτικό σόδα 5. Γάλα 20 σταγόνες 6. Αλάτι 3 g 7. Νερό 8. Λέιζερ 9. Ποτήρια ζέσεως Πειραματική διαδικασία: Σε ένα ποτήρι ζέσεως προσθέτουμε 200 ml νερό και ταλκ και αναδεύουμε. Σε ένα δεύτερο ποτήρι ρίχνουμε το άμυλο. Σε ένα τρίτο ποτήρι προσθέτουμε 200 ml νερό με το λάδι και αναδεύουμε. Σε ένα τέταρτο ποτήρι ρίχνουμε το αναψυκτικό της σόδας. Σε ένα άλλο ποτήρι προσθέτουμε το γάλα με 200 ml νερό και αναδεύουμε. Στο τελευταίο ποτήρι προσθέτουμε το αλάτι με το νερό και αναδεύουμε. Φωτίζουμε το κάθε ποτήρι με το κάθε δείγμα με το laser και παρατηρούμε εάν είναι εμφανές το φαινόμενο Tyndall. Σημειώνουμε τις παρατηρήσεις για το καθένα και διαχωρίζουμε εάν είναι κολλοειδές, διάλυμα ή μείγμα. 93

94 1. Ποιά παρατηρήσιμα φυσικά χαρακτηριστικά σας επιτρέπουν να ξεχωρίσετε ένα κολλοειδές από ένα μείγμα; Ποια παρατηρήσιμα φυσικά χαρακτηριστικά σας επιτρέπουν να ξεχωρίσετε ένα κολλοειδές από ένα διάλυμα;

95 3. Μερικά από τα παραπάνω παραδείγματα είναι δύσκολο να τα διαχωρίσουμε επειδή τα χαρακτηριστικά τους μπορεί να είναι κάτι ενδιάμεσο από τα χαρακτηριστικά των κολλοειδών, διαλυμάτων και μειγμάτων (π.χ. να διαχωρίζονται εξαιτίας της βαρύτητας αλλά πολύ αργά). Γιατί συμβαίνει αυτό; Θεωρήστε πως έχετε ένα δείγμα με μία στερεά ουσία διαλυμένη σε νερό που ξεκάθαρα συμπεριφέρεται σαν μείγμα. Αν αλλάξουμε το μέσο διασπορά και χρησιμοποιήσουμε λάδι αντί για νερό, θα συνεχίσει το δείγμα να συμπεριφέρεται σαν μείγμα και γιατί; Παρατηρείστε τα δείγματα και υπογραμμίστε το σωστό: Δείγμα Tyndall φαινόμενο Διαχωρίζεται στην ηρεμία Κατηγορία 1. Αλάτι σε νερό Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 2. Σόδα Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 3. Γάλα σε νερό Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 4. Λάδι σε νερό Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 5. Άμυλο Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 6. Ταλκ σε νερό Ναι/ Όχι Ναι/ Όχι κολλοειδές/ διάλυμα/ μείγμα 95

96 Φύλλο εργασίας 2 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Διαχωρισμός κολλοειδών, διαλυμάτων, μειγμάτων μέσω διήθησης Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει την μέθοδο της διήθησης, τη διαδικασία και τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται. 2. να αναγνωρίζει και να προσδιορίζει ποια δείγματα είναι διαλύματα, κολλοειδή ή μείγματα μέσω της διαδικασίας της διήθησης. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί πριν την διεξαγωγή της εργαστηριακής άσκησης. Μπορεί να εφαρμοστεί αντί της εργαστηριακής άσκησης σε περίπτωση έλλειψης εργαστηρίου, μετά την προβολή των αντίστοιχων βίντεο. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Θα ακολουθηθεί η μεθοδολογία της κατευθυνόμενης ανακάλυψης. Η εργασία θα γίνει στο εργαστήριο ή στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με τη χρήση εικόνων και βίντεο. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το φύλλο εργασίας. 3. Δίνουμε στις ομάδες υλικά και τους ζητούμε να φτιάξουν ανάλογα παραδείγματα. 96

97 Φύλλο εργασίας 2 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Διαχωρισμός κολλοειδών, διαλυμάτων, μειγμάτων μέσω διήθησης Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία:... Στο πείραμα αυτό θα μελετήσετε και μάθετε να διαχωρίζετε ποια δείγματα είναι κολλοειδή από τα διαλύματα και τα μείγματα μέσω της διήθησης καθώς και τον εξοπλισμό που είναι απαραίτητος. Υλικά για την υποστήριξη του μαθήματος : 1. Γάλα 2. Άμμος 3. Διάλυμα θειικού χαλκού 4. Νερό 5. Διηθητικό χαρτί 6. Χωνί διήθησης 7. Ποτήρια ζέσεως Πειραματική διαδικασία: Προσθέτουμε σε ένα ποτήρι ζέσεως το νερό με την άμμο και αναδεύουμε. Στη συνέχεια διηθούμε το μείγμα με απλή διήθηση. Διηθούμε το διάλυμα του θειικού χαλκού. Διηθούμε και το γάλα με ανάλογο τρόπο. Παρατηρούμε τους ηθμούς και τα διηθήματα. 97

98 1. Τι παρατηρούμε στο διήθημα και τι στον ηθμό του κάθε δείγματος; Μπορείτε να σκεφτείτε και άλλα παραδείγματα κολλοειδών που θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο της διήθησης για να δείξουμε ότι είναι κολλοειδή;

99 Φύλλο εργασίας 3 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Παρασκευή κολλοειδών Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να αναγνωρίζει και να προσδιορίζει ποια είναι τα κολλοειδή και πως παρασκευάζονται. 2. να αναγνωρίζει παραδείγματα κολλοειδών που συναντάμε στην καθημερινή ζωή και πως χρησιμοποιούνται. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί πριν την διεξαγωγή της εργαστηριακής άσκησης. Μπορεί να εφαρμοστεί αντί της εργαστηριακής άσκησης σε περίπτωση έλλειψης εργαστηρίου, μετά την προβολή των αντίστοιχων βίντεο. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Θα ακολουθηθεί η μεθοδολογία της κατευθυνόμενης ανακάλυψης. Η εργασία θα γίνει στο εργαστήριο ή στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με τη χρήση εικόνων και βίντεο. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το φύλλο εργασίας. 3. Δίνουμε στις ομάδες υλικά και τους ζητούμε να φτιάξουν ανάλογα παραδείγματα. 99

100 Φύλλο εργασίας 3 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Παρασκευή κολλοειδών Παρασκευή αφρού για κατάσβεση φωτιάς Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία:... Στο πείραμα αυτό θα μελετήσετε την παρασκευή δύο κολλοειδών που συναντάμε στην καθημερινή ζωή και θα μάθουμε πως χρησιμοποιούνται. Υλικά για την υποστήριξη του μαθήματος : Παρασκευή αφρού για κατάσβεση φωτιάς 1. Όξινο ανθρακικό νάτριο 2. Ξύδι, 100ml 3. Χρωστικές φαγητού 4. Υγρό απορρυπαντικό πιάτων 5. Ποτήρι ζέσεως των 150 ml 6. Ποτήρι ζέσεως των 250 ml 7. Αναδευτήρας Παρασκευή κολλοειδούς από αυγά- μαρέγκα 1. Αυγά (απομακρύνουμε τους κρόκους) 2. Μηχανική ανάδευση (μίξερ χειρός) Πειραματική διαδικασία: Παρασκευή αφρού για κατάσβεση φωτιάς Μεταφέρουμε περίπου 100 ml από το ξύδι στο ποτήρι ζέσεως των 250ml. Προσθέτουμε περίπου 1 ml (20 σταγόνες) από το απορρυπαντικό πιάτων στο ξύδι και ανακατεύουμε ευγενικά. Μεταφέρουμε περίπου 100 ml νερό στο ποτήρι ζέσεως των 150ml και προσθέτουμε 7.5gr όξινο ανθρακικό νάτριο. Ανακατεύουμε μέχρι να διαλυθεί εντελώς. 100

101 Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ποτηριού με το όξινο ανθρακικό νάτριο στο ποτήρι με το ξύδι. CH 3 COOH (aq) + NaHCO 3(aq) H 2 O (l) + CH 3 COONa (aq) + CO 2(g) Παρασκευή κολλοειδούς από αυγά- μαρέγκα Χτυπάμε τα ασπράδια των αυγών με το μίξερ. 1. Τι είδους κολλοειδές πιστεύετε ότι δημιουργείται σε κάθε περίπτωση; Για ποιό λόγο πιστεύετε ότι τα αυγά αλλάζουν μορφή;

102 3. Γιατί αυτοί οι αφροί είναι αποτελεσματικοί στην κατάσβεση φωτιάς; Να αναφέρετε και άλλα παραδείγματα από την καθημερινή ζωή που συναντάμε κολλοειδή;

103 4.2 Ερωτήσεις αξιολόγησης Ερωτήσεις Αξιολόγησης 1 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει ποια συστήματα είναι κολλοειδή και να αναφέρει χαρακτηριστικά παραδείγματα. 2. να γνωρίζει το φαινόμενο Tyndall και βάση αυτό να προσδιορίζει αν το κάθε δείγμα είναι κολλοειδές, διάλυμα ή μείγμα. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης.. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 1. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 2. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 103

104 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 1 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Τι ονομάζουμε κολλοειδή και αναφέρετε κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα. 2. Ποια είδη κολλοειδών συστημάτων γνωρίζουμε;. 3. Αντιστοιχίστε το είδος του κολλοειδούς συστήματος με τα ανάλογα παραδείγματα: Ομίχλη Γαλάκτωμα Καπνός Αφρός Λάδι σε νερό Αερόλυμα Ζελέ Στερεός Αφρός Κρέμα Chantilly Πηκτή 4. Τι είναι τα λυόφοβα και λυόφιλα κολλοειδή;. 104

105 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 2 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει τις μεθόδους παρασκευής των κολλοειδών. 2. να γνωρίζει τι είναι γαλακτωματοποίηση. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης.. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1 Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 2 Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 3 Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 105

106 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 2 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Αναφέρατε τις δύο ομάδες μεθόδων παρασκευής κολλοειδών 2. Ποιες τεχνικές ανήκουν στις μεθόδους διασποράς;. 3. Αντιστοιχίστε με το κατάλληλο: Μηχανική πέψη Αναγωγή Πέψη με ιόντα Υδρόλυση Αλλαγή διαλυτικού Μέθοδοι συσσωμάτωσης Μέθοδοι διασποράς 4. Τι γνωρίζεται για τη γαλακτωματοποίηση;. 5. Τι είναι το μικκύλιο; Σχεδιάστε τη δομή του και ονομάστε τα επιμέρους τμήματα;. 106

107 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 3 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει τις έννοιες της κροκίδωσης, κίνησης Brown και του καθαρισμού των κολλοειδών Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης.. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 3. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 107

108 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 3 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Με ποιους τρόπους γίνεται ο καθαρισμός των κολλοειδών; 2. Τι είναι η σκέδαση Rayleigh; Αναφέρατε ένα παράδειγμα που το συναντάμε.. 3. Αναφέρατε με λίγα λόγια σε τι οφείλεται η κίνηση Brown;. 4. Πως προκαλείται η κροκίδωση;. 5. Τι γνωρίζεται για την κατακάθιση των κολλοειδών;

109 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 4 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει ποια διαδικασία ακολουθείται κατά την διάρκεια της κατακρήμνισης των κολλοειδών 2. ποιες είναι οι μέθοδοι της καταστροφής των κολλοειδών και της κροκίδωσης Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 1. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 2. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 109

110 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 4 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Τι ονομάζουμε κροκίδωση; Ποια είδη κροκίδωσης γνωρίζετε;. 2. Τι γνωρίζετε για την υπερφυγοκέντριση;. 3. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά μεγέθη των κολλοειδών συστημάτων;. 4. Τι διαφορά έχει η εκβιασμένη από την αυθόρμητη κροκίδωση;. 110

111 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 5 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. να γνωρίζει τι καλείται προστασία κολλοειδών και ποια κολλοειδή καλούνται προστατευμένα. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 3. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 111

112 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 5 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Τι καλούμε προστασία κολλοειδών; 2. Ποια κολλοειδή καλούνται προστατευμένα;. 3. Πως επιτυγχάνεται η προστασία σε λυόφιλα και πως σε λυόφοβα κολλοειδή;. 112

113 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 6 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. Να γνωρίζει τι καλείται γαλάκτωμα, πως παρασκευάζεται και να γνωρίζει κάποια παραδείγματα και εφαρμογές τους. 2. Να γνωρίζει τι είναι οι γαλακτωματοποιητές και οι σταθεροποιητές. 3. Να γνωρίζει ποιες ουσίες καλούνται πηκτές και τι καλείται θιξοτροπία. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 3. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 113

114 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 6 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Τι καλούμε γαλακτώματα; Αναφέρετε κάποια χαρακτηριστικά παραδείγματα από την καθημερινή σας ζωή. 2. Γιατί είναι σημαντικοί οι γαλακτωματοποιητές στην σταθερότητα των γαλακτωμάτων;. 3. Ποιες ουσίες ονομάζονται πηκτές; Αναφέρετε παραδείγματα.. 4. Τι συμβαίνει κατά το φαινόμενο της θιξοτροπίας; Γνωρίζετε κάποιες πηκτές που είναι θιξότροπες;. 114

115 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 7 ο Υλικό για τον καθηγητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Στόχοι: Να μπορεί ο μαθητής στο τέλος της διδακτικής ώρας 1. Να γνωρίζει ποια είναι η σημασία των κολλοειδών στη βιολογία και στην Ιατρική. 2. Να γνωρίζει ποια είναι η σημασία των κολλοειδών στην καθημερινή ζωή και στην βιομηχανία. Χρόνος εφαρμογής: Εναλλακτικές προτάσεις: Μπορεί να εφαρμοστεί, μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος για τη βοήθεια της κατανόησης. Μπορεί να εφαρμοστεί, πριν την εργαστηριακή άσκηση ώστε να βοηθηθούν κατά την εκτέλεση ή προβολή των πειραμάτων. Μεθοδολογία- Οργάνωση τάξης: Η εργασία θα γίνει στην τάξη κατά ομάδες δύο ή τριών μαθητών, ώστε να εξυπηρετείται η συνεργατική μάθηση. Χρόνος: Μία διδακτική ώρα. Φάσεις εξέλιξης της εκπαιδευτικής διαδικασίας: 1. Βοηθάμε τους μαθητές να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα γνώση με ερωτήσεις κατανόησης. 2. Δίνουμε στους μαθητές να εργαστούν με το κριτήριο αξιολόγησης. 3. Ο διδάσκων μπορεί να αναγνωρίσει τυχόν παρερμηνείες ή δυσκολίες στην κατανόηση, οπότε να μπορεί να εστιάσει σε αυτά τα σημεία. 115

116 Ερωτήσεις Αξιολόγησης 7 ο Υλικό για το μαθητή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ Ονοματεπώνυμο μαθητή:... Ημερομηνία: Γιατί τα κολλοειδή είναι σημαντικά στην βιολογία; Τι υποστηρίζει ο επιστήμονας Lumière; 2. Μπορείτε να αναφέρετε μερικές από τις φαρμακευτικές ιδιότητες των κολλοειδών;. 3. Πώς χρησιμοποιούνται τα κολλοειδή στην Γεωργία;. 4. Τι γνωρίζετε για το silica gel, τον καολίνη και το αγάρ-αγάρ;. 5. Πώς χρησιμοποιούνται τα κολλοειδή στην Βιομηχανία; Αναφέρετε παραδείγματα. 116

117 ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ 117

118 5. ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΑΠΛΑ ΚΟΛΛΟΕΙΔΗ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ MOODLE 5.1 Τα ηλεκτρονικά προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη του μαθήματος Απλά Κολλοειδή Τα προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν κατά την δημιουργία της ηλεκτρονικής σελίδας, την επεξεργασία των εικόνων και της επεξεργασίας των βιντεοσκοπημένων πειραμάτων είναι τα εξής: 1. Adobe Dreamweaver CS3 2. Adobe Photoshop CS3 3. Windows Movie Maker Το σύστημα διαχείρισης μαθήματος που χρησιμοποιήθηκε είναι το Moodle (Modular Object Oriented Dynamic Learning Environment), το οποίο είναι ένα λογισμικό ανοικτού κώδικα ( κάτω από την GNU Public License) Adobe Dreamweaver CS3 Το πρόγραμμα Dreamweaver αποτελεί ένα κορυφαίο πρόγραμμα δημιουργίας και επεξεργασίας ιστοσελίδων, δηλαδή κώδικα HTML, που είναι ιδιαίτερα εύκολο και φιλικό στην χρήση του. Το Dreamweaver είναι εξαίρετο για να μπορούμε να δημιουργήσουμε στα γρήγορα φόρμες (forms), πλαίσια (frames), πίνακες (tables), και άλλα κείμενα της HTML. Μπορεί ακόμα να χρησιμοποιηθεί και για την δημιουργία εφαρμογών πολυμέσων. Τα Διαδοχικά Φύλλα Στυλ (CSS, Cascading Style Sheets) αποτελούν ένα πολύ καλό εργαλείο για να μπορούμε να αλλάζουμε την εμφάνιση και τη διάταξη (layout) των ιστοσελίδων μας. Μπορούν να μας γλυτώσουν από πολύ χρόνο και κόπο και μας 118

119 δίνουν τη δυνατότητα να σχεδιάζουμε τις ιστοσελίδες μας με μια εντελώς καινούργια φιλοσοφία. Η κατανόηση των CSS απαιτεί να υπάρχει κάποια βασική εμπειρία με την HTML. Τα χρησιμοποιήσαμε κατά την κατασκευή της ιστοσελίδας στο πρόγραμμα Adobe Dreamweaver CS3. Εικόνα 1. Ένα παράθυρο από το πρόγραμμα Adobe Dreamweaver CS3 Κάθε σελίδα που εμφανίζεται στο Internet είναι ένα αρχείο γραμμένο με τη γλώσσα HTML (HyperText Markup Language, Γλώσσα Χαρακτηρισμού Υπερ-Κειμένου), που περιλαμβάνει το κείμενο της σελίδας, τη δομή της και τους συνδέσμους προς άλλα έγγραφα, εικόνες ή άλλα μέσα. Ο φυλλομετρητής (Web browser) παίρνει τις πληροφορίες από τον Web server, τις μορφοποιεί και τις εμφανίζει κατάλληλα για το σύστημά μας. Διαφορετικά προγράμματα φυλλομετρητή μπορεί να μορφοποιούν και να εμφανίζουν το ίδιο αρχείο με διαφορετικό τρόπο, ανάλογα με τις δυνατότητες του συστήματος στο οποίο τρέχουν και τις επιλογές διαμόρφωσης του προγράμματος του φυλλομετρητή. Μια Web σελίδα ή ιστοσελίδα (Web page) είναι ένα μεμονωμένο στοιχείο μιας παρουσίασης για το Web και περιέχεται σ ένα αρχείο στον δίσκο, το οποίο ανακτάται από έναν Web server και μορφοποιείται μέσω ενός φυλλομετρητή. 119

120 Η αρχική σελίδα (home page) είναι η πρώτη ή κορυφαία σελίδα μιας παρουσίασης για το Web, είναι δηλαδή το σημείο εισόδου ή εκκίνησης για τις υπόλοιπες σελίδες της παρουσίασης και η πρώτη σελίδα που θα συναντήσουν οι αναγνώστες της παρουσίασής μας. Η αρχική σελίδα περιέχει συνήθως μια σύνοψη του περιεχομένου της παρουσίασης με τη μορφή ενός πίνακα περιεχομένων ή μιας ομάδας εικονιδίων. Η HTML είναι το ακρωνύμιο των λέξεων HyperText Markup Language, δηλ. Γλώσσα Χαρακτηρισμού Υπερ-Κειμένου και βασίζεται στη γλώσσα SGML, Standard Generalized Markup Language, που είναι ένα πολύ μεγαλύτερο σύστημα επεξεργασίας εγγράφων. Η HTML ορίζει ένα σύνολο κοινών στυλ για τις Web σελίδες, όπως τίτλοι (titles), επικεφαλίδες (headings), παράγραφοι (paragraphs), λίστες (lists) και πίνακες (tables). Ορίζει επίσης στυλ χαρακτήρων, όπως η έντονη γραφή (boldface) και οι ενότητες κώδικα. Κάθε στοιχείο έχει ένα όνομα και περιέχεται μέσα στα σύμβολα <>, που αποκαλούνται tags (ετικέτες). Όταν γράφουμε μια Web σελίδα με την HTML, στην ουσία δίνουμε τίτλους στα διάφορα στοιχεία της σελίδας μ αυτά τα tags. Οι φυλλομετρητές, μαζί με τη δυνατότητά τους να ανακτούν σελίδες από το Web, λειτουργούν επίσης και σαν μορφοποιητές για την HTML. Όταν διαβάζουμε μια σελίδα γραμμένη με την HTML σ έναν φυλλομετρητή, ο φυλλομετρητής διαβάζει (διερμηνεύει) τα tags της HTML και μορφοποιεί το κείμενο και τις εικόνες στην οθόνη. Η παρακάτω λίστα περιέχει συγκεντρωτικά τα πιο συνηθισμένα HTML tags: Tag Περιγραφή <html> Το αρχικό tag για κάθε σελίδα HTML <head> Η επικεφαλίδα της σελίδας <meta> Στοιχεία για τις μηχανές αναζήτησης <title> Ο τίτλος της σελίδα που θα εμφανιστεί στο Browser. <body> Το κύριο σώμα της σελίδας <!-- Σχόλιο (δεν εμφανίζονται στον Browser) <br> Αλλαγή γραμμής (δεν έχει tag τέλους) <p> Αλλαγή παραγράφου <pre> Εισάγουμε το κείμενο στις θέσεις που θέλουμε <h?> Επικεφαλίδα (? από 1 έως 6) <blockquote> Αριστερό περιθώριο σε μία παράγραφο <b> Δημιουργία έντονων χαρακτήρων (bold) <I> Δημιουργία πλάγιων χαρακτήρων (italic) <u> Υπογράμμιση χαρακτήρων(underline) <tt> Χαρακτήρες γραφομηχανής (Typewriter) 120

121 <strike> <sup> <sub> <small> <big> <font> <hr> <a> <img> Διακριτή διαγραφή (strike) Εκθέτης Δείκτης Μικρά γράμματα Μεγάλα γράμματα Μορφοποίηση γραμματοσειράς Οριζόντια γραμμή Σύνδεσμος (link) Εισαγωγή εικόνας Adobe Photoshop CS3 Εικόνα 2. Μία σελίδα από το πρόγραμμα Adobe Photoshop Το πρόγραμμα Photoshop της εταιρείας Adobe είναι ένα πολύ δυνατό και δημοφιλές πρόγραμμα επεξεργασίας εικόνας με το οποίο μπορούμε να επεξεργαστούμε φωτογραφικές εικόνες όλων των ειδών. Περιέχει δύο ομάδες εργαλείων μια για ζωγραφική και μία για επεξεργασία εικόνας. Όταν επεξεργαζόμαστε μια εικόνα στο Photoshop μπορούμε να τη οξύνουμε για να διορθώσουμε την εστίαση της, να θολώσουμε το φόντο της, να αλλάξουμε την φωτεινότητα και την αντίθεσή της ή και να αντικαταστήσουμε ένα χρώμα με ένα άλλο. 121

122 Μπορούμε ακόμη και να αποσπάσουμε ένα κομμάτι από μια εικόνα και να το αντιγράψουμε, να του αλλάξουμε μέγεθος και γενικά να κάνουμε πάνω του ότι επεξεργασία θέλουμε. Αρχεία με κατάληξη.psd είναι τα αρχεία που δημιουργεί το Photoshop και περιέχουν όλες τις πληροφορίες κατά την διάρκεια της επεξεργασίας (Layers, Channels, Masks). Αποθηκεύοντας σε αυτή την μορφή μπορούμε να επαναφέρουμε το αρχείο στην μορφή που ήταν πριν το κλείσουμε. Αυτό έχει σαν συνέπεια τον μεγάλο όγκο του αρχείου σε ΜΒ καθώς δεν έχει υποστεί καμία συμπίεση. Επίσης μπορούμε με το Photoshop να δημιουργήσουμε γραφικά τύπου bitmap. 5.2 Οργάνωση του μαθήματος Απλά Κολλοειδή στο Σύστημα Διαχείρησης Μαθημάτων Moodle Tο θεωρητικό εκπαιδευτικό υλικό, το πολυμεσικό υλικό τα φύλλα εργασίας και οι ερωτήσεις αξιολόγησεις που παρουσιάστηκαν στις προηγούμενες ενότητες, ενσωματώθηκαν σε ελεύθερο σύστημα διαχείρισης μαθήματος, στο Moodle. Όλο το εκπαιδευτικό υλικό οργανώθηκε σε εννέα ενότητες και βρίσκεται υπό μορφή ηλεκτρονικής σελίδας και σε εκτυπώσιμη μορφή.pdf. Έτσι, στην πρώτη ενότητα γίνεται εισαγωγή στα κολλοειδή συστήματα, και οι εκπαιδευόμενοι μαθαίνουν πώς τα είδη και τις κατηγορίες των κολλοειδών. 122

123 Στη δεύτερη ενότητα μαθαίνουν για τις μεθόδους παρασκευής των κολλοειδών ενώ στην τρίτη ενότητα για τις μεθόδους διαμερισμού και καθαρισμού των κολλοειδών. Στην τέταρτη ενότητα οι εκπαιδευόμενοι αποκομίζουν γνώσεις για τις οπτικές και τις κινητικές ιδιότητες των κολλοειδών. Στην πέμπτη ενότητα μαθαίνουν με ποιους τρόπους διαχέονται και καταστρέφονται τα κολλοειδή ενώ στην έκτη ενότητα μαθαίνουν την έννοια της προστασίας των κολλοειδών. Στην έβδομη ενότητα οι εκπαιδευόμενου αποκτούν γνώσεις για τα γαλακτώματα και τις πηκτές ενώ στην όγδοη ενότητα μαθαίνουν πόσο σημαντικά είναι τα κολλοειδή 123

124 στην ζωή μας. Στην ένατη και τελευταία ενότητα δημιουργήσει ένα κουίζ με ερωτήσεις έκθεσης με εργαλεία του Moodle, μέσω των οποίων οι μαθητές μπορούν να αξιολογήσουν τις γνώσεις τους εφ όλης της ύλης. Σε κάθε ενότητα υπάρχει Θεωρία και Αξιολόγηση ενώ σε τρεις ενότητες υπάρχουν και τα βιντεοσκοπημένα Πειράματα To εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος Το εκπαιδευτικό υλικό του μαθήματος της Χημείας, Απλά Κολλοειδή, αναπτύχθηκε και είναι διαθέσιμο στους εκπαιδευόμενους τόσο σε μορφή ιστοσελίδων όσο και με σε μορφή εκτυπώσιμων αρχείων.pdf. Παρακάτω φαίνονται δύο αντιπροσωπευτικές εικόνες από τις σελίδες στο διαδίκτυο από την Εισαγωγή στα Κολλοειδή και από την ενότητα Λυόφοβα Κολλοειδή. Σε όποια σελίδα ήταν απαραίτητο εισήχθη στην ιστοσελίδα Μενού για την διευκόλυνση της μελέτης των εκπαιδευομένων, όπως φαίνεται στην εικόνα με τα Λυόφοβα Κολλοειδή. 124

125 Το banner της ιστοσελίδας δημιουργήθηκε με το πρόγραμμα Adobe Photoshop CS3 και όλες οι ιστοσελίδες δημιουργήθηκαν με το πρόγραμμα Adobe Dreamweaver CS3. Ακόμη, στις ιστοσελίδες εισήχθησαν Ημερομηνία που ανανεώνεται καθημερινά και κουμπιά για την Εκτύπωση της σελίδας και για την άμεση Έρευνα στο διαδίκτυο και συγκεκριμένα στη μηχανή αναζήτησης πληροφοριών σχετικά με την κάθε ενότητα. 125

126 Τέλος, σε ορισμένες ενότητες, όπου κρίθηκε απαραίτητο, έχουν τοποθετηθεί μικροί πίνακες με την επεξήγηση χημικών όρων και με πληροφορίες που τυχόν είναι άγνωστες από αναγνωστικό κοινό. Παρακάτω φαίνεται μια εικόνα από ιστοσελίδα που περιέχει τέτοιου είδους πίνακα Σημειώσεις του μαθήματος σε εκτυπώσιμη μορφή (.pdf) Οι εκπαιδευόμενοι έχουν την ευκαιρία να εκτυπώσουν τη θεωρία των κολλοειδών η οποία έχει εισαχθεί στο μάθημα του Moodle και υπό την μορφή.pdf εκτός από την μορφή ιστοσελίδων. Παρακάτω φαίνεται εικόνα αντιπροσωπευτική του μαθήματος 126

127 Απλά Κολλοειδή, από την ενότητα Κολλοειδή Συστήματα σε μορφή.pdf, το οποίο έχει εισαχθεί στο Moodle. Θεωρητικό υλικό Αυτοαξιολόγηση των εκπαιδευόμενων Για το μάθημα των Απλών Κολλοειδών δημιουργήθηκαν ερωτήσεις αξιολόγησης και φύλλα εργασίας. Oι ερωτήσεις δημιουργήθηκαν ώστε ο ίδιος ο μαθητής να έχει τη δυνατότητα να αξιολογεί τις γνώσεις που αποκόμισε (αυτοαξιολόγηση). Οι ερωτήσεις αξιολόγησης εισήχθησαν στο Moodle σε μορφή.pdf όσο και στην μορφή διαδραστικών ερωτήσεων έκθεσης και αντιστοίχισης., οι οποίες δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας εργαλεία της πλατφόρμας Moodle. Τα φύλλα εργασίας, τα οποία αφορούν τις πειραματικές διαδικασίες και τα βιντεοσκοπημένα πειράματα εισήχθησαν με την μορφή.pdf. Παρακάτω, φαίνονται αντιπροσωπευτικές εικόνες από τα φύλλα εργασίας που εισήχθησαν καθώς και από τις ερωτήσεις αξιολόγησης σε μορφή.pdf όσο και στην μορφή διαδραστικών ερωτήσεων έκθεσης και αντιστοίχισης. 127

128 Φύλλο εργασίας Ερωτήσεις Αξιολογήσεις 128

129 Διαδραστικές Ερωτήσεις Αξιολογήσεις Πολυμεσικό υλικό Βίντεο Πειραμάτων Σε ορισμένες ενότητες του μαθήματος Απλά Κολλοειδή και συγκεκριμένα στην πρώτη ενότητα που αφορά την εισαγωγή στα κολλοειδή, στην δεύτερη ενότητα που αφορά στις μεθόδους παρασκευής κολλοειδών και στην τέταρτη ενότητα που αφορά στις ιδιότητες των κολλοειδών έχει εισαχθεί τόσο διαδικτυακό εκπαιδευτικό υλικό με τις πειραματικές διαδικασίες όσο και βίντεο που απεικονίζουν τα αντίστοιχα πειράματα, τόσο σε μορφή ιστοσελίδας όσο και σε μορφή.pdf. Όλοι οι σύνδεσμοι έχουν οριστεί να ανοίγουν σε νέο παράθυρο. Παρακάτω, φαίνονται 129

130 αντιπροσωπευτικές εικόνες από την πειραματική διαδικασία του πειράματος «Τα ρεύματα του χρώματος» και το βίντεο του πειράματος. Ιστοσελίδα πειραματικής διαδικασίας Πειραματική διαδικασία σε μορφή.pdf 130

131 Βίντεο πειράματος το οποίο ανοίγει στο περιβάλλον του Μοοdle 5.3 Το περιβάλλον του Συστήματος Διαχείρισης Μαθήματος Moodle Το Moodle είναι ένα πακέτο λογισμικού για τη δημιουργία διαδικτυακών μαθημάτων, το οποίο προσφέρει ολοκληρωμένες υπηρεσίες διαδικτυακής εκπαίδευσης. Ο συνολικός σχεδιασμός του Moodle: 1. Προωθεί την παιδαγωγική θεωρία του κοινωνικού δομισμού (συνεργασία, δραστηριότητες, κριτική σκέψη, κ.α.). 2. Παρέχει μονάδες με πολλά λειτουργικά στοιχεία. 3. Εύκολη ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των λειτουργιών του Moodle, όπως αυτό κρίνεται απαραίτητο σε κάθε υλοποίηση. 4. Εύκολη τροποποίηση του γραφικού περιβάλλοντος. 5. Παρέχει κατάλογο μαθημάτων με σύντομη περιγραφή για κάθε μάθημα και δυνατότητα πρόσβασης από επισκέπτες. 6. Επιτρέπει την κατηγοριοποίηση και αναζήτηση των μαθημάτων. Μια μόνο πλατφόρμα Moodle μπορεί να υποστηρίξει χιλιάδες μαθήματα. 7. Δημιουργία μπλοκ με ειδήσεις, συνδέσμους κλπ.. 8. Μετακίνηση των μπλοκ που βρίσκονται στη δεξιά και αριστερή πλευρά απλά με το πάτημα ενός πλήκτρου. 9. Εύκολη προσθήκη πόρων 131

132 10. Έμφαση στην ασφάλεια. Όλες οι φόρμες υποβάλλονται σε έλεγχο, τα δεδομένα επικυρωμένα, τα cookies κρυπτογραφούνται κτλ. 11. Οι περισσότερες περιοχές εισαγωγής κειμένου (πόροι, φόρουμ κ.λπ.) χρησιμοποιούν ενσωματωμένο επεξεργαστή κειμένου (WYSIWYG HTML Διαχείριση μαθήματος: I. Ο δημιουργός μαθήματος και ο διδάσκοντας έχουν πλήρη έλεγχο σε όλες τις ρυθμίσεις του μαθήματος. II. Επιλογή μορφής μαθήματος, όπως η εβδομαδιαία, η μορφή θεμάτων ή η κοινωνική μορφή (εστιασμένη στη συζήτηση). III. Πρότυπα μαθήματος. Ένα μάθημα μπορεί να έχει το δικό της θέμα μορφοποίησης και χρωμάτων. IV. Ποικιλία δραστηριοτήτων: Φόρουμ, Κουίζ, Λεξικό, Πηγές Πληροφοριών, Επιλογές, V. Έρευνες, Εργασίες, Δωμάτια συζήτησης, Εργαστήρια. VI. Ομάδες: εκπαιδευτές και εκπαιδευόμενοι μπορούν να συμμετέχουν σε μία ή περισσότερες ομάδες. VII. Οι πρόσφατες αλλαγές της πορείας ενός μαθήματος, (από την τελευταία σύνδεση του χρήστη) εμφανίζονται στην αρχική σελίδα συμβάλλοντας στην αίσθηση της κοινότητας. VIII. Οι περισσότερες περιοχές εισαγωγής κειμένου (πηγές πληροφοριών, δημοσιεύσεις σε φόρουμ κ.λπ.) μπορούν να τροποποιηθούν με τη χρήση ενός ενσωματωμένου επεξεργαστή κειμένου WYSIWYG HTML. IX. το σύνολο των βαθμολογιών για τις διάφορες δραστηριότητες (π.χ. Φόρουμ, Κουίζ, και Εργασίες) μπορούν να προβληθούν σε μια σελίδα ή να αποθηκευτούν σε αρχείο, όπως για παράδειγμα σε ένα υπολογιστικό φύλλο. X. Πλήρη καταγραφή και παρακολούθηση των ενεργειών των χρηστών: Εκθέσεις δραστηριοτήτων για κάθε εκπαιδευόμενο είναι διαθέσιμες με γραφικά και λεπτομέρειες για κάθε ενότητα (π.χ. τελευταία πρόσβαση, πόσες φορές έχει διαβάσει κάποια σελίδα) καθώς και ένα λεπτομερές ιστορικό της συμμετοχής του στο μάθημα. 132

133 XI. XII. XIII. XIV. XV. XVI. Ενσωμάτωση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου: αντίγραφα δημοσιεύσεων από φόρουμ, ανατροφοδότησης εκπαιδευτών κλπ μπορούν να ταχυδρομηθούν με σε μορφή HTML ή απλού κειμένου. Προσαρμοσμένες κλίμακες βαθμολόγησης: οι εκπαιδευτικοί μπορούν να καθορίζουν τις δικές τους κλίμακες βαθμολόγησης που θα χρησιμοποιηθούν για την βαθμολόγηση των φόρουμ και των εργασιών. Μαθήματα μπορούν να συμπιεστούν ως ενιαίο αρχείο zip με τη χρήση της λειτουργίας αντιγράφου ασφαλείας. Τα αρχεία αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον εξυπηρετητή που βρίσκεται η πλατφόρμα Moodle για την επαναφορά κάποιου μαθήματος. Οι εκπαιδευτές μπορούν να προσθέσουν ένα "κλειδί εγγραφής" για τα μαθήματά τους έτσι ώστε να αποτρέψουν την είσοδο σε μη επιθυμητούς χρήστες. Μπορούν να γνωστοποιήσουν το κλειδί εγγραφής στους εκπαιδευόμενους είτε πρόσωπο με πρόσωπο είτε μέσω προσωπικού κλπ. Οι εκπαιδευτές μπορούν να εγγραφούν εκπαιδευόμενους στο μάθημα τους αν το επιθυμούν. Οι εκπαιδευτές μπορούν να διαγράφουν φοιτητές εκπαιδευόμενους από το μάθημα τους αν το επιθυμούν, διαφορετικά υπάρχει η δυνατότητα της αυτόματης διαγραφής μετά από μια ορισμένη περίοδο αδράνειας. (Η δυνατότητα αυτή καθορίζεται από τον διαχειριστή της πλατφόρμας Moodle). 133

134 Η ηλεκτρονική διεύθυνση του συστήματος διαχείρισης μαθήματος του τμήματος Χημείας είναι η εξής: και η ηλεκτρονική διεύθυνση του μαθήματος είναι: Τα εργαλεία του moodle που χρησιμοποιήθηκαν Το σύστημα διαχείρισης μαθήματος Moodle το χρησιμοποιήσαμε όχι μόνο για την εισαγωγή και επεξεργασία του εκπαιδευτικού υλικού, αλλά και για τις δυνατότητες που παρέχει τόσο στον διδάσκοντα όσο και στους εκπαιδευόμενους. Κάποια εργαλεία που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας μαθητής αλλά και ο διδάσκοντας στο μάθημα των Απλών Κολλοειδών είναι τα εξής: Διαχείριση Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα σημαντικό μπλοκ για τον εκπαιδευόμενο, αφού του επιτρέπει να εκτελέσει κάποιες ιδιαίτερα χρήσιμες ενέργειες. Αυτές είναι η προβολή μιας λίστας βαθμών που έχει πάρει ο εκπαιδευόμενος για το συγκεκριμένο μάθημα, η 134

135 αλλαγή του κωδικού πρόσβασης του εκπαιδευόμενου στο Moodle και η ακύρωση της εγγραφής του στο μάθημα. Στον εκπαιδευτή προσφέρονται διάφορες επιλογές για την γενική διαχείριση του μαθήματος, όπως επεξεργασία, ρυθμίσεις, administrators, users, αντίγραφο ασφαλείας, επαναφορά, κλίμακες, βαθμοί, Αρχεία καταγραφής, Αρχεία, Βοήθεια και Ομάδα συζητήσεων εκπαιδευτών. Επικείμενα Γεγονότα Στο block Επικείμενα γεγονότα εμφανίζονται τα πιο πρόσφατα γεγονότα μετά από την τελευταία πρόσβαση στο δικτυακό τόπο. Είναι ουσιαστικά μια λίστα με τα γεγονότα που πρόκειται να συμβούν στο προσεχές μέλλον βοηθώντας έτσι τους μαθητές να προγραμματίσουν καλύτερα τις δραστηριότητές τους. Πρόσφατη δραστηριότητα Το μπλοκ αυτό περιέχει συνδέσμους οι οποίοι επιτρέπουν στους εκπαιδευόμενους να παρακολουθούν την πρόσφατη δραστηριότητα σε ένα μάθημα. Μηνύματα Αποστολή και λήψη προσωπικών μηνυμάτων, όπως ακριβώς ισχύει και σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, αλλά η μεταφορά μηνυμάτων γίνεται μέσα από το Moodle. Οι εκπαιδευτές μπορούν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους ή με κάποιον εκπαιδευόμενο αποστέλλοντας μηνύματα στο άτομο που τους ενδιαφέρει. Τελευταία νέα Ανακοινώσεις για τα πιο πρόσφατα μηνύματα που έχουν καταχωρηθεί στην ομάδα συζητήσεων ειδήσεων. Μέσω αυτού του μπλοκ οι εκπαιδευόμενοι μπορούν να ενημερώνονται για τα πρόσφατα μηνύματα. Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται το παράθυρο του Moodle όπως το βλέπει ο διδάσκοντας, κατά την στιγμή που επεξεργάζεται τα κεφάλαια του μαθήματος. 135

136 Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται το παράθυρο του μαθήματος Απλά Κολλοειδή στο Moodle, όπως το βλέπει ο εκπαιδευόμενος όταν εισέρχεται στην σελίδα του μαθήματος. 136

137 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ενότητα των κολλοειδών είναι μία ενότητα της χημείας που ελάχιστα αναφέρεται και συνήθως λείπει από διδακτέα ύλη σε σχολεία δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης ή κάποιες άλλες αντίστοιχες βαθμίδες εκπαίδευσης. Η εκπόνηση αυτής της εργασίας και η ανάπτυξη αυτού του θέματος, θεωρούμε ότι μπορεί να αποτελέσει ένα εκπαιδευτικό εργαλείο ή ένα τμήμα μιας ευρύτερης ενότητας που θα αφορά την «ύλη» και θα βοηθήσει στην πιο ολοκληρωμένη και σωστότερα δομημένη διδασκαλία των μαθητών. Το θεωρητικό υλικό εισάγει τις βασικές έννοιες των κολλοειδών καθώς και τις ιδιότητες τους, που βοηθάνε στην διαφοροποίηση από τα διαλύματα και τα μείγματα και τέλος αναφέρονται εφαρμογές σε διάφορους τομείς της καθημερινής ζωής,. Η δημιουργία ηλεκτρονικής σελίδας δίνει τη δυνατότητα στην ευκολότερη πρόσβαση όταν δεν υπάρχει διδάσκοντας, ή ακόμα και όταν υπάρχει σαν ένα χρήσιμο βοηθητικό εργαλείο. Τα απλά πειράματα, όπου ο μαθητής θα μπορεί να παρατηρήσει όλα αυτά τα οποία χρειάζεται να γνωρίζει και κυρίως πως μπορεί ο ίδιος να δομήσει και να αναπτύξει τη γνώση του, μέσα από δικούς του πειραματισμούς και παρατηρήσεις. Τα φύλλα εργασίας με τα οποία μπορεί να αξιολογήσει τις γνώσεις του ο μαθητής, καθώς και πως να χρησιμοποιηθούν από το διδάσκοντα για να μπορεί να ελέγχει τυχόν παρανοήσεις που θα επιλύονται με περαιτέρω εξηγήσεις. Στη χημική εκπαίδευση έχει παρατηρηθεί από μελέτες ότι οι μαθητές που δομούν την γνώση τους πάνω σε παρατήρηση φαινομένων ή σε ήδη υπάρχουσα γνώση, δεν αντιμετωπίζουν μεγάλο αριθμό παρανοήσεων ή ακόμα και αν υπάρχουν με την πάροδο του χρόνου εξαλείφονται. Οι παρανοήσεις που μπορούν να προκύψουν είναι τόσο περίπλοκες που δεν μπορούν πολλές φορές να λυθούν με απλή παράθεση των φαινομένων και των εννοιών. Με τα πειράματα ο μαθητής έρχεται σε στενότερη επαφή με μεθόδους που έχουν χημικά χαρακτηριστικά, σε αντίθεση με την απλή ανάγνωση ενός κειμένου. Έχει αναφερθεί πως οι παρανοήσεις μειώνονται όταν οι μαθητές έχουν εμπειρία με πειράματα, καθώς οποιαδήποτε λάθος απάντηση δώσουν, μπορεί άμεσα να έρθει σε αντιπαράθεση με την επιστημονική πραγματικότητα. Επίσης διαδραστικά προγράμματα και μοντέλα στον υπολογιστή μπορούν επίσης να βοηθήσουν. 137

138 Με την σύνδεση των φαινομένων με παραδείγματα από την καθημερινή ζωή, το ενδιαφέρον των μαθητών αυξάνεται και η χημεία γίνεται μία ενδιαφέρουσα διαδικασία ανακάλυψης καθώς δίνει την δυνατότητα εξήγησης σε φαινόμενα τα οποία δεν μπορούσαν πριν να κατανοήσουν. Τέλος όλες αυτές οι μέθοδοι διευκολύνουν την κατανόηση γύρω από τη σύνδεση του μακροσκοπικού, μικροσκοπικού και συμβολικού επιπέδου, με αποτέλεσμα τη πιο ολοκληρωμένη γνώση. 138

139 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 139