Πρόλογος Τα πειράματα με απλά υλικά που παρουσιάζονται στο «ΚΕΝΤΡΟ ΑΠΕΞΑΡΤΗΣΗΣ ΑΠΟ ΤΙΣ Τ.Π.Ε. στις Φυσικές Επιστήμες», έχουν ως βασικό χαρακτηριστικό, ότι τα μέσα που χρησιμοποιούνται είναι εξαιρετικά απλά, φθηνά και καθημερινά. Τα πειράματα αυτά εντάχθηκαν στο 4 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Κεντρικής Μακεδονίας για την Αξιοποίηση των Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, αφενός ως ένα παιχνίδισμα ανάμεσα στο κλασικό και στο μοντέρνο και αφετέρου προκειμένου να καταδειχθεί ότι οι «νέες τεχνολογίες» δεν είναι πανάκεια. Κατά τη διάρκεια του εργαστηρίου, διάρκειας 2 ωρών, κάποια πειράματα πραγματοποιούνται υπό μορφή επίδειξης και κάποια άλλα μετωπικά, προκειμένου να επιτευχθούν τέσσερις στόχοι: α) Να δοθούν τα κατάλληλα ερεθίσματα στους εκπαιδευτικούς, ώστε να εντάσσουν καθημερινά, απλά και εύκολα πειράματα στη διδακτική διαδικασία, β) Να δοθεί η δυνατότητα σε αυτούς να επεξηγούν σωστά τα φαινόμενα που σχετίζονται με τα αντίστοιχα πειράματα και γ) Να προσφερθούν ιδέες για ελκυστικές παρουσιάσεις των πειραμάτων αυτών. δ) Να παρακινηθούν οι μαθητές τους να κάνουν απλά πειράματα σπίτι τους. Μανόλης Κουσλόγλου, Φυσικός MSc 3 ο Γυμνάσιο Καβάλας Ελληνογαλλική Σχολή Ευγένιος Ντελακρουά [2]
Πίνακας περιεχομένων 1. Το υπάκουο καλαμάκι... 5 2. Το αυτοκόλλητο καλαμάκι... 5 3. Φωτιά και σίδερο!... 6 4. Ο αέρας λυγίζει σίδερα.... 6 5. Ο άσπρος σίφουνας!... 7 6. Συννεφάκια τσέπης.... 8 7. Δεν παίζεται έτσι το πινγκ πονγκ!... 9 8. Πώς ο κακός λύκος έριξε τα σπιτάκια από τα δύο γουρουνάκια... 9 9. Ότι ανεβαίνει μένει... 10 10. Ψαρεύοντας παγάκια... 11 11. Η ισορροπία του τρόμου Ι... 11 12. Δωρεάν καύσιμα!... 12 13. Όταν δύο βιβλία ερωτεύονται... 13 14. Tο τεμπέλικο σουρωτήρι... 14 15. Τι χρώμα έχει το ζουμί του κοκκινολάχανου;... 16 16. Τρομάζοντας τα χρώματα... 17 17. Ηλεκτρισμένα ζαρζαβατικά... 18 18. Μυστικά χρώματα... 18 19. Ανακαλύπτοντας το χαμένο άμυλο... 19 20. Ταξιδεύοντας στο νερό... 20 21. Φωτιά στα μέταλλα... 21 22. Ξεραίνοντας τη γαλαζόπετρα... 21 23. Χοντραίνοντας τον σίδηρο... 22 24. Μέχρι το βράδυ θέλω όλα τα νομίσματα στο χρηματοκιβώτιο γυαλισμένα : Σκρουτζ... 23 25. Το αόρατο χέρι.... 24 26. Γράφοντας μυστικά... 25 ΑΝΑΦΟΡΕΣ... 26 ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... 26 [3]
ΦΥΣΙΚΗ Εισαγωγή Τι θα λέγατε να ζήσουμε για λίγο σε έναν φανταστικό κόσμο, όπου μπαλόνια, καλαμάκια, χαρτάκια πεινάνε, διψάνε, αγαπιούνται και ερωτεύονται; μπαλάκια, καλαμάκια άλλοτε μας υπακούν, άλλοτε πεισμώνουν και άλλοτε σηκώνουν μπαϊράκι; ο αέρας παρανομεί, η φωτιά πεισμώνει, το νερό πάει να μας τρελάνει γινόμαστε κορυφαίοι μηχανικοί και κατασκευάζουμε αεροπλάνα, υποβρύχια, τζετ σκι και βάρκες; μαθαίνουμε σπουδαία μυστικά, όπως να αυγατίζουμε τα λεφτά μας, να καίμε και να λυγίζουμε σίδερα, να μετακινούμε με τηλεπάθεια άψυχα αντικείμενα, να βλέπουμε φαντάσματα, να βλέπουμε μέσα από το ανθρώπινο σώμα; Όχι, όλα αυτά δεν είναι φαντασία, είναι φυσική! Καλωσορίσατε λοιπόν, σε έναν φανταστικό φυσικό κόσμο! Μην τον επισκέπτεστε απλά. Ζήστε τον! [4]
ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ 1. Το υπάκουο καλαμάκι 1 καλαμάκι, ένα πλαστικό μπουκαλάκι νερού. Τρίβουμε τη μία άκρη από το καλαμάκι σε μια μάλλινη μπλούζα και το τοποθετούμε οριζόντια πάνω στο καπάκι του μπουκαλιού, ώστε αυτό να ισορροπεί. Πλησιάζουμε το δάχτυλο στην άκρη από το καλαμάκι που έχουμε τρίψει. Το καλαμάκι κινείται προς το δάκτυλό μας. Αν αρχίσουμε να περιστρέφουμε το δάκτυλό μας αργά αργά γύρω από το μπουκάλι, το καλαμάκι περιστρέφεται ακολουθώντας το δάκτυλο. Το καλαμάκι φορτίζεται αρνητικά με την τριβή. Όταν πλησιάζουμε το δάχτυλό μας στην άκρη του, το δάχτυλο ηλεκτρίζεται θετικά εξ επαγωγής κι έτσι έλκει το καλαμάκι. 2. Το αυτοκόλλητο καλαμάκι [5]
1 καλαμάκι με πλαστικό ή χάρτινο κάλυμμα Τρίβουμε το καλαμάκι στο πλαστικό του κάλυμμα αρκετές φορές. Το βγάζουμε από το κάλυμμά του και το τοποθετούμε στην παλάμη μας. Στρέφουμε την παλάμη μας κατακόρυφα. Το καλαμάκι μένει κολλημένο στην παλάμη μας χωρίς να πέφτει. Το καλαμάκι φορτίζεται θετικά από την τριβή και η παλάμη μας αρνητικά εξ επαγωγής από το καλαμάκι. 3. Φωτιά και σίδερο! 1 μπαταρία 9 V, ψιλό σύρμα κουζίνας Απλώνουμε ένα μικρό κομμάτι ψιλό σύρμα κουζίνας και αγγίζουμε πάνω του τους δύο πόλους της μπαταρίας Το σύρμα αρχίζει να φλέγεται. Λόγω της μικρής αντίστασης που παρουσιάζει το σύρμα, διέρχεται από μέσα του ρεύμα μεγάλης έντασης και το θερμαίνει (φαινόμενο Joule), με αποτέλεσμα την ταχεία οξείδωσή του. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 4. Ο αέρας λυγίζει σίδερα. [6]
1 κενό αλουμινένιο κουτάκι αναψυκτικού, καμινέτο, λαβίδα, αναπτήρας, 1 λεκάνη με νερό. Πιάνουμε με τη λαβίδα το κουτάκι και ρίχνουμε μέσα του μερικές σταγόνες νερό. Το τοποθετούμε πάνω στο αναμμένο γκαζάκι. Την ώρα που βράζει το νερό μέσα στο κουτάκι το βυθίζουμε γρήγορα στη λεκάνη με το νερό, με το στόμιο προς τα κάτω. Το κουτάκι συνθλίβεται Ο ατμός παρασύρει τον αέρα, ο οποίος εξέρχεται από το κουτάκι. Μόλις αυτό βυθιστεί στο νερό, ψύχονται οι υδρατμοί, υγροποιούνται και έτσι δημιουργείται κενό αέρα μέσα σε αυτό. Η ατμοσφαιρική πίεση συνθλίβει το κουτάκι, αφού δεν βρίσκει καμία αντίσταση. 5. Ο άσπρος σίφουνας! 1 πλαστικό μπουκάλι 1,5 l γεμάτο νερό Γεμίζουμε το μπουκάλι με νερό και το στρέφουμε οριζόντια, πιάνοντάς το από τις δύο άκρες του με τις παλάμες μας και με τρόπο ώστε να μην χύνεται το νερό από το στόμιό του. Κάνουμε κυκλικές κινήσεις με τα χέρια μας ώστε να προσδώσουμε περιστροφική κίνηση στο νερό. Γυρίζουμε το μπουκάλι ανάποδα, ώστε να χυθεί το νερό που βρίσκεται μέσα του. Το μπουκάλι αδειάζει πολύ γρήγορα, καθώς δημιουργείται μέσα του σίφουνας. Η περιστροφική κίνηση του νερού δημιουργεί μέσα στο μπουκάλι σίφουνα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργείται μέσα στο μπουκάλι μία κατακόρυφη στήλη αέρα που επιτρέπει στο νερό να αδειάζει γρήγορα το μπουκάλι, αφού αυτό αντικαθίσταται εξίσου γρήγορα από τον εισερχόμενο αέρα. Ο αέρας εισέρχεται στο μπουκάλι και το νερό εξέρχεται από αυτό από διαφορετικούς δρόμους, κάτι που δεν θα συνέβαινε αν δεν σχηματιζόταν ο σίφουνας. Έτσι το μπουκάλι θα άδειαζε πιο αργά. [7]
6. Συννεφάκια τσέπης. 1 πλαστικό μπουκάλι 1,5 l, 1 σπίρτο, νερό 1. Ρίχνουμε λίγο νερό μέσα στο μπουκάλι. 2. Ανάβουμε ένα σπίρτο και το ρίχνουμε μέσα στο μπουκάλι. 3. Βιδώνουμε το καπάκι. 4. Πιέζουμε με δύναμη το μπουκάλι, προσπαθώντας να το συνθλίψουμε και στη συνέχεια το αφήνουμε απότομα. Δημιουργείται ένα σύννεφο μέσα στο μπουκάλι Μέσα στο μπουκάλι δημιουργούνται υδρατμοί που δεν φαίνονται. Όταν πιέζουμε το μπουκάλι, αυξάνεται η πίεση του αερίου εντός του και συνεπώς αυξάνεται και η θερμοκρασία του, με αποτέλεσμα να εξατμίζεται λίγο από το νερό. Όταν απελευθερώνουμε το μπουκάλι, το αέριο μέσα του αποσυμπιέζεται γρήγορα και ψύχεται. Οι υδρατμοί του νερού λοιπόν συγκεντρώνονται πάνω στα σωματίδια του καπνού που υπάρχουν μέσα στο μπουκάλι, ψύχονται και υγροποιούνται σχηματίζοντας ένα σύννεφο. Με την ίδια ακριβώς διαδικασία σχηματίζονται τα σύννεφα: Υγρές αέριες μάζες ανέρχονται και ψύχονται, καθώς ψηλότερα η πίεση είναι μικρότερη. Οι υδρατμοί συγκεντρώνονται πάνω σε σωματίδια που συναντούν, όπως σκόνη ή καυσαέρια και υγροποιούνται σχηματίζοντας σταγονίδια νερού και δημιουργούν το σύννεφο. Όταν τα σταγονίδια γίνονται αρκετά μεγάλα, πέφτουν λόγω του βάρους τους προκαλώντας βροχή. [8]
BERNOULLI 7. Δεν παίζεται έτσι το πινγκ πονγκ! 1 μπαλάκι του πινγκ πονγκ, 1 χωνί ή ο πάνω μέρος ενός κομμένου πλαστικού μπουκαλιού 1,5 l. 1. Σε ένα χωνί τοποθετούμε ένα μπαλάκι του πινγκ πονγκ 2. Κρατάμε το χωνί σχεδόν κατακόρυφα με το στόμιο προς τα κάτω και φυσάμε μέσα από αυτό με δύναμη. Το μπαλάκι του πινγκ πονγκ δεν βγαίνει από το χωνί όσο δυνατά και να φυσάμε. Σύμφωνα με την αρχή του Μπερνούλι, με απλά λόγια, η πίεση κατά τη ροή ενός ρευστού είναι μικρή στα σημεία όπου αυτό κινείται γρήγορα και μεγάλη σε εκείνα τα σημεία που κινείται αργά. Όταν εμείς φυσάμε δημιουργείται ρεύμα αέρα κάτω από το μπαλάκι. Αυτό σημαίνει ότι η πίεση κάτω από το μπαλάκι είναι μικρότερη από την ατμοσφαιρική που ασκείται από πάνω του. Η ατμόσφαιρα λοιπόν το πιέζει να παραμείνει στη θέση του. 8. Πώς ο κακός λύκος έριξε τα σπιτάκια από τα δύο γουρουνάκια Ένα χάρτινο ρολό από χαρτί κουζίνας (ή διαφάνειας ή αλουμινόχαρτου), ένα μεταλλικό κουτάκι αναψυκτικού. 1. Τοποθετούμε το μεταλλικό κουτάκι πάνω σε ένα τραπέζι, περίπου μισό μέτρο μακριά μας. Ο προσανατολισμός του να είναι τέτοιος ώστε να μπορεί να κυλήσει προς τα εμάς. [9]
2. Φέρνουμε το ρολό σε επαφή με το στόμα μας και φυσάμε με δύναμη προς το κουτάκι. 3. Απομακρύνουμε λίγο το ρολό από το στόμα μας και φυσάμε πάλι προς το κουτάκι. Στην πρώτη προσπάθεια το κουτάκι δεν κινείται, ενώ στη δεύτερη το κουτάκι απομακρύνεται από εμάς. Όταν φέρνουμε το ρολό σε επαφή με το στόμα μας και φυσάμε, δημιουργείται στενό ρεύμα αέρα μέσα στο ρολό που προκαλεί, σύμφωνα με την αρχή του Bernoulli, ρεύματα αντίθετης κατεύθυνσης. Αυτά ανακόπτουν πολύ σημαντικά τη ταχύτητα του αέρα που τελικά εξέρχεται από το ρολό και κατευθύνεται προς το κουτάκι. Όταν φυσάμε μακριά από το ρολό, ο αέρας εξαπλώνεται σε μορφή κώνου. Τα αντίθετα ρεύματα αέρα σχηματίζονται στις παρυφές του και δεν επηρεάζουν τη βασική ριπή αέρα που χτυπάει και παρασέρνει το κουτί. 9. Ότι ανεβαίνει μένει 1 μπαλόνι, 1 πιστολάκι στεγνώματος μαλλιών (σεσουάρ) 1. Φουσκώνουμε λίγο το μπαλόνι ώστε να αποκτήσει διάμετρο 10-15 εκ. 2. Θέτουμε σε λειτουργία το πιστολάκι και το κρατάμε κατακόρυφα με το στόμιό του προς τα πάνω. 3. Αφήνουμε το μπαλόνι μέσα στο ρεύμα του αέρα που βγαίνει από το πιστολάκι. Το μπαλόνι μένει αιωρούμενο μέσα στο ρεύμα κινούμενου αέρα. Ο προς τα πάνω εξερχόμενος αέρας ισορροπεί το βάρος του μπαλονιού. Επίσης, το μπαλόνι δεν φεύγει αριστερά δεξιά γιατί η πίεση μέσα στο ρεύμα αέρα είναι μικρότερη από την ατμοσφαιρική. Έτσι η ισχυρότερη εξωτερική ατμοσφαιρική πίεση επαναφέρει τα μπαλόνια εντός του ρεύματος κάθε φορά που πάνε να ξεφύγουν από αυτό. [10]
ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 10. Ψαρεύοντας παγάκια 1 ποτήρι, νερό, παγάκια, 1 κλωστή, αλάτι Γεμίζουμε με νερό και παγάκια ένα ποτήρι. Ρίχνουμε την άκρη της κλωστής πάνω σε ένα από τα παγάκια και στη συνέχεια ρίχνουμε λίγο αλάτι πάνω στο σημείο επαφής τους. Μετά από λίγα δευτερόλεπτα ανασηκώνουμε την κλωστή. Η κλωστή ανασηκώνεται μαζί με το παγάκι. Στο σημείο που ρίχνουμε το αλάτι ο πάγος λιώνει. Έτσι η κλωστή εισχωρεί ελαφρώς μέσα στον πάγο. Καθώς όμως το αλάτι που ρίξαμε διαλύεται σταδιακά στο νερό, η περιοχή γύρω από την κλωστή ξαναπαγώνει εγκλωβίζοντάς την μέσα στο παγάκι. Σε αυτό επικουρεί και το γεγονός ότι απορροφάται ενέργεια από το περιβάλλον, όταν λιώνει ένα σημείο του πάγου, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του νερού σε εκείνο το σημείο να πέφτει πολύ κάτω από το μηδέν. Με αυτόν τον τρόπο, η περιοχή παγώνει ξανά πολύ γρήγορα. 11. Η ισορροπία του τρόμου Ι MHXANIKH [11]
1 κουτάλι, 1 πιρούνι, 1 οδοντογλυφίδα, ένα ποτήρι, 1 αναπτήρας ή σπίρτα Στερεώνουμε το κοίλο μέρος του κουταλιού στα δόντια του πιρουνιού ώστε να γίνουν ένα σώμα. Περνάμε την οδοντογλυφίδα ανάμεσα στο κενό των δοντιών του πιρουνιού και από την άλλη άκρη της τη στηρίζω στο χείλος του ποτηριού ώστε να ισορροπεί (το σώμα του κουταλοπίρουνου να βρίσκεται στον αέρα). Με τον αναπτήρα καίω το μέρος της οδοντογλυφίδας που περισσεύσει από το χείλος του ποτηριού προς το εσωτερικό του. Το σώμα ισορροπεί. Το κέντρο βάρους του σώματος βρίσκεται ακριβώς στο σημείο που η οδοντογλυφίδα ακουμπά στο ποτήρι. 12. Δωρεάν καύσιμα! 1 μπαλόνι, 3 καλαμάκια, σελοτέιπ, 2 ξυλάκια για σουβλάκια, 4 καπάκια, ένα ξυράφι κοπής, ένα κομμάτι σκληρό χαρτόνι 10 x 20 cm Στερεώνουμε τα δύο καλαμάκια πάνω στο χαρτόνι με τρόπο ώστε να απέχουν μεταξύ τους 10 15 cm και να είναι κάθετα στη μεγάλη διάσταση του χαρτονιού. Περνάμε μέσα από το καθένα ένα ξυλάκι από καλαμάκι. Με το ξυράφι ανοίγουμε μικρές τρυπούλες στο κέντρο των καπακιών. Στερεώνουμε τα καπάκια στις άκρες από τα ξυλάκια. Έτσι έχουμε φτιάξει ένα μικρό χάρτινο αυτοκίνητο με ρόδες από καπάκια που έχουν ως άξονες τα δύο ξυλάκια, τα οποία μπορούν να περιστρέφονται μέσα στα δύο καλαμάκια. Στερεώνουμε το τρίτο καλαμάκι στο κέντρο του χαρτονιού, παράλληλα με τον μεγάλο άξονά του. Περιστρέφουμε προς τα πάνω τη σπαστή άκρη από το καλαμάκι και το περνάμε στο χείλος του μπαλονιού, όπου το και στερεώνουμε με σελοτέιπ, με τέτοιο τρόπο ώστε να μη μπορεί να διαφύγει αέρας από κάποια τρυπούλα ή κενό. Φουσκώνουμε το μπαλόνι και αφήνουμε ελεύθερο το αυτοκινητάκι. [12]
Το αυτοσχέδιο αυτοκινητάκι αρχίζει να κινείται σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή που εξέρχεται ο αέρας από το καλαμάκι. Ισχύει ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα: Το μπαλόνι ωθεί τον αέρα προς τα πίσω ξεφουσκώνοντας και ο αέρας ωθεί με την ίδια δύναμη το αυτοκινητάκι προς τα εμπρός. Η κίνηση μπορεί να θεωρηθεί και ως εφαρμογή της αρχής διατήρησης της ορμής. 13. Όταν δύο βιβλία ερωτεύονται 2 βιβλία Φέρνουμε τα δύο βιβλία κοντά, απέναντι το ένα στο άλλο και βάζουμε τις σελίδες του ενός ανάμεσα στις σελίδες του άλλου, εναλλάξ ή ανά ομάδες των 3-4 σελίδων, με τρόπο ώστε κάθε ομάδα σελίδων του ενός να καλύπτει μεγάλο μέρος της σελίδας του άλλου. Προσπαθούμε να αποκολλήσουμε τα δύο βιβλία μεταξύ τους τραβώντας τα προς δύο αντίθετες κατευθύνσεις. Δεν ξεκολλάνε. Φυσάμε ανάμεσα στις σελίδες των βιβλίων. Τώρα τα βιβλία διαχωρίζονται εύκολα. Δεν μπορούμε ξεκολλήσουμε τα βιβλία. Όταν φυσάμε ανάμεσά τους, τα βιβλία ξεκολλούν εύκολα. Τα βιβλία δεν μπορούν να αποκολληθούν καθώς η ατμοσφαιρική πίεση είναι πολύ ισχυρή (δεν υπάρχει αέρας εντός των σελίδων ώστε να ασκήσει πίεση αντίθετη προς την ατμοσφαιρική και να την εξισορροπήσει). Έτσι οι σελίδες των δύο βιβλίων είναι σε στενή επαφή και η τριβή ανάμεσά τους είναι πολύ μεγάλη. Όταν φυσάμε ανάμεσα στις σελίδες, εισχωρεί αέρας ανάμεσά τους που εξισορροπεί την ατμοσφαιρική, οι σελίδες δεν είναι πια σε στενή επαφή μεταξύ τους και η τριβή ελαχιστοποιείται [13]
ΤΑΣΗ ΝΕΡΟΥ 14. Tο τεμπέλικο σουρωτήρι 1 σουρωτήρι, 1 μπουκάλι με νερό Γεμίζουμε με νερό το μπουκάλι και το σκεπάζουμε με το σουρωτήρι. Αναποδογυρίζουμε το μπουκάλι μαζί με το σουρωτήρι. Το νερό δεν χύνεται. Για να χυθεί νερό μέσα από το μπουκάλι θα πρέπει να εισέλθει μέσα σε αυτό αέρας. Ωστόσο η επιφανειακή τάση του νερού ανάμεσα στις πολύ μικρές τρυπούλες από το σουρωτήρι δεν επιτρέπει κάτι τέτοιο να συμβεί. Το πείραμα φαίνεται πραγματικά απίστευτο αν χρησιμοποιήσουμε ένα ποτήρι γεμάτο με νερό αντί για μπουκάλι! Αρκεί να φροντίσουμε, ώστε το χείλος του ποτηριού να είναι σε επαφή με την κυρτωμένη, την εξωτερική δηλαδή, πλευρά από το σουρωτήρι. Αφού φέρουμε το σουρωτήρι και το ποτήρι σε επαφή, τα αναποδογυρίζουμε απότομα ώστε να είναι εντελώς κατακόρυφα. Αυτό που θα συμβεί θα είναι να αδειάσει ένα μέρος του ποτηριού και το υπόλοιπο νερό να παραμείνει μέσα του! [14]
ΧΗΜΕΙΑ Εισαγωγή Τα πειράματα χημείας που πραγματοποιούνται που παρουσιάζονται στο «Κέντρο Απεξάρτησης από τις ΤΠΕ» ξεκίνησε από μια φράση που είχα ακούσει από μια μητέρα μαθητή μου σε μια συζήτηση στο σχολείο : «Εγώ στο σπίτι δεν χρησιμοποιώ χημικά». Γνωρίζοντας τι ακριβώς συμβαίνει πίσω από τις καθημερινές δραστηριότητες στο σπίτι και κυρίως στη κουζίνα, άρχισα να μαζεύω τις διαδικασίες και να εξετάζω πως θα μπορούσαν αυτές οι χημικές αντιδράσεις να γίνουν στη τάξη. Κάπως έτσι ξεκίνησε η Κουζινοχημεία. Για να μπορέσει να δικαιολογήσει το τίτλο της δεν θα έπρεπε να χρησιμοποιήσω κάποια από τα «γυαλικά» σκεύη που έχουμε στα χημικά εργαστήρια αλλά να χρησιμοποιήσω «εξοπλισμό» κουζίνας. Και τότε έγινε φανερό ότι κατάλληλα σκεύη υπάρχουν σε κάθε κουζίνα, προκειμένου να γίνουν οι αντιδράσεις. Έτσι στη κουζινοχημεία χρησιμοποιούμε πλαστικά ποτηράκια από τα σούπερ μάρκετ, φίλτρα καφέ, μαρκαδόρους, πιατάκια πλαστικά και γενικά είδη που μπορούμε να βρούμε σε οποιοδήποτε σούπερ μάρκετ ή πολυκατάστημα. Τα περισσότερα είναι μιας χρήσεως, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι τα χρησιμοποιούμε μια φορά. Τα αντιδραστήρια που χρησιμοποιούμε είναι όλα αγορασμένα από το σούπερ μάρκετ ή το μανάβικο της γειτονιάς μας. Αποτέλεσμα της κουζινοχημείας είναι ένα εργαστήριο στο οποίο μπορούν να πραγματοποιηθούν αντιδράσεις με μικρό κόστος και ικανές να δείξουν στους μαθητές βασικές χημικές διεργασίες. Κατά τη διάρκεια του εργαστηρίου ορισμένες από τις αντιδράσεις θα γίνουν με επίδειξη, ενώ σε άλλες παίρνουν μέρος και οι μαθητές ( ή οι συνάδελφοι εδώ στο συνέδριο). Σκοπός είναι μέσα από τη κουζινοχημεία, να μπορέσουν οι συμμετέχοντες να εξοικειωθούν με χημικές διεργασίες και να δουν πως μπορούν να καταλάβουν τη χημεία που χρησιμοποιούν στο σπίτι. Για το εργαστήριο στο «Κέντρο Απεξάρτησης από τις ΤΠΕ» έχουν επιλεγεί χημικές διεργασίες που θα προκαλέσουν συζητήσεις, και αφορμές για να το πάμε «παραπέρα». Μέσα από συζήτηση ξεκαθαρίζονται οι μηχανισμοί και οι συνάδελφοι κατανοούν τι ακριβώς βλέπουν. [15]
15. Τι χρώμα έχει το ζουμί του κοκκινολάχανου; Υλικά : Ζουμί από κοκκινολάχανο Πλαστικά διαφανή «σφηνοπότηρα» Οικιακά διαλύματα αλλά και ουσίες Άζαξ για τζάμια, ξύδι, λεμονοχυμός, σόδα, ασπιρίνη, τουμπ-ο-φλο, υδροχλώριο (ΠΡΟΣΟΧΗ ΤΑ ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΕΙΝΑΙ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΑ ΚΑΙ ΑΚΑΤΑΛΛΗΛΑ ΓΙΑ ΧΡΗΣΗ ΑΠΟ ΠΑΙΔΙΑ ) Αν τα παιδιά είναι μικρά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πλαστικές ποδιές μιας χρήσης για να μη λερώσουν τα ρούχα τους. Διαδικασία : Παραγωγή ζουμιού κοκκινολάχανου : (Μπορεί να μη γίνει στη τάξη αλλά από πριν) Κόβουμε το κοκκινολάχανο σε μικρά κομμάτια και το βάζουμε σε multi ή blender βάζουμε αρκετό νερό και γίνεται ένας πολτός. Συμπληρώνουμε νερό, συνεχίζουμε για λίγο και μετά σουρώνουμε τον πολτό σε σουρωτήρι ( θέλει υπομονή). Παίρνουμε ένα υγρό που έχει μωβ χρώμα. Χρώμα και οικιακά διαλύματα :Στα σφηνοπότηρα βάζουμε περίπου 1 εκατοστό (σε ύψος ) ζουμί από το κοκκινολάχανο. Στην επίδειξη βάζουμε 7-8 ποτηράκια και ρίχνουμε από τα διάφορα διαλύματα. Δημιουργείται μια παλέτα χρωμάτων από το κόκκινο στα οξέα μέχρι το πράσινο στις βάσεις. Πείραμα στους μαθητές: Σε δύο ποτηράκια βάζουμε μικρή ποσότητα από ζουμί κοκκινολάχανου και δίνουμε δύο «άγνωστα διαλύματα» στους μαθητές. Τους λέμε να ρίξουν προσεκτικά ( είναι σταγονομετρικά μπουκάλια) το υγρό στα ποτηράκια και να παρατηρήσουν τις αλλαγές στο χρώμα. Κάποια στιγμή το χρώμα σταθεροποιείται. Ζητάμε να μας πουν αν έχουν οξύ ή βάση στα μπουκαλάκια τους. Σε δεύτερη φάση τους ζητάμε να ρίξουν σε διάλυμα που είχαν αρχικά ρίξει βάση (πχ) να ρίξουν τώρα οξύ και να πουν τι παρατηρούν. Εξήγηση : Το ζουμί του κοκκινολάχανου είναι ένας φυσικός δείκτης. Μεταβάλλεται από ένα έντονο ανοικτό κόκκινο ( οξέα ) σε βαθύ πράσινο ( βάσεις ) εμφανίζοντας όλα τα ενδιάμεσα χρώματα. Οι μαθητές μπορούν να χαρακτηρίσουν μια ουσία σαν οξύ ή βάση. Επίσης με το [16]
να αλλάξουν το οξύ με βάση βλέπουν την αντιστροφή της αντίδρασης με την εξουδετέρωση και την αλλαγή του χρώματος ανάμεσα στο όξινο και το βασικό χρώμα, παίρνοντας έτσι μια ιδέα των αμφίδρομων αντιδράσεων. Οι χημικές διεργασίες : 1. Ομογενοποίηση 2. Εκχύλιση 3. Διήθηση 4. Αμφίδρομες αντιδράσεις 5. Αντίδραση Εξουδετέρωσης 16. Τρομάζοντας τα χρώματα Υλικά : Πλαστικά πιατάκια Φρέσκο γάλα πλήρες Χρωστικές τροφίμων Ψιλά καλαμάκια ή μπατόν βαμβακιού Υγρό πιάτων κατά προτίμηση αραιωμένο σε ένα ποτηράκι Διαδικασία : Στο πιατάκι βάζουμε μικρή ποσότητα γάλατος ίσα ίσα να καλύψει τον πάτο του πιάτου. Στο δοχείο στάζουμε δυο τρεις σταγόνες από τα διάφορα χρώματα. Με το μικρό καλαμάκι ή το μπατόν μεταφέρουμε μικρή ποσότητα από το υγρό πιάτων και το ρίχνουμε στο κέντρο του πιάτου. Εξήγηση : Η επιφανειακή τάση που έχει το νερό ( πολύ ισχυρή) ) κρατάει τις χρωστικές περιορισμένες στη περιοχή που τις ρίχνουμε. Μόλις ρίξουμε το απορρυπαντικό οι δυνάμεις της επιφανειακής τάσης χαλαρώνουν και αμέσως τα χρώματα απλώνουν και τείνουν να απομακρυνθούν λόγω διαμοριακών δυνάμεων. Οι χημικές διεργασίες : Προσρόφηση στο βαμβάκι. Αναρρόφηση λόγω επιφανειακής τάσης στο μικρό καλαμάκι. [17]
17. Ηλεκτρισμένα ζαρζαβατικά Υλικά : Λεμόνια Πατάτες Πορτοκάλια Καρφιά Χάλκινα και από Ψευδάργυρο. Πολύμετρο Διαδικασία : Μαλακώνουμε τα λεμόνια και τα πορτοκάλια. Καρφώνουμε από ένα καρφί χάλκινο και ένα από ψευδάργυρο. Μετράμε τη τάση με το πολύμετρο. Εξήγηση : Τα μέταλλα έχουν την τάση να απελευθερώνουν ηλεκτρόνια σαν ηλεκτροθετικά στοιχεία. Η τάση αυτή ποικίλλει από μέταλλο σε μέταλλο. Αυτή η τάση μετριέται με το δυναμικό οξειδοαναγωγής. Η διαφορά του δυναμικού οξειδοαναγωγής είναι αυτό που μετράει το πολύμετρο. Η τάση είναι σχετικά υψηλή- περί το 1 βολτ αλλά δεν έχει ένταση το ρεύμα Μπορούμε να δοκιμάσουμε και με άλλα μέταλλα. ( Καρφιά από σίδηρο και καρφιά από αλουμινόχαρτο) 18. Μυστικά χρώματα Υλικά : Χαρτί από φίλτρο καφέ, κομμένο σε παραλληλόγραμμο Μαρκαδόροι με χρώματα νερού Ψηλά πλαστικά ποτήρια Διαδικασία : Στο χαρτί από το φίλτρο και σε ύψος περίπου 2 εκατοστά από την άκρη τοποθετούμε μια κουκκίδα από χρώμα από τον μαρκαδόρο. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε διάφορα χρώματα και να «ενισχύσουμε» τη κουκκίδα πολύ. [18]
Στο ποτήρι βάζουμε ένα δάκτυλο νερό ( 1-1,5 cm ) ύψος και τοποθετούμε προσεκτικά το χαρτί έτσι ώστε η άκρη του να είναι μέσα στο νερό αλλά όχι η κουκκίδα με το χρώμα. Μετά από λίγη ώρα το νερό αρχίζει να ανεβαίνει και να συμπαρασύρει τα χρώματα. Όσο περνάει η ώρα τα συμπαρασύρει με διαφορετικό ρυθμό αποκαλύπτοντας τα επιμέρους χρώματα. Εξήγηση : Στην ανερχόμενη χρωματογραφία που είναι η τεχνική αυτή χρησιμοποιούμε την προσρόφηση του νερού στο χαρτί. Το νερό συμπαρασύρει τις χρωστικές. Αλλά επειδή το κάθε χρώμα έχει άλλο μοριακό τύπο και άλλη δομή ανεβαίνει προς τα πάνω με διαφορετικές ταχύτητες και έτσι πετυχαίνεται ο διαχωρισμός. Οι χημικές διεργασίες : Προσρόφηση Πολικότητα μορίων. 19. Ανακαλύπτοντας το χαμένο άμυλο Υλικά : Διαφανές πλαστικό ποτήρι. Διάφορα τρόφιμα ( ζάχαρη, αλεύρι, κορν φλάουρ, αλάτι, νιφάδες βρώμης κ.α.) Νερό. Ιώδιο ( από το φαρμακείο της γειτονιάς) Διαδικασία : Σε πλαστικά ποτήρια διαλύουμε σε νερό αυτές τις ουσίας και ρίχνουμε 2-3 σταγόνες ιώδιο. Αν έχει άμυλο η ουσία μετατρέπεται το διάλυμα σε μπλε. Αν δεν έχει παίρνει ένα ασθενές υποκίτρινο χρώμα. [19]
Εξήγηση : Το ιώδιο δεν είναι ευδιάλυτο στο νερό. Έτσι διαλύεται παρουσία ΚΙ που διευκολύνει τη διάλυσή του. Άρα μέσα στο νερό έχουμε Ι 2 και ιόντα Ι -. Αν το διάλυμα έχει άμυλο τότε το άμυλο δίνει την δυνατότητα σε αυτά τα σωματίδια να ενωθούν και να δώσουν το σύμπλοκο Ι 3 - που είναι υπεύθυνο για το βαθύ μπλε μαύρο χρώμα που παίρνει το ιώδιο όταν είναι μαζί με το άμυλο. Οι χημικές διεργασίες : Συμπλοκοποίηση Διάλυση Διαλυτότητα 20. Ταξιδεύοντας στο νερό Υλικά : Ποτήρι με νερό Χρωστική τροφίμων ( Γκαζάκι) Διαδικασία : Σε ένα ποτήρι γεμάτο με νερό ρίχνουμε προσεκτικά 2-3 σταγόνες χρωστικής για τρόφιμα. Παρατηρούμε τον τρόπο που διαχέονται τα χρώματα της χρωστικής στο νερό. Εναλλακτικά μπορούμε να ζεστάνουμε λίγο νερό και να επαναλάβουμε το πείραμα ή να ρίξουμε τοπικά λίγο ζεστό νερό πριν ολοκληρωθεί η διάχυση της χρωστικής και να δούμε τι επίπτωση θα έχει στην ταχύτητα διάχυσης. Εξήγηση : Η συνεχής κίνηση των μορίων μέσα στο υγρό γίνεται φανερή με τη προσθήκη της χρωστικής. Οπότε μπορούμε να παρατηρήσουμε τον τρόπο που το μίγμα γίνεται ομογενές και μετατρέπεται σε ένα ομοιόμορφο διάλυμα. Η χημική διεργασία : Διάχυση μορίων [20]
21. Φωτιά στα μέταλλα Υλικά : Ανοξείδωτο σύρμα Λαβίδα ( πενσάκι ) Αλάτι Γαλαζόπετρα Μαρμαρόσκονη Διαδικασία : Το ανοξείδωτο σύρμα θερμαίνεται και μετά το βουτάμε στο αλάτι. Κολλάει πάνω του ποσότητα αλατιού και μετά περνάμε το «αλατισμένο» σύρμα πάνω από τη φωτιά. Τότε η φωτιά χρωματίζεται έντονα κίτρινη. Αλλάζω συρματάκι και κάνω την ίδια δουλειά με τη γαλαζόπετρα. Τότε η φωτιά χρωματίζεται έντονα πράσινη. Εξήγηση : Με τη θέρμανση τα μέταλλα ανεβάζουν τα ηλεκτρόνια τους σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη ( διαγείρονται ) Αυτό διαρκεί ελάχιστο χρόνο και αμέσως μετά αποδιαγείρονται. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να εκπέμπουν χαρακτηριστικό φως για κάθε μέταλλο. Το Νάτριο έχει το χαρακτηριστικό κίτρινο χρώμα των ατμών Νατρίου (δεξιά φωτό) ενώ η γαλαζόπετρα (θειικός χαλκός) δίνει το χαρακτηριστικό πράσινο χρώμα του χαλκού. ( αριστερή φωτό) Οι χημικές διεργασίες : Διέγερση ατόμων αποδιέγερση 22. Ξεραίνοντας τη γαλαζόπετρα Υλικά : Αλουμινόχαρτο Γαλαζόπετρα Γκαζάκι Διαδικασία : Φτιάχνουμε με το αλουμινόχαρτο ένα «τηγανάκι» στο οποίο βάζουμε λίγη γαλαζόπετρα. Θερμαίνουμε το ταψάκι και παρατηρούμε τη γαλαζόπετρα να αποχρωματίζεται και να αποκτά ένα άσπρο χρώμα. Στη συνέχεια και αφού ολοκληρωθεί ο αποχρωματισμός της γαλαζόπετρας προσθέτουμε σταγόνα σταγόνα νερό και βλέπουμε η γαλαζόπετρα να αποκτά ξανά το γαλάζιο της χρώμα. [21]
Η ξήρανση της γαλαζόπετρας Η προσθήκη του νερού Εξήγηση : Η γαλαζόπετρα είναι ο ένυδρος θειικός χαλκός με πέντε μόρια νερού ( CuSO 4 5H 2 O ). Με τη πύρωση έχουμε απομάκρυνση των κρυσταλλικών νερών από το θειικό χαλκό αφήνει τη καθαρή ουσία η οποία είναι λευκή κρυσταλλική. Όπως ο άνυδρος θειικός χαλκός είναι ισχυρό αφυδατικό. Έτσι μόλις προσθέσουμε νερό αμέσως επανέρχεται στην ένυδρη κρυσταλλική του μορφή και στο χαρακτηριστικό γαλάζιο της χρώμα. Οι χημικές διεργασίες : Κρυσταλλικά μόρια νερού. Απομάκρυνση κρυσταλλικών νερού Αφυδατικό 23. Χοντραίνοντας τον σίδηρο Υλικά : Διάλυμα γαλαζόπετρας Ταβανόπροκα σιδερένια Ποτήρι με νερό Διαδικασία : Στο ποτήρι με το νερό διαλύουμε μικρή ποσότητα γαλαζόπετρας. Μετά βυθίζουμε τη ταβανόπροκα στο διάλυμα. Πολύ σύντομα βλέπουμε ότι «μαυρίζει» το βυθισμένο τμήμα ενώ το άλλο δεν εμφανίζει καμία μεταβολή. Με το πέρασμα του χρόνου το βυθισμένο μέρος αρχίζει και διογκώνεται και χοντραίνει. [22]
Εξήγηση : Ο χαλκός είναι λιγότερο δραστικό μέταλλο από τον σίδηρο. Έτσι δημιουργείται μια απλή αντικατάσταση και ο σίδηρος διαλύεται στο νερό σχηματίζοντας θειικό σίδηρο ενώ αποτίθεται πάνω στο σίδηρο ο χαλκός. Έτσι το βυθισμένο κομμάτι του σιδήρου αρχίζει και χοντραίνει από τον χαλκό που αποτίθεται. Οι χημικές διεργασίες : Οξείδωση και αναγωγή. Αντιδράσεις απλής αντικατάστασης 24. Μέχρι το βράδυ θέλω όλα τα νομίσματα στο χρηματοκιβώτιο γυαλισμένα : Σκρουτζ Υλικά : Νομίσματα χάλκινα (1-2 5 λεπτών) όσο γίνεται πιο χρησιμοποιημένα (μαύρα) Ποτήρι Ξύδι ή Λεμόνι Αλάτι Διαδικασία : Στύβουμε το λεμόνι σε ένα ποτηράκι λίγο λεμόνι και το αλατίζουμε. Βάζουμε τα νομίσματα μέσα και τα αφήνουμε να «μουλιάσουν». Μετά από λίγο τα τρίβουμε με μια πετσέτα και γυαλίζουν σαν καινούργια. Εξήγηση : Τα «χάλκινα» νομίσματα αντιδρούν με το οργανικά οξέα που έχουμε εμείς στα χέρια μας αλλά και από τους ατμοσφαιρικούς ρύπους. Έτσι σιγά σιγά δημιουργείται στρώμα που έχει σκούρο χρώμα και αποτελείται κυρίως από άλατα του χαλκού με θείο. Αν τα βυθίσουμε σε χυμό λεμονιού ή ξύδι, τότε αντιδρούν και δίνουν ευδιάλυτα κιτρικά και οξικά άλατα, τα οποία απομακρύνονται με το σκούπισμα και αφήνουν καθαρό τον χαλκό που είναι από κάτω. Οι χημικές διεργασίες : Διαλυτότητα Ευδιάλυτα και δυσδιάλυτα άλατα [23]
25. Το αόρατο χέρι. Υλικά : Ψηλό ποτήρι Σόδα Ξύδι Κερί ρεσώ Διαδικασία : Στο ψηλό ποτήρι βάζουμε λίγη ανθρακική σόδα και ρίχνουμε προσεκτικά λίγο ξύδι. Στο πάτο του ποτηριού η σόδα αφρίζει. Όταν πάψει να αφρίζει η σόδα παίρνουμε προσεκτικά το ποτήρι και το «αδειάζουμε» σε ένα άλλο ποτήρι προσέχοντας να μην τρέχει το υγρό από τη βάση του ποτηριού. Ανάβουμε το κεράκι και γέρνουμε προσεκτικά το «άδειο» ποτήρι πάνω από το κερί και το κερί σβήνει χωρίς να το ακουμπήσει κανείς. Αν το γείρουμε προσεκτικά και δεν το αναποδογυρίσουμε μπορούμε να επαναλάβουμε το πείραμα αρκετές φορές Εξήγηση : Η σόδα ( ανθρακικό νάτριο ) αντιδρά με το ξύδι ( οξικό οξύ ) και δίνει ανθρακικό οξύ που είναι ασταθές και διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. ( η σόδα αφρίζει γιατί απελευθερώνει το διοξείδιο του άνθρακα ). Το διοξείδιο του άνθρακα είναι βαρύτερο αέριο από το οξυγόνο και το άζωτο. Έτσι όταν κάνω τη μετάγγιση στο άδειο ποτήρι ενώ δεν φαίνεται τίποτα στη πραγματικότητα τρέχει το διοξείδιο του άνθρακα και διώχνει τον ατμοσφαιρικό αέρα από το ποτήρι. Όταν το γείρουμε πάνω από το κεράκι, αν και δεν φαίνεται κάτι, στη πραγματικότητα, τρέχει το διοξείδιο του άνθρακα ( που δεν ευνοεί τη καύση ) και σβήνει το κερί. Αν το κάνουμε προσεκτικά μπορεί να παραμείνει στο δοχείο διοξείδιο του άνθρακα και για δεύτερη και για τρίτη επανάληψη. Οι χημικές διεργασίες : Καύση Σχετικές μοριακές μάζες Απόχυση Πυκνότητα [24]
26. Γράφοντας μυστικά Υλικά : Χυμός λεμονιού Μπατόν Χαρτί Κερί Διαδικασία : Γράφουμε στο χαρτί ότι θέλουμε και αφήνουμε να στεγνώσει. Μόλις στεγνώσει δεν φαίνεται τίποτα Αν περάσουμε το χαρτί πάνω από τη φλόγα του κεριού σε κάποια απόσταση τότε θα εμφανιστεί το μήνυμα. Εξήγηση : Ο χυμός λεμονιού περιέχει κιτρικό οξύ που είναι οργανικό οξύ. Όταν περάσει πάνω από το κερί, το κιτρικό απανθρακώνεται και απελευθερώνει τον άνθρακα, οπότε εμφανίζεται το κείμενο με καφέ γράμματα. Η χημική διεργασία : Απανθράκωση οργανικής ένωσης. [25]
ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΜΕ ΥΛΙΚΑ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗΣ ΧΡΗΣΗΣ, ΟΕΔΒ. http://www.stevespanglerscience.com/ http://tinanantsou.blogspot.gr/p/blog-page_30.html http://www.youtube.com/watch?v=ujm673cptrq https://www.youtube.com/watch?v=2n9zzvhx_ii 25 Πειράματα χημείας. Ν Δ Κλούρα που ανακτήθηκε από : http://tinyurl.com/zt4jpd9 100 kitchen activities που ανακτήθηκε από : http://tinyurl.com/zpd6285 Kitchen chemistry που ανακτήθηκα από : http://tinyurl.com/jqdmejs (τελευταία επίσκεψη ιστοσελίδων, 23 Μαρτίου 2016) ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ https://benchtwentyone.files.wordpress.com/2010/11/candles-going-out.jpg(εικόνα στο 11) http://momstotschool.blogspot.gr/2013/02/the-letter-l.html ( εικόνα στο 12 ) http://www.scielo.br http://sciencemagician.wordpress.com http://chemistry.about http://www.wikihow.com http://science.wonderhowto http://learningideasgradesk-8.blogspot.gr http://www.exploratorium.edu http://www.homeschoolcreations.net http://www.teachengineering.org http://www.nuffieldfoundation.org http://www.thenakedscientists.com http://almostunschoolers.blogspot.gr http://cheaperthanacupofjoe.tumblr.com http://www.1up [26]