Studiul metalelor pentru elevii claselor de gimnaziu este o provocare și în același timp, pe de o parte, oferă cadrul adecvat pentru exprimarea tuturor informațiilor și cunoștințelor acumulate anterior la științe, fizică, educație tehnologică sau ca elemente ale culturii generale dobândite la școală sau în familie, iar pe de altă parte, pentru cunoașterea și experimentarea unor fenomene chimice și reacții cu valoare științifică și practică.
Lecțiile referitoare la arderea metalelor sunt introduse în anii de gimnaziu, atât în manualele de chimie, la unitatea Tipuri de reacții chimice din clasa a VII-a, cât și la unitatea Metale din clasa a VIII-a, precum și în materialele auxiliare.
Proprietățile chimice ale metalelor depind de caracterul lor chimic, iar reacțiile au loc mai rapid pe măsură ce caracterul chimic este mai pronunțat. Astfel, metalele mai reactive decât hidrogenul, situate în fața acestuia în Seria reactivității chimice (adică cele care îl preced) pot substitui hidrogenul din apă și acizi. Metalele foarte reactive (K, Ca, Na, Mg și Al activat) reacționează cu apa și formează hidroxizi și hidrogen, cele reactive (Zn, Fe, Sn, Pb) formează cu apa oxizi și hidrogen, iar cele mai puțin reactive (Cu, Hg, Ag, Au, Pt) nu reacționează nici cu oxigenul (Pt, Au), nici cu apa (Cu, Hg, Ag, Pt, Au). Utilizând Seria reactivității chimice a metalelor, elevii claselor a VIII-a pot testa reactivitatea sodiului, magneziului și aluminiului, în cadrul orelor de laborator, în școlile gimnaziale în care există laboratoare funcționale sau în timpul orelor de curs, ca secvențe de lecție, utilizând laboratorul virtual. De asemenea și în clasa a VII-a la unitatea Tipuri de reacții chimice pot fi efectuate unele experimente pentru demonstrarea reacțiilor de combinare care au loc prin arderea metalelor sau a reacțiilor de substituție, prin realizarea reacțiilor metalelor cu apa.
Suplimentar și cu caracter demonstrativ, se pot realiza reacțiile de ardere a unor metale foarte reactive precum sodiul și magneziul, în timpul orelor de laborator la clasa a VII-a sau a VIII-a, iar experimentele pot fi inițial virtuale, utilizând o platformă dedicată în care elevii pot să experimenteze sau filmate, când elevii vizionează modul de desfășurare a reacției. După etapa introductivă, elevii pot să experimenteze individual, în laborator, reacțiile magneziului, apoi să analizeze și să compare rezultatele obținute. Reacțiile sodiului se realizează de obicei, la nivel demonstrativ. În timpul orelor de laborator, elevii dobândesc noi cunoștințe, își formează deprinderi și competențe practice, apoi reușesc să completeze Fișa de laborator și să rezolve cerințele itemilor dați în vederea parcurgerii etapelor de consolidare și evaluare. Pe tot parcursul orelor de laborator pot fi introduse pe lângă experimentul științific, algoritmizarea, problematizarea, rezolvarea de exerciții, modelarea, acestea fiind considerate a fi metode clasice ori tradiționale și alte metode, considerate a fi moderne, inclusiv jocuri didactice, Diagrama Venn, metoda Cubului, metoda Știu-Vreau să știu-Am învățat, brainstormingul, Turul galeriei, metoda Mozaicului, metoda Ciorchinelui, hărțile conceptuale și multe altele.
După reactualizarea cunoștințelor teoretice cu privire la proprietățile fizico-chimice ale metalelor și a noțiunilor de protecția muncii în laborator, se urmăresc indicațiile din Fișa de laborator sau din manuale, sunt explicate modul de lucru și cerințele suplimentare, dacă este cazul, apoi se începe lucrarea de laborator, demonstrativ, pe grupe, în perechi sau individual, în funcție de strategia didactică a profesorului și de resursele disponibile, pregătite anterior.
Arderea sodiului în aer se realizează cu ajutorul următoarelor substanțe și materiale: sodiu metalic, hârtie de filtru, cuțit, clește, lingură de ars, bec de gaz, nișă de evacuare a gazelor.
Modul de lucru este următorul:
- cu cleștele se extrage o bucată de sodiu metalic din sticla de reactivi, unde este ținut sub petrol, pentru a împiedica oxidarea,
- bucata de sodiu metalic de mărimea unui grăunte, se curăță de petrol cu hârtia de filtru și se introduce cu cleștele, în lingura de ars,
- se aprinde becul de gaz și se ține lingura de ars care conține sodiu metalic (cât mai la distanță, pentru a preveni arsurile) deasupra flăcării, până ce sodiul se aprinde și arde cu flacără galbenă,
- se notează în Fișa de laborator observațiile, inclusiv luciul metalic al sodiului, obținut în tăietură proaspătă (care dispare imediat în contactul cu aerul), culoarea flăcării de ardere a sodiului (galbenă) și a fumului rezultat (alb), precum și ecuațiile reacțiilor chimice care au loc:
4Na (s) + O2 (g) → 2 Na2O↓ (Na2O - oxid de sodiu)
2Na (s) + O2 (g) → Na2O2↓ (Na2O2 - peroxid de sodiu)
2 Na2O2 (s) → 2 Na2O↓ + O2↑ (O2 – oxigen molecular)
Reacția sodiului cu apa (mingea de foc) se realizează într-un spațiu liber din laborator sau în exterior, cu ajutorul următoarelor substanțe și materiale: masă de lucru, sodiu metalic, hârtie de filtru, cuțit, clește, fenolftaleină, vas de cristalizare 2000ml. Reacția sodiului cu apa este numită impropriu arderea sodiului, aceasta fiind descrisă anterior.
Modul de lucru este următorul:
- cu cleștele se extrage o bucată de sodiu metalic din sticla de reactivi, unde este ținut sub petrol, pentru a împiedica oxidarea,
- bucata de sodiu metalic de mărimea unui grăunte, se curăță de petrol cu hârtia de filtru și se plasează pe o bucată mică de hârtie de filtru,
- în vasul de sticlă se adaugă aprox. 1000 ml apă și câteva picături de fenolftaleină,
- pe suprafața apei, cu grijă, se pune hârtia de filtru pe care este așezat sodiul metalic,
- în câteva secunde, sodiul ia contact cu apa absorbită de hârtia de filtru și începe să reacționeze și să „fugă” pe apă,
- se degajă un fum alb, iar apa se colorează în roșu carmin.
Se notează în Fișa de laborator observațiile, inclusiv luciul metalic al sodiului, obținut în tăietură proaspătă (care dispare imediat în contactul cu aerul), culoarea flăcării de ardere a sodiului (galbenă) și a fumului rezultat (alb), colorarea apei în roșu carmin, precum și ecuația reacției chimice care are loc:
4Na (s) + H2O → 2NaOH + H2↑ (hidroxid de sodiu)
Arderea magneziului în aer se realizează cu următoarele substanțe și materiale: bandă de magneziu, clește metalic, bec de gaz, vas Petri pentru culegerea oxidului rezultat.
Modul de lucru este următorul:
- se rupe o bucată de bandă de magneziu de aproximativ 1,5 cm și se ține cu cleștele metalic deasupra flăcării unui bec de gaz până se aprinde,
- magneziul arde cu flacără orbitoare și formează un oxid alb, care se culege într-un vas Petri, urmând a fi utilizat ulterior la demonstrarea modului de reacție a oxizilor cu apa.
Se notează în Fișa de laborator observațiile, inclusiv culoarea magneziului și a oxidului obținut, flacăra orbitoare cu care acesta arde, precum și ecuația reacției chimice care are loc:
2 Mg(s) + O2 (g) → 2 MgO(s) (oxid de magneziu)
Arderea aluminiului în aer se realizează cu ajutorul următoarelor substanțe și materiale: pilitură de aluminiu, spatulă, bec de gaz, vas Petri pentru culegerea reziduurilor.
Modul de lucru este următorul:
- pilitura de aluminiu se presară încet în flacăra becului de gaz, cu ajutorul spatulei,
- se obține o ploaie de steluțe luminoase, iar în vasul de culegere vom avea atât pilitură nearsă, cât și oxid de aluminiu, care se pot refolosi.
Se notează în Fișa de laborator observațiile, inclusiv culoarea aluminiului și a oxidului obținut, modul de ardere, precum și ecuația reacției chimice care are loc:
4 Al(s) + 3 O2 (g) → 2 Al2O3 (oxid de aluminiu)
Experimentarea reacțiilor aluminiului cu apa se realizează în diferite moduri, în funcție de starea aluminului pe care îl avem la dispoziție în laborator.
Pentru reacția aluminiului pulbere cu apă, avem nevoie de pulbere de aluminiu, apă rece sau caldă, spatulă, eprubetă, bec de gaz, clește de lemn pentru eprubetă.
Modul de lucru este următorul:
- cu spatula se adaugă puțină pilitură de aluminiu într-o eprubetă ce conține 2-3 ml apă,
- se observă cum pulberea se ridică deasupra și plutește, fără a reacționa.
Se notează în Fișa de laborator că pulberea de aluminiu nu reacționează cu apa rece. Se încălzește eprubeta până la fierbere și de asemenea, se constată că aluminul nu reacționează nici la cald, cu apa. Se notează observațiile în Fișa de laborator.
Se poate experimenta și modul în care reacționează aluminiul sub forma unei sârme care este introdusă cu ajutorul unui clește metalic, într-o eprubetă ce conține 2-3 ml de apă, când are loc formarea oxidului de aluminiu în strat subțire, cu rol protector împotriva coroziunii. Se notează observațiile în fișa de laborator, inclusiv culoarea ușor cenușie a oxidului obținut.
Aluminiul activat reacționează cu apa, iar pentru realizarea acestui experiment avem nevoie de: 4-5 ml clorură de mercur, o sârmă de aluminiu, clește, eprubetă, stativ pentru eprubete, iar apa necesară va fi preluată din atmosferă - aerul umed.
Mod de lucru:
- într-o eprubetă se introduc 4-5 ml clorură de mercur, apoi cu ajutorul unui clește metalic, se introduce o sârmă de aluminiu în soluția din eprubetă,
- eprubeta se poziționează în stativ și după aproximativ 10 minute, se observă cum aluminiul se acoperă cu un strat de mercur strălucitor,
- se scoate sârma din eprubetă cu ajutorul cleștelui metalic și se prinde de stativ, fiind lăsată în aer liber,
- în aer, pe stratul de mercur, apare o substanță albă, un oxid care crește pe măsură ce trece timpul, iar ca dovadă a reacției aluminiului activat cu vaporii de apă din atmosferă, aceștia distrug pelicula de oxid.
Se notează în Fișa de laborator toate etapele și observațiile, precum și ecuația reacției chimice care are loc:
2Al(s) + 6H2O → 2NaOH + 3H2↑ (hidroxid de aluminiu)
Modelul general de Fișă de laborator, realizat împreună cu elevii, încă de la începutul clasei a VII-a când experimentează proprietățile fizice și chimice ale unor substanțe, conține următoarele rubrici: numărul experimentului, denumirea experimentului, substanțe și ustensile, modul de lucru, observații, importanța practică a substanțelor sau fenomenelor chimice studiate, iar după ce elevii încep să studieze și reacțiile chimice, ultima rubrică din fișă conține ecuația reacțiilor chimice. Caietul de chimie cel mai indicat a fi utilizat de elevii de gimnaziu este un caiet studențesc de matematică, iar fișele de laborator se realizează în formatul landscape, pentru a conține toate informațiile necesare, în rubricile menționate și pentru a constitui și ulterior desfășurării lecțiilor sau experimentelor, un real sprijin elevilor, în procesul de învățare.
Integrarea experimentelor reale sau virtuale în orele de chimie la gimnaziu nu sunt doar necesare și utile, dar au un rol motivațional și stimulativ pentru elevi, astfel încât realizăm concret transferul de la teorie la practică și educăm pentru conturarea unor comportamente dezirabile. Laboratorul de chimie real sau virtual oferă elevilor șansa de a-și pune în valoare cunoștințe, de a-și forma deprinderi și competențe practice, cu precădere: competența în știință; competența digitală; competența personală, socială și a învăța să înveți; competența civică și de protejare a mediului, competențe care fac parte din cele opt competențe cheie prezentate în Legea învățământului preuniversitar nr. 198/2023, ca repere ale curriculumului național.
Bibliografie:
Andruh M., Bogdan D., Costeniuc I., Morcovescu M., (2019) Chimie, Manual pentru clasa a VII-a, ed. Intuitext.
Doicin L.I., Gîrtan S., Anghelușiu M.V., (2022) Chimie, Manual pentru clasa a VII-a, ed. Art Klett.
Beșleagă C., (2019) Chimie, Manual pentru clasa a VII-a, ed. Litera.
Fătu S., Stroe F., Stroe C., (2008) Chimie, Manual pentru clasa a VII-a, ed. Corint.
Doicin Luminița Irinel, Gîrtan Silvia, Anghelușiu Mădălina Veronica, Dragomir Maria, (2020) Chimie, Manual pentru clasa a VIII-a, ed. Art Klett.
Andruh M., Costeniuc I., Morcovescu M., (2020) Chimie, Manual pentru clasa a VIII-a, ed. Intuitext.
Fătu S., Stroe F., Stroe C., (2008) Chimie, Manual pentru clasa a VIII-a, ed. Corint.
Publicat de:
Macovei Ada Alexandrina
Profesor Dr. (chimie), la Școala Gimnazială Nr. 11, Botoșani.