מסלול כימיה - יוזמות

1. מסלול כימיה - יוזמות יוצרים כימיה עם ההורים דבורה ברוט- תיכון בן גוריון נס ציונה, אולפנת בהר"ן עדנה פרידמן - אולפנא תורנית חורב ובי"ס תהילה ירושלים מיכאל קויפמן - מקיף עינות הירדן קיבוץ עמיר ואורט מגדים כרמיאל ד"ר אירה ריימן - עין כרם אזורי חקלאי, אורט גבעת רם ובי"ס דתי לבנות "פלך", ירושלים נאוה תמם - גימנסיה ריאלית ראשון לציון מנחה: זיוה בר-דב

2. מבוא שנת 2011 הוכרזה כשנת הכימיה העולמית על ידי IUPAC . במסגרת זו פיתחנו ערב חשיפה להורי התלמידים בכיתות י' לפני בחירת מגמה. מטרת הפעילות היא לגרום למעורבות גדולה יותר של התלמידים בהצגת הכימיה כמקצוע הקשור לחיי היומיום. בניסויים האלה הוצאנו את הכימיה מן המעבדה, והראנו איך היא משתלבת בחיינו.

3. מהלך הפעילות הפעילות מורכבת מ- 7 תחנות שבהן מוצג ניסוי בהנחיית קבוצת תלמידים. הכיתה תתחלק ל-8 קבוצות, 7 קבוצות ינחו את התחנות, והקבוצה השמינית תשמור על הסדר הכללי. התלמידים יבצעו את הניסוי ויסבירו להורים את הרקע המדעי. ההורים יתחלקו ל- 7 קבוצות (כמספר התחנות). כל קבוצת הורים תעבור מתחנה לתחנה בסיום ההדגמה. כל ניסוי ימשך כ- 10 דקות.

4. 2 1 תגובות שיקוע צבעי מים 7 3 6 4 5 מר גמיש כימיה וחשמל חומרים בשקית רמזור הלבנה זה שם המשחק הנר

5. ניסוי 1 "מר גמיש"  המקור: פולימרים סינטטיים חומרים כבקשתך, נאוה מילנר, מכון ויצמן למדע ציוד וחומרים: 15 סמ"ק דבק פלסטי - פולי-ויניל אלכוהול, PVA , בכוס פלסטיק חד-פעמית מים מזוקקים 2 משורות של 10 מ"ל 10 מ"ל של תמיסת בורקס, Na2B4O7 , 4% מקל זכוכית  מהלך הניסוי: לכוס פלסטיק המכיל 15 סמ"ק דבק פלסטי - פולי-ויניל אלכוהול, PVA , הוסיפו 3 מ"ל מים מזוקקים וערבבו בעזרת מקל זכוכית. הוסיפו 10 מ"ל תמיסת הבורקס וערבבו היטב. המשיכו לערבב עד קבלת גוש חומר אחיד. מותר להוציא את הגוש מהכוס ולגעת בו.

6. ניסוי 1 "מר גמיש" הסבר להורים: הדבק הפלסטי הוא פולימר המורכב משרשרות של פולי- ויניל- אלכוהול. פולימר הוא חומר המורכב ממולקולות גדולות, המכילות הרבה (=פולי) יחידות מבנה (=מר) הקשורות זו לזו. השרשרות אינן קשורות חזק זו לזו ולכן ניתן לשפוך את הדבק מכלי לכלי (הוא נוזל). הבורקס יכול ליצור קשרים בין השרשרות (כל חלקיק שלו יוצר 4 קשרים עם השרשרות, ניתן לדמיין כאילו הוא נותן 4 ידיים לשרשרות של הפולימר). קשרים אלה גורמים לכל השרשרות להפוך לגוש אחד.

7. ניסוי 2 "כימיה וחשמל" המקור: ניסוי 68, כימיה בגישה חוקרת, מכון ויצמן למדע ציוד וחומרים: מחצית תפוז, מחצית לימון, מחצית עגבנייה, מחצית תפוח אדמה תמיסת CuSO4(aq) 1 M פסי נחושת Cu(s) 71 ס"מ אלקטרודת גרפית מד מוליכות פסים של נייר סינון 102 ס"מ כ - 20 מ"ל תמיסת NH4NO3(aq) M 0.5 להרטבת הפסים של נייר סינון פינצטה חוטים מוליכים תנינים לחוטים מולטי טסטר או מד מתח מהלך הניסוי 1. בודקים מוליכות של הפירות והירקות, המיצים והתמיסות. 2. בונים תאים אלקטרוכימיים - סוללות (על פי התמונות).

9. ניסוי 2 "כימיה וחשמל" הסבר להורים: מוליכות חשמלית היא תנועה מכוונת של חלקיקים טעונים. בניסוי זה אנו בונים מעגל חשמלי, אשר חלק ממנו הוא תפוז או לימון או עגבנייה, או תפוח אדמה. הנורה הדולקת במד מוליכות מלמדת על מעגל חשמלי סגור, מוכיחה כי גם בתפוז, בלימון, בעגבנייה ובתפוח אדמה יש חלקיקים טעונים המשתתפים בהולכה החשמלית. אפשר גם למדוד את כצמת הזרם. לאחר מכן אנו בונים תאים אלקטרוכימיים. בכל מעגל חשמלי שבנינו, חיברנו בין חומרים המושכים את האלקטרונים במידה שונה. החומר המושך אותם חזק יותר, גורם לתנועה שלהם, ולכן להולכה חשמלית, מאחר והאלקטרונים העוברים מחומר אחד לשני הם בעצם חלקיקים טעונים הזזים לכיוון מסוים. הולכה חשמלית בתמיסות מתאפשרת הודות ליונים ניידים. ולסקרנים....האם שמתם לב כי המעגל החשמלי פועל "ללא סוללה"? כיצד ניתן להסביר זאת?

10. ניסוי 3 "חומרים בשקית" המקור: ניסוי 4, כימיה בגישה חוקרת, מכון ויצמן למדע ציוד וחומרים: 3 כלי זכוכית בנפח של 10 מ"ל (עם פקק תואם לגרסה החלופית) 3 שקיות פוליאתילן עם גומיות לסגירה מד-טמפרטורה (עדיף דיגיטלי) מקל זכוכית משטפת מים מזוקקים 2 משורות בנפח 10 מ"ל נוזל סגול - מי כרוב נוזל חסר צבע - מים מזוקקים 3 כלים המכילים מוצק A - 7 גרם חומצת לימון 3 כלים המכילים מוצק B - 10 גרם סודה לשתיה

11. ניסוי 3 "חומרים בשקית" המקור: ניסוי 4, כימיה בגישה חוקרת, מכון ויצמן למדע מהלך הניסוי: 1. הכניסו לשקית את שני המוצקים A ו-B. 2. ערבבו אותם במקל זכוכית או על ידי ניעור השקית. 3. הכניסו לכלי הזכוכית 10 מ"ל מהנוזל סגול. 4. הניחו בזהירות את הכלי בתוך השקית בלי שהנוזל והמוצקים יגעו זה בזה (אפשרות חלופית: להכניס את הכלי לשקית כשהוא פקוק). 5. קשרו היטב את השקית בחלקה העליון על ידי גומייה. 6. הפכו בזהירות את הכלי כך שהנוזל ירטיב את המוצקים (אם בחרתם באפשרות של הכלי הפקוק - פתחו את הפקק בזהירות דרך השקית). 7. מדי פעם הטו את השקית לשיפור המגע.

12. ניסוי 3 "חומרים בשקית" הסבר להורים: בתגובה כימית מגיבים הופכים לתוצרים. למגיבים ולתוצרים תכונות שונות (חומרים שונים). בניסוי שלפנינו נערבב חומצת לימון (חומצי) עם אבקת סודה לשתייה (בסיסי). על מנת שהתגובה תתחיל להתרחש, מוסיפים את מי הכרוב הסגול, אשר ממסים את המוצקים ומזרזים את התגובה ביניהם. מבחינה מקרוסקופית, ניתן לצפות בהתנפחות השקית הסגורה. ההסבר המיקרוסקופי להתנפחות הוא שנוצר גז במהלך התגובה. חלקיקי הגז דוחפים את דפנות השקית וגורמים להתנפחותה. מי כרוב סגול הם אינדיקטור לחומצה בסיס. צבע אדום מלמד על סביבה חומצית. צבע סגול מלמד על סביבה ניטרלית. צבעים כחול, ירוק וצהוב מלמדים על סביבה בסיסית (תלוי במידת הבסיסיות). שינוי הצבע של מי הכרוב ילמד אותנו על הסביבה המתקבלת (חומצית, בסיסית או ניטרלית).

13. ניסוי 4 "רמזור" ציוד וחומרים:

14. ניסוי 4 "רמזור" מהלך הניסוי: 1. קוצצים כרוב אדום ומכינים תמיסת כרוב אדום בכוהל. 2. מכינים תמיסות מימיות של סודה לשתייה, סודה לכביסה, חומצת לימון, אבקת כביסה. 3. לכל אחת מהתמיסות של חומרים שונים מוסיפים תמיסת כרוב אדום בכוהל - אינדיקטור ורושמים את צבע התמיסההמתקבלת.

15. ניסוי 4 "רמזור" תוצאות:

17. ניסוי 4 "רמזור" הסבר להורים: תמיסת כרוב סגול בכוהל היא אינדיקטור לחומצה בסיס. צבע אדום מלמד על סביבה חומצית. צבע סגול מלמד על סביבה ניטרלית. צבעים כחול, ירוק וצהוב מלמדים על סביבה בסיסית (תלוי במידת הבסיסיות). שינוי הצבע של תמיסת הכרוב האדום בכוהל מלמד אותנו על הסביבה המתקבלת (חומצית, בסיסית או ניטרלית). בניסוי זה אנו נבדוק מספר חומרים מהבית - נבדוק אם הם נותנים סביבה חומצית, בסיסית או ניטרלית, באמצעות תמיסת כרוב אדום בכוהל.

18. ניסוי 5 "הלבנה זה שם המשחק" המקור: ניסוי מספר לימוד "כימיה... זה בתוכנו" בניסוי זה נתנסה בתגובות חמצון-חיזור המשלבות חומרים ביתיים. ציוד וחומרים בקבוק טפי המכיל תמיסת יוד בקבוק טפי המכיל אקונומיקה טבליות של ויטמין C צלחת פטרי פיסות בד כותנה לבנה

19. ניסוי 5 "הלבנה זה שם המשחק" מהלך הניסוי: 1. טפטפו 3-2 טיפות תמיסת יוד על פיסת בד כותנה, בשלושה אזורים, לפי התרשים. 2. הרטיבו טבלית של ויטמין C במים. 3. שפשפו את אזורים 1 ו- 2 בעזרת הטבלית הרטובה 4. טפטפו על הבד באזור 1 שתי טיפות אקונומיקה. 3 1 2

21. ניסוי 5 "הלבנה זה שם המשחק" הסבר להורים: לתמיסת יוד יש צבע חום. מולקולות היוד הניטרלי צובעות את הבד בצבע זה. ויטמין C מגיב עם היוד בתגובת חמצון-חיזור, והיוד הופך ליוני יוד, שתמיסתם חסרת צבע. מסיבה זו הצבע על הבד "נעלם". אקונומיקה מגיבה עם יוני היוד והופכת אותם חזרה למולקולות יוד נטרלי, שתמיסתו כאמור בעלת צבע חום. לכן מבחינה מקרוסקופית הכתם "חוזר" (שוב רואים את הכתם החום). ניסוי זה מלמד אותנו כי מסיר כתמים לא בהכרח מסיר את החומר הגורם לכתם באופן פיזי. לעיתים הוא מגיב איתו וגורם לו להפוך לחומר אחר חסר צבע.

22. ניסוי 6 "הנר" ציוד וחומרים: נר בינוני בקבוק ארלנמאייר 250 מ"ל צלחת פטרי גדולה מזכוכית תמיסת פנולפתלאין פלסטילינה אקונומיקה גפרורים כוס כימית 500 מ"ל מהלך הניסוי: מדביקים נר לצלחת פטרי בעזרת פלסטלינה. לתוך כוס כימית מכניסים כ- 40 מ"ל מי ברז וכ- 5 מ"ל אקונומיקה. מעבירים את התמיסה לצלחת הפטרי עם הנר. התמיסה צריכה למלא כמעט לגמרי את צלחת הפטרי. שוטפים את הדפנות של בקבוק ארלנמאייר עם פנולפתלאין (אם יש מספיק זמן עדיף לחכות עד שיתייבש). מדליקים את הנר, ואז הופכים את הארלנמאייר על הנר. הנר כבה, והתמיסה עולה לתוך הארלנמאייר (עולה כשליש מהגובה) ומקבלת צבע ורוד-סגול.

26. ניסוי 6 "הנר" הסבר להורים: תגובת שריפה (בעירה) היא תגובה של חומר עם חמצן. כאשר מכסים את הנר הבוער עם הארלנמאייר, מגבילים את כמות החמצן שאיתה יכול הנר להגיב, ולכן הוא כבה. החמצן שהיה באוויר בתוך הארלנמאייר לפני השריפה, פינה את מקומו והתמיסה תפסה את מקומו, בגלל תת-הלחץ שנוצר. הצבע הורוד- סגול שנוצר נובע מאינדיקטור של חומצה-בסיס שהיה על דופן הארלנמאייר ונותן צבע ורוד בסביבה בסיסית (חסר צבע בסביבה חומצית ובסביבה ניטרלית). מכאן ניתן ללמוד כי אקונומיקה היא חומר הנותן סביבה בסיסית.

27. ניסוי 7 "תגובות שיקוע - צבעי מים" ציוד וחומרים: בקבוקי טפי עם תמיסות מימיות בריכוז M1: AgNO3 KI Na2CO3 CuCl2 KSCN Na2SO4 FeCl3 K3PO4 BaCl2 9 צלחות פטרי קטנות מכחולים בריסטולים צבעוניים (רצוי הצבעים כהים)

28. ניסוי 7 "תגובות שיקוע - צבעי מים" מהלך הניסוי: בכל צלחת פטרי מערבבים שתי תמיסות, כ- 10 טיפות מכל תמיסה. משתמשים במשקעים המתקבלים כבצבעים: טובלים מכחול במשקע ומציירים על הבריסטולים.

29. צבע התוצר נוסחת התוצר תמיסה שנייה תמיסה ראשונה צלחת פטרי מס' צהבהב AgI(s) משקע AgNO3 KI 1 לבן AgSCN(s) משקע AgNO3 KSCN 2 צהוב Ag3PO4(s) משקע AgNO3 K3PO4 3 ירקרק Ag2CO3(s) משקע AgNO3 Na2CO3 4 תכלת CuCO3(s) משקע CuCl2 Na2CO3 5 חום-צהוב FePO4(s) משקע K3PO4 FeCl3 6 טורקיז Cu3(PO4)2(s) משקע CuCl2 K3PO4 7 ירוק-שחור CuSCN(s) משקע CuCl2 KSCN 8 אדום תמיסה המכילה יוני Fe(SCN)2+(aq) KSCN FeCl3 9

31. ניסוי 7 "תגובות שיקוע - צבעי מים" הסבר להורים: תמיסה מימית היא דוגמא לתערובת. במקרה זה, התערובת היא בין מים לחומרים יוניים. בתמיסה כל יון (=חלקיק טעון) מוקף במולקולות מים ולכן נקרא ממוים. מים מינרליים הם דוגמא לתמיסה המכילה יונים ממוימים. חומרים יוניים שונים הם בעלי מסיסות שונה במים. חלקם קלי תמס (מסיסות גבוהה במים) וחלקם קשי תמס (בעלי מסיסות נמוכה/זניחה במים). בתגובות שיקוע אנו מערבבים תמיסות של חומרים יוניים קלי תמס ומתקבלים חומרים יוניים קשי תמס, אותם אנו רואים כמוצק המתקבל.