- Что же такое магический песок?
- Загадка магического песка
- материалы
- техника безопасности
- последовательность действий
- Что же происходит?
- Идеи относительно дальнейшей работы
Ran Peleg, Dvora Katchevich, Malka Yayon, Rachel Mamlok-Naaman, Johanna Dittmar, Ingo Eilks
Перевод Валентины Дубовик.
Использование обычной игрушки может привнести загадку в классную комнату и помощь в объяснении химии.
Рисунок 1: Магический песок,как игрушка
Изображение предоставлено Johanna
Dittmar
Как построить песчаный замок, если песок невозможно намочить? Во время данного вида деятельности, учащиеся в возрасте от 12 до 16 лет проводят 2-3 часа исследуя хорошо известную забаву, магический песок, чтобы понять его химические свойства. Данная задача поможет ученикам исследовать гидрофобность и поверхностную химию с помощью пяти шагов обучения: прими участие, опыты, объясни, детализирует и оцени.
Что же такое магический песок?
Магический песок (также, гидрофобный песок) обычно используется как трюк, который покупают в игрушечных или интернет магазинах (рисунок 1). Хотя учителя химии уже много лет знают о нем и его научную основу, также имеет целый спектр широких применений.
Вода формирует капельки,
чтобы минимизировать контакт с
магическим песком
Изображение предоставлено Steve
Jurvetson; источник рисунке
Wikimedia Commons
В отличие от обычного песка, магический песок имеет гидрофобный поверхность отталкивает воду и не дает ему намокнуть. Вместо обычного песка, магический песок згруповуеться под водой и ведет себя по-другому. Несмотря на то, что он часто продается как игрушка, гидрофобный песок также используют в промышленности, как герметизацию от воды (например, при закладке фундамента) или для устранения масляных примесей или небольших излияний. Другое интересное использование магического песка можно найти в зоомагазинах под названием Набор для Кота (Kit4Cat). Данный продукт используют для сбора кошачьей мочи в медицинских целях, таким образом, менее стрессовым чем использование катетера. Многочисленные видео по магического песка можно найти на Youtube w1 .
Одним из способов создания магического песка является обработка обычного песка парой триметилсиланолу ((CH3) 3SiOH). Триметилсиланол образует ковалентные связи с гидроксильными группами (ОН) на поверхности молекул песка, заменяя таким образом гидрофильные ОН группы на гидрофобные силоксановые.
Рисунок 2: Химическая
поверхность обычного песка
Изображение предоставлено Ingo Eilks
Другим методом является покрытие частиц обычного песка чрезвычайно тонкими слоями гидрофобного материала, такими как воск, смола, битумен (асфальт) или пластик. В результате данного способа гидрофобное покрытие формирует межмолекулярные связи (не ковалентные) и поэтому менее устойчивым к действию гидрофобных растворителей (таких как ацетон). Данный метод является более экономным и в случае, если вы не можете найти где бы купить магический песок, его всегда можно сделать собственноручно использовав обычный песок и водоотталкивающий спрей.
Загадка магического песка
В рамках научно-образовательная проекта TEMI (Учебный рассмотрение Вопросов с включением Историй) была создана история, которая направлена на привлечение внимания и интереса учащихся. Данная история имеет личностный контекст, и делает обучение более содержательным. Команда ТЕМЕ в Израиле предложила историю Джеймса ( смотреть История Джеймса).
материалы
Для каждого ученика или группы учеников необходимо:
- Одна столовая ложка (15 мл) обычного песка
- Одна столовая ложка (15 мл) магического песка
- 50 мл воды
- Два стакана по 100 мл
- две пипетки
По просьбе учащихся можно использовать различные растворители, такие как ацетон, этанол, гексан или жидкое мыло.
техника безопасности
некоторые из растворителей являются легковоспламеняющимися, поэтому работать с ними нужно в соответствии с местными правилами техники безопасности. Смотрите также общие правила безопасности от Science in School.
последовательность действий
- Познакомьте учащихся с загадкой магического песка рассказав историю Джеймса (смотреть История Джеймса). Это фаза «привлечения внимания и интереса».
- Дайте ученикам образцы обычного и магического песка, каждый в разной скланци на 100 мл.
- Обеспечьте учеников водой и пипетками. Попросите их намочить песок и построить с обоих образцов песчаные замки. В качестве альтернативы, учитель может сам продемонстрировать поведение магического песка, как показано здесь w1 .
- Благодаря истории Джеймса ученики начнут сравнивать магический песок с обычным. Во время данной фазы «исследования» (больше информации о фазы учений смотрите в информационном пункте ) Учащиеся изучают поведение магического песка используя воду и другие жидкости, развивая таким образом ощущение разницы между гидрофильными и гидрофобными веществами.
- Обеспечьте доступ учащихся и к другим жидкостей предложенных выше, чтобы они смогли увидеть взаимодействие двух видов песка с ними.
Что же происходит?
Во время фазы «объясни», помогите ученикам разобраться в межмолекулярных взаимодействиях. Особое внимание уделите водородным связям. Обычный песок способен формировать такие связи, так как его поверхность является полярной (смотреть рисунок 2 ). Таким образом вода образует связи между частицами песка, и держит их вместе.
Но магический песок другой. Поверхность его частиц является гидрофобной (аполярных), поэтому водородные связи между гранулами песка и молекулами воды образоваться не могут. Хотя песок и отталкивает воду, его все же можно «намочить» неполярными жидкостями, такими как растительное масло, которое формирует ван-дер-Ваальса взаимодействия с поверхностью магического песка.
Идеи относительно дальнейшей работы
Во время фазы «углубление» ученики могут найти оптимальные способы строительства песчаного замка. Они могут задавать вопросы и проектировать свои собственные эксперименты, чтобы потом дать на них ответы. Например, какой растворитель лучше использовать и в каком соотношении? Они также могут исследовать промышленное использование гидрофобного песка, было коротко упомянуто в начале статьи. Ученики затем могут написать отчет о волшебном песок, его химические свойства и использование, или создать полезную инструкцию по применений магического песка.
Что же такое магический песок?Что же такое магический песок?
Что же происходит?
Например, какой растворитель лучше использовать и в каком соотношении?