1. Что же такое магический песок?
2. Загадка магического песка
3. материалы
4. техника безопасности
5. последовательность действий
6. Что же происходит?
7. 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.

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

1. Познакомьте учащихся с загадкой магического песка рассказав историю Джеймса (смотреть История Джеймса). Это фаза «привлечения внимания и интереса».
2. Дайте ученикам образцы обычного и магического песка, каждый в разной скланци на 100 мл.
3. 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 .
4. 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.
5. 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.