Metodyka i praktyka szkolna
Chemia w małej skali
w praktyce szkolnej
Efektywne nauczanie chemii w szkole na podstawie szkolnego
eksperymentu chemicznego jest rzeczą konieczną i głęboko uzasadnioną
dydaktycznie [1, 2]. Praktyka wykazuje, że nie powinno się nauczać
chemii bez stosowania doświadczeń chemicznych i eksponowania
praktycznej strony tego przedmiotu.
ALEKSANDER KAZUBSKI
rzeprowadzanie doświadczeń na lek- lub Microscale Chemistry Expe rimentation
cjach chemii nieodłącznie wiąże się  MCE) pojawiła się około 30 lat temu [3].
Pz realnymi zagrożeniami oraz z pro- Do dzisiaj ta technika doczekała się róż -
blemem uty lizacji mie szanin po reakcyj- nych rozwiązań i zastosowań. Stosowano ją
nych. Coraz częściej są to elementy, które między innymi do nauczania chemii w dzie-
skłaniają wielu nauczycieli do re zygnacji siątkach rozwijających się krajów (program
z eksperymen tów na lek cjach przy rody  UNESCO/IUPAC  CTC Glo bal Pro -
i chemii. Podwyższenie bezpieczeństwa gram in Mi crochemistry ). Z powodze-
na lekcjach i zmniejszenie ilości odpadów niem wykorzystuje się ją do nauczania che-
poreakcyjnych jest realne, je zredukuje mii na różnych poziomach, w tym również
śli
się ska lę doświadczeń. Jedną z moż liwych uniwersyteckim, przede wszystkim w USA
do zastosowania w tym przypadku technik [3]. O dużym znaczeniu tej techniki w na-
jest wy konywanie do świadczeń chemicz- uczaniu może świadczyć fakt pojawienia się
nych w małej skali. Ogólnie rzecz ujmując, wczasopiśmie Journal of Chemical Educa-
technika ta do tyczy przeprowadzania eks - tion w dziale  In the laboratory podroz-
perymen tów chemicznych z wy korzysta- działu  The microscale laboratory .
niem ma łych ilości substancji sta łych (kil - Do niewątpliwych za let sto sowania tej
kadziesiąt do kilkuset mg) oraz niewielkich techniki w nauczaniu chemii należą:
objętości cieczy (do ok. 1 cm3).
zwiększenie bezpieczeństwa ekspery-
Redukcja ska li wymaga zmodyfikowania mentu,
sposobu wykonywania doświadczeń i zasto- znaczne zmniej szenie ilo ści od padów
sowania odpowiedniego, często nietradycyj- poreakcyjnych,
nego wyposażenia oraz specjalnych instruk- możliwość wy konywania do świadczeń
cji wy konywania eks perymen tu. Cza sami chemicznych nawet w bardzo słabo wy-
przy przeprowadzaniu bardziej zaawanso- posażonej szkole,
wanych do świadczeń bazuje się na techni- indywidualizacja wykonywania doświad-
kach wypracowanych w mikrobiologii. czeń i podwyższanie motywacji uczniów,
Idea prowadzenia do świadczeń che - skrócenie czasu realizacji doświadczeń,
micznych i nauczania na pod stawie do - co pozwala na bardziej wnikliwe prze -
świad czeń chemicznych wy konywanych dyskutowa nie ob serwa cji, wnio sków
wmałej skali (Small-Scale Chemistry  SSC i teorii związanej z eksperymentami,
1/2008
11
Metodyka i praktyka szkolna
możliwość wy konania więk szej licz by wszystkim nauką o ma terii i jej przemia-
eksperymentów pod czas realizacji jed - nach i w tym zakresie podstawowym obo-
nostki metodycznej, wiązkiem uczącego jest zapoznawanie do-
wykonywanie eksperymentów niemożli- świadczal ne uczniów z róż norodnymi
wych do przeprowadzenia na lekcji me- podstawowymi reakcjami chemicznymi.
todami tradycyjnymi w stan dardowej
szkolnej skali,
łatwe i szybkie przygotowanie doświad-
czeń,
korzyści ekonomiczne  ogólna obniżka
kosztów reagentów i wyposażenia.
Gotowe ze stawy la boratoryjne do tej
techniki (Small-Scale Chemistry Kits, Mi-
crochem Kits) są osiągalne w różnych kra-
jach. Przykładowe elementy zestawu firmy
SOMERSET (Po łudniowa Afryka) przed-
stawiają fotografie od 1 3.
Wprezentowanym zestawie reakcje che-
miczne w roztworach, wiążące się z obser-
wowalnym wy trąceniem czy roz puszcze-
niem osa dów lub zmia ną za barwienia, Fot. 1.
wykonuje się w mniej szych otwo rach spe -
cjalnie przy gotowanej płyt z two rzywa.
ki
Małe porcje odczynników dodaje się stosu-
jąc pla stikowe pi petki. Więk sze otwo ry
w płytce służą między innymi do przepro-
wadzania re akcji chemicznych, w wyniku
których wydziela się np. gaz, odprowadzany
z wykorzystaniem pla stikowego ko reczka
połączonego z polietylenową rurką. Ogrze-
wanie wykonuje się sto sując mikropalnik
spirytusowy (Fot. 2), a do wykonania doś-
wiadczeń z elek trochemii służą odpowied-
nie elektrody (Fot. 2), z których jedna jest
przedstawiona na zdjęciu. Fot. 2.
Technika SSC praktycznie nie jest stoso-
wana w na uczaniu chemii w Pol sce.
W przypadku szkół wiąże się to najprawdo-
podobniej ze słabym jej roz propagowa-
niem i bra kiem od powiednich fun duszy
na za kupienie go towych ze stawów dla
uczniów. Kolejną trudną do przezwycięże-
nia zaporą jest całkowicie błędne przeko-
nanie wielu nauczycieli, że szkolne do ś-
wiadczenia chemiczne na leży wykonywać
z udziałem takiego samego wyposażenia
jak w laboratorium chemicznym i tych sa-
mych technik. Zapomina się przy tym, że
Fot. 3.
chemia w wydaniu szkolnym jest przede
Chemia w Szkole
12
Metodyka i praktyka szkolna
Pracownia Dydaktyki Chemii Wydziału Do elementów moż do kupienia
liwych
Chemii Uniwersyte tu Mi kołaja Kopernika i skompletowania na leżą, między innymi:
wToruniu za interesowała się techniką che- probówki szklane o dł. 8 cm i śr. 14 mm,
mii w małej skali (technika SSC), widząc jej płytki mi krotestowe, szal ki Pe triego o śr.
niewątpliwe za lety i moż liwości wykorzysta- 6 cm, pipety Pasteura z PE, korki gumowe
nia w nauczaniu chemii w Polsce na różnych
poziomach. Zaczęła ją wprowadzać jako je-
den z elementów przygotowywania studen-
tów do przy szłej pracy w zawodzie nauczy-
ciel skim i do skonalenia na uczycieli na
kursach i studiach podyplomowych. Opraco-
wano i przetestowano spójny system wypo-
sażenia i szkła umożliwiający wykonanie
wielu do świadczeń z chemii w ma łej ska li
na różnych poziomach kształcenia.
Do najistotniejszych cech opracowane-
go systemu należą między innymi:
nawiązanie do kla sycznych rozwiązań,
do których przyzwyczajeni są nauczycie-
le i uczniowie, np. poprzez przeprowa- Fot. 4.
dzanie więk szości reakcji chemicznych
wnaczyniach szklanych;
eksperymenty w większości przypadków
wykonują uczniowie samodzielnie lub
wparach;
uproszczenie wielu eksperymentów che-
micznych, szczególnie szkolnych;
wykorzystanie w znacz nej skali drob -
nych przedmiotów użytku codziennego;
możliwość skompletowania po trzebne-
go szkła i wyposażenia na polskim ryn-
ku i w polskich firmach, ma łym nakła-
dem sił i środków.
Do grupy przedmio tów codziennego Fot. 5.
użytku wykorzystywanych w opracowanym
systemie na leżą między in nymi: słomki
do napojów, podgrzewacze, wężyki do kro -
plówek, małe strzykawki, buteleczki po peni-
cylinie, patyczki do szasz łyków, wykałaczki,
grafitowe wkłady do ołówków au tomatycz-
nych, gumki recepturki, klamerki do bie li-
zny, małe ły żeczki pla stikowe, pla stikowe
mieszadełka do napojów, kap sle me talowe
od butelek, kuchenna folia aluminiowa, wa-
ta, sączki do kawy, pla stikowe po jemniki
po śmietance, sznu rowadła, ba teryjki i ich
elementy, pojedyncze kartki białego i czarne-
go papieru, świecące diody, przewody. Fot. 6.
1/2008
13
Metodyka i praktyka szkolna
o średnicy 14 mm, małe statywy do probó- stanowią elemen ty, za pomocą któ rych
wek, łapki drewniane do probówek, kroplo- można kon struować różnego rodzaju ze -
mierze LPDE o poj. 10 cm3, pudełeczka stawy laboratoryjne (Fot. 6).
z PP na próby o poj. 25 cm3, małe pęsety, ło- Wykorzystując wymienione wy żej ele -
patki dentystyczne. Niektóre z przedmiotów menty Pracownia Dydaktyki Chemii zapro-
codziennego użytku i elementy wyposażenia ponowała pod stawowy szkolny ze staw
wchodzące w skład opracowanego sys temu uczniowski do chemii w ma łej ska li, który
zostały przedstawione na fotografiach 4 6. testuje na zajęciach dydaktycznych (Fot. 7).
Wybrane podstawowe szkolne operacje
laboratoryjne, możliwe do wykonania dzię-
ki zastosowaniu przedstawionych wyżej ele-
mentów, można pogrupować następująco:
Eksperymenty chemiczne wykonywane
w probówkach, na szalkach Petriego lub
na płytkach mikrotestowych, w zależno-
ści od rodzaju doświadczenia.
Obserwacje, szczególnie w przy padku
pły tek mikrotesto wych, poczynione
na tle bia łej lub czarnej odpowiednio
przyciętej kartki papieru.
Ogrzewanie z zastosowaniem mikropal-
nika spirytusowego, wykonanego z bute-
Fot. 7.
leczki po penicylinie, korka z otworem,
rurki szklanej, sznurowadła i denaturatu
lub z zastosowaniem podgrzewacza. Jedynym nowym elementem w stosunku
Dozowanie roz cieńczonych roz tworów do wymienionych wyżej jest statyw do pro-
za pomocą pipet po lietylenowych Pa - bówek wykonany z bia łego spie nionego
steura, kro plomierzy, małych strzy ka- PCV przez warsz ta ty Wy działu Chemii
wek lub słomek do napojów. UMK i odczynniki. Możliwy jest on do za-
Dozowanie z za stosowaniem łopatki stąpienia przez ja kikolwiek in ny sta tyw
dentystycznej lub ma łej łyżeczki plasti- na probówki.
kowej; por cjowane od czynniki sta łe Zadanie, które stawia sobie Pracownia
przechowuje się w pudełeczkach z poli- Dydakty ki Chemii Wydziału Chemii
propylenu na próby. UMK, to upowszechnienie techniki SSC
Mieszanie roz tworów wykonuje się po - wśród nauczycieli chemii na różnych pozio-
ruszając probówką, a do mieszania sub - mach kształcenia. Pierwsze próby zo stały
stancji stałych oraz ciekłych i stałych stosu- podjęte 8 wrze śnia ubiegłego roku, kiedy
je się wykałaczki, pa tyczki od szasz łyków to po raz pierwszy odbyły się warsztaty che-
lub plastikowe mieszadełka do napojów. mii w małej skali dla nauczycieli w ramach
Nasadki na probówki służące do odpro- XIV Zjazdu Polskiego Stowarzyszenia Na-
wadzania gazów i par konstruuje się z kor- uczycieli Przedmiotów Przyrodniczych.
ków z otworem, do których wprowadza się Poniżej przed stawiono kil ka do świad-
odpowiednio przycięte elementy polietyle- czeń moż liwych do wy konania techniką
nowych pipet Pasteura, po łączone następ- SSC. Opis doświadczeń nie jest pełny, gdyż
nie z wężykami do kroplówek lub słomka- nie zawiera wszystkich obserwacji korespon-
mi od napojów (Fot. 6). dujących z celami do świadczeń, wnio sków
Odpowiednio przycięte pipety Pasteura oraz za sad BHP. Opis do świadczeń zo stał
łączone ze sobą, ze strzykawkami czy słom- wzbogacony fo tografiami używanych zesta-
kami od napojów i wężykami od kroplówek wów i efektów niektórych doświadczeń.
Chemia w Szkole
14
Metodyka i praktyka szkolna
Doświadczenie 1. umieszczamy w łap ce drew nianej lub
Możliwe cele doświadczenia: zapoznanie na statywie, przytrzymujemy klamerką
ze szkolną metodą otrzymywania tlenu; za- i ogrzewamy w płomieniu podgrzewacza.
poznanie z właściwościami tlenu; wprowa- Po usłyszeniu lekkich trza sków wprowa-
dzenie ana lizy jako typu reakcji; wprowa- dzamy do probówki tlący się patyczek. Ob-
dzenie po jęcia reakcji utleniania redukcji; serwujemy probówkę.
zapoznanie z wła ściwościami man gania- Obserwacje (Fot. 9): Tlące się łuczywo
nu(VII) potasu. zapaliło się.
Tytuł: Ogrzewanie man ganianu(VII)
potasu. Doświadczenie 2.
Sprzęt i od
czynniki: manganian(VII) Możliwe ce le doświadczenia: zapoznanie
potasu, probówka, patyczek od szaszłyków, z działaniem proszku do pieczenia; wprowa-
podgrzewacz, klamerka lub drewniana łap- dzenie pojęcia reakcji rozkładu (ana lizy);
ka do probówek, statyw na probówki. zapoznanie z właściwościami wodorowęgla-
Wykonanie (Fot. 8): Do probówki nasy- nów; zapoznanie z wykrywaniem dwutlenku
pujemy niewielką ilość (dwie łopatki denty- węgla; zapoznanie ze szkolną metodą otrzy-
styczne, zawartość małej łyżeczki plastiko- mywania czystego ditlenku węgla.
wej) manganianu(VII) po tasu. Probówkę Sprzęt i odczynniki: wodorowęglan sodu
(soda oczyszczona), dwie probówki, nasad-
ka wykonana z korka z otworem, fragmen-
tu pipety PE Pasteura i słomki do napojów,
podgrzewacz, klamerka lub drewniana łap-
ka do probówek, statyw.
Wykonanie (Fot. 10): Do probówki na-
sypujemy niewielką ilość (zawartość ma łej
łyżeczki plastikowej) wodorowęglanu sodu
(sody oczysz czonej). Probówkę za tykamy
nasadką wykonaną z korka i fragmentu pi-
pety Pasteura, połączoną ze słomką do na-
pojów. W osobnej probówce umieszczamy
wodę wapienną. Podgrzewamy probówkę
Fot. 8.
z sodą oczysz czoną, zanurzając koniec
słomki w wodzie wapiennej. Obserwujemy
zawartość obu probówek.
Fot. 9. Fot. 10.
1/2008
15
Metodyka i praktyka szkolna
Obserwacje (Fot. 11): Na ścian kach Sprzęt i odczynniki: kwas benzenokarbok-
ogrzewanej probówki pojawiły się kropelki sylowy (kw. ben
zoesowy), etanol (95,5%),
cieczy. Wydzielał się gaz bezbarwny, bez - stężony kwas siarkowy(VI), woda, probówka,
wonny, który powodował zmętnienie wody nasadka z chłodniczką zwrotną wykonana
wapiennej. z korka z otworem i obciętej PE pipety Pa-
steura, szal ka Pe triego, pod grzewacz, kla -
merka lub łapka drewniana.
Wykonanie (Fot. 12): Do probówki nasy-
pujemy niewielką ilość kwasu benzoesowego,
dodajemy pipetą Pasteura ok. 1 cm3 etanolu,
ostrożnie wkra plamy 2 kro ple stę żonego
kwasu siarkowego(VI) i zatykamy probówkę
nasadką z powietrzną po lietylenową chłod -
niczką zwrotną. Ogrzewamy podgrzewaczem
utrzymując zawartość probówki w stanie lek-
kiego wrze nia przez okres około 5 min.
Po ochłodzeniu wy lewamy ostrożnie zawar-
tość probówki na szalkę Petriego, wypełnio-
ną do około połowy wodą. Obserwujemy za-
Fot. 11. wartość szalki i ostrożnie wąchamy.
Obserwacje: Po wylaniu na szalkę w wo-
dzie pojawił się biały osad, a na powierzch-
Doświadczenie 3. ni  kropelki cieczy o miłym zapachu.
Możliwe cele doświadczenia: zapoznanie
z reakcją estryfikacji; wykazanie roli kwasu Doświadczenie 4.
siarkowego(VI) w procesie estryfikacji; za- Możliwe cele do świadczenia: wprowa-
poznanie z właściwościami estrów. dzenie do elektrochemii; zapoznanie z po-
jęciem ogniwa galwanicznego; po znanie
budowy ogniwa Volty; zapoznanie z proce-
sami chemicznymi zachodzącymi przy elek-
trodach w ogniwie Volty; za poznanie
Fot. 12. Fot. 13.
Chemia w Szkole
16
Metodyka i praktyka szkolna
z równaniami reakcji po łówkowych; prze -
widywanie SEM ogniwa galwanicznego.
Sprzęt i odczynniki: rozcieńczony (stęże-
nie ok. 2 mo l/dm3) roz twór kwasu siarko-
wego(VI), elektrody: cynkowa i miedziana
(Fot. 13) wy konane z bla szek cyn kowej
i miedzianej oraz z fragmentów PE pipet
Pasteura, szalka Pe triego, PE pipeta Pa -
steura, para kabelków zaopatrzonych w łą-
cza kro kodylkowe, elek tryczny miernik
uniwersalny.
Wykonanie (Fot. 14): Elektrody umiesz-
czamy w szalce Petriego i łączymy kabelka-
mi z miernikiem uniwersalnym. Wkrapla-
my roztwór kwasu siar kowego(VI) na
Fot. 14.
szalkę i obserwujemy wskazania miernika
oraz powierzchnie elektrod. Odłą czamy
miernik i powtórnie ob serwujemy po -
wierzchnie elektrod.
Obserwacje (Fot. 15): Po wkro
pleniu
roztworu kwasu miernik wykazał obecność
niewielkiego na pięcia. Na powierzchni
elektrody miedzianej po jawiły się bąbelki
gazu. Po odłączeniu miernika bąbelki gazu
zaczęły po jawiać się na powierzchni elek -
trody cynkowej.
L ITERATURA
[1]. A. Burewicz, H. Gulińska: Dydaktyka chemii, Wydawnictwo Na-
Fot. 15.
ukowe Uniwersytetu Adama Mickiewicza, Poznań 2002.
[2]. H. Gulińska: Nauczanie przedmiotów przyrodniczych, tom nr 19
(3/2006), s. 25, Pol skie Stowarzyszenie Nauczycieli Przedmiotów
dr
ALEKSANDER KAZUBSKI
Przyrodniczych, Toruń 2006.
Pracownia Dydaktyki Chemii, Wydział Chemii,
[3]. Wikipedia. Encyklopedia internetowa.
Uniwersytet Mikołaja Kopernika.
1/2008
17