Programma OP Sk 11e klas, "Elementen"

Transcriptie

1 Programma OP Sk 11e klas, "Elementen" 11e Klas-periode: Verschillende standpunten in kunnen nemen; de werkelijkheid vanuit verschillende kanten kunnen zien; door de ogen van verschillende grote wetenschappers leren kijken (alchemisten, Boyle, en verder). Daarvoor de geschiedenis van het periodiek systeem der elementen doorlopen. Bij elke grote stap goed inleven in situatie, dan zelf de ontdekkingen te beleven. Het causaal denken uitbreiden met finaal denken; modellen als denkmiddel om verder te komen. In de 10e klas oorzaak-gevolg-denken (als dit, dan dat), nu in de 11e klas ook finaal denken; iets bedenken niet vanuit het verleden (waarnemingen) maar naar de toekomst toe: als ik dit nu denk, kan ik daar verder mee komen. Oefenen van zelfreflectie. Zelf doelen stellen voor de komende drie weken. Het werken met doelen leidt geleidelijk tot een zelfreflectie op deze periode. Is een organisch geheel; soms komen er doelen bij, soms blijken ze al gehaald te zijn, soms veranderen ze; langzaam evolueren de doelen tot een terugblik. Elke dag bijhouden dus! Op einde van periode de doelen en de feedback daarop omschrijven tot rapport-tekst. Programma: Titel periode: "Elementen" Betekenis "elementen" aftasten: Steeds iets met bouwstenen, basisdelen. Andere dingen zijn opgebouwd uit elementen (weerselementen, zinsdelen, bakstenen, enz.). Maar er is méér nodig; ook structuur / samenhang / verband! Elementen letterlijk samenvoegen (huis bouwen) of meer figuurlijk combineren van extremen (het weer). Iets bekijken vanuit z'n elementen: 1. Uit welke elementen bestaat het? (C, O; vuur, lucht; etc.) 2. Hoeveel van die elementen bevat het? (CO 2 ; veel lucht, matig vuur; etc.) 3. Wat is het verband tussen die elementen? (O=C=O; lucht wakkert vuur aan, etc.) Mens: "Hoe zit de wereld in elkaar?" Begrip over de wereld grip op de wereld; controle / macht / overleven. Behoefte aan eenvoudige beschrijving van de wereld; modellen. Spelen met begrip "model": Model = vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. Nut en beperking van modellen (oa. aan de hand van het model van een stoel). Hier al de wetenschapscyclus invoeren? Zie onder. Element-denken over menselijk gedrag en karakter: Yin Yang, 4 elementen: Aarde, Water, Lucht, Vuur. Uitproberen aan de hand van artikel in Happinez 2011 nr.3. Ook processen / relaties hiermee beschrijven. Element-denken over stoffen en processen: elementen in steen, kolen, hout, enz., verdampen van water tot lucht & steen, ontleden van suiker, enz. Geschiedenis (zie aldaar): van Praktische scheikunde, via 4/5 elementen leren en Alchemie (verzameling aardige alchemistische plaatjes!) naar Boyle. Zijn ideeën (experimenteer en neem de waarnemingen serieus!, zie geschiedenis) waren toen idioot, gezien vanuit bovenstaand. Maar wij gaan met hem mee! (verschillende standpunten innemen) Demo: Meng- en reactie-verhoudingen eerste onderscheid tussen mengen en reageren. Proef: Papierchromatografie illustratie van het scheiden van mengsels. Demo's: ontleden van stoffen: Geheimschrift, Elektrolyse, Fotografisch papier, Chemolyse van suiker uitdiepen van begrip ontleden. mengsels stoffen mengen scheiden verbindinge n zuivere stoffen verbinden ontleden elementen

2 Stoffenschema: zie figuur hiernaast. Elementen in menselijk lichaam (en aardkorst): Voor een mens is wel heel veel meer nodig dan alleen de elementen: elementen, + structuur (stoffen), + leven (planten), + gevoel (dieren), + bewustzijn (mens). Zie ochtendspreuk! Bewustwording van hoe beperkt het model van de elementen is dat de scheikunde gebruikt; bij lange na niet de werkelijkheid, slechts een heel klein stukje daarvan! Demo: Flogiston? Demo: Wet van behoud van massa (Lavoisier) Demo: Geen flogiston! Proust: Massabehoud & reactieverhouding wet van de constante massaverhoudingen. Kun je nameten, maar is lastig en niet zo interessant om in school te doen. Conclusie: als elementen met elkaar reageren, doen ze dat steeds in vaste, bepaalde verhoudingen. Zo reageert 100 gram koolstof met 266 gram zuurstof tot... gram koolzuurgas (366 gram!). Maar er bleken ook combinaties van elementen te zijn die in twee verschillende massaverhoudingen kunnen reageren (meervoudige constante massaverhoudingen). Demo / Alternatief: Reductie van koper(i/ii)oxide (rood/zwart) Dalton: kleine gehele getallen verhoudingsformules verklaring: deeltjes model! (1808) De gasdruk en de verandering daarvan met het volume, de temperatuur en de hoeveelheid stof kon ook met het deeltjes model verklaard worden. Het oude denkbeeld voldeed niet meer; het nieuwe deeltjes model bleek veel beter te passen bij de gaswetten die Dalton kende van zijn weerkundig verleden. Eén van die wetten: in gelijke volumes gas zitten hetzelfde aantal deeltjes. Voor geïnteresseerden: zoek op 'kinetische gastheorie'. Demo: Toestel van Hoffman Ontleden van water, bepalen van de elementen en de verhouding daartussen. Historie: Experiment van Avogadro: Dubbelatomige elementen. 2H en O bij meer dan 100 ºC laten reageren in een maatcilinder die ondersteboven in een kwikbad staat. Verwacht: Volumeafname tot 1/3 vanwege 2H + O H 2 O, maar wat blijkt: Volumeafname tot 2/3. Dus: 2H 2 + O 2 2H 2 O; dubbelatomig gas. En daar blijker er meer van te zijn. Demo: Wegen van gassen; bepalen van relatieve atoommassa's van enkele gassen (H, O, He, CO 2, enz.). En wat weegt zo'n deeltje dan? Ordening van elementen op massa! Massa levert immers de mogelijkheid om iets over hoeveelheden te zeggen. Op zoek naar relatieve deeltjesmassa's kan met combinatie van: (1) gasvolume's (Avogadro), (2) volumeverhoudingen (Hoffman), (3) dubbelatomige gassen, (4) massaverhoudingen (Proust). Door de resultaten van veel proeven slim te combineren, kunnen de elementen op volgorde van massa gezet worden. Voorbeelden: Aardgas lijkt bij ontleding (gasvolumes) CH 2 te zijn, maar met dubbelatomig blijkt het CH 4 te zijn. Daaruit is de relatieve massa van C te bepalen. Speurtocht naar de volgorde van de elementen. Aantal kaartjes met de 'resultaten' van veel proefjes (zie ander bestand). Dan vragen om, door slim te combineren, de relatieve massa's hieruit te bepalen en de elementen dan op volgorde te zetten, en tenslotte alles te relativeren naar de kleinste (H). [Daarna opzoek naar verdere systematiek: eigenschappen van de (groepen van) elementen.] Demo: Eigenschappen van metalen: Na, K, (Li), Cu, Ag, Au, Fe, Zn, Pb, (Ca), Al, Mg. Onderscheid tussen: alkali, aardalkali, onedel, (half)edel. Demo: Eigenschappen van niet-metalen: He, (Ne), (Ar), Cl, Br, I, S, O, N, P, C. Onderscheid maken tussen: edelgassen, halogenen (gasvormig, kleur, bijtend effect, bindt met één H), andere niet-metalen (covalentie; bindt met 0, 1, 2, 3 of 4 H). Periodiek systeem: Lijst van elementen nu verder ordenen op basis van eigenschappen. Strook opknippen in periodes en onder elkaar plakken (blijkbaar vertonen de eigenschappen een zekere periodiciteit). Ontbrekende element F voorspellen en vinden. Problemen: (1) Ar

3 (40), K (39), Ca (40)? (2) Verklaring van periodiciteit? Atoommodellen van "harde bollen" (Dalton), via "krentenbol" (Thompson) naar "kern & wolk" (Rutherford). Dan met "neutronen" (Chadwick) probleem (1) opgelost en met "schillen" (Bohr) de periodiciteit (2) verklaard. Rest nog: Waarom enz.? Kwantummechanica. Waarom niet-gehele massa's? Waarom vreemde e - -configuraties onderin systeem? Enz. Modellen blijven groeien, nog steeds. Naar mate je verder zoekt, ontstaan meer vragen. Naar mate je gedetailleerder wilt beschrijven, heb je een uitgebreider model nodig. Waarom werken we in de vaklessen nog steeds met het model van Bohr? Demo: Absolute atoommassa & getal van Avogadro Hier kan op aansluiten een verhaal over de basis SI-eenheden die steeds verder mindertriviaal gemaakt werden. N A werd steeds nauwkeuriger bepaald, zodat nu de kilogram gedefiniëerd wordt met een vast aantal koolstof-12 atomen. De standaard kilogram (Parijs) is daarmee overbodig geworden. Wetenschapscyclus: zie hiernaast. Bij bijna elke proef in deze periode bleek uit de waarneming dat het oude idee toe was aan verfijning, en hebben we dus één slag rond gemaakt. Het wetenschappelijk verslag geeft zo'n rondgang weer: Doel & hypothese (wat gaan we onderzoeken) Theorie (achtergrond waartegen het onderzoek gedaan wordt; het 'oude beeld') Werkwijze (hoe je de werkelijkheid voor zich laat spreken) Waarnemingen (wat de werkelijkheid teruggeeft) Conclusie (verfijning van theorie) Discussie (voorzetje voor volgende onderzoekers; wat beter kan, wat een goed idee is, wat je je nog af vraagt) (En dat alles ingeklemd tussen inleiding en nawoord, dat meer persoonlijk van aard is.) Opdracht: Schrijf een wetenschappelijk verslag over één van de proeven in deze periode, waarbij de nadruk ligt op de wetenschapscylus, niet op het vakinhoudelijke. Demo: Koperkringloop. Elementen op reis, steeds in een andere vorm, maar het blijven dezelfde elementen. Andere kringlopen: Koolstof (ophalen uit 9e klas) en stikstof (zelf laten uitzoeken via internet). Demo: Getal van Avogadro (met proef elektrolyse van CuSO 4 -oplossing) en verder met de mol. Voor een gemengde of alfagroep: Kernkwadranten! Model met vier elementen met sterk onderling verband. Erg leuk voor een (eind-)11e klas! Hoe verder? beeld van de werkelijkheid (theorie / model) verwachting voorspelling conclusie bevestiging weerleggen aanpassen Reacties met elementen: oxides, zuurvormers, RV's, enz. Elementen en hun karakter, net als mensen, leren kennen. De eerste ontmoeting onthoud je. Allotropie: koolstof, fosfor, zwavel, zuurstof naamgeving zouten uit (geroest) metaal en (volledig verbrand) niet-metaal (blz. 19 Hannah) reactievergelijkingen en regels opstellen RV's klank van metalen metalen, oxides en kun kleuren (Fe, Cu, Mg) metalen in de alchemie: het spinnewiel (blz. 16 Hannah) Een stof is een proces dat stil is blijven staan. werkelijkheid (experiment / proef) waarneming

4 H: watervormer. O: zuurvormer. Hannah blz. 25 Zuurmakers: van Element (niet-metaal) via verbranding (oxide) naar zuur. C, CO 2, H 2 CO 3 ; N, NO x, HNO 3 ; S, SO 2, H 2 SO 4 ; P, P 2 O 3 ; H 3 PO 4.

5 1e WEEK MAANDAG Eisen schrift: mooi leerboek maken, scheiden waarneming conclusie, inleveren begin laatste dag. Het begrip element aftasten (taal, gezegden, betekenissen): element van platenspeler, in je element zijn, de elementen trotseren, elementaire zaken, element in een film, enz. Oude elementenleer: 4 elementen, staat dicht bij natuurvolk. Oefening met stoffen (bv. steen versus hout) en met personen (maak schema met jij & 4 elementen). Ook toepassen op processen bij stoffen (verdampen, verbranden) en op processen bij mensen (interacties, gemoedstoestanden, enz.). Wij hebben veel theoretische kennis en staan ver weg van de natuur. Oude volken stonden dichtbij de natuur en hadden maar weinig theoretische kennis. De mens is van nature Nieuwsgierig en onderzoekend van aard. We proberen begrip en (daarmee) grip te krijgen op jezelf en op omgeving. Daarvoor is een standpunt innemen handig; dan kun je van daar uit kijken naar de wereld en naar jezelf. Een (ander) standpunt helpt je blik te verfrissen. De vier elementen zijn niet persé waar, maar het is een manier om naar de wereld te kijken. En dat levert iets op. En begrijpelijk dat de natuurvolken just deze elementen kozen. Een model (bv. 4 elementen) is daarbij een handig gereedschap bij het innemen van een standpunt om vanuit te kijken. Een model is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. Zo eenvoudig dat je ermee uit de voeten kunt op het gewenste niveau, maar tè beperkend / onvolledig zodra je vragen stelt die over de grens van het model heen gaan. Dan vraagt het model om uitbreiding. Vergelijk het met het begrip "stoel": Iedereen weet wat het is, maar een vereenvoudigde beschrijving geeft problemen en vraagt om uitbreiding. Een model is niet wáár. Het is een manier van kijken, het is een standpunt dat je inneemt, maar wel eentje die je verder helpt. Door de onderzoekende aard van de mens blijft een model altijd in ontwikkeling. Zo bestaan er tweeelement modellen (Yin Yang, mannelijk vrouwelijk, goed kwaad) maar die blijken snel te eenvoudig. Uitbreiding met tweede set van twee elementen (haast geen haast, belangrijk onbelangrijk), of vervanging door nieuwe set met meer elementen. haast geen haast belangrijk zelf doen samenwerken onbelangrijk uitbesteden schrappen In deze periode: Zorgvuldige opbouw van systeem met meer dan 100 elementen. Eén manier om naar de wereld van stoffen en processen (en mensen) te kijken. Les werd door vrijwel iedereen positief ervaren als: interessant, vernieuwend, bewustwordend, anders, onverwacht. DINSDAG Samenvatting gister. Boyle (1661) was de eerste die