Compusii Organici cu Importanta Practica. Sapunuri Si Detergenti
ANEXA 1
Listă de abrevieri:
ABS-alchil-benzen-sulfonat de sodiu
AE-alcool gras polietoxilat
ATMP-acid amino-trietilen fosfonic
C-cost
CC-clorură de cianuril
CMC-carboxi-meti-celuloza
CP2- poli (acid maleic-co-metil-vinil-eter)
DADHT-diacetil dioxo-haxan-hidro-triazină
DAS-acid diaminostilbendisulfonic
DBFBP-dibenzo-furanil bifenil
DETMP-acidbdietilen-triamono-tetrametilen fosfonic
d.Hr-după Hristos
DOBA-dodeca-noil-oxibenzen-carboxilic
DSBP-distrilbifenil
E-ecologic
ECP-ecologic-cost-performanță
ED3A-N-acetilen-triacetat de sodiu
EDTMP-acid etilen-diamino-tetrametilen fosfonic
FAE-alcool gras polietoxilat
FPS-factor de protecție solară
FPU-factor de protecție la radiații
g-gram
G-antiredepunere
I-încrustare
i.Hr-înainte de Hristos
kg-kilogram
l-litru
LOBS-lauroil-benzensulfonat de sodiu
m-metru
mg-miligram
MnTACN-triazo-ciclononan- mangan
NF9-nonilfenol polietoxilat
nm-nano metri
NOBS-nanooil-oxibenzen-sulfonat de sodiu
NTA-nitrilo-triacetat de sodiu
P-performanță
PAG-penta-aceti glucoză
PAP-peracizi organici
PBS-perborat de sodiu
PCS-percarbonat de sodiu
PERSIL-perborat silicat
PHAS-acid poli α- hidroxicarboxilic
POC- acid polihidroxi carboxilic
PVP-vinil pirolidona
R.A.I.-răspunde, aruncă, înteroghează
SLS-lauril sulfatul de sodiu
SPB-perborat de sodiu
SPC-percarbonat de sodiu
SPF-factor de protecție solară
STPP-tripolifosfat de sodiu
TAED-tetraacetil-etilen-diamina
TAGU-tetraacetil-glicol
TIC-[NUME_REDACTAT] și a Comunicațiilor
UPF-factor de protecție la radiație
UV-radiații ultraviolete
BIBLIOGRAFIE
ALEXANDRESCU, E., Zaharia, V., Nedelcu, M., (2008), Chimie organică – manual pentru clasa a X a, [NUME_REDACTAT];
ARSENE, P., Popescu, Ș., (1979), Chimie și probleme de chimie organică, [NUME_REDACTAT], București;
AVRAM, M., (1994), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] București;
BÂCLEA, D., Constantinescu, M., (1999), Chimie. Planuri de lecție (clasele VII-XII), [NUME_REDACTAT];
CERCASOV, C., Baciu, I., Ciobanu, I., Nicolae, A., Popa, E., Zăvoianu, D., (2001), Chimie organică pentru perfecționarea profesorilor, vol. I, II, [NUME_REDACTAT] București;
CERGHIT, I., (2006), Metode de învățământ, [NUME_REDACTAT], Iași;
CONSTANTINESCU, R., Râpă, M., (2000), Chimie manual pentru clasa a VIII a, [NUME_REDACTAT] București;
CHEVALIER, L., (2012), Săpunul de casă-rețetele saponificării la rece, saponificarea la cald, Editura M.A.S.T;
CUCOȘ, C., (2002), Pedagogie, [NUME_REDACTAT];
DEHELEAN, C., (2003), Detergenți anionici și intervenția lor în poluarea mediului și siguranța sănătății omului, [NUME_REDACTAT] Timișoara
FĂTU, S., (1997), Metodica predării chimiei în liceu, [NUME_REDACTAT], București
FĂTU, S., (2008), [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], București
FĂTU, S., Jinga, I., (1997), Învățarea eficientă a conceptelor fundamentale de chimie, [NUME_REDACTAT], București;
FĂTU, S., Stroe, F., Stroe, C., Chimie manual pentru clasa a VIII a, [NUME_REDACTAT], București;
FĂTU,S., Ursea, L., (1992), Tehnici de laborator în chimie- îndrumar pentru clasa a xi a, [NUME_REDACTAT] București;
FLORESCU, S., Leca, M., (2003), Detergenți și detergență, [NUME_REDACTAT], București;
GAVRILĂ, A., & colaboratori, (2012), Suport de curs pentru programele Privim către viitor-e-Chimie, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT];
GĂNESCU,I., Pătroescu, C., Răileanu, M., Florea, S., Ciocioc, A., Brînzan, G., (1989), Chimie pentru definitivat – material în sprijinul profesorilor de chimie care pregătesc examenul de definitivare în învățământ, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București;
GEORGESCU, M., (2001), Chimie organică, [NUME_REDACTAT], Galați;
GHEORGHIU, C., Lupu, V., Preoteasa, D., Dumitru, M., (1982), Metodica predării chimiei în clasele VII-VIII, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
GRIGORAȘ, M., Loghin, M., Urmă, L., (2006), Experimente în gelatină, ETP [NUME_REDACTAT];
GRIGORAȘ, M., Slătineanu, T., (2007), Caiet de lucru la chimie clasa a IX a [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT];
ILIESCU, E., Grigoraș,M., Sorohan, V., Dobrea, G., (2003), Chimie elemente de proiectare, Editura ETP [NUME_REDACTAT];
IOVU, M., (2005), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
ISAC, L., (1998), Metodica predării chimiei, [NUME_REDACTAT] Timișoara;
NENIȚESCU, C.D., (1980), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București;
NICOLA, I., (2003), Tratat de pedagogie școlară, [NUME_REDACTAT];
NOVEANU, G., Nenciulescu, S., (2005), Didactica chimiei I, Proiectul pentru Invățământul rural, Program postuniversitar pentru conversie profesională pentru cadrele didactice din învățământul rural;
OPREA, C., L., (2009), Strategii didactice interactive, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, R.A., București;
PĂCURARI, O., (2003), Strategii didactice inovative, [NUME_REDACTAT];
PETRESCU,L., Experiențe pentru chimiștii amatori, [NUME_REDACTAT];
PETROVANU, O., Munteanu, M., (1983), Experimente chimice și lucrări de cerc pentru gimnaziu, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică;
PETROVANU, O., Petrescu, O., Constantinescu, R., ( 1982), Metodica predării chimiei în liceu, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
ROȘCA, M., Tărăbășanu- Mihăilă, C., (2006) Chimie-Obținerea și utilizarea substanțelor organice 2006, Proiectul pentru Invățământul rural, Program postuniversitar pentru conversie profesională pentru cadrele didactice din învățământul rural;
SARIVAN, L., & colaboratorii, (2005), Predarea interactivă centrată pe elev Educația 2000+;
STOICA, M., (1995), Pedagogie școlară-pentru cadrele didactice înscrise la definitivat, gradul II, gradul I și perfecționare, [NUME_REDACTAT].[NUME_REDACTAT], Craiova;
ȘUNEL, V., Ciocoiu, I., Rudică, T., Bîcu, E.(1997), Metodica predării chimiei pentru concursul de titularizare, examenul de definitivat și gradele didactice II,I, [NUME_REDACTAT], Iași;
TOMESCU, N., Meirosu, E., Drăgan, N., (2003), Chimia mediului și a calității vieții – curriculum opțional pentru clasele VII-XI, Editura LVS Crepuscul
URSEA, L., Gîrtan, M., (2009), Chimia și natura- experimente pentru clasele VII-IX, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică
VODĂ, C., (2001), Ucenicul vrăjitor, [NUME_REDACTAT];
WERTHEIM,J., Oxlade, C., Stickley, C., (2002), Dicționar ilustrat de chimie, [NUME_REDACTAT] ‘93, Oradea
http://biblioteca.regielive.ro
http://chemistryhome.wikifoundry.com/
http://e-chimie.upb.ro, Chimie organică-Lucrări de laborator
http://education.inflpr.ro
www.asociatia-profesorilor.ro
www.clementoni.com
www.intuitex.ro
www.nucidesapun.ro
INTRODUCERE
CAPITOLUL I
COMPUȘI ORGANICI CU IMPORTANȚĂ PRACTICĂ:
SĂPUNURI ȘI DETERGENȚI
Moto: ,, Săpunul este măsura bunăstării și dezvoltării unui stat”
[NUME_REDACTAT] și detergenții deși aparțin unor clase de compuși organici diferiți moleculele lor sunt alcătuite din aceleași două părți componente caracteristice: o catenă (radical hidrocarbonat) lungă, numită ,,coadă”, care are la una dintre extremități o grupare funcțională solubilă în apă numită ,,cap.
1.1. Săpunul
1.1.1.Scurt istoric
Imaginați-vă
Într-o splendidă seară de vară, la adăpostul unei caverne, de pe [NUME_REDACTAT],
un vânător preistoric frige ultima captură la o frumoasă vâlvătaie. Grăsimea animalului sfârâie și picură în cenușa fierbinte. Brusc se dezlănțuie furtuna și… ploaia se strecura șiroaie până peste cenușă (bogată în potasiu). Toate ingredientele s-au unit pentru ca săpunul să apară din neant.
Dovezi arheologice datează din 2800 î.Hr. În timpul excavării rămășitelor Babilonului o substanță similara săpunului a fost găsită în vase cilindrice. Inscripțiile de pe acești cilindrii descriu procesul de producție al acesteia, dar nu se refereau la scopul său.
De-a lungul istoriei au fost folosite forme diverse ale săpunului. Pentru egipteni era o combinație de uleiuri animale și vegetale cu săruri alcaline care dădea naștere unui material asemănător săpunului folosit pentru tratarea bolilor de piele, dar și pentru spălat precum atesta "Papirusul evreilor" (un document medical). Grecii își curățau corpul cu clei și nisip și apoi se ungeau cu ulei. Datorita romanilor îmbăiatul a devenit popular. Băile publice erau alimentate cu apa prin apeducte. Îmbăiatul zilnic era un obicei în Japonia în [NUME_REDACTAT] și în Irlanda, piscinele cu apă caldă erau populare locuri de întâlnire în serile de duminică.
[NUME_REDACTAT] Roman a dus la declinul obiceiului de îmbăiere ceea ce a contribuit la apariția marilor epidemii din [NUME_REDACTAT] și mail ales a "Morții negre" din secolul al XIV-lea. Ca urmare, în 1700 d. Hr. fabricarea săpunului devenise în Europa o îndeletnicire. Astfel se puteau găsi mai multe tipuri de săpunuri: pentru îmbăiat, pentru păr, bărbierit, pentru lenjerii.
[NUME_REDACTAT], Spania și Franța erau manufacturi unde se producea săpun din uleiul de măsline, dar nu s-au găsit indicii privind folosirea acestui ulei decât din sec. XV.
[NUME_REDACTAT] s-a început fabricarea săpunului în secolul al XII-lea. În coloniile Americane s-a făcut comerț cu săpun din 1608.
Săpunul primitiv era prezent și în viața religioasă, reprezenta sănătate și purificare. [NUME_REDACTAT] era esențial, lucru predicat și de Moise în lecțiile sale. Acesta consta într-un amestec de ulei cu resturi de lemn și de plante.
Un pas major a fost făcut de chimistul francez [NUME_REDACTAT], în 1791, care a inventat o modalitate de a face carbonat de sodiu din sarea alimentară, acest lucru a ușurat mult prepararea săpunului. Amestecat cu grăsime forma săpunul.
Douăzeci de ani mai târziu s-a născut săpunul modern odată cu descoperirea lui [NUME_REDACTAT] Chevreul, un alt chimist francez, a naturii chimice a grăsimilor, a glicerinei și a acizilor grași.
Altă descoperire importantă a fost amoniacul care era extras din sarea alimentară (clorura de sodiu) pentru a obține soda. A fost inovația lui [NUME_REDACTAT].
1.1.2.[NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] al [NUME_REDACTAT] cuvântul săpun înseamnă
,, produs obținut prin saponificarea acizilor grași sau a grăsimilor cu soluții care conțin hidroxid de sodiu sau de potasiu, și care servesc la spălarea corpului, a rufelor”(din lat. sapo, saponi, ngr. sapùni.
Literatura de specialitate spune că săpunurile sunt sărurile cu diferite metale ale acizilor alifatici monocarboxilici cu peste opt atomi de carbon.
Săpunul este o substanță tensioactivă clasică care face parte din categoria surfactanților cationici, constituiți din una sau mai multe grupări polare –ionizabile sau neionizabile cu caracter hidrofil și una sau mai multe grupări nepolare sau slab polare cu caracter hidrofob
Fig. 1.1 Reprezentarea grafică a unui sufactant
partea hidrofilă
partea hidrofobă
fig.1.2 Structura moleculară a unui surfactant
Formula generală:
R-COO-M+
unde: R – radical alchil cu 12-16 atomi de carbon, provenit de la acizii grași
M-metal (Na, K, Ca, Mn, Al)
Fig 1.3 formula structurală a palmitatatului de sodiu
Sărurile acizilor grași sau săpunurile sunt cei mai vechi agenți de suprafață. Aceștia se utilizează în compozițiile detergente ca atare sau ca acizi grași. Din motive economice, în compozițiile detergente nu se utilizează săpunuri unitare ci amestecuri de săpunuri obținute din grăsimi naturale. Cele mai frecvente tipuri sunt:
săpunul de seu care conține: 40-45% săpun oleic
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COO-M+
25-30% săpun palmitic;
CH3-(CH2)14-COO-M+
15-20% săpun stearic;
CH3-(CH2)16-COO-M+
săpunul de cocos care conține: 48% săpun lauric;
CH3-(CH2)10-COO-M+
17-28% săpun miristic;
CH3-(CH2)12-COO-M+
8-20% săpun palmitic;
CH3-(CH2)14-COO-M+
5-6% săpun oleic
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COO-M+
săpunul din oleină obținut prin saponificarea acidului oleic.
În procedeele moderne de condiționare a detergenților, amestecare/granulare fără atomizare, săpunurile sunt utilizate ca atare sub formă de pulberi, dar mai ales ca acizi grași care se transformă în săpun prin neutralizare cu sodă caustică sau carbonat de sodiu, direct în procesul de condiționare.
1.1.3.[NUME_REDACTAT] se pot clasifica astfel:
După starea de agregare:
Săpunuri solide ( săpunurile: de sodiu, de calciu, de aluminiu, de mangan)
Săpunuri lichide (săpunurile de potasiu)
După solubilitate:
Săpunuri solubile (săpunurile de sodiu și de potasiu)
Săpunuri insolubile ( săpunurile de calciu, de mangan, de aluminiu)
După compoziția chimică:
Săpunuri de sodiu
Săpunuri de potasiu
Săpunuri de aluminiu
Săpunuri de calciu
Săpunuri de mangan
După destinație:
Săpunuri de rufe
Săpunuri de toaletă
1.1.4.Metode de obținere
Reacția de saponificare- sau hidroliza alcalină a grăsimilor alături de glicerină
Fig. 1.4 reacția generală de saponificare
O O
‖ ‖
R-C-OH + H-ORI → R-C-ORI + H-OH
Acid gras + alcool ester + apă
CH2-O-CO-(CH2)14-CH3 CH2-OH
I I 2Na-O-CO-(CH2)14-CH3
CH-O-CO-(CH2)16-CH3 + 3NaOH → CH-OH + palmitat de sodiu
I I Na-O-CO-(CH2)16-CH3
CH2-O-CO-(CH2)14-CH3 CH2-OH stearat de sodiu
Dipalmitostearină glicerina
1.2. Detergenți
1.2.1. Scurt istoric
Detergenții au fost produși experimental în Europa la mijlocul secolului XIX. Primul detergent sintetic a apărut în anul 1916, este vorba de un detergent industrial descoperit de chimistul german [NUME_REDACTAT]. Din 1928 au început studiile privind producerea detergenților la scară industrială. În 1933 a apărut detergentul pentru menaj care să nu atace pielea, acesta este un produs de sinteză de origine petrochimică, având o structură asemănătoare cu cea a săpunului.
Producția de detergent a luat amploare în timpul celui de-al doilea război mondial, substituind săpunul ce era utilizat în scop gospodăresc până atunci. În 1953 utilizarea detergenților a depășit pentru prima oară pe cea a săpunurilor.
Gama de detergenți a evoluat și este extrem de largă la ora actuală. În prezent se cheltuiesc sume enorme nu numai pentru producția de detergenți dar și pentru cercetarea în domeniu.
1.2.2. [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT] al [NUME_REDACTAT] cuvântul detergent înseamnă ,,produs care (dizolvat în apă) are proprietatea de a spăla, de a curăța, de a degresa” (din fr. détergent).
Conform lucrărilor de specialitate detergenții ( lat. detergere = a curăța) sunt compuși organici de sinteză, obținuți prin prelucrarea unor fracțiuni din petrol, cu proprietăți tensio-active datorită cărora pot modifica tensiunea superficială a lichidelor , prezentând capacitatea de emulsionare și de spălare aceștia fac parte din grupul agenților de suprafață. Partea activă propriu-zisă se mai numește și tensidă sau surfactant. Denumirea de surfactant aplicată la nivel internațional, se formează pornind de la definiția activității acestor compuși, conform acțiunii exercitate: surface active agents ( agenți activi de suprafață). În vederea unificării termenilor care se referă la substanțele de spălare [NUME_REDACTAT] a [NUME_REDACTAT] a stabilit să se utilizeze următoarea definiție detergent = un produs cu o formulă concepută să favorizeze capacitatea de spălare ( a detergenței). Formularea cuprinde : constituenți esențiali ( agenți tensioactivi) și constituenți subsidiari.
Dintre constituenți subsidiari se pot cita:
materialul de umplutură ( filer), este un produs organic sau anorganic care se
adaugă pentru a produce tipul dorit de prezentare și/sau concentrație (ex.: apa, alcool, sulfat de sodiu);
materialul auxiliar care este un component al unei formule de detergent ce nu au
legătură directă cu proprietatea de spălare (ex.: inhibitori de eroziune, înălbitori optici, coloranți, parfumuri, substanțe bactericide);
adaosul de condiționare este un constituent anorganic ce are rolul de a
îmbunătăți acțiunea de spălare ( ex.: carbonați, silicați, polifosfați, fosfați). Primii agenți de condiționare au fost carbonatul și silicatul de sodiu (1878- Bleichsoda în Germania), urmați de perboratul de sodiu (1907-Persil în Germania) și fosfații alcalini ( 1936- Persil în Germania);
adjuvantul este un constituent organic care are rolul de a intensifica unele
proprietăți ale constituenților esențiali ( amine-oxizi, alcanol-amide)
Schimbări mai rapide în compozițiile detergenților s-au produs după cea de a
3-a [NUME_REDACTAT] de Detergenți (1993), determinbate de necesitatea modificării criteriilor de formulare. Noile compoziții trebuie să răspundă următoarelor cerințe:
-reducerea consumului de energie la spălare, ceea ce impune spălarea la
temperaturi scăzute în volume mici de apă;
-mild, green and clean, adică bine tolerat de piele, de mediul înconjurător și curat;
-eco-efficiency, ceea ce înseamnă utilizarea pentru producția de detergenți a unor
materii prime cu eficiență mai mare sau mai mică, dar care au în mod obligatoriu ca efect reducerea apelor reziduale;
-more from less-un nou concept, care înseamnă îmbunătățirea performanțelor
concomitent cu reducerea influenței asupra mediului înconjurător.
1.2.3. Clasificarea detergenților
Numărul mare de detergenți și extinderea utilizării lor în industrie și în scop menajer au condus la necesitatea clasificării lor.
Putem face o clasificare a detergenților după următoarele criterii:
Clasificare după structura chimică
agenți de suprafață ionici:
anionici
[NUME_REDACTAT] (amfoteri)
Fig.1.5 tabel Agenți de suprafață ionici
agenți de suprafață neionici
Fig.1.6 tabel Agenți de suprafață neionici
Surfactanții anionici sunt produși cu performanțe superficiale bune, dar prețurile sunt ridicate spre deosebire de surfactanții neionici care acționează la concentrații mai mici decât cei anionici dar au proprietăți de spălare reduse.
Clasificare după forma de prezentare
Detergenții se împart în două clase : solizi și lichizi. În zilele noastre lucrurile nu mai sunt atât de simple, când detergenții se împart în cinci categorii:
detergenți granulați
detergenți bară
detergenți tablete
detergenți lichizi
detergenți gel
În ultimul deceniu s-a pus problema economiei de spațiu și de energie, lucru ce a condus la elaborarea de produse concentrate și compacte, aceasta a condus la ambalaje de dimensiuni reduse, acestea ocupă puțin spațiu la transport și depozitare și au eficiență sporită la utilizator ( cantitate folosită pe ciclu de spălare, ușurință la utilizare, performanțe detergente)
Clasificare după tipul utilizatorului
Din acest punct de vedere , detergenții se împart în produse pentru utilizare menajeră și pentru utilizarea industrială și instituțională.
Detergenții menajeri se pot clasifica după:
destinație
natura formulării
caracteristici fizice
Clasificare după tipul de curățare
Din acest punct de vedere, detergenții se clasifică astfel:
spălări grele
produse pentru îmbrăcăminte
produse pentru veselă
spălări ușoare
produse pentru îmbrăcăminte
curățare
produse pentru veselă
produse pentru suprafețe tari, altele decât vesela
Clasificare după tipul de articole curățate
În ceea ce privește această modalitate de clasificare există:
detergenți pentru rufe
spălare în mașini automate
spălare manuală
produse speciale ( aditivi pentru spălare)
detergenți pentru veselă
spălare în mașini automate
spălare manuală
detergenți pentru curățarea suprafețelor
produse pentru frecare
produse pentru igienizare
Pentru orice detergent, cumpărătorul așteaptă de la un produs un raport optim preț/calitate. Acesta se poate realiza numai detergentul prezintă:
-performanțe bune pentru îndepărtarea petelor, protecția țesăturilor, spumare;
-solubilitate și dispersabilitate bună;
-aspect atrăgător (uniform, plăcut parfumat);
-efecte negative minime sau inexistente pentru piele și țesături.
Aceste cerințe pot fi îndeplinite atunci când se respectă următoarele criterii:
-raport corect al componentelor ( surfactanți, agenți de condiționare, aditivi de detergență;
-materii prime de bună calitate;
-parfumare corespunzătoare;
-aplicarea unor tehnologii de condiționare adecvate.
1.2.4 Detergenți uzuali
Detergenții, indiferent de destinație, trebuie să conțină: surfactanți, agenți de condiționare, aditivi de detergență și componente de umplutură.
Evoluția compozițiilor detergente a fost determinată de nevoia de a curăța cu ușurință cât mai multe dintre murdăriile care apar în procesul de spălare, ținând seama și de natura substratului textil, care în ultimele decenii a trecut de la majoritar natural (bumbac, in, mătase) spre amestec sau chiar numai sintetic.
Dacă în anul 1977 bumbacul reprezenta 50% din fibrele utilizate pentru confecționarea articolelor textile, după 30 de ani proporția s-a redus la numai 40%, fibrele sintetice ajungând la 57% restul fiind reprezentat de lână.
Murdăria ce trebuie curățată de pe un substrat în procesul de spălare este, în general, un amestec complex constituit din murdării absorbite fizic (solide specifice, sau grase) sau legate chimic și constituite ca pete rezistente la spălare, a căror îndepărtare este posibilă numai prin distrugerea legăturilor dintre substrat și murdărie (prin oxidare sau reducere) sau prin degradarea chimică a murdăriei până la componente mai mici și deci mai ușor de îndepărtat. Între primele zece murdării întâlnite în cazul spălării reale se numără: uleiuri din mâncare, pete de transpirație, praf, noroi, sos de roșii, ulei de mașină, ciocolată, sânge, cafea, sos de carne sau pește, urină, iarbă, frecvența cu care se întâlnesc variind de la țară la țară.
În detergenții prezenți pe piață, ponderea cea mai mare o au cei granulați destinați spălării articolelor textile din fibre naturale sau amestec din fibre naturale și sintetice. Urmează apoi detergenții lichizi pentru veselă, produsele auxiliare pentru spălare (albitori chimici, balsamuri pentru clătire) și produsele pentru întreținerea curățeniei în gospodărie.
Diferențele dintre produsele comerciale sunt corelate cu destinația detergenților și cu nivelul calitativ. Prin nivel calitativ se înțeleg performanțele de curățare generale și cele de îndepărtare a unuia sau mai multor tipuri de murdării rezistente la spălare și constituite ca pete.
Detergentul ideal pentru secolul XXI trebuie să aibă următoarele calități:
– să fie capabil să spele cu ușurință, în timp scurt și fără a necesita clătiri suplimentare;
– să fie capabil să ușureze uscarea (să rămână puțină apă în țesături după spălare);
– să fie eficient indiferent de duritatea apei;
– să fie eficient atât în apă caldă cât și în cea rece;
– să aibă costuri mici și performanțe ridicate;
– să conțină agenți pentru tușeu și antistatizanți;
– să aibă performanțe de spălare bune pentru articole albe și colorate spălate împreună;
– să conțină enzime performante (lipaze, proteaze);
– să aibă spumare controlată;
– să fie biodegradabil și să nu afecteze mediul;
– să fie bine tolerat de piele.
1.2.5. Principalele componente din detergenți și rolul acestora
[NUME_REDACTAT] constituie grupul cel mai important de componente dintr-un detergent. Surfactantul este termenul folosit pentru a descrie întreaga clasă a agenților superficial activi sau agenților activi de suprafață, incluzând agenții de udare, de emulsionare și componentele cu proprietăți detergente.
Surfactanții sunt substanțe cu moleculă relativ mare și structură amfifilă. Molecula unui surfactant este asimetrică, fiind compusă din două părți:
– o parte nepolară constituită dintr-un radical hidrocarbonat, insolubilă în apă și în lichide polare, dar solubilă în lichide nepolare și numită de aceea parte hidrofobă sau lipofobă;
– o parte polară, ionizabilă sau neionizabilă solubilă în apă și insolubilă în lichide nepolare și numită de aceea parte hidrofilă sau lipofobă
Datorită afinității pentru faze diferite, asemenea molecule se numesc amfifile sau amfipatice.
Fig. 1.7. Reprezentarea grafică a moleculei unui agent de suprafață
Surfactanții sunt deci compuși chimici care, datorită structurii moleculare specifice, la dizolvarea sau dispersarea în lichide se comportă total diferit de alte specii chimice.
Datorită acestui lucru surfactanții prezintă, în același timp, atât afinitate
( filie) cât și repulsie (fobie) față de cei mai mulți solvenți (în mod special apa). Aceasta conduce la competiția continuă între două forțe diametral opuse: forțele de atracție (care îi menține în soluție) și forțe de respingere (care-i elimină din aceasta). Datorită acestor forțe surfactanții se concentrează la interfața care separă cele două medii.
Această caracteristică se manifestă în mai multe moduri:
-autoasociarea sau autoagregarea moleculelor în soluții cu formarea de micele de asociație, sferice sau alte formațiuni mai complexe cum ar fi fazele lamelare;
-adsorbția la diferite tipuri de suprafețe de separație (interfețe );
-interacțiunea cu diferite substanțe dizolvate sau dispersate în faza lichidă în care sunt solubili surfactanții.
Considerând întreaga varietate de interacțiuni posibile în sistemele surfactant-solvent-alte substanțe introduse, efectele potențiale ale unui surfactant într-un sistem dat pot fi privite ca un adevărat ,,spectru”
Fig. 1.8 ,,Spectrul” interacțiunilor surfactanților în soluții apoase în absența și în prezența interfețelor
1.-surfactant cristalin (sau lichid), 2.-soluție izotropă (de surfactant monomer ), 3.-micele sferice, 4.-micele cilindrice,5.-faze hexagonale intermediare, 6.-bistraturi sau vezicule, 7.-faze lamelare (cristale lichide), 8.-absorbție la interfața lichid-vapori,9.-adsorbție la interfața lichid-lichid, 10.-adsorbție la interfața solid-lichid
Proprietățile sunt determinate de structura specifică a moleculelor surfactanților care, în plus, au proprietatea de a acționa la concentrații mici. Adsorbția este esențială pentru prima etapă, a îndepărtării murdăriei, acționând atât în cazul îndepărtării murdăriei solide specifice cât și al celei grase. Pentru a obține o curățare eficientă, surfactanții trebuie să se adsoarbă atât pe murdărie, cât și pe substrat. Adsorbția moleculelor surfactantului pe suprafața murdăriei solide specifice sau a substratului poate duce, în funcție de polaritate, la mărirea hidrofiliei suprafețelor și, prin urmare, la creșterea solubilității și, respectiv, capacității de udare.
Corelarea structurii chimice a surfactanților cu proprietățile detergente este foarte complicată, având în vedere varietatea mare de murdării și substraturi care trebuie curățate. La acestea se adaugă temperatura, duritatea apei, cantitatea și tipul agenților de condiționare, ca și mecanismul prin care are loc îndepărtarea murdăriei.
Surfactanții se pot clasifica după diferite criterii: structură chimică, proprietăți fizice, utilizări.
După criteriul disociației electrolitice, se clasifică în:
– surfactanți ionici;
– surfactanți neionici.
Surfactanții ionici sunt acei surfactanți care, prin introducere în soluție apoasă, ionizează, formând ioni organici cu proprietăți superficiale, a căror sarcină determină caracterul surfactantului.
După natura ionilor formați se clasifică în:
– surfactanți anionici;
– surfactanți cationici;
– surfactanți amfoteri.
Cei mai utilizați pentru obținerea detergenților sunt surfactanții anionici și cei neionici.
A.1. Surfactanții anionici
Alcooli grași sulfatați.
Alcoolii grași sulfatați sau alchil sulfatații ( AGS sau în engleză FAS) sunt surfactanți anionici cu formula: RCH2-(OSO3)-Na+
R este radical hidrocarbonat cu o lungime a lanțului de 11-17 atomi de carbon. În compozițiile detergente se folosesc, cel mai adesea, amestecuri de alcooli grași sulfatați cu o distribuție a lanțului hidrocarbonat C12 – C14 : C16 – C18 = 1:1.
Alcoolii utilizați pentru obținerea alchil sulfataților sunt fie alcooli naturali obținuți prin hidrogenarea grăsimilor naturale, fie alcooli de sinteză obținuți prin diferite procedee.
Etersulfați.
Etersulfații sau alchiletersulfații (AES sau în engleză FES) sunt surfactanți anionici obținuți prin sulfatarea alcoolilor grași polietoxilați și pot fi scriși:
R – CH2 – (OCH2CH2)nOSO3– Na+
R este radical hidrocarbonat cu o lungime a lanțului de 11-17 atomi de carbon, n – numărul de unități oxietilenice, cu o valoare cuprinsă între 2 și 5.
Cel mai adesea se folosesc produse având radicalul alchilic constituit din 12-14 atomi de carbon și un număr de 2-3 unități oxid de etilenă în moleculă.
Alcoolii utilizați pentru preparare pot fi naturali sau sintetici, ceea ce explică numărul par sau impar al atomilor de carbon. Acesta este biodegradabil peste 90%.
[NUME_REDACTAT] sunt surfactanții cei mai utilizați în compozițiile detergenților lichizi, dar mai ales a celor granulați. Aceasta se datorează proprietăților superficiale bune și a prețului de cost scăzut comparativ cu alți surfactanți .
Formula generală este: RCH2-C6H4SO3-Na+
unde R este radical alchilic care conține 8-12 atomi de carbon. În compoziția detergenților solizi cel mai adesea se utilizează 1-alchilbenzensulfonat de sodiu, numit și LABS sau LAS, având în moleculă un lanț hidrocarbonat liniar cu 12 atomi de carbon. Acesta este biodegradabil 90%.
Alchil benzen sulfonații se obțin prin sulfonarea alchilbenzenilor.
Alți surfactanți anionici.
Restricțiile impuse de protecția mediului au determinat orientarea producției de surfactanți și spre alte tipuri obținute din materii prime regenerabile.
Deși există o tendință de reducere a utilizării alchilbenzensulfonatului de sodiu, acesta va rămâne, totuși, încă mulți ani pe primul loc în ceea ce privește consumul de surfactanți pentru producția de detergenți, și mai ales de detergenți granulați.
Noile clase de surfactanți anionici cu care ar putea fi înlocuit 1–alchilbenzensulfonatul de sodiu sunt:
– – olefine sulfonate (AOS)
RCH (OH) CH2CH2SO3 –Na+
R(CH)2CH2SO3 – Na+
– secundar alcansulfonați (SAS) sau parafine sulfonate (PAS)
R1R2 (CH) SO3 – Na+
– – sulfoachilmetilesteri sau metil esterii sulfonați (MES)
fig. 1.9 sulfoalchilmetilester
unde R, R1, R2 sunt radicali alchilici cu 9-17 atomi de carbon. Aceste produse au performanțe superficiale bune, dar prețurile sunt încă mari.
A.2. Surfactanți cationici
Mai puțin utilizați în compozițiile detergente obișnuite, surfactanții cationici au cel puțin o grupă funcțională care, în soluție apoasă, formează prin ionizare, ioni organici încărcați pozitiv, purtători ai activității de suprafață.
Cei mai reprezentativi surfactanți cationici sunt:
sărurile animalelor alifatice primare, secundare și terțiare:
R1 – NH2·HCl; R1R2NH·HCl; R1R2R3N·HCl
unde R1, R2, R3 sunt radicali alchil cu 12-18 atomi de carbon;
săruri cuaternare de amoniu:
[R – H(R1)3]+Cl-
unde R este radical alchil cu 12-18 atomi de carbon, iar R1 radical olifatic scurt, de obicei metil.
A.3. Surfactanți amfoteri
Sunt acei surfactanți care au în moleculă două sau mai multe grupe funcționale ionizabile purtătoare atât de sarcini pozitive cât și negative, astfel încât în soluție ionul format este bipolar (amfion).
În funcție de caracterul solventului sau de pH-ul mediului, soluțiile obținute pot avea caracter slab cationic sau slab anionic.
Surfactanții amfoteri sunt:
– betainele:
Fig. 1.10 Formula betaine
unde R este radicalul alchil cu 12 – 18 atomi de carbon
– sulfobetainele:
Fig 1.11 formula sulfobetaine
unde R este radical alchil cu 12 – 18 atomi de carbon.
A.4. Surfactanți neionici
Sunt surfactanții care la dizolvarea în apă nu formează ioni. Solubilitatea surfactanților neionici se datorează prezenței unor grupe funcționale cu mare afinitate pentru apă. În moleculă, grupe de atomi de oxigen legați eteric sau grupe alcoolice. Aceste grupe neionice, în lichidele polare formează legături de hidrogen cu grupele polare ale solventului. Solubilitatea surfactanților neionici variază invers proporțional cu temperatura; o dată cu creșterea temperaturii solubilitatea scade; ca urmare a ruperii legăturilor create, astfel încât peste o anumită temperatură soluțiile apoase devin opalescente. Această temperatură este cunoscută sub numele de temperatură sau punct de tulburare sau de ceață. Proprietățile superficiale ale surfactanților neionici sunt determinate atât de lungimea lanțului hidrocarbonat cât și de caracteristicile grupelor hidrofile.
Principalii surfactanți neionici sunt:
esterii acizilor grași cu polialcooli (poligliceril esteri, glicol esteri, gliceril esteri,
gliceride, glucozide, poliglucozide, sorbitan ester, esteri ai sucrozei);
produse de condensare a acizilor grași cu aminoalcooli (etanolamide ale acizilor
grași);
produse polietaoxilate. Produsele polietoxilate reprezintă categoria de surfactanți
neionici cea mai mult și mai des utilizată. Din această categorie fac parte:
alcooli grași polietoxilați: R – O(CH2 – CH2O)nH
acizi grași polietoxilați: R – COO(CH2 – CH2O)nH
alchilfenoli polietoxilați: R – C6H4O(CH2 – CH2O)nH
aminele grase polietoxilate:
fig 1.12 formula amine grase polietoxilate
amidele grase polietoxilate:
fig. 1 13 formule amide grase polietoxilate
copolimerii bloc etilenoxid – propilenoxid:
fig 1.14 formule copolimeri bloc etileoxid-propilenoxid
unde R este radical alchil cu 12 – 18 atomi de carbon.
Surfactanții neionici acționează la concentrații mai mici decât cei anionici și au proprietăți de spumare reduse. Raportul dintre partea hidrofil/lipofilă, este un criteriu de identificare a domeniului de utilizare a surfactanților ca emulgatori, agenți de udare, detergenți, dispersanți.
Importanță deosebită pentru producerea detergenților o au alchilfenolii polietoxilați și alcooli grași polietoxilați.
Alchilfenoli polietoxilați sunt derivați de la alchil C8 – C12, cel mai adesea C9, fenol polietoxilat cu 8 – 16 moli de oxid de etilenă, cel mai adesea 9 moli. Cel mai adesea utilizat în producția detergenților este nonilfenolul polietoxilat cu 9 moli oxid de etilenă (NF9). Datrorită structurii fenolice aceștia au o biodegradabilitate mai redusă și de aceea există tendința de a fi înlocuiți în producția de detergenți, în ciuda proprietăților superficiale bune, cu produse polietoxilate fără structură fenolică (alcooli grași polietoxilați).
Alcooli grași polietoxilați. Aceștia sunt surfactanți neionici obținuți prin polietoxilarea alcoolilor grași (AE sau FAE)
R – O(CH2 – CH2O)nH
unde R este radical alchilic cu lungimea lanțului hidrocarbonat C12 – C18 și n cuprins între 3 și 50.
Pentru detergenți se utilizează cel mai adesea alcooli polietoxilați cu 7 – 12 moli de oxid de etilenă. Alcooli grași utilizați pentru obținerea surfactanților neionici polietoxilați pot fi naturali (lanț hidrocarbonat cu număr par de atomi de carbon) sau sintetici (lanț hidrocarbonat cu număr impar de atomi de carbon).
Dintre surfactanții fabricați într-o gamă foarte largă, cel mai frecvent pentru detergenți se utilizează: 1 – alchilbenzensulfonat de sodiu, săpun, alchilsulfat de sodiu, alchiletersulfat de sodiu și alcooli grași polietoxilați. Surfactanții anionici dețin primul loc, cu peste 48% din totalul surfactanților utilizați pentru producția de detergenți.
În ultimii 20 de ani, datorită accentuării problemelor ecologice, în compozițiile detergenților au început să se utilizeze – mai întâi în Europa și Japonia și apoi în America – și alte tipuri de surfactanți, netoxici și biodegradabili: – olefine sulfonate; – sulfometilesteri ai acizilor grași; metilesteri grași sulfonați neterminal; acid oleic sulfonat; alchil – și alcheneteri sulfonați; sulfați ai hidroxialchileterilor; alchilpoliglucozide; alcooli grași polietilenglicol; alchil eteri sau hidroxialchileteri ai alcoolilor grași polietoxilați cu grad mic de etoxidare.
Pentru ca un surfactant să poată fi utilizat cu succes într-o compoziție detergentă trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
să aibă proprietăți bune de adsorbție, udare, îndepărtare, dsipersare și antiredepunere a murdăriei;
să fie ușor solubil și puțin sensibil la duritatea apei;
să nu fie colorat puternic și să aibă un miros acceptabil;
să fie stabil la stocare;
să se poată manipula cu ușurință;
să fie tolerat bine de om și de mediul înconjurător;
să aibă un preț acceptabil;
să fie disponibil pentru utilizare.
Agenți de condiționare
Alături de surfactant sau de amestecuri binare sau ternare de surfactanți, în compozițiile detergente sunt prezente și alte componente, menite să potențeze proprietățile de curățare ale surfactanților, numite agenți de condiționare. Detergenții conțineau, în Europa, pe lângă săpun, carbonat de sodiu, silicat de sodiu și chiar perborat de sodiu drept componente ajutătoare, încă din anii 1800. Agentul de condiționare este un component care, adăugat într-un detergent; îi extinde și îmbunătățește proprietățile de curățare. În această definiție, dată în 1960 de Jones, Houdson și Parke, curățarea reprezintă cantitatea netă de murdărie îndepărtată de pe substrat, adică murdăria totală îndepărtată din care se scade murdăria redepusă. Sunt considerați agenți de condiționare numai componentele care sunt implicate în ambele procese: spălare primară și antiredepunere. Primii agenți de condiționare au fost carbonatul și silicatul de sodiu (1878 – „Bleichsoda” în Germania), urmați la scurt timp de perboratul de sodiu (1907 – Persil, Germania) și fosfații alcalini (1936 – Persil, Germania).
Rolul principal al agenților de condiționare este de a contracara efectele nefavorabile ale cationilor polivalenți asupra procesului de detergență. Prezența cationilor divalenți Ca2+ și Mg2+ în soluția de spălare este defavorabilă procesului de detergență deoarece:
1) Interacționează cu sarcinile negative ale substratului și murdăriei reducând potențialele electrice ale acestora. Astfel, îndepărtarea murdăriei este împiedicată iar redepunerea favorizată, fenomene observate chiar în condițiile utilizării unor surfactanți neionici în soluția de spălare.
2) Acționează ca liganzi între sarcinile negative ale substratului și murdăriei favorizând redepunerea sa, sau între grupele hidrofile negative ale surfactanților cu părțile hidrofobe spre soluție, ceea ce are ca efect creșterea tensiunii interfaciale substrat-soluție și/sau murdărie-soluție. În consecință, lucrul de adeziune crește, iar udarea și îndepărtarea murdăriei este împiedicată.
3) Se fixează pe suprafața particulelor solide din baie cauzând flocularea și favorizând redepunerea pe substrat, din cauza reducerii potențialelor electrice (negative) ale acestora.
4) Pot precipita, la concentrații mari, anionii surfactanților sau sărurilor metalice, favorizând depunerea pe substrat și apariția fenomenului de încrustare.
Agenții de condiționare pot fi complexanți solubili în apă sau schimbători de ioni capabili să lege cationii polivalenți din soluția de spălare prin formare de chelați, respectiv prin schimb ionic. Aceștia au însă și contribuții independente la îmbunătățirea procesului de detergență, datorită acțiunii specifice la interfețe.
În compoziția detergenților, agenții de condiționare sunt componente obligatorii, acționând prin:
sechestrare și precipitare a cationilor polivalenți: tripolifosfat de sodiu, silicați alcalini, carbonați alcalini, zeoliți;
defloculare și dispersare a murdăriei solide specifice: polifosfați, policarboxilați;
alcanilitate și rol tampon: tripolifosfat de sodiu, carbonați alcalini, silicați alcalini.
Printr-o chemosorbție pronunțată, în competiție cu adsorbția nespecifică a surfactanților, agenții de complexare, solubili în apă dezlocuiesc surfactanții de la interfețele polare, cu următoarele consecințe:
– creșterea potențialelor negative la interfețele substrat, murdărie și deci mărirea forțelor de respingere dintre acestea, ceea ce favorizează desprinderea murdăriei de pe substrat;
– mărirea potențialelor superficiale negative ale particulelor de murdărie și deci a respingerii reciproce, ceea ce duce la stabilizarea acestora prin dispersare;
– creșterea pH-ului soluției de spălare, ceea ce are ca efect mărirea potențialelor superficiale negative ale murdăriei și substratului, îmbunătățind detergența.
Exemple de eliminare a ionilor de calciu prin utilizarea unor agenți de condiționare care acționează prin: complexare (tripolifosfatul de sodiu – STPP, nitrilotriacetat de sodiu – NTA), și schimb ionic (zeolit A)
Fig. 1.15 Reacția de complexare
Fig.1.16 Reacția de schimb ionic
Agenții de condiționare insolubili în apă, cum este zeolitul A, acționează în procesul de spălare prin schimb ionic , legând cationii polivalenți, dar și prin următoarele acțiuni specifice:
– adsorbția substanțelor dispersatela nivel molecular;
– heterocoagularea pigmenților;
– substrat de cristalizare pentru compușii puțin solubili.
Tripolifosfatul de sodiu este agentul de condiționare cu cea mai complexă acțiune în procesul de detergență, intervenind atât în etapa de îndepărtare, cât și de împiedicare a redepunerii murdăriei. Fiind un agent de condiționare cu rol foarte complex în procesul de detergență, tripolifosfatul de sodiu este dificil de înlocuit, mai ales cu un singur component. Performanțele detergenților condiționați cu zeolit de sodiu (zeolit A) au fost îmbunătățite prin utilizarea unor aditivi organici, numiți și coagenți de condiționare sau co-builder-i. Acțiunea acestora se datorează efectelor de transportor (carrier) și de prag (threshold).
Co-agenții de condiționare sunt substanțe organice care, utilizate în cantități substoechiometrice, îmbunătățesc considerabil performanțele detergenților.
Tabelul 1.17 Co-agenți de condiționare și efectul acestora în combinație cu zeolitul A
Anumiți agenți de complexare, numiți transportori, prezenți în soluția de spălare, se adsorb pe suprafața depozitelor combinând ioni de calciu, astfel pot fi schimbați de zeolitul A. Agenții de complxare acționează chiar și în cantități mici. Agenții transportori măresc viteza de dizolvare a sărurilor de calciu greu solubile, sub acțiunea zeolitului A, la un nivel la care altfel ar fi necesare cantități mult mai mari de complexanți solubili în apă. În tabelul următor sunt prezentate câteva exemple de fosfonați și policarboxilați utilizați ca aditivi:
Tabelul 1.18 fosfonați
Tabel 1.19 policarboxilați
Agenții transportori scot ionii de calciu ce leagă substratul și murdăria, ușurând astfel îndepărtarea acesteia. Aditivii organici de tipul fosfonaților sau al carboxilaților, utilizați în cantități substoechiometrice, acționează în procesul de detergență prin efect de prag. Efectul se bazează pe adsorbția aditivilor pe nucleele cristalelor insolubile în apă, aflate în depozitele care conțin ioni de calciu (din soluția de spălare sau conținuți în murdărie), stabilizând – prin întârzierea precipitării – carbonatul de calciu sub formă coloidală amorfă. Astfel se previne redepunerea murdăriei din soluția de spălare pe substrat și se îmbină încrustarea. Asemenea sisteme de condiționare complexe pe bază de co-agenți de condiționare – alături de zeolit A, carbonat de sodiu și silicați alcalini – îmbunătățesc considerabil performanțele detergenților. Acesta se datorează interacțiunii specifice cu materialele insolubile în apă conținând cationii polivalenți prezenți în baia de spălare și împiedicării redepunerii acestora pe substraturi. Cu toate acestea, compozițiile detergente pe bază de STPP sunt greu de egalat din punct de vedere al performanțelor detergente. Pentru a nu afecta performanțele detergente, cel mai adesea, se lucrează cu sisteme în care STPP a fost doar parțial înlocuit.
Transportor 2- + Ca2+
Ion schimbat
adsorbție
2Na+
Ca2+
desorbție
Ca- [NUME_REDACTAT] zeolit A
încrustată
precipitată
fig 1.20 diagrama schematică a efectului transportor
Dacă până în anii ’70 cercetările în domeniul agenților de condiționare au fost orientate doar spre obținerea de produse performante cu costuri minime, acum, problema se pune în termenii: performanță, cost, ecologie.
Un agent de condiționare modern trebuie să răspundă următoarelor criterii:
eliminarea ionilor alcalino – pământoși din apă:
apă;
textile;
murdărie.
performanțe în primul ciclu de spălare ciclică:
detergență specifică superioară pentru grăsimi și pigmenți;
detergență diferențiată pentru fibre textile specifice;
accentuarea proprietăților surfactanților;
dispersarea murdăriilor în soluțiile detergente;
influență favorabilă asupra spumării.
performanțe după mai multe cicluri de spălare, ceea ce înseamnă:
capacitate mare de antiredepunere a murdăriei;
prevenirea încrustării țesăturilor;
prevenirea formării depozitelor în mașinile de spălat;
proprietăți anticorozive bune.
proprietăți comerciale:
stabilitate chimică;
accesibilitate industrială;
să nu aibă tendința de a fi higroscopic;
calități optime de culoare și miros;
compatibilitate cu alte ingrediente din detergenți;
stabilitate la stocare;
bază de materii prime ușor accesibilă.
lipsa toxicității față de om
acțiune asupra mediului înconjurător, ceea ce presupune:
să răspundă la dezactivare prin degradare biochimică, adsorbție sau alte procedee;
să nu influențeze negativ sistemele biologice din instalațiile de epurare sau din apele de suprafață;
să nu producă acumulări necontrolate;
să nu entrofieze apele;
să nu afecteze calitatea apei potabile.
economic.
În mod obișnuit, un singur agent de condiționare nu poate răspunde tuturor acestor cerințe. De aceea, detergenții moderni conțin amestecuri de agenți de condiționare care răspund favorabil criteriilor: ecologic (E), cost (C), performanță (P), adică triunghiul ECP.
B.1 Tripolifosfatul de sodiu
Utilizarea fosfaților ca agenți de condiționare în compozițiile detergente (1936 – PERSIL, Germania) a marcat un pas important în dezvoltarea detergenților. În anii ’50 – ’60 fosfații condensați, și în special tripolifosfatil de sodiu, au devenit principalii agenți de condiționare pentru detergenți, indiferent de natura substanțelor superficiale active sau de destinația produsului.
Tripolifosfatul de sodiu (STPP) intervine atât în îndepărtarea câr și în împiedicarea redepunerii murdăriei: spălare primară (P), antiredepunere (G) și încrustare (I), prin următoarele fenomene:
complexarea ionilor de calciu și magneziu (P,G,I);
adsorbție selectivă la interfața substrat – murdărie (P,G,I);
efect de prag (P,G,I);
reacție alcalină (P);
efect tampon;
efect structurant pentru detergenții solizi.
Tripolifosfatul de sodiu are importante funcții interfaciale, care reduc cantitatea de produs necesar pentru eliminarea ionilor de calciu și de magneziu din flota de spălare.
Deosebit de importantă este adsorbția pe substratul textil și pe particulele de murdărie, care are ca efect creșterea sarcinilor negative ale suprafețelor ce interacționează în procesul de spălare și ușurarea îndepărtării murdăriei. Mai mult, dizolvarea ionilor divalenți din murdărie și de pe fibrele textile în procesele de adsorbție, desorbție la interfețe ușurează fărâmițarea particulelor de murdărie. Aceste două funcții importante nu pot fi exercitate de agenții de condiționare insolubili, cum sunt zeoliții.
Deși cu rol atât de complex, începând din 1970 s-a pus problema reducerii conținutului de STPP din detergenți, acesta fiind considerat responsabil pentru entrofierea lacurilor și a apelor cu circulație redusă, la început în Elveția și apoi și în alte țări vest – europene.
Ca urmare a intensificării protecției ecologice, deși fosfații din detergenți reprezintă numai 25% din totalul fosfaților eliminați în natură, restul provenind din îngrășăminte și altele, încă din 1977 legislația europeană impunea reducerea conținutului de fosfați, iar în 1982 se punea problema înlocuirii totale.
B.2. Zeoliți alcalini
O alternativă pentru înlocuirea tripolifosfatului de sodiu în compozițiile detergente au fost zeoliții tip 4A, utilizați prima dată în 1976. Pe lângă faptul că nu pot înlocui singurii STPP, fiind necesare sisteme complexe de agenți de condiționare, aceștia sunt compuși insolubili în apă, care creează probleme atât în stațiile de epurare cât și la deversarea apelor menajere în natură, datorită creșterii nivelului sedimentelor. Zeolitul A, cel mai utilizat aluminosilicat, este o pulbere albă, cu curgere liberă bună, caracterizat prin capacitatea de legare a ionilor de Ca2+ și prin forma particulelor. Are însă dezavantajul de a fi un praf foarte fin și ușor.
Zeolitul A acționează în procesul de spălare prin schimb ionic, legând cationii polivalenți și prin acțiuni specifice: adsorbția substanțelor dispersate la nivel molecular, heterocoagularea pigmenților, substrat de cristalizare pentru compușii puțin solubili.
Performanțele detergenților condiționați cu zeolit A au fost îmbunătățite prin utilizarea unor aditivi organici specifici, numiți și co-agenți de condiționare, (citrat de sodiu, nitrilacetat de sodiu, policarboxilați, fosfonați). Aceste substanțe utilizate în cantități foarte mici (substoechiometrice) acționează prin efect de transportor (carrier) și/sau de prag (threshold).
În ciuda eforturilor făcute pentru îmbunătățirea performanțelor (capacitate de schimb ionic și de absorbție a lichidelor) și a caracteristicilor fizice (scăderea dimensiunii particulelor, modificarea formei cristalelor) ale zeolitului A, care au dus la fabricarea unor forme noi: zeolit X, Y, P și MAP, zeoliții nu au putut înlocui cu succes STPP din compozițiile detergente. Mai mult, în condițiile apariției și dezvoltării detergenților compacți și supercompacți odată cu necesitatea eliminării componentelor de umplutură și a utilizării celor multifuncționale, a apărut foarte clar necesitatea reducerii utilizării zeoliților. Pentru a nu afecta performanțele detergente, cel mai adesea se lucrează cu sisteme în care STPP a fost înlocuit doar parțial.
B.3. Silicați alcalini
Silicatul de sodiu, utilizat prima dată în săpunul de rufe cu peste 100 de ani în urmă, inițial din motive economice, a devenit curând, datorită rolului său în procesul de spălare, un compus nelipsit în compoziția detergenților.
Simbolizați ca SiO2 : Na2O, cu raport molar numit și modul, variind în limite destul de largi (1:2 până la 3,3:1), silicații utilizați în compozițiile detergente au, în general, modulul peste 1 (cel mai adesea 2,4 – 2,9) și, proprietăți coloidale. Silicați alcalini îndeplinesc un rol complex în procesul de spălare, ambele părți ale moleculei contribuind la procesul de detergență.
Contribuția părții alcaline:
-alcalinitate;
-capacitatea de a acționa ca tampon (pH 9,5) proprietate susținută și de SiO2;
-neutralizarea/saponificarea murdăriilor acide;
-emulsionarea uleilor.
Contribuția SiO2:
deflocularea murdăriilor solide;
antiredepunere;
scăderea durității apei;
inhibarea coroziunii atât în ceea ce privește metalele feroase și
neferoase cât și glasura porțelanurilor;
mărirea fiabilității granulelor detergenților atomizați;
plastifierea detergenților sub formă de bare, conferind uniformitate și
ușurarea extruderea.
Cei mai utilizați silicați alcalini sunt:
soluțiile apoase de silicați, numite și sticle solubile, cu modulul cuprins între
2,2 și 3,3 (cel mai adesea 2,4 – 3,2);
metasilicatul de sodiu lichid sau solid (modul 1), când raportul molar SiO2 :
Na2O este peste 1, silicații alcalini, departe de a fi specii chimice distincte, au proprietăți coloidale, care explică multe din performanțele acestora în procesul de detergență.
Utilizarea silicaților în compozițiile detergente și-a recăpătat importanța odată cu necesitatea înlocuirii STPP din detergenți. S-au căutat forme de silicați capabile să-l înlocuiască singure în procesul de detergență.
Disilicatul de sodiu cristalizat este mai nou (1944)utilizat în sisteme de condiționare pentru detergenți, cu sau fără conținut de zeolit A. Acesta poate înlocui carbonatul de sodiu, zeolitul A și chiar STPP, având un rol complex în procesul de detergență:
dedurizarea apei;
sursă de alcalinitate;
adsorbant pentru umiditate;
complexant pentru ionii grei și deci stabilizator de persăruri;
agent de suspendare a murdăriei.
Disilicatul de sodiu stratificat cristalizat are o structură polimerică anorganică regulată. Datorită structurii sale, care determină rolul complex în procesul de detergență, acest tip de silicat nu numai că este capabil să înlocuiască singur STPP și alți agenți de condiționare din formularea detergentă, dar utilizarea sa duce la produse mult mai eficiente (reduce consumul de detergent în ciclul de spălare). Prin granulare cu poli (acid acrilic) s-a obținut un agent de condiționare granulat, cu alcalinitate mai mică decât a disilicatului și o curgere liberă bună care are compatibilitate mărită cu componentele din detergenți sensibili la pH alcalin.
Pentru utilizarea industrială, forma cristalizată a disilicatului de sodiu este încă scumpă, și se preferă forma amorfă, de cel mai multe ori în amestec cu carbonați alcalini.
B.4. Carbonați alcalini
Carbonatul și silicatul de sodiu au fost primii agenți de condiționare utilizați în compozițiile detergente. În secolul al XIX-lea, detergenții pe bază de săpun aveau în compoziție aceste componente ajutătoare, care să prevină formarea depozitelor insolubile și să ușureze albirea țesăturilor.
Carbonatul de sodiu acționează în procesul de spălare ca sursă de alcalinitate, menținând pH-ul peste valoarea 9 chiar după precipitarea ionilor divalenți și scăzând duritatea apei.
Alături de carbonatul de sodiu, în compozițiile detergente se utilizează și bicarbonatul de sodiu, care are avantajul de a reduce excesul de alcalinitate datorat altor componente din detergent.
Utilizarea amestecului celor doi carbonați prezintă însă și dezavantaje:
pH-ul ridicat al carbonatului este nefavorabil pentru anumite domenii de
spălare;
solubilitatea redusă a bicarbonatului influențează solubilitatea produsului
finit.
Sesquicarbonatul de sodiu, sare dublă carbonat/bicarbonat de sodiu cristalizată cu două molecule de apă (Na2CO3 NaHCO3 2H2O), îmbină avantajele celor două produse și elimină totodată dezavantajele.
Totuși, condiționarea detergenților numai pe bază de carbonați alcalini nu este satisfăcătoare, aceștia răspunzând foarte bine doar la două din aceste trei criterii cerute unui agent de condiționare modern: ecologie și cost. Din punctul de vedere al performanțelor lor detergente aceștia conferă doar valori medii compozițiilor din care fac parte.
C. Aditivi de detergență
În ultimii zece ani s-au produs schimbări majore în compozițiile detergente, determinate de nevoia de a face față creșterii restricțiilor ecologice. Acestea impun reducerea anumitor componente în compozițiile de spălare (surfactanți, înlocuirea surfactanților cu biodegradabilitate redusă sau proveniți din surse neregenerabile, scăderea – până la înlocuirea totală – a componentelor cu fosfor sau bor), folosirea detergenților în condiții care necesită consum redus de energie (temperaturi de spălare reduse) și de apă la spălare precum și reducerea consumului de detergenți pentru un ciclu de spălare (pentru aceeași cantitate de rufe spălate).
Aceste schimbări au însemnat, în primul rând, utilizarea în compozițiile detergente a unor componente care au rolul de a mări performanțele detergente, numite, din acest motiv, aditivi de detergență. Aceste componente pot avea un rol decisiv în în creșterea performanțelor detergente sau pot avea doar o funcție ajutătoare. Există însă și aditivi care nu influențează proprietățile de curățare, așa cum sunt componentele pentru protecția țesăturilor la radiații ultraviolete sau pentru respingerea insectelor.
În compoziția unui detergent, alături de componentele majoritare – surfactanți și agenți de condiționare – care reprezintă circa 50% din compoziție (12 – 22% surfactanți, 25 – 35% agenți de condiționare) se găsesc aditivii de detergență, care, cu excepția persărurilor a căror concentrație este de 10 – 20%, nu depășesc – fiecare în parte – mai mult de 5%.
Acești aditivi se împart în două grupe. Din prima fac parte ingredientele proactive: polimeri optici, agenți de albire chimică, enzime, albitori optici, antistatizanți, parfumuri și coloranți, iar cea de-a doua este reprezentată de agenții pentru controlul spumei și inhibatorii pentru transferul culorii.
Deși tendința este îndreptată spre utilizarea componentelor multifuncționale și reducerea costului detergentului, aditivii de detergență nu sunt componente ieftine. Astfel utilizarea acestora în proporție de numai 3 – 10% în compoziție conduce la creșteri cu 10 – 30% ale costului detergentului. Cu toate acestea, dat fiind beneficiile remarcabile ale utilizării acestora, în momentul de față formularea unei compoziții performante fără aditivi este de neconceput.
Cei mai importanți aditivi de detergență sunt sistemele de albire chimică, polimerii și enzimele, care au rol direct în creșterea detergenței. Albitorii optici și compozițiile de spumare au numai un rol ajutător în ceea ce privește proprietățile generale ale detergentului.
C.1. Agenți de albire chimică
Nu toate murdăriile întâlnite pe țesături pot fi îndepărtate în procesul în procesul de detergență prin așa numita spălare simplă, care implică numai metode fizico – mecanice. De aceea este necesară o etapă suplimentară, numită albire chimică, pentru a se obține efectul de curățare dorit.
Albirea țesăturilor a fost unul din scopurile cele mai importante ale utilizatorului de detergenți. Prin albire se înțelege, în general, modificarea culorii spre decolorare, adică creșterea emisiei de lumină vizibilă la același nivel al luminii adsorbite. Mai exact, albirea chimică este rezultatul degradării prin oxidare sau reducere a sistemelor colorate.
Coloranții ce pot fi modificați prin albire chimică se prezintă într-o mare varietate structurală. În general, aceștia sunt sisteme cromofore conținând legături duble carbon-carbon conjugate în lanțuri polimerice sau în sisteme chinoidale, care adu culoarea prin adiție la grupe auxocrome (amino, hidroxi, carboil). Albitorii chimici distrug sistemele cromofor sau modifică grupele auxocrome , ceea ce duce la degradarea compușilor colorați în unități mai mici, solubile în apă, și deci, mai ușor de îndepărtat în procesul de spălare. Cei mai utilizați albitori chimici în compozițiile detergente sunt oxidanții, datorită capacității de a distruge ireversibil (spre deosebire de reducători) murdăriile colorate fixate pe substraturile textile prin legături covalente și nu prin forțe de adeziune de natură fizică.
Murdăriile care pot fi îndepărtate prin albire chimică, în general de origine vegetală, sunt foarte variate, conținând predominant compuși polifenolici: antocianine de culoare roșie până la albastră (cireșe, mere, stafide, roșii), coloranți curcuma (muștar, curry); taninuri brune (fructe, ceai, vin roșu); polimeri organici de tip acid humic (cafea, ceai, cacao); derivați ai pirolului (clorofilă, betaine, produși de descompunere a hemoglobinei din urină); coloranți carotenoidici (morcovi, roșii). Alături de acestea, mai pot fi prezenți coloranți sintetici proveniți din produse cosmetice, cerneluri, vopsele pentru păr.
Albitorii chimici acționează asupra sistemelor cromofore, ducând la degradarea murdăriilor atât pe substrat cât și în flota de spălare, ceea ce are ca efect reducerea culorii petelor, care devin astfel invizibile pentru percepția vizuală. Albitorii chimici, pe lângă rolul principal în ușurarea curățării petelor provenite din sucuri de fructe, coloranți naturali sau sintetici, efect de antiredepunre și biocid în compozițiile detergente, au ca efect și creșterea sau menținerea performanțelor detergente pentru compozițiile cu conținut scăzut de surfactanți sau agenți de ondiționare. Hipocloritul de sodiu este un cunoscut albitor chimic pe bază de clor. Deși are foarte bune calități de îndepărtare a petelor și dezinfectare, nu poate fi folosit în detergenți datorită agresivității față de unele ingrediente prezente în compoziție.
Pentru detergenții granulați, componentele utilizate drept albitori chimici, sunt persărurile. Perboratul de sodiu monohidrat este mai adecvat pentru acest scop datorită, pe de o parte, solubilității și conținutului mai ridicat de oxigen activ în comparație cu perboratul tetrahidrat, și, pe de altă parte, stabilității mai mari la stocare decât a percarbonatului.
Multă vreme s-a considerat că efectul albitorilor chimici cu oxigen, don clasa cărora fac parte persărurile, se datorează apei oxigenate rezultate în urma reacției de hidroliză desfășurate în flota de spălare. pH-ul alcalin al acesteia favorizează eliberarea oxiamoniului conținut:
H2O2 + HO – H2O + HOO –
În condiții de pH mai scăzut, sub 10, peroxidul de hidrogen se poate descompune generând oxigen molecular:
2H2O2 2H2O + O2
Acesta nu numai că are o acțiune salbă de albire, dar influențează negativ calitatea țesăturilor datorită degradărilor pe care le determină. S-a demonstrat că albirea chimică produsă de perboratul de sodiu (PBS sau SPB) este datorată cel mai probabil, ionilor peroxidici HOO – rezultați prin hidroliză în soluții apoase:
[(HO)2B(OO)2B(OH)2]2- + H2O 2[(HO)2B(OH)OOH]- (1)
[B(OH)3OOH]- + H2O H2O2 + [B(OH)4]- (2)
[B(OH)4]- HO – + B(OH)3 (3)
H2O2 HOO – +H+ (4)
Perboratul de sodiu acționează în procesul de spălare nu numai prin capacitatea de albire chimică, ci și datorită compușilor cu bor care apar în flota de spălare în urma reacției de hidroliză. Aceștia au un rol complex în procesul de detergență, care constă în:
capacitate tampon și sursă de alcalinitate;
sechestrarea ionilor de calciu;
stabilizare electrostatică a murdăriilor solide specifice;
reducerea tensiunii interfaciale murdărie uleioasă/apă.
Perboratul de sodiu a fost utilizat prima dată în anul 1907 în compoziția primului detergent cu acțiune proprie produs de firma germană Henkel, PERSIL (PERboratSILicat).
Percarbonatul de sodiu (PCS sau SPC) este o materie primă utilizată în compozițiile detergenților granulați drept agent de albire chimică, având același rol ca perborații.
Percarbonatul de sodiu are un conținut de oxigen activ de 13,1% ceea ce reprezintă o valoare intermediară între cei doi perborați utilizați ca persăruri pentru condiționarea detergenților.
Tabel 1.21 Conținutul în oxigen activ al diferitelor persăruri
Alături de avantajul conținutului de oxigen activ, percarbonatul de sodiu are și avantajul unei solubilități mai mari în apă, decât perboratul de sodiu monohidratat, ceea ce ar putea însemna performanțe de albire chimică mai mari. Totuși, datorită creșterii alcalinității mediului ca urmare a carbonatului de sodiu rezultat prin hidroliză, efectul de albire este doar comparabil (efectul de albire chimică datorat acțiunii albitorilor cu oxigen este maxim la pH=10).
Percarbonatul de sodiu este considerat un agent de condiționare disfuncțional. Acesta acționează în flota de spălare ca agent de albire și sursă de alcalinitate care favorizează de obicei efectul general de detergență; totodată este și sursă de reducere a durității apei.
În general performanțele de albire chimică ale percarbonatului de sodiu sunt compatibile cu cele ale perboratului de sodiu monohidrat, perboratul cel mai eficient și cel mai utilizat ca agent de condiționare în producția mondială de detergenți, deoarece ușurează curățarea petelor (ceai, cafea, vin, coacăze), împiedică încenușirea, nu afectează culorile și nu degradează țesătura. În plus, utilizarea percarbonatului de sodiu la temperaturi scăzute dă posibilitatea condiționării detergenților cu conținut mai mic de activator de tip TAED decât în cazul perboraților (tetraacetiletilendiamina).
Reactivitatea mărită a percarbonatului de sodiu comparativ cu a perboraților, explicată de structura chimică diferită, ridică probleme de stabilitate a produsului la cntactul cu factorii externi: umiditate, metale grele, alte componente din detergenți. Această problemă a fost rezolvată de producătorii de percarbonat de sodiu în general prin modificări tehnologice, care au condus la obținerea unor granule regulate cu suprafața netedă, și prin acoperiri protectoare specifice, ceea ce asigură pe de o parte stabilitatea la stocare a produsului și pe de altă parte menținerea activității (conținutul de oxigen activ) în compoziția detergentă în timpul depozitării.
Deși fabricat încă de la începutul secolului al XX-lea percarbonatul de sodiu este destul de puțin utilizat drept agent de albire chimică pentru condiționarea detergenților granulați. Utilizarea sa a crescut odată cu creșterea ponderei detergenților compacți, pe piața mondială de detergenți ca urmare a densității ăn vrac mari, apropiată de a acestora. Restricțiile ecologice referitoare la emiterea conținutului de bor din detergenți au venit în sprijinul înlocuirii perboratului de sodiu, cel mai vechi albitor chimic utilizat pentru condiționarea detergenților, cu percarbonat de sodiu. Cu toate acestea percarbonatul de sodiu reprezintă numai 10% din totalul agenților de albire chimică utilizați pentru condiționarea detergenților.
Concentrația albitorului activ, adică a ionilor peroxidici, crește cu mărirea alcalinității și temperaturii băii de spălare și, evident, cu concentrația peroxidului în agentul de albire. În mod curent, pentru a se realiza o bună spălare pH-ul este peste 10. Dacă ph-ul băii de spălare și conținutul de persare depind de formularea detergentului temperatura de spălare depinde de utilizator.
C.2. Activatori de înălbire chimică
Deși se consideră că eliberează oxigen activ la temperaturi de peste 60oC, atingând performanțe optime la peste 80oC, albitorii peroxidici acționează totuși pentru îndepărtarea murdăriilor legate chimic chiar la temperaturi mai mici (40oC). Efectul este însă vizibil numai după mai multe cicluri de spălare.
Din motive de economie de energie la spălare, de protecție a țesăturilor și a culorilor s-a impus reducerea temperaturilor de spălare. Creșterea eficienței albitorilor chimici tip perborat de sodiu la temperaturi medii (60o) este posibilă prin folosirea activatorilor de albire în compozițiile detergente. Aceștia au fost utilizați prima dată în 1970.
Activatorii de albire – în general componente acilate – nu sunt catalizatori, ci acționează în cantități stoechiometrice, fiind necesare cantități considerabile în compoziția detergentă pentru a-și manifesta efectul de activare.Cei mai cunoscuți activatori de persăruri sunt: tetraacetilglicolurile – TAGU, pentaacetilglucoza – PAG, tetraacetiletilendiamina – TAED, diacetildioxohexahidrotriazina – DADHT. Cel mai vechi și mai utilizat în Europa este TAED.
TAED răspunde cel mai bine cerințelor ecologice și economice. Utilizat în compozițiile detergente cu albitori chimici în raportul de 4 – 6%, în raport 1:2,5-3,0 față de perboratul de sodiu tetrahidrat, TAED este stabil chimic, compatibil cu celelalte componente din formularea detergentă și stabil la pH-ul alcalin al flotei de spălare. Performanțe optime de albire se obțin la un pH având valoarea cuprinsă în intervalul 9,0 – 10,5. pH-uri mai mari favorizează reacția de hidroliză în dauna celui de hidroliză în dauna celei de perhidroliză pe când pH-uri mai mici determină formarea speciei protonate a anionului peracetic, ușurând descompunerea sa. Mecanismul probabil al reacției de perhidroliză: * structură necunoscută
Fig.1.22. Mecanismul reacției de perhidroliză în sistemul SPB/TAED
Performanțele de albire chimică ale sistemului SPB/TAED la temperaturi medii se explică prin formarea acidului peracetic în urma reacției de perhidroliză, cu performanțe de albire chimică mai bune decât apa oxigenată mai ales la temperaturi scăzute.
În această reacție numai două din cele patru grupe acetil ale TAED reacționează cu perboratul de sodiu, ceea ce explică de ce pentru două părți TAED sunt necesare trei părți de SPB pentru ca o compoziție detergentă care conține albitori chimici să fie performantă chiar la temperaturi medii.
Sistemul de albire chimică SPB/TAED, comparativ cu SPB (perborat de sodiu), are și efect dezinfectant, datorat acțiunii antimicrobiene a acidului peracetic. Din această cauză dispare și mirosul specific în timpul spălării articolelor textile. În afară de TAED, în America se utilizează pentru condiționarea detergenților granulați nonanoiloxibenzen sulfonatul de sodiu (NOBS). Acesta, în flota de spălare generează acidul pernonanoic ca agent efectiv de albire chimică.
[NUME_REDACTAT] se utilizează lauroiloxibenzensulfonatul de sodiu (LOBS) și acidul dodecanoiloxibenzencarboxilic (DOBA).
Deși reprezintă cantități mai mici decât prepararea (circa 70% din cantitatea de albitor chimic), utilizarea activatorilor duce la creșteri ale costurilor detergenților. Creșterile nu pot fi neglijate, în ciuda efectului evident al acestora în procesul de curățare a murdăriilor rezistente la spălare și chiar a efectului bactericid, amândouă foarte importante pentru spălarea la temperaturi scăzute.
Albirea chimică la temperaturi medii se poate realiza și prin utilizarea peracizilor organici: 1,12 – dodecandipercarboxilic, monoperoxiftalic, 2 – octildiperoxisuccinic, compuși care ridică însă probleme în ceea ce privește stabilitatea și compatibilitatea cu celelalte componente din detergent, mai mari decât sistemele de albire bazate pe persăruri și activatori. În asemenea sisteme, stabilitatea poate fi mărită prin legarea ionilor metalelor grele (fier, mangan, cupru) utilizând componente specifice de tip fosfonat.
Deosebit de eficient este și disilicatul de sodiu cristalizat, datorită capacității de legare a ionilor polivalenți.
Peracizii policarboxilici (polimaleic, poliacrilic sau copolimeri ai acestora), în formă acidă sau ca săruri alcaline, au – pe lângă o bună capacitate de legare a ionilor divalenți și de complexare a ionilor grei – proprietăți de dezinfectare și albire chimică.
C.3 Catalizatori de albire chimică
Reducerea costurilor și chiar a timpului necesar pentru îndepărtarea petelor prin albire chimică se poate realiza prin utilizarea catalizatorilor de albire. Aceștia se utilizează în cantități mult mai mii decât activatorii, fiind eficienți la nivel ppm în forța de spălare.
Primul catalizator de albire, complexul triazociclononan – mangan (MnTACN), a fost folosit la scară industrială în compozițiile detergente în 1944. Datorită deteriorării țesăturilor textile, în scurt timp procesul a fost scos din compozițiile detergente destinate spălării țesăturilor, rămânând a fi utilizat drept catalizator de albire chimică numai în produsele pentru spălarea veselei în mașini de spălat.
Utilizați în cantitate foarte mică, de numai 10 – 20 ppm, complecșii salenici sunt eficienți pentru activarea persărurilor la temperaturi de 20 – 50oC în flote de spălare cupH-ul în domeniul 10,5 – 11,5. Acest tip de catalizator este mai puțin agresiv decât MnTACH, dar nu are performanțele de albire ale acestuia.
Comparând eficiența și accesibilitatea diferitelor sisteme de albire chimică persare/activator (SPB/TAED, SPC/TAED, SPB/NOBS), presare/catalizator (SPC/complex salenic), peracizi organici (PAP), rezultă că cel mai folosit sistem este încă sistemul de tip persare/activator. Există însă șanse foarte mari ca în scurt timp să fie înlocuit cu peracizi organici (PAP) datorită, în primul rând, reducerii cantitative a componentelor de albire chimică din compoziția detergentă.
C.4. Albitori fotochimici
Un loc deosebit de în cadrul aditivilor pentru albire chimică îl ocupă aditivii pentru fotoalbire, produse care adsorb energia luminoasă mai ales în domeniul roșu al spectrului, și o transmit moleculelor de oxigen din aerul atmosferic. Oxigenul astfel activat poate albi și degrada murdăriile oxidabile: ceai, cafea, vin roșu, sucuri de fructe, sosuri, ouă, iarbă. Albitorii fotochimici pot descompune substanțe, care apoi pot fi degradate de microorganisme. Aceștia sunt eficienți chiar la concentrații foarte mici. Acest tip de produse, cum sunt tetraazotetrabenzoporfina sau ftalociainsulfonatul de zinc acționează în fazele în care țesăturile sunt ude, fie în timpul prespălării, fie în timpul procesului de uscare în aer liber. Deși par a fi mai adecvați pentru zonele geografice tropicale, cu mult soare și în care țesăturile sunt uscate în spații deschise, albitorii fotochimici sunt destul de utilizați și în unele păți din Europa.
C.5. Utilizarea polimerilor ca aditivi de detergență
Spălarea, în volume mici de apă a determinat introducerea unor polimeri specifici în compozițiile detergente, care să împiedice redepunerea murdăriei și a coloranților îndepărtați în procesul de spălare fie pe substratul de pe care u fost îndepărtate, fie pe alte substraturi. Acești aditivi sunt mai importanți în condițiile spălării în volume mici de apă, deoarece concentrația de murdărie și/sau colorant este mai mare în acest caz decât în cel al spălărilor obișnuite.
Deși polimeri de tip carboxilmetilceluloză s-au utilizat în compoziții detergente încă din anul 1940, utilizarea compușilor polimerici a crescut în ultimii 25 de an, odată cu restricțiile impuse utilizării tripolifosfatului de sodiu. În compozițiile detergente, în funcție de structura chimică aditivii polimerici pot avea rol de agenți de:
antiredepunere;
sechestrare;
îndepărtare și suspendare a murdăriei;
inhibarea transferului de culoare eliberarea murdăriei;
procesare.
În procesul de detergență un rol deosebit revine agenților de antiredepunere.
Agenții de antiredepunere sunt substanțele macromoleculare solubile în apă, care acționează prin adsorbție și formare de straturi cu efecte electrostatice și sterice protective atât pe substrat cât și pe murdăria solidă specifică.
Primul agent de antiredepunere a fost carboximetilceluloza CMC (1940), care are însă efect numai pentru substraturi hidrofile.
Antiredepunerea este însă deosebit de importantă pentru substraturile hidrofobe cu potențial ridicat de remurdărire. În marea lor majoritate murdăriile sunt hidrofobe. În funcție de natura substratului (hidrofil sau hidrofob) trebuie ales un anumit agent e antiredepunere. Dacă carboximetilceluloza este polimerul cel mai utilizat ca agent de antiredepunere pentru substraturile din bumbac, pentru țesăturile sintetice sunt necesari derivați eterici ai celulozei (hidroxietilceluloză, metilhidroxietilceluloză, metilhidroxipropilceluloză), săruri ale acizilor policarboxilici, polimeri vinilici cu lanțuri polietilenglicolice grefate sau derivați ai polietilenimidei.
Homo- și copolimerii acrilici reprezintă clasa cea mai importantă de polimeri pentru condiționarea detergenților, datorită acțiunii complexe în procesul de detergență. Aceștia acționează prin următoarele mecanisme:
– adsorbție la interfețe;
– împiedicarea creșterii cristalelor sărurilor de calciu și magneziu insolubile;
sechestrarea ionilor divalenți (Ca2+; Mg2+);
– suspendarea substanțelor insolubile.
Datorită ușurinței de a se adsorbi pe substratul textil și pe murdărie, policarboxilații reduc redepunerea prin creșterea sarcinii negative totale a sistemului substrat/murdărie.
Mărirea barierei de respingere și creșterea potențialului electrocinetic face mei dificilă redepunerea murdăriei.
Polimerii carboxilici ușurează udarea suprafețelor și măresc solubilitatea surfactanților în soluții concentrate, favorizează pătrunderea acestora la interfața substrat – murdărie și, deci, detergența.
Acționând atât în etapa de îndepărtare a murdăriilor adsorbite fizic pe substraturi (bentonite, praf, uleiuri) cât și în cea de-a doua etapă de spălare (antiredepunerea, prin dispersarea și menținerea murdăriei în stare suspendtă stabilă în flota de spălare) policarboxilații ușurează procesul de detergență și îmbunătățesc menținerea gradului de alb al țesăturilor, chiar după spălări repetate.
Eficiența polimerilor carboxilici în fiecare etapă a procesului de detergență poate fi asigurată prin modificarea proprietăților homo- și copolimerilor: masă molară, distribuția și natura chimică a monomerilor. Pe primul loc în ceea ce privește utilizarea se află copolimerii acid acrilic – acid maleic cu masa medie 70.000 g/mol, utilizați mai ales în Europa.
Copolimerii acid acrilic – acid maleic s-au dovedit a fi mai eficienți decât poliacrilații în procesul de detergență.
Datorită rolului pe care îl au în îmbunătățirea performanțelor detergente, policarboxilații derivați de la acidul acrilic se folosesc ca aditivi pentru detergenți nu numai în compozițiile condiționate cu zeoliți (7 – 8%) ci și în cele cu conținut redus de STPP (tripolifosfat de sodiu).
Deși măresc performanțele compozițiilor detergente cu conținut redus sau fără STPP, poliacrilații ridică probleme din punct de vedere ecologic, având biodegradabilitate redusă. Din acest motiv au fost introduși în compozițiile detergente polimeri obținuți din materii prime naturale. Astfel de polimeri sunt poliaspartani, cu structură asemănătoare proteinelor, ușor degradați de bacterii și fungi sau polizaharidele derivate de la amidon, care sunt mai puțin eficiente în condiții de apă dură, alături de lactoleionați cu performanțe de agenți de condiționare.
Detergenții viitorului, care trebuie să fie biodegradabili, eficienți la concentrații mici și temperaturi scăzute de spălare trebuie să conțină polimeri multifuncționali cu rol de condiționare (chelatizare). Este cazul N – acetilentriacetatului de sodiu (ED3A), agent de chelatinizare cu acțiune superficială, biodegradbil, netoxic și neiritant.
C.5.1. Polimeri pentru inhibarea transferului de culoare
Împiedicarea colorării țesăturilor în timpul procesului de detergență ca urmare a coloranților desprinși de pe alte substraturi prin spălare se poate realiza prin utilizarea în compozițiile detergente a aditivilor polimerici cu rol de inhibare a transferului de culoare.
Cel mai cunoscut și utilizat polimer inhibator pentru transferul culorii este poli (vinil pirolidona) (PVP), polimer neionic, solubil în apă, având masa medie 40.000 g/mol, care formează complecși solubili în apă cu anumite tipuri de coloranți. Legătura realizată în complexul format între PVP și colorantul din flota de spălare este mai puternică decât cea dintre acesta din urmă și substratul textil, astfel încât este împiedicată aderarea colorantului din flotă la un nou substrat și deci colorarea sa.
Componente din compozițiile detergente, cum sunt surfactanții care conțin în moleculă azot (alchilaminele polietoxilate) sau chir agenții de condiționare (silicatul de sodiu) pot acționa în procesul de spălare și ca inhibatori pentru transferul culorii. Rol de aditivi pentru inhibarea transferului de culoare pot avea și complecșii salenici utilizați drept catalizatori de albire chimică. În procesul de detergență aceștia participă nu numai la albirea petelor specifice, dar și la decolorarea prin oxidare a coloranților îndepărtați de pe substraturi în timpul spălării. Din păcate, aceste componente au efecte nefavorabil asupra rezistenței țesăturii și mătuiesc culorile. O alternativă eficientă și mai puțin agresivă o reprezintă enzimele de tip oxidoreducătoare.
Ca o prelungire a rolului polimerilor inhibatori pentru transferul culorii ar fi aditivii care împiedică decolorarea țesăturilor în timpul procesului de spălare, astfel încât să nu mai fie necesară împiedicarea transferului de culoare. Asemenea probleme sunt deosebit de importante în cazul spălării în care raportul dintre murdăria îndepărtată și flota de spălare scade, ca urmare a reducerii volumului de apă la spălare sau datorită utilizării apei rămase de la o spălare la o nouă spălare (cazul spălării manuale sau a mașinilor de spălat neautomate).
C.5.2. Polimeri pentru eliberarea murdăriei (soil release)
În compozițiile detergenților moderni se folosesc și aditivi specifici denumiți soil release. Aceștia sunt componente care ușurează eliberarea murdăriei în procesul de spălare, iar pe de altă parte împiedică murdărirea în timpul utilizării. Polimerii se adsorb pe substrat și se mențin după clătire și uscare, modificând suprafața țesăturii datorită formării unui film protector care are ca efect reducerea polarității suprafeței și scăderea aderenței murdăriei. Substraturile sintetice, sau chiar în amestec cu bumbac, sunt hidrofobe. Aceasta înseamnă capacitate de udare redusă, deci curățare dificilă și murdărire ușoară, în general c murdării hidrofobe, în mod specialo grase.
Cei mai cunoscuți polimeri de acest tip sunt derivați ai polialchilentereftalatului provenind din eteri fereftalici la care s-au adăugat gupe polare. Datorită structurii specifice, de asemenea polimerii aderă la substraturile poliesterice sau chiar la poliester/bumbac, inhibă penetrarea și ușurează îndepărtarea murdăriei grase prin creșterea hidrofiliei substratului, determinată de prezența grupelor polare în moleculele polimerului.
Utilizați la concentrații mai mici de 1% în compozițiile detergente polimerii soil release sunt eficienți la câțiva ppm datorită efectului cumulativ în cursul mai multor cicluri de spălare. Aditivii polimerici pot avea diferite roluri în procesul de detergență, în funcție de structura chimică.
Efectele polimerilor în procesul de detergență
Tabel 1.23. efectele polimerilor în procesul de detergență
Utilizarea în compozițiile detergente a unor aditivi polimerici specifici pentru ușurarea îndepărtării murdăriei poate avea ca urmare reducerea conținutului de surfactanți din compoziția detergentă. Aceasta deoarece pot forma amestecuri sinergetice cu surfactanții, al căror rol principal în procesul de detergență este îndepărtarea murdăriei de pe substraturi.
C.6. Utilizarea enzimelor drept aditivi de detergență
În cazurile reale, murdăriile întâlnite pe substraturile textile sunt foarte complexe, constituite cel mai adesea din: materiale solubile în apă (săruri anorganice, zahăr, uree, transpirație); pigmenți (oxizi metalici, carbonați, silicați, humus, negru de fum din funingine); grăsimi (animale, uleiuri vegetale, sebum, uleiuri minerale, ceruri); proteine (din sânge, ouă, lapte, celule de pe piele); carbohidrați (amidon) și pigmenți organici naturali din fructe, legume, vin, cafea, ceai. Murdăriile legate covalent de substraturile textile, fie ca pete, fie prin legături între substrat și murdăria solidă specifică, pot fi îndepărtate numai prin ruperea legăturilor. Această rupere se poate realiza atât prin oxidare, cât și prin acțiunea unor componente capabile să hidrolizeze murdăriile în segmente mai mici, mult mai ușor de îndepărtat cu ajutorul soluției de spălare. Asemenea componente sunt enzimele.
Enzimele, numite și biocatalizatori, sunt proteine cu masă molară mare, care catalizează degradarea unor substraturi organice specifice, ușurând astfel îndepărtarea petelor rezistente la spălare provenind din: sânge, iarbă, sosuri, cacao, grăsimi animale, uleiuri, sebum. Biocatalizatorii inițiază și accelerează reacțiile chimice, chiar în condiții blânde. Acestea reacționează numai cu anumite componente, formând complecși de tip enzimă-substrat, din care enzimele se separă după transformarea substratului. Astfel, în formă nemodificată, enzimele devin disponibile pentru o nouă reacție.
Proprietățile catalitice și specificitatea pentru substrat sunt determinate de configurația tridimensională, specifică proteinelor. Astfel, centrii activi sunt mai ușor accesibili pentru desfășurarea reacțiilor catalitice.
O enzimă este activă, adică capabilă să hidrolizeze moleculele murdăriei, atât timp cât configurația sa nu a fost modificată atât de mult încât să se reducă semnificativ accesibilitatea centrilor activi la substrat. Principalele caracteristici ale enzimelor sunt activitatea și stabilitatea.
Acestea sunt influențate în general, de factori care determină degradarea proteinelor. Enzimele utilizate pentru detergenți sunt hidrolaze, adică produse capabile să ușureze hidroliza murdăriilor de diferite naturi, care se găsesc mai ales sub formă de pete rezistente la spălare: proteine, amidon, grăsime.
Performanțele enzimelor într-un produs de spălare sunt determinate de:
detergent: – compoziție (surfactant/surfactanți agenți de condiționare,
persăruri, tărie ionică);
-conținut de enzimă;
substrat: – natura țesăturii;
-compoziția murdăriei;
condiții de spălare: – temperatură;
-timp;
-pH.
Structura tridimensională a enzimelor este protejată de prezența ionilor de calciu în flota de spălare, ioni care însă nu sunt favorabili procesului de detergență, prin condiționarea detergenților urmărindu-se tocmai diminuarea influenței acestora.
Cele mai utilizate enzime pentru condiționarea detergenților sunt: proteazele, aminazele, lipazele, celulozele.
Deoarece au o mare specificitate pentru substratul pe care îl degradează, enzimele pot îndepărta numai anumite tipuri de murdărie. Astfel, proteazele ușurează îndepărtarea petelor proteice, amilazele ușurează îndepărtarea petelor provenind din murdării conținând amidon, iar lipazele a celor conținând grăsimi.
Enzimele acționează nu numai asupra murdăriilor specifice constituite ca pete, ci și asupra celor grase sau amidonului desprinse de pe substrat și prezente în flota de spălare, degradându-le și reducând astfel capacitatea de redepunere.
Acțiunea proteazelor în procesul de detergență:
Acțiune chimică:
Proteine peptide/aminoacizi (solubili)
Acțiune în procesul de spălare – ușurează îndepărtarea murdăriilor proteice provenite din: ouă, sânge, lapte, cacao, iarbă, spanac.
Schema:1.24. acțiunea proteazelor în procesul de detergență
Prima protează a fost utilizată în detergenții granulați în anul 1963, iar în detergenții lichizi în anul 1981.
Degradarea amidonului este deosebit de importantă pentru împiedicarea încenușirii, deoarece poate acționa în timpul spălării ca liant între țesătură și murdăria solidă specifică prezentă în flota de spălare.
Acțiunea amilazelor în procesul de detergență:
Acțiune chimică:
Amidon carbohidrați solubili.
Acțiune în procesul de spălare – ușurează îndepărtarea murdăriilor provenite din: ciocolată, sos de friptură, suc de cartofi, suc de morcovi, iarbă.
Schema 1.25 –Acțiunea amilazelor în procesul de detergență
Prima amilază a fost utilizată în detergenții granulați în anul 1973, iar în detergenții lichizi în anul 1986.
Murdăriile grase rezistente la curățare pot fi îndepărtate prin spălare la temperaturi ridicate cu produse capabile să formeze flote în care pH-ul să nu scadă dramatic în timpul spălării. În ciuda performanțelor de curățare, acest procedeu este nefavorabil pentru substratul textil, scăzând rezistența și grăbind degradarea sa după mai multe cicluri de spălare. Curățarea petelor de grăsime poate fi considerabil ușurată, în condiții de alcalinitate și temperaturi reduse, prin utilizarea în compozițiile detergente a lipazelor, enzime specifice pentru degradarea grăsimilor. Prin acțiunea lipazelor, murdăriile grase pot fi hidrolizate la compuși solubili și deci mai ușor de îndepărtat în procesul de spălare. Lipazele acționează atât asupra murdăriilor grase legate pe substrat, situate între fibre sau chiar în interiorul acestora, cât și a murdăriilor grase desprinse de pe substraturi și prezente în flota de spălare. Degradate prin hidroliză la acizi grași, aceste murdării se redepun mai greu sau chiar deloc în timpul spălării.
Acțiunea lipazelor în procesul de detergență:
Acțiune chimică:
Grăsimi/Uleiuri di-, monogliceride/acizi grași, glicerină
Acțiune în procesul de spălare – ușurează îndepărtarea murdăriilor grase provenite din: sebum uman, ulei de salată, grăsimi din prăjeli, produse cosmetice.
Schema 1.26. –Acțiunea lipazelor în procesul de detergență
Prima lipază a fost utilizată în detergenții granulați în anul 1988, iar în detergenții lichizi în anul 1992.
Un loc aparte îl ocupă celulazele, enzime care nu acționează asupra murdăriei, ci chiar a substratului din bumbac care trebuie curățat prin spălare.
Celulazele previn formarea și/sau îndepărtează microfibrilele formate pe fibrele celulozice prin purtare sau spălări repetate, accelerând hidroliza acestora.
Formarea acestor microfibrile pe suprafața țesăturii este dezavantajoasă. Pe de o parte, datorită proprietății de a împrăștia lumina, microfibrilele dau senzația pierderii strălucirii substraturilor textile, iar pe de altă parte acestea constituie un mijloc de ușurare a reținerii murdăriei în timpul utilizării și de îngreunare a îndepărtării murdăriei în procesul de spălare.
Acțiunea celulazelor în procesul de detergență:
Acțiune chimică:
Fibre celulozice celobioză/glucoză
Acțiune în procesul de spălare – ușurează îndepărtarea microfibrilelor de pe țesăturile textile având ca efect:
– conservarea/împrospătarea suprafețelor textile
– conservarea/împrospătarea culorilor
– ușurarea îndepărtării murdăriei (indirect)
– scăderea încenușirii (redepunerii murdăriei).
Schema 1.27- Acțiunea celulazelor în procesul de detergență
Prima celulază a fost utilizată în detergenții granulați în anul 1987, iar în detergenții lichizi în anul 1993.
Celulazele îndeplinesc, în timpul spălării, un rol complex. Acestea acționează ca: agenți de antiredepunere, agenți pentru albire/strălucire și menținere a culorii și chiar ca agenți pentru tușeu.
Performanțele enzimelor din compozițiile detergente sunt determinate de caracteristicile acestora, depinzând de natura detergentului. Pentru detergenți granulați sunt importante următoarele caracteristici:
uniformitatea distribuției enzimelor în produsul finit;
umiditatea produsului;
compoziția detergentului (natura surfactanților, sărurile de condiționare, prezența sistemelor de albire chimică);
iar pentru cei lichizi:
pH-ul;
conținutul de apă;
compoziția detergentului (natura surfactanților, sărurile de condiționare, agenții de stabilizare).
Deși, în general performanțele de curățare ale enzimelor cresc cu mărirea concentrației, creșterea acesteia peste un anumit nivel nu mai aduce măriri importante.
Progresele în domeniul ingineriei genetice și modelăriei moleculare, au determinat îmbunătățirea caracteristicilor enzimelor, în sensul reducerii sensibilității la oxidare, la mediul alcalin, tărie ionică și temperatură și creșterii eficienței la utilizare.
Lipazele din noua generație (Lipex – Novozymes) au performanțe îmbunătățite. Spre deosebire de lipazele din prima generație, care degradau murdăriile grase după mai multe cicluri de spălare, acestea le degradează încă din primul ciclu. Noul tip de enzime, numit enzime „biobleaching” acționează în procesul de albire chimic, catalizând reacția de oxidare cu peroxizi și realizând o albire economică și ecologică la temperaturi scăzute, cu efecte minime asupra țesăturilor și mediului.
O realizare deosebită în domeniu este obținerea enzimelor cu ajutorul extremofilelor, acele microorganisme care se dezvoltă cel mai bine în condiții extreme de temperatură, presiune sau alcalinitate, condiții regăsite în izvoare fierbinți, geisere, ghețari, lavă vulcanică, lacuri alcaline. În anul 1997, a fost obținută astfel o celulază, fiind primul produs obținut la scară industrială pornind de la o extremofilă.
Noua generație de enzime: oxidare și peroxidare, celulaze și lipaze eficiente în primul ciclu de spălare, contribuie – alături de clasicele proteaze – la mărirea eficienței procesului de detergență prin reducerea temperaturii și a timpului de spălare, îmbunătățirea culorii și chiar împiedicarea migrării culorilor.
Deși se utilizează în concentrații mici, sub 1%, și nu se consumă în procesul de detergență, enzimele pot înlocui unele componente din compozițiile detergente și pot scădea consumul de detergent la spălare odată cu ușurarea îndepărtării petelor, chiar la temperaturi joase.
Utilizarea enzimelor în detergenți a crescut rapid după 1980 odată cu apariția lipazelor, ajungându-se ca începând din 1992 în compozițiile detergente să fie utilizate amestecuri de două, trei sau chiar patru enzime.
Enzimele sunt componente acceptate nu numai datorită eficienței îndepărtării murdăriilor rezistente la spălare, ci și din punct de vedere al protecției mediului înconjurător, fiind considerate produse ecologice. Acestea se obțin din materii prime provenite din surse naturale regenerabile și, datorită structurii proteice, sunt total și ușor biodegradabile. Utilizarea enzimelor în compozițiile detergente conduce la reducerea conținutului de surfactanți din detergenți, la micșorarea temperaturii de spălare și la reducerea cantității de detergent necesar pentru o spălare.
Deși sunt produse scumpe comparativ cu surfactanții, datorită eficienței în creșterea performanțelor detergente ale produselor de spălare și conținutului necesar redus, enzimele – și mai ales amestecurile de enzime – au devenit un aditiv obligatoriu pentru condiționarea detergenților performanți.
C.7. Albitori optici
Introduși pentru prima dată în compozițiile detergente în 1949 (Sil – Germania), agenții fluorescenți de albire, numiți și albitori optici, au cunoscut o puternică dezvoltare și diversificare în perioada 1950-1970.
Agenții de albire optică sunt compuși organici care conțin grupe cromofore ale căror sisteme de electroni II absorb lumina ultravioletă și reemit energia absorbită în cea mai mare parte în domeniul spectral vizibil, ca lumină albastră fluorescentă. Acțiunea acestora are ca efect mascarea nuanței gălbui a țesăturilor (datorită utilizării îndelungate sau curățirii defectuoase) astfel încât capătă aspect de alb strălucitor, numit uneori alb care îți ia ochii.
Albitorii optici din detergenți sunt importanți pentru procesul de spălare deoarece conferă albire țesăturilor aparent albe și strălucire țesăturilor colorate, mascând efectul nefavorabil al murdăriei necurățate asupra strălucirii albului (murdăria rămasă pe substratul textil absoarbe tot în domeniul UV).
Pentru a fi considerat albitor optic bun, un compus chimic trebuia să fie substantiv pentru substratul textil, să se distribuie uniform în pudra de spălare și să fie stabil în compoziția detergentă. Toate acestea în condițiile în care, în compoziția detergenților moderni, conținutul de surfactanți neionici și persăruri este mărit. În prezența surfactanților este neionici și a apei, sistemele de albire chimică (persare/activator) sunt extrem de agresive pentru cromofori în general și deci pentru electroni II ai albitorilor optici. În funcție de structura granulei de detergent, de umiditate și cantitatea de surfactant neionic, peracizii generați de sistemul de albire chimică pot ataca, ca agenți electrofili, mai ușor sau mai greu molecula de albitor optic, ducând la ruperi ale legăturilor duble stilbenice sau aminofenilice.
Cei mai cunoscuți albitori optici sunt cei de tip clorură de cianuril/acid diaminostilben disulfonic (CC/DAS) și de tip distrilbifenil (DSBP). Cel din urmă este un albitor optic mai rezistent la opțiunea degradativă a albitorilor chimici prezenți în compoziția detergentă și chiar la expunerea la lumină. Prin expunere îndelungată la lumină, albitorii de tip CC/DAS se pot degrada în co produse, rezultând coloranți galbeni a căror prezență pe țesături este dăunătoare pentru efectul de albire optică.
O nouă clasă de albitori optici stabili la persăruri o constituie compușii dibenzofuranilbifenilici (DBFBP), care însă sunt mai puțin solubili și mai greu de distribuit în compoziția detergenților și în flota de spălare. Structura chimică a DAS (Tinopal DMS-X, Ciba) și DSBP (Tinopal CBS-X, Ciba).
Fig. 1.28.Formule chimice de albitori optici.
Performanțele aditivilor pentru albire optică depind de natura substratului textil, de compoziția detergentului și de condițiile de spălare. Albitorii optici de tip cianurildiaminostilbenic și distirilbifenilic sunt foarte ușor degradați în soluții diluate sub acțiunea oxigenului și luminii solare, iar dibenzofuranilbifenilii suferă o degradare fotochimică.
Deși utilizați în vantități mici (0,1 – 0,4%), albitorii optici au un efect deosebit pentru eficiența generală a unui detergent determinând creșterea luminozității albului țesăturilor albe și conferind strălucire celor imprimate, ca urmare a intensificării albului de fond și creșterii contrastului.
Cu toate acestea, în ultimii 20 de ani nu s-au făcut progrese notabile în ceea ce privește obținerea unor noi compuși cu proprietăți de albie optică.
C.8. Aditivi de parfumare
Utilizați pentru prima dată în anii ’50, aditivii de parfumare sunt în zilele noastre o componentă de nelipsit din detergenți. Deși nu contribuie la îmbunătățirea performanțelor detergente, aditivii de parfumare sunt un factor definitoriu pentru asigurarea succesului unui detergent, având capacitatea de atragere a consumatorului și de a îmbunătăți imaginea unui produs.
Compozițiile de parfumare sunt foarte complexe, conținând uneori chiar sute de specii moleculare, a căror îmbinare duce la obținerea unor mirosuri atractive și persistente. În general, acestea sunt amestecuri de componente naturale și sintetice cu diferite grade de volatilitate, alese astfel încât să confere unui parfum notele de bază, de mijloc și de vârf.
Notele de vârf dau mirosul produsului, fiind constituite din componente cu volatilitate mare, cum ar fi limonele sau alcoolul feniletilic. Datorită volatilității relativ mari dispar repede în timpul procesului de spălare și clătire, astfel încât nu sunt reținute pe substraturi.
Notele de mijloc sunt datorate componentelor cu volatilitate intermediară și solubilitate mică în apă. Datorită acestor proprietăți pot fi reținute pe substraturi după spălare.
Notele de bază sunt conferite de materii prime cu volatilitate și solubilitate mică. Datorită afinității pentru substraturi, mirosul acestora se poate păstra pentru mai mult timp. Pentru ca o compoziție de parfumare să-și atingă scopul, nu este suficient ca acesta să aibă un miros plăcut și persistent, ci trebuie să fie compatibilă cu compoziția de detergentă. Performanțele unei compoziții de parfumare utilizată ca aditiv într-un detergent sunt influențate de compoziția detergentă, în special de agenții de albire chimică și de alcalinitate.
Dacă la început compozițiile de parfumare au fost utilizate în detergenți pentru a acoperi mirosul specific, mai puțin plăcut, al unor componente (de exemplu, mirosul de produse petroliere pe care putea să-l aibă dodecilbenzensulfonatul de sodiu utilizat ca surfactant anionic pentru condiționarea detergenților, înainte de apariția 1-alchilbenzensulfonatului de sodiu), în momentul de față rolul acestora este mai important.
O compoziție de parfumare trebuie să răspundă următoarelor cerințe:
să acopere mirosul specific spațiilor în care are loc spălarea și să confere
un miros plăcut în timpul procesului de spălare;
să dea miros plăcut detergenților, ca produse de consum;
să confere miros plăcut articolelor textile după spălare și chiar după uscare
și călcare;
Pentru a fi eficientă, o compoziție de parfumare utilizată pentru condiționarea detergenților, trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
să fie stabilă la pH ridicat (9 – 11);
să fie compatibilă cu celelalte componente din detergent;
să fie stabilă la temperaturi ridicate (60 – 90o);
să aibă rezistență la oxidare (perborat, hipoclorit, aer);
să aibă viteză mică de trecere prin materialul ambalajului;
să răspundă bine cerințelor ecologice.
O parte semnificativă din compoziția de parfumare se pierde prin evaporare chiar înainte ca detergentul să ajungă la consumator. Pierderea poate varia de la câteva procente la 50% și depinde, în mare măsură, de temperatură, și de caracteristicile ambalajului (tip de ambalaj și dimensiuni).
Utilizate în cantități mici, sub 1%, compozițiile de parfumare – datorită notelor specifice, pot conferi o valoare de cumpărare suplimentară unui detergent fără a acționa asupra performanțelor de curățare ale produsului.
C.9. [NUME_REDACTAT] spumării unui detergent este de mare importanță pentru succesul unui detergent pe piață. Consumatorul este foarte sensibil la capacitatea de spumare a unui detergent, fie că acesta este destinat spălării manuale indicând consumatorului eficiența produsului, sau un mare dezavantaj atunci când este vorba de spălări în mașini automate.
În cazul spălării manuale, un volum prea mare de spumă sau o spumă stabilă influențează numai clătirea, determinând creșterea volumului de apă și a efortului necesar unei îndepărtări bune.
Pentru spălarea în mașini automate, spumarea intensă poate avea efecte dramatice, de la deversarea din mașină până la reducerea eficienței curățării ca urmare a scăderii turației și scurtării ciclului de spălare, sau chiar blocarea mașinii de spălat. Nu trebuie neglijat aspectul blocării unei cantități de surfactant în spumă și, prin urmare, scăderea cantității de surfactant din lichidul de spălare disponibil pentru îndepărtarea murdăriei în procesul de detergență. În cazul subdozării detergentului sau utilizării unui produs de spălare cu conținut mai mic de surfactant, această reducere poate avea ca efect scăderea gradului de curățare.
Spumarea este un proces complex care, în cazul unui detergent, depinde de foarte mulți factori: obiceiurile de spălare, timpul și temperatura de spălare, duritatea apei.
Spuma formată în timpul spălării nu este un indicator pentru eficiența procesului. De cele mai multe ori, produsele care formează spumă puțină și instabilă sunt foarte eficiente: întreaga cantitate de surfactant rămâne disponibilă pentru îndepărtarea murdăriei și spuma se îndepărtează cu ușurință prin clătire, fără să rămână pe substrat nici surfactant (din spumă) și nici murdărie reținută. O spumare intensă poate fi favorabilă spălării articolelor textile numai atunci când este vorba de spălarea articolelor delicate din mătase sau lână, când formarea spumei are ca efect, reducerea acțiunii mecanice la care acestea sunt supuse prin frecare.
Spuma generată în procesul de detergență este o dispersie de aer în lichidul de spălare, care reprezintă faza continuă. În timpul spălării, se poate forma prin suflare, acțiune mecanică sau frecare.
Când se vorbește despre spuma formată în timpul spălării se face referire la volumul și stabilitatea spumei. Spuma poate fi instabilă – dispare după câteva secunde sau minute – sau stabilă – poate rezista câteva ore. Stabilitatea spumei este corelată cu viteza de curgere a lichidului în filmul care înconjoară bula de aer. Dacă la început este important rolul gravitației, odată cu scăderea grosimii filmului de lichid rolul acesteia scade devenind foarte importante interacțiunile interfaciale, datorate prezenței surfactantului.
Spumarea unui detergent poate fi reglată de formulator prin alegerea surfactanților sau prin adăugarea aditivilor de detergență numiți antispumanți. Antispumanții previn formarea spumei sau accelerează distrugerea acesteia. În primul caz, ioni anorganici cum sunt cei de calciu, influențează stabilitatea electrostatică sau reduc conținutul de surfactanți anionici prin precipitare. Utilizarea surfactanților neionici alături de cei anionici poate reduce spumarea produsului formulat. Rezultate mai bune pot fi obținute prin utilizarea amestecului ternar surfactant anionic – surfactant neionic – săpun. În prezența ionilor de calciu din flota de spălare se formează săpunul de calciu insolubil, ale cărui molecule – mai mult sau mai puțin hidrofobe – pot pătrunde în filmul lichid din spumă, care devine astfel heterogen. Partea de lichid în contact cu moleculele hidrofobe devine din ce în ce mai subțire și, în cele din urmă, bulele se sparg. În cel de-al doilea caz, compuși anorganici sau organici înlocuiesc moleculele de surfactant din filmul lichid, reducând stabilitatea spumei.
În general, un antispumant este o dispersie de particule hidrofobe solide: silice, hidrocarburi, minerale (dioxid de titan), hidrocarburi fluorurate (Teflon) într-un lichid hidrofob (polieteri, siliconi, fluorocarburi, hidrocarburi). Cei mai utilizați antispumanți, ca aditivi de detergență, sunt antispumanții siliconici constituiți din silice, drept componentă solidă hidrofobă și polisiloxani, drept componentă lichidă.
Antispumanții siliconici destabilizează spuma prin împrăștiere, moleculele migrând spre suprafața filmului de lichid și înlocuind moleculele de surfactant. În acest fel, vâscozitatea interfacială scade, se reduce elasticitatea filmului, crește viteza de curgere și spuma se sparge.
Pentru a fi eficienți, antispumanții utilizați ca aditivi de detergență trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
să aibă tensiune superficială mai mică decât mediul spumant;
să fie insolubili în mediul spumant;
să fie rezistenți la emulsionare și degradare chimică;
să aibă capacitate mare de împrăștiere;
să fie siguri pentru utilizatori,
să fie ușor de vehiculat de către producători;
să fie în concordanță cu legislația de mediu referitoare la detergenți.
Antispumanții, pentru a fi eficienți trebuie să acționeze pe întreaga durată a procesului de spălare.
Controlul spumei în timpul procesului de detergență devine din ce în ce mai important în condițiile detergenților moderni granulați (cu conținut ridicat de surfactanți și albitori chimici) utilizați în volume mici de apă de spălare și în mașini cu acțiune mecanică sporită. Toți aceștia sunt factori care favorizează formarea spumei și, prin urmare, antispumanții devin aditivi obligatorii pentru condiționarea detergenților.
C.10. Aditivi protectori pentru radiații UV
Lumina soarelui este sursa vieții pe pământ. Spectrul său la suprafața Pământului este cuprins între 280 și 3000 nm. Dacă dozele mici de radiații UV (280-420 nm) sunt necesare pentru sănătatea omului, fiind esențiale pentru sinteza vitaminei D în organismul uman, dozele mari pot produce serioase neajunsuri pielii, de la banalele arsuri solare până la îmbătrânirea prematură a pielii și în unele cazuri temutul cancer de piele.
Pielea omului poate fi protejată de soare atât prin utilizarea cremelor ecran protector cât și prin folosirea unei îmbrăcăminți adecvate. Capacitatea de protecție a unei creme se exprimă prin factorul de protecție solară (FPS sau SPF), adică raportul dintre timpul mnim de expunere după care apar efecte nedorite atunci când se utilizează crema protectoare și timpul minim de expunere după care apar efecte nedorite fără utilizarea acesteia.
Oricât ar fi de surprinzător, îmbrăcămintea nu poate proteja suficient de efectele dăunătoare ale radiațiilor UV cauzate de expunerea îndelungată. Articolele textile, utilizate ca îmbrăcăminte, absorb cea mai mare parte din lumina vizibilă, dar numai parțial radiațiile UV, astfel că acestea pot ajunge, în cantitate destul de mare, pe piele. Acest fenomen este cunoscut sub numele de ,,transmisie difuză” a textilelor.
Capacitatea de protecție a țesăturilor poate fi caracterizată de o mărime similară factorului de protecție solară, numită factor de protecție la radiațiile UV (FPU sau UPF).
Cercetările au arătat că articolele textile din bumbac protejează mai puțin decât cele din poliester sau din lână, Articolele albe lasă să treacă o cantitate mai mare de radiații UV decât cele colorate, cele mai eficiente culori fiind negru, bleumarin închis și galben.
Capacitatea de protecție a articolelor textile din bumbac la radiațiile UV poate fi mărită prin fixarea pe tesătură a unor componente capabile să absoarbă radiațiile UV, împiedicând astfel trecerea acestora în piele. Cel mai simplu, și la îndemâna oricui, mod de creștere a FPU este spălarea cu detergenți conținând astfel de componente, numite aditivi protectori pentru radiații UV sau aditivi protectori UV.
Aditivii protectori UV, componente de tip albitori optici (derivați stilbenici modificați), cu efect cumulativ și rezistenți la următoarele spălări, măresc factorul de protecție. Articolele textile astfel spălate protejează din ce în ce mai bine pielea la agresiunea radiațiilor UV. Având proprietăți fluorescente, aditivii protectori UV destinați condiționării detergenților au și efecte similare albitorilor optici. Sunt compatibili cu celelalte componente din detergenți și nu au efecte negative asupra substraturilor textile din bumbac albite optic, nu afectează albul și nici strălucirea culorilor.
Schimbarea obiceiurilor de viață și reducerea stratului de ozon, reducere care favorizează radiațiile UV, fac ca necesitatea protecției omului la agresivitatea acestora prin îmbrăcăminte să crească din ce în ce mai mult. Utilizarea aditivilor UV protectori pentru condiționarea detergenților reprezintă o cale comodă pentru creșterea protecției solare prin spălarea articolelor de îmbrăcăminte.
1.2.6. Poluarea mediului cu detergenți și consecințele acestui fenomen
Detergenții ca agenți de spălare sunt o sursă foarte importantă de poluare a apelor de canalizare atât datorită cantităților foarte mari utilizate în acest scop cât și diverselor aspecte structurale legate de biodegrabilitatea lor. Cantitatea cea mai mare a detergenților din apele de canalizare va fi deversată apoi în apa râurilor și lacurilor, putând ajunge și în apa freatică.
Consecințele nocivității detergenților asupra apelor pot fi grupate astfel:
calitatea apelor de suprafață (aspect, proprietăți organoleptice, spumarea,
adsorbția);
calitatea biologică a apelor de suprafață (limitarea transferului de oxigen,
toxicitatea pentru faună și floră);
dificultatea de epurare a apelor uzate;
creșterea turbulenței apelor cu reducerea puterii de autoepurare a râurilor;
fosfații și nitrații influențează foarte mult procesul de eutrofizare;
dificultăți în tratarea apei potabile;
influențe asupra permeabilității solului cu apariția substanțelor active în
pânza freatică;
Caracterul toxic al detergenților manifestat la nivelul organismelor vii se datorează grupării hidrofobe cu caracter lipofil din mocelula acestora.
Structura membranei celulare este de tip lipoproteic cu formațiuni proteice intercalare ceea ce va permite străbaterea acesteia cu ușurință de către compușii lipofili.
Studiile efectuate asupra animalelor cele mai influențate (cele acvatice), respectiv peștii, au demonstrat că toxicitatea detergenților înseamnă oprirea respirației acestora.
Toxicitatea se manifestă în următorul mod:
-modificarea secreției de mucus și prin intermediul acestuia îndepărtarea celulelor epiteliale;
-apariția unei insuficiențe respiratorii (asfixie);
-tulburări de echilibru;
-imobilizare și în scurt timp moartea animalului;
Cercetările de diverse tipuri asupra detergenților și toxicității acestora la nivelul organismului uman au condus la concluzia că aceștia nu sunt periculoși pentru om și mamifere. În cazul animalelor acvatice nocivitatea se va manifesta prin modificarea schimbului de gaze la nivelul bronhiilor, iar la nivelul hamatiilor blocarea unor reacții de oxido-reducere, cu implicații în schimbul oxigen-dioxid de carbon.
Organismele vegetale ale fitoplanctonului, algele, bacteriile se adaptează într-o oarecare măsură la diversele concentrații ale agenților tensioacivi.
Detergenții cu componentă ,,petroleum” sunt extrem de iritante pentru organismul uman și provoacă distrucții la nivelul ficatuli și rinichilor.
O metodă modernă de curățire și spălare este aceea a unui sistem format din dioxid de carbon și un surfactant. Polimerii formează micele care vor prelua și transporta murdăria. La sfârșitul procesului de curățire dioxidul de carbon este reciclat ca și surfactantul. Este o metodă modernă care nu determină poluarea mediului cu murdărie și compuși tensioactivi.
Prezența agenților tensioactivi în apele potabile poate avea consecințe directe sau indirecte cum sunt:
-modificări ale proprietăților organoleptice;
-influența negativă în tratarea apei;
-eutrofizarea lacurilor.
Cantitatea de detergent la care se simte modificarea proprietăților organoleptice este situată în concentrații de 40-50 mg detergent anionic/l. Influența detergenților în procesele de epurare se manifestă la concentrații cuprinse între 4-5 mg/l și reprezintă intervenția în procesul de coagulare. Acest aspect se prezintă prin împiedicarea sedimentării flocoanelor fenomen dependent în principal de concentrația de compuși subsidiari îndeosebi fosfați complecși. Aceștia sunt scindați în ortofosfat prin hidroliză. Preluarea fosfaților de către celule conduce la procesul numit ,,înflorirea apei” care reprezintă eutrofizarea sa. Lacurile cu adâncimi mai mici de 50 m sunt cele mai expuse fenomenului de eutrofizare. Sedimentele se vor acumula cu ușurință datorită acestor adâncimi și atingerea anumtor niveluri pentru nutrienți va determina proliferarea plantelor în zona litorală, creșterea algelor macroscopice și scăderea nivelului de oxigen al apei. Procesul de eutrofizare se desfășoară în patru etape:
acumularea de săruri minerale și nutritive;
proliferarea algelor și puternica poluare cu fitoplancton;
moartea masei de alge și un consum rapid al oxigenului din straturile profunde și
accelerarea vitezei de depunere a nămolurilor bentonice. Peștii specifici apelor reci, curate, dispar;
Apariția fermentațiilor anaerobe după dispariția totală a oxigenului dizolvat în
straturile profunde, cu producerea de metan, sulfuri rezultate din reducerea sulfaților, hidrogen sulfurat din sulfuri, amoniac din compușii azotați.
Din punct de vedere al puterii toxicității acute, respectiv riscul de mortalitate la ingerarea crescută de detergent s-a constatat că nu sunt semnalate accidente mortale. Toxicității scăzute a detergenților anionici și neionici le se opune simptomatologia prin esență diareică, hemolitică. La animele puterea toxicității, potrivit speciei, se situează între 1-2,3 g de detrgenți anionici per kg de animal.
Absorbția repetată, în doze mici, a agenților de suprafață, poate avea o influență nefastă asupra organismului uman. 99,5% dintr-un detergent ABS absorbit pe cale bucală este eliminat la 8 zile după absorbție. Indiscutabilă este toxicitatea lor asupra pielii, fiind un factor principal pentru dermatitele de contact.
Aceste aspecte sunt foarte importante și pentru cunoașterea altor aspecte având în vedere faptul că unii detergenți, SLS, compus anionic prezintă o largă aplicabilitate în produsele utilizate de om cum sunt produsele cosmetice. El este un component important cu rol emulgator mai ales pentru creme, șampoane, paste de dinți. Cunoașterea aspectelor de toxicitate, îndeosebi apariția fenomenelor toxice la utilizare prelungită a unor astfel de componente este foarte importantă.
Compușii de acest fel pot determina reacții alergice de tip dermatită de contact foarte importante, dar și sensibilitate de tip întârziat.
Consumul arg al acestor produse ca și obligativitatea utilizării unui surfactant, îndeosebi de tip anionic, pentru proprietățile deosebite ale produsului finit și pentru obținerea unor forme stabile în timp face ca studiile în acest domeniu să se extindă și în acest teritoriu pentru a stabili dozele nenocive și asocierile protectoare care sunt necesare.
Biodegradabilitatea compușilor tensioactivi
Faptul că unii detergenți anion activi pot fi atacați de microorganismele comune din sol, din apă și din instalațiile de epurare biologică este cunoscut începând din 1950, odată cu constatarea practică a nocivității di râuri cauzate de consumul crescut de substanțe de spălare, accelerând descoperirea mijloacelor de combatere a acestor aspecte. Gradul și viteza biodegradării sunt diferite în funcție de tipul de compus activ. O deosebire netă a fost făcută între alcooli sulfatați, ușor biodegradabili și compușii alchil-aril sulfonați. Compușii cu grupare alchil benzen sulfonică sunt foarte ușor biodegradabili. În general, din punct de vedere al biodegradabilității compușii au fost împărțiți în compuși ,,moi” sau ,,duri”, respectiv compuși ușor sau greu biodegradabili. Compușii de tip ABS provin în general din industria petrolului și sunt obținuți prin condensarea olefinelor pe un nucleu aromatic urmată de o sulfonare. Printre moleculele de ABS există și tipuri mai greu biodegradabile putând exista chiar amestecuri din ambele tipuri.
La procesul de biodegradare participă o serie de bacterii cum sunt: Serratia marcrescens, Ps. Fluorescens, culturi mixte de bacterii de sol sau ciuperca Phialophora jeans care se poate întâlni în instalațiile de tratare a apelor reziduale. Din punct de vedere experimental ciuperca Phialophora jeans, în prezența glucozei, este capabilă să elimine ABS în concentrație de 10 ppm
Capitolul II
Experimentul didactic –
metodă de învățământ utilizată în predarea chimiei
2.1. Definirea conceptelor: metodă didactică, procedeu didactic, metodologie didactică
În procesul de învățământ, profesorul acționează prin intermediul unor metode de predare- învățare. S-a constatat că exersarea funcțiilor intelectuale este condiționată nu numai de conținuturile date, ci și de forma în care acestea sunt aduse la cunoștința elevilor.
În sens larg, metoda este calea urmată pentru atingerea unui scop, pentru obținerea unui rezultat, un mod sistematic de lucru, de gândire, de căutare a adevărului (gr. ,,methodos” alcătui din ,,odos”=cale și ,,metha”=spre)
Prin metodă de învățământ se înțelege un anumit mod de organizare sau raționalizare a unei acțiuni determinate de predare și învățare. Metoda de învățământ precizează ,, în ce fel”, ,,cum” anume trebuie să acționeze profesorul cu elevii săi pentru a realiza obiectivele propuse.
Metoda de învățământ are o triplă semnificație:
pentru profesori metoda este o tehnică de predare, un mod de organizare a
învățării, de control și evaluare;
pentru elevi este o tehnică de învățare, de asimilare a cunoștințelor și
deprinderilor, a unor capacități și competențe;
pentru profesori și elevi constituie un mod de lucru comun, având drept scop
atingerea obiectivelor propuse.
Procedeul didactic este o componentă a metodei, dar are o arie de acțiune mai restrânsă.
Metoda didactică include în structura o suită de procedee. Fiecărei operații îi corespunde un procedeu. Astfel, procedeul reprezintă un detaliu, o particularizare sau o componentă a metodei. În acest sens, metoda didactică poate fi definită ca un ansamblu organizat de procedee.
Între metodă și procedeu relațiile sunt dinamice, astfel încât metoda poate deveni ea însăși un procedeu în cadrul altei metode, cum de alt fel și procedeul poate deveni metodă la un moment dat. De exemplu, o experiență de laborator ( demonstrativă) poate constitui un procedeu atunci când, pe baza lui, se formulează o serie de exerciții și probleme, dar și invers, exercițiul poate deveni un procedeu în cazul experimentului de laborator.
Ansamblul metodelor de predare și învățare utilizate constituie ceea ce se numește metodologia procesului de învățământ.
Metodologia didactică este știința care studiază natura, funcțiile, locul și clasificarea metodelor utilizate în organizarea și conducerea procesului de instruire și învățare.
Metodologia didactică este teoria care studiază metodele, având menirea de a stabili principiile care stau la baza utilizării lor cu eficiență maximă.
Datorită complexității situațiilor de predare – învățare, metodele de învățământ nu se pot folosi în mod izolat, ele se structurează în complexe de metode, mijloace și tehnici în raport cu situația pe care o servesc. Această combinație între metode, mijloace și tehnici adecvate situațiilor de predare – învățare este cunoscută sub denumirea de strategie didactică.
Strategia didactică reprezintă proiectarea, organizarea și realizarea unei înlănțuiri de situații de predare învățare prin parcurgerea cărora se realizează obiectivele instructiv – educative.
2.2. Funcțiile metodelor de învățământ
Metodele didactice prezintă câteva funcții cu caracter general și comun. Acestea sunt:
funcția cognitivă care are rolul de organizare, de dirijare a învățării, de elaborare
a noi cunoștințe;
funcția instrumentală cu rol de intermediar între elev și materia de studiat, între
obiective de îndeplinit și performanțe;
funcția normativă cu rol de a arăta ,,cum” să se predea, ,,cum” să se învețe, astfel
încât să se obțină cele mai bune rezultate;
funcția motivațională care are rolul de a stimula curiozitatea, de a trezi interesul
și dorința de cunoaștere;
funcția formativ – educativă cu rol de exersare a proceselor psihice și motorii
concomitent cu însușirea cunoștințelor și formarea priceperilor și deprinderilor.
2.3. Clasificarea metodelor de învățământ
2.3.1. [NUME_REDACTAT] de învățământ se clasifică în diverse moduri, având la bază anumite criterii. Clasificarea metodelor devine o problemă de interes teoretic și de mare importanță practică, deoarece influențează alegerea și utilizarea lor adecvată situațiilor date.
Nu este mai puțin adevărat că, pe măsură ce se extinde mai mult variația metodelor, cu atât sarcinile unei clasificări a acestora devine mai anevoioasă. Efortul întreprins în această direcție se adeverește a fi o încercare mai greu de atins. Principala problemă apare nu atât în operația de clasificare propriu-zisă, cât în găsirea criteriului cel mai adecvat pe temeiul căruia ar urma să se efectueze structurarea dorită. O delimitare cu precizie, pe baza unuia și aceluiași criteriu, este aproape imposibilă, spun cercetătorii în domeniu, deoarece nu se poate stabili poziționarea unei metode într-un grup sau altul, deoarece funcția și respectiv locul fiecăreia diferă de la o situație la alta. Astfel, o metodă poate, de exemplu, să devină demonstrativă într-o secvență de învățare și euristică în altă secvență.
Ca urmare, se poate considera ca fiind relativă oricare dintre clasificările admise de specialiști. Nici o clasificare nu este perfectă și cu atât mai puțin rigidă. Clasificarea metodelor de învățământ rămâne o problemă deschisă în continuare preocupărilor de acest gen ale pedagogiei contemporane.
În literatura de specialitate apar clasificări foarte diferite, astfel unele sunt înclinate să adopte criterii externe organizării actului instituțional cum ar fi cele de ordin istoric, sfera de aplicare, natura mijloacelor de învățământ sau organizarea muncii, altele și cele mai multe recurg la criterii interne cum ar fi natura obiectivelor, tipurile de învățare, gradul de activizare a operațiilor mintale, gradul de control și de independență acordat elevilor.
2.3.2.Clasificări ale metodelor de învățământ
În cele ce urmează sunt prezentate câteva, dintre încercările cele mai reprezentative și mai des utilizate în literatura și practica pedagogică de actualitate, ale clasificărilor metodelor de învățământ.
O primă clasificare are în vedere un criteriu istoric, departajând astfel metodele de învățământ în două grupe:
metode vechi, denumite și ,,tradiționale” sau ,,clasice”, în esență cele care fac apel la comunicarea directă;
metode noi sau moderne, expresia celor mai recente inovații pedagogice, în esență aceste metode sunt centrate pe elev, pe activitatea și dezvoltarea personalității acestuia.
[NUME_REDACTAT] ( 1963) împarte metodele vechi în:
metode didacticiste, acestea sunt metode verbale, centrate pe memorie
reproductivă, s-a considerat că sunt lipsite de interes pentru elev;
metode atractive, acestea sunt bazate pe utilizarea jocului;
metode intuitive aceste metode sunt bazate pe observarea lucrurilor prin utilizarea
imaginilor, machetelor, modelelor;
metode tradiționale, acestea se bazează pe experiența anterioară, ele conduc la o
cultură intelectuală superficială și formală.
Același autor, [NUME_REDACTAT], afirmă că metodele noi sunt cele care pornesc de la principiul potrivit căruia ,,școala este făcută pentru copil și nu copilul pentru școală”. Datorită acestui lucru, el grupează metodele noi astfel:
metode libertine, anarhiste, autorul consideră că acestea sunt soldate cu eșec și
sortite abandonării;
metode active care sunt inspirate din sistemele pedagogice care s-au bazat pe
progresele cunoașterii copilului. Aceste metode se interesează, în primul rând, nu pe acumularea de cunoștințe, ci pe transformarea personalității sale găsindu-și utilizare pe toate treptele de învățământ, de la cel preprimar până la cel universitar.
Cercetătorii în domeniu au ajuns la concluzia că nu tot ceea ce este vechi este și demodat, cum nu tot ceea ce este nou este și modern.
Un alt criteriu de clasificare este după gradul de generalitate, de extinderea sferei de aplicabilitate. După acest criterii există:
metode generale cum ar fi: expunerea, prelegerea, conversația, lucrările practice. Aceste metode sunt valabile în predarea celor mai multe discipline;
metode particulare sau speciale. Aceste metode sunt restrânse la predarea unor
anumite discipline.
De primele metode, cele generale, se ocupă didactica generală, în timp ce
metodele particulare, speciale, sunt prezentate în didactica specială, destinată studiului disciplinelor cum ar fi: matematica, educație muzicală, educație plastică, educație fizică.
Un alt criteriu de clasificare a metodelor de învățământ se referă la organizarea individuală/socială a muncii. În acest sens se disting:
Metode de activitate individuală. Acestea la rândul lor se divid în:
activități libere;
activități sub directa îndrumare a profesorului;
activități programate.
Metode de activitate în doi (perechi sau duale)
activități profesor – elev ( tutore – elev);
activități elev – elev.
Metode de activitate în echipă ( în microgrupuri ) care se referă la:
grupuri efectuând aceeași activitate;
grupuri efectuând sarcini diferite.
Metode de activitate cu grupul/ clasa de elevi. Aici se disting metodele:
metode de muncă frontală profesor – clasă ( în sens unic);
metodă de dialog profesor – clasă ( în dublu sens);
metode de muncă colectivă ( în sens multiplu, cu angajarea tuturor membrilor
colectivului de elevi ).
Metode de activitate în grupuri mari, de dimensiuni superioare acelora unei clase.
Aceste metode pot fi de tipul:
conferința, videoconferință;
dezbateri în grupuri mari.
Ultimele metode de lucru în colectiv sau sociale se bazează pe mecanismul
adaptării individului la viața socială. Aceste metode trebuie aplicate în mod armonios astfel încât atât individul cât și colectivul să reprezinte obiectul de instrucție și educație pentru a se realiza un echilibru progresiv între individualizarea culturii intelectuale și socializarea acesteia. Specialiștii au ajuns la concluzia că unele tendințe și curente ajung să pună accentul pe o individualizare excesivă a învățământului excluzând colectivul, alte tendințe sunt de a se pune accentul pe o socializare exagerată a muncii, excluzând individul, de aceea, ei consideră că o ,,socializare ” a individului și o ,,personalizare” a grupului reprezintă două laturi fundamentale și inseparabile ale unui singur proces reunit în cadrul instruirii. Aceste metode de lucru în colectiv trebuie să țină cont și de alte aspecte și anume faptul că nu toate grupurile sunt constituite uniform, unele grupuri pot fi omogene, altele eterogene.
O altă clasificare, foarte des întâlnită, adoptă drept criteriu modul efectiv în care
elevii sunt puși în contact direct sau indirect cu realitatea. Metodele se pot diferenția în:
metode directe;
metode indirecte.
În acest caz influențele directe sau indirecte manifestate de profesor pot impune un control riguros asupra activității de învățare ceea ce ar conduce la a reduce la minimum independența elevului sau, dimpotrivă, pentru a mări gradul de libertate manifestată de elev. Astfel, metodele din categoria influențării directe cum ar fi: expunerea, conversația dirijată, instruirea programată sau învățarea algoritmică ar impune un control asupra efortului de învățare, ceea ce conduce la cenzurarea prematură a ideilor, la blocarea spontaneității și originalității gândirii elevilor. Pe de altă parte metodele de influențare indirectă cum ar fi cele bazate pe învățarea euristică, prin cercetare sau redescoperire au efecte contrare, ele sunt favorabile acceptării și utilizării ideilor elevilor, dezvoltând o motivație mai puternică pentru învățare și se consideră că aceste metode conduc spre performanțe școlare net superioare față de metodele directe.
Un alt criteriu de clasificare a metodelor de învățământ este determinat de modul de influențare directă/indirectă, explicită/implicită specifică instituțiilor școlare sau organizațiilor non-școlare făcându-se distincție între metodele formale și metodele informale de instruire și educație.
Cele mai obișnuite clasificări, ale metodelor de învățământ, întâlnite în lucrările de didactică și manualele de pedagogie iau în considerație funcția fundamentală pe care diversele metode o îndeplinesc în cadrul procesului de învățământ, împărțindu-le în două mari categorii:
metode de predare și învățare propriu-zise. Acestea la rândul lor pot fi ordonate
după obiectivul principal în:
metode de transmitere și asimilare a cunoștințelor;
metode de formare a priceperilor și deprinderilor;
metode de fixare ( consolidare ) a cunoștințelor, priceperilor și deprinderilor;
metode de aplicare a cunoștințelor;
metode de verificare.
metode de evaluare a rezultatelor învățării și a proceselor care le explică. În
privința acestei diviziuni se face observația că ea nu respectă regulile logice ale clasificării, în sensul că nu metodele se deosebesc după obiective, ci folosirea lor variată, adaptându-se nevoii de realizare a unor obiective didactice diferite, nu în condiții de egală eficiență.
Unii autori, ca J. Piaget ( 1972 ) și W. Okon ( 1974) iau drept criteriu de clasificare suportul purtător de informație sau mijlocul prin intermediul căruia elevii intră în posesia cunoștințelor, astfel ei vorbesc despre:
metode bazate pe cuvântul vorbit și scris, adică metode verbale și livrești. La
rândul lor aceste metode sunt subîmpărțite de [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT] în expozitive și interogative
metode bazate pe observarea directă ( concret-senzorială ) a obiectivelor și
fenomenelor realității adică metode intuitive sau demonstrative.
metode bazate pe acțiune (activitate practică ) ceea ce vizează experimentele sau
lucrările practice de laborator, de teren, de atelier, activități cu caracter productiv.
Alături de acestea se poate adăuga instruirea programată și cea realizată prin radio sau televiziune, căi mai deosebite și mai complexe care cu greu și-au putut găsi un loc bine stabilit în ansamblul metodologic.
Cea mai dificilă clasificare pare să fie cea după tipurile de învățare deoarece fenomenul învățării umane poate fi privit și interpretat din mai multe puncte de vedere, lăsând loc la tot atât de multe criterii de diviziune a căilor prin care se realizează efectiv organizarea învățării.
În acest sens există:
învățarea prin receptare. Aceasta se realizează prin metode verbale și livrești
denumite și metode receptive.
învățarea prin descoperire. Aceasta se realizează prin metode euristice și metode
de cercetare.
învățarea prin acțiune practică care se realizează prin activități practice și
productive.
învățarea prin creație se realizează prin activități cu caracter creativ.
Dacă se ia drept criteriu de bază modul de administrare a experienței umane ce urmează să fie însușită în procesul de învățământ se pot distinge următoarele tipuri de învățare:
învățarea algoritmică bazată pe secvențe operaționale;
învățarea euristică realizată prin rezolvări de probleme;
învățarea programată a cărei desfășurare este reglată prin intermediul feedback-ului;
învățarea prin modelare și analogie;
învățarea prin creație. Fiecărui tip de învățare îi corespunde anumite metode de
învățare.
Un alt criteriu de clasificare, după [NUME_REDACTAT], ar fi funcție de cei doi
,,subiecți” ai procesului de învățământ profesorul pe de o parte și elevul de cealaltă parte. În funcție de relațiile stabilite între aceștia, metodele pot fi divizate în:
metode autoritare, directive
metode liberale, permisive. Fiecare dintre aceste metode implică un anumit tip de
relație între profesor și elevi. Astfel, există metode ce țin de activitatea profesorului și metode bazate pe activitatea elevilor.
În unele lucrări de specialitate precum și în activitatea curentă se sesizează o încercare de grupare a metodelor după predominanța sau exclusivitatea activității profesorului sau a elevului, mai exact după gradul de activizare, de unde și denumirea de metode pasive sau metode active. Legitimitatea acestei clasificări este însă contestată deoarece se consideră că orice metodă implică o anumită activitate, dar mai ales, este greu de prevăzut limita de unde începe și unde se sfârșește adevăratul activism al elevului. De multe ori sub aparența unei pasivități se ascunde o intensă participare, trăire a momentului de învățare dat.
După modul de determinare a caracterului activității de învățare solicitate sau a gradului de dirijare a învățării, se disting:
metode algoritmice, în care activitatea subiectului este dirijată în întregime , pas
cu pas, în mod riguros, în detaliu;
metode nealgoritmice, în care activitatea elevilor este dirijată incomplet, cerându-
le independență, auto-organizare. Aceste metode pot fi subîmpărțite în două tipuri:
metode semialgoritmice;
metode euristice, acestea îndeamnă elevii la căutări independente, la investigații
personale, lăsând libertate subiectului să alegă el însuși operațiile necesare găsirii soluțiilor la problemele de rezolvat.
Unii autori logicieni, psihologi dar și practicieni sunt înclinați să împartă metodele în funcție de operațiile logice dominante în parcurgerea drumului de la necunoaștere la cunoaștere, aici se disting:
metode de analiză ( analitice) și metode de sinteză (sintetice);
metode globale și parțiale;
metode empirice (inductive) și metode teoretice (deductive);
metode de extrapolare și interpolare;
metode genetice, comparative, analogice, etc. Acestei clasificări i se aduce
învinuirea că metodele pot fi folosite atât în sens inductiv cât și deductiv, de exemplu:
în unele lucrări se acceptă ideea unor metode parțiale și metode globale ( Flexman, Brown), în alte lucrări aplicând criteriul sugerării activității științifice metodele de predare se împart în: ilustrative, de problematizare, de cercetare ( Skatkin, Lerner). În alte lucrări se disting: metode didacticiste, atractive, interogative, intuitive și atractive ( Leif). O clasificare în funcție de dezvoltarea istorică a metodelor a dat naștere la trei categorii: metode obiective, metode verbale, metode practice ( Okon).
Din cele prezentate mai sus se observă o multitudine de clasificări a metodelor de învățământ după criterii diferite, ceea ce arată că la criterii și clasificări diferite, există și adeziuni diferite.
2.4 Sistemul de metode structurat după sursele cunoașterii
Faptul că nu există un criteriu unic de clasificare a metodelor didactice,
specialiștii adoptă un alt unghi de vedere în elaborarea unui sistem de analiză și clasificare a metodelor pentru a ajunge la un sistem mai cuprinzător, mai coerent și mai operativ în ceea ce privește utilizarea adecvată a acestora după natura conținuturilor și sarcinilor concrete de învățare. Astfel, dacă se ia drept criteriu de bază al construcției sistemului de metode la care noi ne gândim și anume principalul izvor al învățării, principala sursă a cunoașterii organizate sub egida școlii se pot distinge patru mari categorii de metode și anume:
Metode de comunicare și dobândire a valorilor socioculturale;
Metode de explorare sistematică a realității obiective;
Metode fundamentale de acțiune (practică);
Metode de raționalizare a conținuturilor și operațiilor de predare – învățare.
1. Metode de comunicare și dobândire a valorilor socioculturale
Metodele de comunicare orală bazate pe limbajul oral, pe cuvântul rostit se pot subdiviza în metode expozitive și interogative.
Metodele expozitive ( afirmative) dintre acestea fac parte: narațiunea, descrierea,
explicația, demonstrația teoretică, prelegerea școlară, prelegerea universitară, conferința, expunerea cu oponent, prelegerea-discuție, conferința-dezbatere, informarea, micro-simpozionul, instruirea prin înregistrări sonore, video, instructajul.
Metode interactive (interogative, conversative, dialogate) de diverse tipuri:
conversația euristică, discuțiile sau dezbaterile, consultația în grup, dezbaterea de tipul ,,mesei rotunde”, dezbatere de tip Phillips-66, asaltul de idei, dezbaterea pe baza jocului de asociație de cunoștințe, discuția dirijată, metoda focus- grup, metoda acvariului, metoda mozaicului.
Metode de instruire prin problematizare (învățarea prin rezolvare de situații
problemă)
Metodele de comunicare scrisă, acestea sunt bazate pe limbajul scris sau cuvântul tipărit, ele constau în instruirea prin lectură sau învățarea pe textul tipărit, analiza de text, informarea și documentarea.
Metodele de comunicare oral-vizuală sunt bazate pe limbajul audio-vizual și constau în instruirea prin filme, instruirea prin televiziune, instruirea prin tehnici video.
Metodele de comunicare interioară dintre care se remarcă; reflecția personală și experimentul mintal.
Școala modernă nu se poate baza doar pe metode orale sau livrești, ci tinde să cultive în mod ascendent interesul pentru acele forme de învățare care se regăsesc în acțiunea sistematică de explorare sau investigare proprie.
2. Metode de explorare organizată a realității, aceste metode obiective, intuitive se pot grupa în:
a) metode de explorare directă a realității, dintre aceste metode putem aminti observarea sistematică independentă, experimentul sau observarea în condiții de experimentare, cercetarea documentelor, studiu de caz, efectuarea de studii comparative, explorarea prin coparticipare la evenimentele vieții cotidiene.
b) metode de explorare indirectă a realității, aceste metode se bazează pe explorarea substitutelor obiectelor și fenomenelor reale. Dintre acestea putem aminti metodele demonstrative și metodele de modelare.
Societatea actuală este preocupată de pregătirea tineretului pentru o viață activă, de aceea a apărut necesitatea introducerii metodelor bazate pe acțiune.
3. Metode bazate pe acțiune.
Aceste metode servesc la însușirea de noi cunoștințe, priceperi și deprinderi cu aplicare la realitatea practică. Pot fi metode operaționale sau instrumentale.
După caracterul acțiunii metodele bazate pe acțiune se pot diviza în:
Metode bazate pe acțiune efectivă, reală sau autentică. Ele încep cu metodele de
exersare (tehnica exercițiului) și continuă cu diferite tipuri de lucrări practice și anume: lucrări experimentale, lucrări de atelier, activități creative, elaborare de proiecte și continuă până ajung la instruirea prin muncă, la diferitele forme ale muncii productive.
Metode de acțiune simulată sau fictivă, din a căror categorie fac parte jocurile
didactice, jocurile de rol, învățarea dramatizată, învățarea pe simulatoare.
4.Metode de raționalizare a conținuturilor și operațiilor de predare învățare, centrate pe performanță. Dintre aceste metode de raționalizare putem aminti: metodele algoritmice, [NUME_REDACTAT] de Calculator (IAC).
O reprezentare grafică ne va permite o orientare mai rapidă printre metodele descrise mai sus:
Fig. 2.29. Sistemul metodelor de predare/învățare în reprezentare grafică
2.4.1 Experimentul – metodă fundamentală în învățarea științelor naturii
Importanța activităților instructiv educative
De multă vreme s-a constatat că între spiritul științei și predarea științelor în școală s-a acumulat o discordanță, că într-o civilizație care se bazează în mare măsură pe științele experimentale, majoritatea metodelor de învățământ neglijează cultivarea spiritului experimental la școlari (Lariccia, Gherardini,1977). Dacă știința contemporană, nu poate fi concepută în afara experimentului promovat la scară largă, în mod cu totul firesc apare nejustificată aplicarea atât de redusă a metodelor experimentale în studierea științelor naturii. Obiectivele educaționale ne obligă la formarea nu a unor simpli cunoscători ai produselor finite ale științei, ci a unor pasionați și asiduu cercetători și inovatori, observatori și experimentatori iscusiți în toate domeniile principale ale cunoașterii științifice, obișnuiți să exploreze necunoscutul, atrași de investigarea naturii și deprinși cu strategia cercetării experimentale. Pe scurt, să poată întreține un dialog cu natura. De aceea, cu cât predarea fizicii, a chimiei, a biologiei, a științelor tehnice și agricole ocupă o pondere mai mare în ansamblul învățământului, cu atât mai mult efectuarea experiențelor și experimentelor va căpăta mai multă greutate în sistemul metodelor didactice; cu cât activitățile aplicative concrete și de muncă productivă vor ocupa un loc mai mare în cuprinsul practicii școlare, cu atât mai mult laboratorul , atelierul, terenul agricol vor dobândi o importanță hotărâtoare în educația ,,experimentală” a tineretului școlar. S-a constatat că prin introducerea progresivă și constantă a experimentului în activitatea practică a elevilor, încă din ciclul primar, se transformă treptat, de-a lungul anilor, în cunoaștere științifică (Aebli,1973).
În timp ce vechiul învățământ a subapreciat multă vreme valoarea practicii experimentale, școala modernă face din lucrările experimentale desfășurate fie în activitatea productivă sau pe câmpul agricol, o metodă specifică de studiere a științei și de educație în spiritul științei.
Combinând experiența cu acțiunea, metodele experimentale accentuează caracterul aplicativ al predări, favorizează realizarea unei mai strânse legături a teoriei cu practica.
Rațiuni de ordin psihologic
Organizarea instruirii experimentale, ca bază esențială pentru dobândirea
cunoștințelor științifice și tehnice nu poate face abstracție de suporturile psihologice care fac posibilă implicarea elevilor în acțiuni cu caracter de investigație experimentală. În această privință termenul de ,,a observa” nu este identic cu termenul ,,a provoca”, experimentul fiind prin definiție, o observație provocată; că ,,experiența pentru a vedea” diferă de ,,experiența de a provoca”.
Se impune a lua în considerație existența a două sensuri diferite atribuite noțiunii de experiment: unul privește tatonarea empirică, altul corespunde demersului planificat. Numai când aceste două modalități –una de gândire, alta de acțiune vor coexista sunt întrunite condițiile unui experiment. Demersul experimental este ghidat de o ipoteză care anticipează condițiile în care se va produce fenomenul luat în considerație și care așteaptă o verificare, o confirmare.
Raționamentele ipotetico -deductive necesare pentru a stabili un raționament experimental complet nu sunt accesibile înainte de stăpânirea gândirii formale, adică aproximativ înaintea vârstei de 12 ani. În consecință, nu ne putem aștepta ca elevii din ciclul primar să practice demersuri experimentale, atât timp cât ei nu dispun de structurile logice necesare. Experimentul necesită o gândire formală. Aceasta nu înseamnă că elevii din clasele primare nu pot fi angajați în activități cu caracter experimental. Ei pot efectua activități premergătoare ajungerii la experiment ca, de exemplu: activități de investigație orientate prin joc, curiozitate, interes imediat, adică activitățile care ajută elevii să-și formeze deprinderi inițiale. Metoda experimentului rămâne la această vârstă, 8-10 ani, strâns legată de tatonare și euristică.
Lucrurile stau într-o altă fază la dezvoltare mai avansată. De exemplu, între 11-12 ani și 14-15 ani, tânărul își însușește deja anumite instrumente intelectuale necesare experimentării propriu-zise. Toate acestea deschid noi posibilități de învățare a științelor naturii prin intermediul unor activități de descoperire cu caracter de investigație experimentală.
Tipuri de experimente
În condiții didactice, experimentarea realizată de elevi reprezintă o modalitate
specifică de explorare a realității, de învățare prin acțiune, prin experiența trăită direct. A experimenta înseamnă a-i pune pe elevi în situația de a concepe și de a practica ei înșiși un anumit gen de operații cu scopul de a provoca, ceea ce urmează a observa, a dovedi, a studia, a aprecia, a verifica, a măsura efecte, rezultatele, operații care se vor solda cu noi achiziții cognitive și operaționale pentru ei. Prin definiție, experimentul rămâne o observare provocată, o acțiune de căutare, de tatonare, de găsire de dovezi, prin încercare. Este o provocare intenționată, în condiții determinate a unui fenomen, în scopul observării comportamentului acestuia, al cercetării raporturilor de cauzalitate, al descoperirii esenței, al verificării unor ipoteze. Învățarea experimentală nu se reduce numai la utilizarea/mânuirea unor instrumente sau punerea în funcțiune a unei aparaturi speciale, ci presupune o intervenție activă din partea elevilor pentru a modifica condițiile de manifestare a fenomenelor supuse studiului, pentru a pătrunde în desfășurarea experimentului și pentru a ajunge la descoperirea noilor date, a adevărurilor prefigurate în cuprinsul lecției. Efectuarea unui experiment înseamnă parcurgerea unui lanț de acțiuni care alcătuiesc structura de principiu a acestei modalități de învățare și anume: crearea unei motivații, prezentarea unei probleme, analiza și enunțarea unei ipoteze, desfășurarea propriu-zisă a experimentului, organizarea și efectuarea observației, discutarea procedeelor utilizate, prelucrarea datelor și elaborarea concluziilor, verificarea rezultatelor prin aplicarea practică și descoperirea validității și însemnătății concluziilor.
Desfășurarea acestor acțiuni oferă elevilor o strategie de investigație, cuprinzătoare deoarece lasă suficientă independență și inițiativă creatoare elevilor.
În practica școlară sunt concepute și aplicate următoarele tipuri de experimente:
Experimentul demonstrativ, pregătit de profesor înaintea lecției și apoi
prezentat clasei în vederea demonstrației, explicării, confirmării, precizării sau verificării unor adevăruri cu ajutorul experiențelor și al explicațiilor ce le însoțesc;
Experimentul de aplicare, utilizat în vederea verificării posibilităților pe care
le au elevii de aplicare în practică a unor teze teoretice însușite;
Experimentul destinat formării abilităților ( deprinderilor) motrice de
mânuire a aparatelor de laborator, a substanțelor, a instrumentelor de măsurare.
Practica școlară de până acum este aspru criticată pentru motivul că:
A atribuit o înțelegere relativ îngustă noțiunii de experiment, nu a văzut în
aceasta o modalitate principală de organizare a studierii științelor naturii;
Profesorii au păstrat mereu aceeași mentalitate de a substitui efortul activ de
investigare la care ar trebui să fie atrași elevii
Trecerea de la predarea teoretică la exercițiul experimental de cercetare și invers
Accentul a fost pus cu precădere pe experimentul demonstrativ, ilustrativ, de
confirmare și întărire sau verificare a ceea ce este expus de către profesor. În acest caz participarea elevilor este minimă, nu se așteaptă de la ei nici să formuleze probleme, nici să enunțe ipoteze, să inventeze procedee de experimentare, să descopere și să enunțe o lege (Leroy,1974).
În general elevii nu au fost stimulați să desfășoare o muncă experimentală. ,,S-a
considerat că elevului i se oferă o formație experimentală suficientă dacă este inițiat în rezultatele experimentelor din trecut sau dacă i se oferă spectacolul experimentelor de demonstrare făcute de profesor, ca și cum cineva ar putea să înoate privind niște înotători și fără a părăsi bărcile de pe mal. Este adevărat că explicațiile oferite de cadrul didactic sunt urmate de lucrări de laborator, dar repetarea unor experimente făcute de alții este foarte departe de educarea spiritului de invenție și chiar de formarea spiritului de control sau de verificare (Piaget, 1972).
Așa s-a ajuns, la diminuarea importanței acestei metode, la slăbirea valențelor ei formativ-educative, chiar și atunci când a fost integrată în procesul de învățământ. Astăzi, predarea științelor naturii readuce pe primul plan metoda experimentului cu specific de cercetare. Ea se impune prin solicitarea unei atitudini active și de independență a elevilor, determinându-i să lucreze efectiv, cu simțurile, cu mâinile, cu gândirea. Experimentul dezvoltă spiritul de observație și raționamentul inductiv, stârnește curiozitatea științifică și stimulează imaginația creatoare, cultivă interesul pentru intuiție, și experiență personală, pasiunea pentru o activitate experimentală independentă, capacitatea de explorare. Încurajarea activităților experimentale ține de stimularea activității creatoare, căci procesul gândirii creatoare, este un proces de acțiuni de gândire, bazate pe experiment, pe eforturi de muncă. Învățarea prin experimentare stimulează dezvoltarea gândirii specifice diferitelor domenii ale științelor naturii, sugerează procedee de explorare proprii activității științifice, apropie organizarea procesului de învățământ de caracteristicile cercetării științifice. În acest sens elevii sunt ajutați să-și însușească anumite strategii și metode științifice: să formuleze ipoteze, să elaboreze definiții, să controleze și să opereze cu variabile, să desfășoare experiențe, să proiecteze modele.
Despre tehnica organizării experimentului
Din punct de vedere organizatoric, lucrările experimentale se pot desfășura fie
individual, pe teme separate, lucrând fiecare elev în mod independent, având asigurate toate condițiile tehnico -materiale necesare, fie în echipe, de 2-3 elevi. Lucrul pe echipe se aplică atunci când nu avem suficientă aparatură de laborator sau reactivi, sau se intenționează să deprindem elevii cu munca în echipă. Un alt tip de experiment, ce poate fi utilizat, este cel frontal, adică efectuate de toți elevii în același ritm, pe aceeași temă, sub îndrumarea directă a cadrului didactic.
În practica școlară actuală se remarcă tendința de trecere de la lucrările frontale la lucrările pe echipe și spre cele individuale, forme organizatorice de mai mare eficiență. Având la masa de lucru asigurate, total sau parțial, substanțe, materiale și aparatura necesară, experimentele individuale sau cele în echipă se pot efectua în mod independent, cu minimum de indicații din partea cadrului didactic sau pe baza unei fișe de lucru elaborată în prealabil de către acesta. Se recomandă ca aceste fișe să fie astfel concepute încât să-i situeze în permanență pe elevi în fața unor probleme noi (fișe problematizate) care se cer a fi rezolvate pas cu pas, prin propriul lor efort.
Deoarece în primii ani de studii a disciplinelor Științe (Fizică, Chimie, Biologie), elevii nu au experiență în efectuarea unor asemenea lucrări, până la deprinderea treptată a acestei proceduri de învățare este necesar ca fiecare experiment să fie pregătit cu exactitate de către profesor, astfel încât să nu intervină nici un fel de perturbări. O conducere în bune condiții a activității elevilor face necesar ca, mai înainte de orice, cadrul didactic să se asigure că aceștia au o idee clară asupra a ceea ce au de făcut, de observat, de interpretat. Fără precizarea acestor puncte de plecare, elevii nu-și vor putea explica și nu vor fi în stare să interpreteze corect ceea ce văd, ceea ce rețin. Cadrul didactic trebuie să sugereze ceea ce elevii nu pot descoperi singuri, având grijă să nu substituie efortul personal al acestora de redescoperire a noilor cunoștințe. Cu atenție el va supraveghea efectuarea exercițiilor experimentale în vederea preîntâmpinării accidentelor.
2.5. Metodologia: de la tradiție la inovație
Dezideratele de modernizare și de perfecționare a strategiilor didactice se înscriu pe direcțiile sporirii caracterului activ al metodelor și tehnicilor de învățământ, în aplicarea unor metode cu un pronunțat caracter formativ, în valorificarea noilor tehnologii instrucționale, în contaminarea și suprapunerea problematizării asupra fiecărei metode și tehnici de învățare, reușind astfel să se aducă o însemnată contribuție la dezvoltarea întregului potențial al elevului.
Cerința primordială a educației progresive ,, este de a sigura o metodologie diversificată bazată pe îmbinarea activităților de învățare și de muncă independentă, cu activitățile de cooperare, de învățare în grup și de muncă independentă” (Piaget)
Deși învățarea este o activitate proprie, ținând de efortul individual depus în înțelegerea și conștientizarea semnificațiilor științei, nu este mai puțin adevărat că relațiile interpersonale, de grup sunt un factor indispensabil apariției și construirii învățării personale și colective.
,, Învățarea în grup exersează capacitatea de decizie și de inițiativă, dă o notă personală muncii, dar și o complementaritate mai mare aptitudinilor și talentelor, ceea ce asigură participare mai vie, mai activă, susținută de foarte multe elemente de emulație, de stimulare reciprocă, de cooperare fructuoasă” (Cerghit, 1997)
Metodele de învățământ (,,odos”=cale, drum; ,,metha”=către, spre) reprezintă căile folosite în școală de către profesor în a-i sprijini pe elevi să descopere viața, natura, lumea, lucrurile, știința. Ele sunt totdeauna mijloace prin care se formează și se dezvoltă priceperile, deprinderile și capacitățile elevilor de a acționa asupra naturii, de a folosi roadele cunoașterii transformând exteriorul în facilități interioare, formându-și caracterul și dezvoltându-și personalitatea.
Specificul strategiilor interactive de grup și implicit al metodelor și tehnicilor este faptul că ele promovează interacțiunea dintre mințile participanților, dintre personalitățile lor, ducând la o învățare activă și cu rezultate evidente. Acest tip de interactivitate determină identificarea elevului sau studentului cu situația de învățare în care acesta este antrenat, ceea ce duce la transformarea acestora în stăpânii propriilor transformări și formări.
Interactivitatea presupune atât competiția-definită drept ,,drept formă motivațională a afirmării de sine, incluzând activitatea de avansare proprie, în care individul rivalizează cu ceilalți pentru dobândirea unei situații sociale sau a superiorității”- cât și cooperarea care este o ,,activitate orientată social, în carul căreia individul colaborează cu ceilalți pentru atingerea unui țel comun” (Ausubel,1981)
Interacțiunea stimulează efortul și productivitatea individului și este importantă pentru descoperirea propriilor capacități și limite, pentru evaluare.
Avantajele interacțiunii:
Relațiile stabilite între indivizi au efecte pozitive favorabile în planul dezvoltării
cognitive și sociale a personalității;
Dezvoltă inteligențe multiple, capacități specifice inteligenței verbal/lingvistice,
inteligenței logico-matematice, inteligenței naturaliste, inteligenței spațiale, inteligenței interpersonale și intrapersonale, inteligenței muzicale, inteligenței corporale/kinestezice, inteligenței existențiale;
Stimulează și dezvoltă capacități cognitive complexe
Munca în grup permite împărțirea sarcinilor și responsabilităților în părți mult
mai ușor de realizat;
Timpul de soluționare a problemelor este de cele mai multe ori mai scurt în
cazul lucrului în grup decât atunci când se încearcă găsirea rezolvărilor pe cont propriu;
Cu o dirijare adecvată, învățarea prin cooperare dezvoltă și diversifică
priceperile, capacitățile și deprinderile sociale ale elevilor;
Interrelațiile dintre membrii grupului, sporește interesul pentru o temă sau o
sarcină dată, motivând elevii pentru învățare;
Lucrul în echipă oferă elevilor posibilitatea de a-și împărtăși părerile, experiența,
ideile, strategiile personale de lucru, informațiile;
Se reduce la minim fenomenul blocajului emoțional al creativității;
Grupul dă un sentiment e încredere, de siguranță și antrenare reciprocă a
membrilor ce duce la dispariția fricii de eșec și curajul de a-și asuma riscul.
Clasificarea metodelor și tehnicilor de grup:
Metode și tehnici de predare-învățare interactivă de grup:
Metoda predării-învățării reciproce (Reciprocal teaching –Palinscar)
[NUME_REDACTAT] (Mozaicul)
Citirea cuprinzătoare
Cascada (Cascade)
STAD ([NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT]) –metoda învățării pe grupe mici
TGT (Teams/Games/Tournaments) –metoda turnirurilor între echipe
Metoda schimbării perechii ([NUME_REDACTAT])
Metoda piramidei
Învățarea dramatizată
Conversația eristică
Dezbaterea și discuția în grup
Jocul didactic
Studiul de caz
Metode și tehnici de fixare și sistematizare a cunoștințelor și de
verificare/evaluare alternativă interactivă:
Harta cognitivă sau harta conceptuală (Cognitive/Conceptual map)
[NUME_REDACTAT] cognitive
Scheletul de pește (fishbone maps)
Diagrama cauzelor și a efectului
Pânza de păianjen (Spider map-Webs)
Tehnica florii de nufăr ([NUME_REDACTAT] Technique)
Metoda RAI
Cartonașele luminoase
Portofoliul individual sau de grup
Jurnalul reflexiv
Studiul de caz
[NUME_REDACTAT] și tehnici de rezolvare de probleme prin stimularea creativității:
[NUME_REDACTAT] stelară (starbursting)
Metoda pălăriilor gânditoare (Thinking hats)
[NUME_REDACTAT]-voting
Masa rotundă
Interviul de grup
Incidentul critic
Phillips 6/6
Tehnica 6/3/5
Controversa creativi
Tehnica acvariului (fishbowl)
Tehnica focus grup
Patru colțuri (four corners)
[NUME_REDACTAT]
[NUME_REDACTAT]-groups
[NUME_REDACTAT]
Metode de cercetare în grup:
Tema sau proiectul de cercetare în grup
Experimentul pe echipe
Portofoliu de grup
În cele ce urmează sunt prezentate câteva metode interactive utilizate în
predarea/evaluarea chimiei.
2.5.1. Prelegerea- o perspectivă modernă
Prelegerea este fără îndoială cea mai frecventă alegere într-o abordare directă tradițională. În acest sens este tipică imaginea profesorului la catedră ce vorbește elevilor care stau cuminți în bancă și ascultă sau scriu după dictare. S-a constatat că această abordare este foarte puțin eficientă pentru învățare.
Cu puțină ,,sare și piper” prelegerea poate fi recondiționată însă, și introdusă într-un demers didactic moderne, centrat pe achizițiile elevului. Din această perspectivă, cadrul didactic trebuie să se preocupe de:
Stimularea interesului elevilor prin:
Intrarea în prelegere prin intermediul unei glume, povești, imagini
captivante și în deplină relație cu ceea ce urmează a fi predat prin intermediul prelegerii
Prezentarea unei probleme/studiu de caz pe care se focalizează
prezentarea
Lansarea unei întrebări incitante, astfel încât elevii să fie interesați să
urmărească prelegerea pentru a afla răspunsul la întrebare
Aprofundarea înțelegerii elevilor prin:
Folosirea de exemple și analogii pe parcursul prezentării
Dublarea verbalului cu alte coduri-oferirea de imagini, grafice și alte
materiale ilustrative
Implicarea elevilor pe parcursul prelegerii prin întreruperea prelegerii:
Pentru a incita elevii la a oferi exemple, analogii, experiențe personale
Pentru a da răspunsuri la diferite întrebări
Pentru a efectua o sarcină scurtă care clarifică diversele poziții enunțate
Evitarea uni punct final la final:
Încheierea prelegerii prin intermediul unei probleme/aplicații care
urmează să fie rezolvată de elevi
Solicitarea elevilor pentru a rezuma cele prezentate sau pentru a
concluziona.
2.5.2. [NUME_REDACTAT]-ul sau ,,asaltul de idei” reprezintă formularea a cât mai multor idei- oricât de fanteziste ar putea părea acestea- ca răspuns la o situație enunțată, după principiul cantitatea generează calitate. Conform acestui principiu, pentru a ajunge la idei viabile și inedite este necesară o productivitate creativă cât mai mare.
O asemenea activitate presupune o serie de avantaje:
Implicarea activă a tuturor participanților
Dezvoltarea capacității de a trăi anumite situații, de a le analiza, de a lua decizii
privind alegerea soluției optime
Exprimarea personalității
Eliberarea de prejudecăți
Exersarea creativității și a unor atitudini deschise la nivelul grupului
Dezvoltarea relațiilor interpersonale, prin valorizarea ideilor fiecăruia
Realizarea unei ambianțe pline de prospețime și de emulație.
Pentru derularea optimă a brainstorming-ului se pot parcurge următoarele etape:
Alegerea temei și a sarcinii de lucru
Solicitarea exprimării într-un timp cât mai rapid, în fraze scurte și concrete,
fără cenzură, a tuturor ideilor – chiar trăsnite, neobișnuite, fanteziste, așa cum vin ele în minte legate de rezolvarea unei situați problemă conturate. Se pot face asociații în legătură cu afirmațiile celorlalți, se pot prelua, completa sau transforma ideile de grup, dar, sub nici un motiv, nu se vor admite referiri critice. Nimeni nu are voie să facă observații negative.
Înregistrarea tuturor ideilor în scris pe tablă sau flipchart
Anunțarea unei pauze pentru așezarea ideilor
Reluarea ideilor emise pe rând și gruparea lor pe categorii
Selectarea ideilor originale sau a celor mai apropiate soluții fezabile pentru problema supusă atenției
Afișarea ideilor rezultate în forme cât mai variate și originale: cuvinte, propoziții, colaje, imagini, desene
2.5.3 ,,Știu/vreau să știu/am învățat”
Cu grupuri mici sau cu întreaga clasă, se trece în revistă ceea ce elevii știu deja despre o anumită temă și apoi se formează întrebări la care se așteaptă găsirea răspunsurilor în lecție.
Pentru a folosi această metodă se pot parcurge următoarele etape:
Se cere elevilor la început să formeze perechi și să facă o listă cu tot ce știu
despre tema ce urmează să fie discutată. În acest timp cadrul didactic construiește pe tablă un tabel cu următoarele coloane ,,Știu/Vreau să știu/Am învățat” (Ogle, 1986), ca în exemplul prezentat mai jos:
Fig. 2.30 tabel metoda S/V/Î
Se cere câtorva perechi să spună celorlalți ce au scris pe liste și notați lucrurile
cu care toată lumea este de acord în coloana din stânga
În continuare elevii sunt ajutați să formuleze întrebări despre lucruri de care nu
sunt siguri. Aceste întrebări se notează în coloana din mijloc
Prin conducerea elevilor cu pricepere de către cadrul didactic, elevii, vor fi
capabili să afle răspunsurile la întrebări
Se trec răspunsurile în rubrica ,,am învățat”
În cazul în care au rămas întrebări fără răspuns, elevii vor fi îndrumați spre
materialele unde ar putea căuta ei aceste informații
În încheierea lecției, elevii revin la schema S/V/Î și decid ce au învățat în lecție.
Unele întrebări s-ar putea să rămână fără răspuns, este posibil să apară noi întrebări. În acest caz întrebările pot fi folosite ca punct de plecare pentru noi investigații.
2.5.4 Eseul de cinci minute
Eseul este o modalitate eficientă de a încheia ora, pentru a-i ajuta pe elevi să-și adune ideile legate de tema lecției și pentru a-i da profesorului o idee mai clară despre ceea ce s-a întâmplat, în plan intelectual, în acea oră. Acest eseu le cere elevilor două lucruri: să scrie un lucru pe care l-au învățat din lecția respectivă și să formuleze o întrebare pe care o mai au în legătură cu aceasta.
Profesorul strânge eseurile de îndată ce elevii le-au terminat de scris și le folosește pentru a-și planifica la aceeași clasă lecția următoare.
2.5.5. Ciorchinele și Pomul ideilor
Cele două metode sunt identice numai că au o altă abordare grafică. Dacă la metoda ,,ciorchinelui” finalitatea grafică este asemănătoare unui ciorchine, la metoda ,, pomul ideilor”, finalitatea grafică este un copac, pe a cărui ramuri se trec ideile.
Ciochinele este o metodă de brainstorming neliniară care stimulează găsirea conexiunilor dintre idei și care presupune următoarele etape:
Se scrie un cuvânt/temă (care urmează a fi centrat) în mijlocul tablei sau foii de
hârtie;
Se notează toate ideile, sintagmele sau cunoștințele care vă vin în minte în
legătură cu tema respectivă în jurul acestuia, trăgându-se linii între acestea și cuvântul inițial;
Pe măsură ce se scriu cuvinte, idei noi, se trag linii între toate ideile care par a fi
conectate;
Activitatea se oprește când se epuizează toate ideile sau când s-a atins limita de
timp acordată.
Etapele pot fi precedate de brainstorming în grupuri mici sau perechi. În acest
sens se îmbogățesc și se sintetizează cunoștințele. Rezultatele grupurilor se comunică profesorului care le notează pe tablă într-un ciorchine fără a le comenta sau judeca.
În etapa finală a lecției, ciorchinele poate fi reorganizat utilizându-se anumite concepte găsite de elevi sau de cadrul didactic.
2.5.6 Turul galeriei
Turul galeriei presupune evaluarea interactivă și formativă a produselor realizate de grupuri de elevi.
În grupuri de trei sau patru, elevii lucrează întâi la o problemă care se poate
materializa într-un produs ( o diagramă, o schemă), pe cât posibil rezolvarea să poată avea abordări variate;
Produsele sunt expuse pe pereții clasei
La semnalul profesorului, grupurile se rotesc prin clasă pentru a examina și
discuta fiecare produs. Își iu notițe și pot face comentarii pe hârtiile expuse.
După turul galeriei, grupurile își reexaminează propriile produse prin comparație
cu celelalte și citesc comentariile făcute pe produsul lor.
2.5.7. [NUME_REDACTAT] presupune explorarea unui subiect, a unei situații din mai multe perspective, permițând abordarea complexă și integratoare a unei teme.
Sunt recomandate următoarele etape:
Realizarea unui cub pe ale cărui fețe sunt scrise cuvintele: descrie, compară, analizează, asociază, aplică, argumentează;
Anunțarea temei, subiectului pus în discuție;
Împărțirea clasei în 6 grupe, fiecare dintre ele examinând tema din perspectiva cerinței de pe una dintre fețele cubului
Descrie: culorile, formele, mărimile etc,
Compară: ce este asemănător? Ce este diferit?
Analizează: spune din ce este făcut, din ce se compune
Asociază: la ce te îndeamnă să gândești?
Aplică: ce poți face cu aceasta? La ce poate fi folosită?
Argumentează: pro sau contra și enumeră o serie de motive care vin în sprijinul afirmației tale
Redactarea finală și împărtășirea ei celorlalte grupe
Afișarea formei finale pe tablă sau pe pereții clasei
2.5.8 Bulgărele de zăpadă
Metoda presupune reducerea numărului de elemente, aspecte, fațete ale unei probleme/situații pentru focalizarea asupra celor esențiale.
Se recomandă parcurgerea următoarelor etape:
Împărțirea grupului în echipe de 7-8 persoane
Enunțarea temei
Notarea ideilor: fiecare membru notează pe un post-it ideea sa și o pune în centrul mesei
Ierarhizarea ideilor: fiecare membru citește toate ideile și le ierarhizează în
funcție de importanță. Se rețin primele 2-3 idei. Se reunește apoi tot grupul cu cele 2 idei de la fiecare și se repetă algoritmul. Astfel se vor reține doar ideile / aspectele pe care tot grupul le consideră relevante.
Dă privim cu atenție , se observă că cele două metode: Cubul și Bulgărele de zăpadă sunt complementare prin ceea ce își propun spre realizare. Cubul îi ajută pe elevi să privească tema din diferite perspective, exercitând diferite proceduri, iar Bulgărele de zăpadă îi va ajuta să reducă numărul de elemente pentru focalizarea asupra celor esențiale, rămânând în consens.
Atribuirea perspectivei de lucru pentru fiecare grup în cadrul Cubului se poate face aleatoriu sau după preferințele elevilor dintr-un grup; sau chiar profesorul poate atribui fiecărui grup câte o perspectivă. Modul de atribuire a perspectivei rămâne la alegerea profesorului, în funcție de timpul pe care-l are la dispoziție, de cât de bine cunoaște colectivul de elevi, dinamica colectivului clasei.
Prezentările fiecărui grup din perspectiva căreia i-a revenit trebuie să fie văzute de ceilalți, discutate, completate în urma discuțiilor. E nevoie de o structură, e necesar să se convingă asupra aspectelor care merită a fi reținute. Cine poate să judece asta? Ar putea să o facă profesorul, dar asta ar fi o imixtiune, ar putea chiar să pară elevilor ca exercitarea autorității fără a participa la lucru, sentiment descurajant.
Ceea ce se obține ca rezultat prin utilizarea celor două metode este implicarea
tuturor elevilor, cu minimum de ,, conflicte” și apoi, finalizarea, construirea propriu-zisă tot cu participarea tuturor; odată ce a fost de acord și a sprijinit, a ,,votat” pentru o idee va trebui și să o pună în operă. Chiar dacă nu este ideea lui, dar a găsit-o bună, a aderat la ea, elevul va lucra cu mai multă seriozitate și chiar plăcere.
2.5.9. [NUME_REDACTAT] reprezintă ,,cartea de vizită” a elevului, prin care cadrul didactic poate să-i urmărească progresul în plan cognitiv, atitudinal și comportamental, de-a lungul unui interval de timp mai lung (semestru sau an școlar)
Este o metodă flexibilă care stimulează creativitatea, ingeniozitatea, perseverența și originalitatea elevului și oferă oportunități excelente pentru combinarea reușită a activității individuale cu cea colectivă. Se pot elabora și portofolii de grup. După un anumit timp sau după un calendar stabilit de comun acord cu elevii, aceștia împreună cu cadrul didactic se întâlnesc în scurte ședințe de discutare a portofoliilor utilizate.
Ce conține un portofoliu?
Portofoliul cuprinde:
Coperta care cuprinde titlul, domeniul de studiu sau tema pentru care a fost elaborat;
Lista conținutului acestuia
Argumentația care explică ce lucrări sunt incluse în portofoliu, de ce este importantă fiecare;
Lucrările pe care le face elevul individual sau în grup, eseuri, articole, fișe de studiu
Schițe, proiecte și experimente
Rapoarte scrise
Teste, lucrări semestriale
[NUME_REDACTAT] bibliografice
Portofoliul cuprinde ,, o selecție dintre cele mai bune lucrări sau realizări
personale ale elevului, cele care-l reprezintă și care pun în evidență progresele sale, care permit aprecierea aptitudinilor, talentelor, pasiunilor, contribuțiilor personale” (Cerghit, 2002)
Tipuri de portofolii:
Portofoliu de prezentare sau introductiv
Portofoliu de progres sau de lucru
Portofoliu de evaluare
Portofoliul reprezintă un element flexibil de evaluare, care poate să includă și alte elemente către care se îndreaptă interesul elevului și pe care dorește să-l aprofundeze. El este o ,,mapă deschisă” în care tot timpul se mai poate adăuga ceva, iar nota nu trebuie să fie o presiune.
Avantajele utilizării portofoliului:
Portofoliul este un instrument flexibil, ușor adaptabil la specificul disciplinei și
la condițiile concrete ale învățării;
Permite aprecierea și includerea în actul evaluării a unor produse ale activității
elevului care, în mod obișnuit, nu sunt avute în vedere;
Evaluarea portofoliului este eliberată de tensiunile și tonusul afectiv negativ care
însoțesc formele tradiționale de evaluare;
Dezvoltă capacitatea elevilor de autoevaluare;
Implică mai activ elevul în propria evaluare și în realizarea unor materiale care
să-l reprezinte cel mai bine.
Dezavantajele portofoliului:
Este greu de apreciat conform unui barem strict deoarece reflectă creativitatea și
originalitatea elevului;
Nu poate fi repede și ușor de evaluat;
Aprecierea este mai mult calitativă.
2.5.10. [NUME_REDACTAT] reprezintă o activitate de evaluare. Proiectul începe în clasă, prin definirea și înțelegerea sarcinii de lucru și se continuă acasă pe parcursul a câtorva zile sau săptămâni, timp în care elevul are permanente consultări cu cadrul didactic și se încheie tot în clasă, prin prezentarea în fața colegilor a unui raport asupra rezultatelor obținute.
Proiectul este o formă activă, participativă care presupune și încurajează transferul de cunoștințe, deprinderi, capacități, facilitează și solicită abordări interdisciplinare și consolidarea abilităților sociale ale elevilor.
Realizarea unui proiect presupune parcurgerea unor etape:
Identificarea unei probleme/teme
Culegerea, organizarea, prelucrarea și evaluarea informațiilor legate de
problema/tema aleasă
Elaborarea unui set de soluții posibile în abordarea problemei/temei
Evaluarea soluțiilor și deciderea către cea mai bună variantă.
Proiectul poate fi realizat individual sau în grup. Etapele prin care trebuie să
treacă participanții sunt următoarele:
Orientarea în sarcină;
Conștientizarea finalităților;
Definirea conceptelor cheie;
Stabilirea sarcinilor de lucru;
Stabilirea responsabilităților în cazul în care se lucrează în grup;
Stabilirea criteriilor și a modului de evaluare;
Identificarea modalităților de lucru, a căilor de acces la informații;
Adunarea datelor informaționale;
Elaborarea finală a produsului;
Întocmirea raportului final;
Evaluarea.
Avantajele folosirii acestei metode:
Oferă șansa de a analiza în ce măsură elevul folosește adecvat cunoștințele,
instrumentele, materialele disponibile în atingerea finalităților propuse;
Este o metodă alternativă de evaluare care scoate elevii și cadrul didactic din
rutina zilnică;
Pune elevii în situația de a acționa și a rezolva sarcini în mod individual sau în
grup, autotestându-și capacitățile cognitive, sociale și practice.
Cadrul didactic poate să aprecieze rezultatele proiectului urmărind:
Acuratețea produsului;
Rezultatele obținute și posibilitățile generalizării lui;
Raportul final și modul de prezentare a acestuia;
Gradul de implicare a participanților în sarcina de lucru.
Evaluarea proiectului presupune din partea cadrului didactic multă atenție.
El trebuie să asiste elevii pe toată perioada elaborării proiectului. El poate să alcătuiască fișe de evaluare în care să consemneze în mod regulat observații și aprecieri asupra activității fiecărui elev/grup de lucru.
CAPITOLUL III
ROLUL EXPERIMENTULUI DE LABORATOR
ÎN STUDIUL CONCEPTELOR ȘI FENOMENELOR CHIMICE
,,Ce aud uit. Ce văd îmi amintesc. Ce fac, înțeleg”
Confucius
3..1 Experimentul de laborator
3.1.1. Rolul și locul experimentului de laborator
Chimia fiind o știință experimentală are la bază experimentul atât ca metodă de investigație științifică, precum și ca metodă de învățare.
Experimentul de laborator este metoda euristică de organizare și realizare a activităților practice pentru deducerea informațiilor teoretice, concretizarea, verificarea, aprofundarea și consolidarea cunoștințelor și deprinderilor psiho-motorii în perspectiva pregătirii elevilor pentru integrarea socio-profesională. Conceput în corelație cu principiile didactice moderne experimentul de laborator este o metodă fundamentală în predarea-învățarea științelor naturii, lucru susținut încă de la sfârșitul secolului al IX-lea de către experții în teoriile învățării. El are un caracter accentuat aplicativ cu pondere deosebită în formarea deprinderilor practice ale elevilor având la bază intuiția. Experimentul de laborator urmează treptele ierarhice ale învățării, conducând elevul de la observarea unor fenomene chimice pe baza demonstrației, la observarea fenomenelor prin activitate proprie (faza formării operațiilor concrete), apoi la verificarea și aplicarea în practică a acestora (faza operațiilor formale) când se cristalizează structura formală a intelectului și în continuare, la interpretarea fenomenelor observate care corespunde cu faza cea mai înaltă din treptele ierarhice ale dezvoltării (faza operațiilor sintetice).
Fazei operaționale concrete îi sunt specifice operațiile concrete. Elevul gândește în raport cu ceea ce a perceput prin senzația directă bazată pe observație reală, directă. Fazei operaționale formale îi sunt specifice operațiile logice, abstractizările. Gândirea elevului se află în faza de analiză. Fazei operaționale sintetice îi sunt caracteristice stabilirea relațiilor intercauzale, intuirea complexității fenomenelor, interpretarea fenomenelor.
Experimentul este definit de către psihologi ,, ca un procedeu de cercetare în știință, care constă în provocarea intenționată a unor fenomene în condițiile cele mai propice pentru studierea lor și a legilor care le guvernează, observația provocată, experiența”.
Potrivit lui [NUME_REDACTAT], experimentul este definit ca: ,,o observație provocată, o acțiune de căutare, de încercare, de găsire de dovezi, este o provocare intenționată, în condiții determinate (instalații, dispozitive, materiale corespunzătoare, variație și modificare a parametrilor), a unui fenomen, în scopul observării comportamentului lui, al încercării raporturilor de cauzalitate, al descoperirii esenței acestuia, adică a legităților care-l guvernează, al verificărilor unor ipoteze.
Totodată el consideră experimentul ca metodă activă care ,,are mai mută forță de convingere decât orice altă metodă și, deci, posibilități sporite de înrâurire asupra formării concepției științifice despre natură la elevi.
Prin experiment chimic, înțelegem lucrările individuale sau de grup efectuate de către elevi sub îndrumarea profesorului, folosite în predarea chimiei, atât în scopul fixării și consolidării cunoștințelor predate, cât și pentru formarea anumitor priceperi și deprinderi practice. Este indicat ca profesorul să execute experimentul, pe care apoi elevii îl repetă. Prin astfel de lucrări elevii își însușesc mai bine materialul expus de către profesor, ei dobândesc noile cunoștințe pe baza experiențelor efectuate, descoperind laturi noi ale fenomenelor, prin compararea datelor experienței cu fenomenele studiate anterior. Profesorul dirijează executarea unor acțiuni de către elevi, în scopul asigurării unui suport concret-senzorial, care va facilita cunoașterea unor aspecte ale realității. Elevii sunt astfel puși în fața realității, să studieze pe viu, să fie în contact direct cu realitatea sau substitutele acesteia, sunt determinați în acest mod să învețe prin descoperire.
,,Învățarea prin descoperire este metodă didactică în care cadrul didactic concepe și organizează activitatea astfel încât să faciliteze elevului descoperirea prin efort propriu a cunoștințelor, explicațiilor, prin parcurgerea identică sau diferă a drumului descoperirii inițiale a adevărului” ([NUME_REDACTAT])
Orice experiment de laborator trebuie să implice procesele gândirii concretizate în interpretarea fenomenelor observate, deducerea concluziilor, analiza și comparația datelor experimentale obținute, generalizarea unor cazuri particulare, transferul în alte contexte teoretice, sesizarea interrelațiilor dintre domeniile teoretice și cele aplicative.
Apare astfel posibilitatea formării și dezvoltării capacității de transfer și creativitate, deprinderea cu investigația științifică, față de metoda experimentului de laborator. Se pun în evidență cel puțin două funcții distincte ale experimentului de laborator:
funcția reproductivă, corespunzătoare primei etape în care se formează
deprinderi practice de laborator și
funcția productiv-creativă, corespunzătoare interpretării și analizei rezultatelor
experimentale dezvoltate în investigația științifică și concretizarea în afectivitatea elevului față de strategia didactică folosită.
Experimentele chimice, considerate multă vreme ca formă a demonstrației, se constituie în predarea-învățarea chimiei ca metodă de sine stătătoare. Cerințele predării chimiei pe bază experimentală este impusă de specificul acestei științe. Predarea experimentală a chimiei este impusă de exigențele științifice și tehnice ale societății.
Experimentele chimice se folosesc de obicei, integrate, în număr mai mare sau mai mic, în diferite etape ale lecțiilor. Învățându-i pe elevi să mânuiască substanțe și aparate, să emită ipoteze, să construiască instalații, să analizeze diversele momente ale experimentului efectuat, să găsească argumente în favoarea sau defavoarea ipotezelor propuse. Organizarea și desfășurarea lecțiilor de laborator poate fi făcută: frontal sau pe grupe de teme. Lucrările frontale pot fi efectuate individual sau în grupe de 2-3 elevi. Este bine ca numărul de elevi din grupă să nu fie prea mare, pentru a-i putea planifica în vederea efectuării, la un moment dat, a unei anumite experiențe. Lucrările frontale permit îndrumarea și supravegherea muncii elevilor deoarece desfășurându-se simultan profesorul poate pune întrebări.
Lucrările frontale prezintă unele avantaje, astfel, tinzând ca toți elevii să termine lucrarea în același timp, unii elevi care lucrează mai încet, ajung să execute numai o singură experiență și nu mai au timpul necesar să observe bine fenomenul produs și să și-l însușească temeinic.
Lucrările de laborator efectuate pe grupe de teme, în care elevii execută lucrări, prin rotație, se desfășoară pe baza instrucțiunilor scrise, dar dau elevilor o mai mare libertate de exprimare intelectuală. Acest tip de lucrări se poate organiza, însă, numai când elevii au dobândit deprinderile practice de bază pentru a lucra în laborator, adică în liceu.
Lucrările de laborator organizate în cadrul orelor de chimie pot fi:
lucrări pentru studierea diferitelor fenomene chimice;
lucrări pentru studierea proprietăților diferitelor substanțe;
lucrări pentru obținerea diferitelor substanțe chimice.
Importanța lucrărilor de laborator în procesul instructiv-educativ constă în
următoarele aspecte:
la lucrările de laborator elevii participă activ, dobândind deprinderi cu
caracter practic;
elevii învață să mânuiască sticlăria de laborator și reactivii, să monteze
instalații și să efectueze operații de laborator: încălzire, filtrare, purificare, distilare, evaporare etc.;
elevii vor executa anumite lucrări cu aplicații practice;
au o mare influență educativă, deoarece cultivă la elevi sentimentul de
responsabilitate personală pentru lucrarea pe care o au de efectuat și îi educă în spiritul muncii;
ajută elevii să-și însușească metodele științifice de cercetare;
dezvoltă spiritul de observație și gândirea de tip divergent.
Exemple:
pentru înțelegerea noțiunii de efect termic al unei reacții chimice, se poate
începe cu urmărirea efectului endoterm sau exoterm al dizolvării în apă a NaOH (hidroxid de sodiu), KOH (hidroxid de potasiu), Na2CO3 anhidru (carbonatul de sodiu anhidru), NH4NO3 (azotat de amoniu) și NH4Cl (clorura de amoniu), prin experimente efectuate pe grupe cu activitate diferită. Rezultatele se grupează în funcție de efectele stabilite.
Se trece apoi ca efectuarea unor reacții chimice în urma cărora se pot observa ușor efectele termice.
Reacția dintre Fe (fier) și S (sulf).
Observarea cu privire la efectul termic al reacției:
încălzirea inițială necesară inițierii reacției,
degajarea de căldură datorită reacției, care menține amestecul incandescent și
după îndepărtarea sursei de căldură.
Tipul reacției după efectul termic: reacție exotermă (cu degajare de căldură).
Fe + S = FeS + Q
Reacția de descompunere a KClO3 (clorat de potasiu).
Observarea cu privire la efectul termic al reacției:
Degajarea de O2 are loc la încălzire. Dacă se întrerupe încălzirea, reacția
încetează.
Tipul reacției după efectul termic: reacție endotermă (cu absorbție de căldură).
2KClO3 + Q = 2KCl + 3O2
Realizarea de către elevi a reacției dintre Mg (magneziu) și O2 (oxigen), apoi Fe
(fier) și S (sulf) poate constitui deopotrivă un mijloc de verificare a cunoștințelor despre efectul termic al reacțiilor și de înțelegere a mecanismului reacției de combinare.
Tabel 3.31- reacții de combinare
Pentru a defini reacția de dublă înlocuire se pot efectua experimentele diferențiat
pe grupe:
Tabel 3.32 -reacții de dublă înlocuire
Recunoașterea acizilor și a halogenurilor
Informație: Bromurile se recunosc cu ajutorul unei soluții de AgNO3, cu care dau un precipitat galben-deschis, fotosensibil; iodurile se recunosc tot cu AgNO3, cu care dau un precipitat galben intens, fotosensibil.
Sarcini: În eprubetele 1, 2, 3, 4, 5 aveți HCl, H2SO4, NaCl, KBr, KI. Identificați substanța din fiecare eprubetă, stabilind în prealabil schema logică și schema operațională
Tabel 3.33 schema logică
precipitat alb; HCl
roșu; Probă+ AgNO3 –
Probă + turnesol – –––; H2SO4
pp alb; NaCl
violet; Probă+ AgNO3 – pp galben deschis; KBr
pp galben intens; KI
fig. 3.34 Schema operațională
Deci, experimentele de laborator pot fi organizate diferențiat, formularea sarcinilor pentru efectuarea unui experiment ridicând probleme care implică: scopuri ale învățării, accesibilitatea la învățare, conținutul învățării, locul în procesul învățării, corelarea cu alte strategii didactice de învățare.
Experimentul didactic și rezolvarea de probleme-elemente esențiale ale studiului transformărilor chimice
Elementul de bază în aplicarea metodei științifice în domeniul didacticii
transformărilor chimice îl constituie experimentul didactic.
Uneori se consideră că experimentul și experiența sunt termeni sinonimi (v.
Mica enciclopedie de chimie și DEX). Potrivit unor definiții din conținutul noțiunii de experiență lipsește elementul de proiectare atentă, dirijată, a desfășurării, lipsește complexitatea, lipsește chiar elementul intențional.
,,Experiența este cel mai bun profesor” este o formulă des întâlnită.
Experimentul ca metodă datează de la [NUME_REDACTAT] și reprezintă o investigare a trăsăturilor specifice ale unui fenomen în condițiile influențării active a acestuia, prin crearea de condiții speciale în acord cu scopurile experimentatorului.
Experimentatorul izolează și manipulează obiectul real, având drept scop testarea unei teorii adecvate la realitate. Ca urmare, experimentul este ,,o practică embrionară”, învățare activă din experiență. Înțelegerea sa presupune și o corectă înțelegere a relației subiect-obiect.
Activitățile experimentale au caracter formativ, presupunând , potrivit lui Fairbrother, ,,refacerea tuturor etapelor învățării în structuri noi, originale, creative”.
Ele urmăresc obiective din următoarele domenii:
verificarea fenomenelor, legilor, relațiilor, metodelor de obținere, proprietăților
cunoscute sau redescoperirea acestora;
planificarea și realizarea unui experiment;
determinarea valorilor și mărimilor;
observarea și interpretarea datelor experimentale.
Competențele pe care activitățile practice le implică pot fi grupate pe trei nivele de realizare:
–redarea unei situații cerute dintr-un domeniu bine precizat în contextul
învățat anterior;
-descrierea și utilizarea tehnicilor de lucru învățate și extrase anterior;
-redarea din memorie a datelor, faptelor, conceptelor, unităților de măsură, legilor, formulelor, a problemelor dezbătute în timpul învățării și a legilor sesizate în secvențele anterioare;
-descrierea unor experimente deja făcute;
-realizarea unui experiment prin similitudine cu altul anterior;
-descrierea algoritmului realizării unui experiment;
-realizarea unor determinări în condiții exersate anterior, însoțite eventual de transpunere grafică;
-citirea și interpretarea unor date din desene, grafice, diagrame;
-calculul erorilor.
II. –alegerea, ordonarea și prelucrarea independentă a datelor după criteriile învățate;
-transpunerea independentă a cunoștințelor în situații noi, cu context sau procedeu schimbat;
-redarea relațiilor, legăturilor, ansamblurilor, explicațiilor complexe;
-alegerea și integrarea datelor și relațiilor învățate în structuri noi;
-aplicarea cunoștințelor la teme similare celor învățate;
-planificarea unor experimente simple pentru studiul unor afirmații teoretice;
-realizarea unor analogii.
III. –prelucrarea datelor conform unui plan prestabilit;
-planificarea unor experimente pentru diverse situații teoretice;
-explicarea unor fenomene complexe din natură;
-identificarea unor posibilități de aplicare practică a legilor și fenomenelor
studiate experimental;
-identificarea unor probleme din alte domenii, legate de cunoștințele studiate
-dezvoltarea abilităților de investigație experimentală independentă;
Modalitățile prin care profesorul poate evalua astfel de activități sunt:
Observarea elevilor în timpul lucrului și notarea unor impresii generale
asupra activității lor;
Compararea performanțelor elevilor cu o schemă realizată de profesor
înaintea lucrării;
Analiza referatului întocmit de elevi în urma lucrării de laborator.
3.1.2 Criterii de clasificare a experimentelor de laborator
Clasificarea experimentelor de laborator este strict legată de varietatea de sarcini și se poate face după următoarele criterii:
Criteriul locului în ierarhia învățării
După acest criteriu, experimentele de laborator pot fi:
-experimente reproductive-demonstrația se produce după un program dinainte stabilit indicându-se și ceea ce trebuie să se observe și la ce concluzie se ajunge. Marea majoritate a experimentelor care se efectuează în școală au o funcție reproductivă și pot fi integrate în orice moment în lecție.
-experimente productiv-creative și de cercetare au loc în context problematizat în care se afirmă capacități operaționale la nivel superior. În această categorie pot fi incluse experimentele în urma cărora se poate deduce o regulă, o lege, cât și experimente cu caracter de cercetare.
A.1 Experimentele reproductive
Exemple:
Pentru a stabili acțiunea ionilor de hidroniu asupra metalelor se pot efectua o serie de experiențe cu funcție reproductivă.
Experiența 1
Se introduce o granulă de zinc într-o eprubetă ce conține o soluție de acid clorhidric. Se degajă hidrogen și se formează ioni de zinc (Zn2+), în soluție, care pot fi identificați cu soluție de hidroxid de sodiu.
Ecuațiile reacțiilor sunt:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 ↑
ZnCl2 + 2NaOH →Zn(OH)2↓ + 2NaCl
Experiența 2
Se introduce un cui de fier într-o eprubetă ce conține o soluție de acid clorhidric. Se degajă hidrogen și se formează ioni de fier (Fe2+), în soluție, care pot fi identificați cu o soluție de hidroxid de sodiu.
Ecuațiile reacțiilor sunt:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH) 2↓ + 2NaCl
După efectuarea acestor experiențe se poate trage concluzia:
-se degajă hidrogen datorită acceptării de electroni de către ionii de hidroniu din soluție și se formează ioni de metal, prin cedare de electroni de către metal, care pot fi identificați
Numeroasele experiențe prin care se identifică cationii și anionii pot fi considerate ca experiențe cu funcție reproductivă și pot fi integrate în orice moment în lecție.
A.2 Experimente productiv-creative și de cercetare
În această categorie pot fi incluse experimentele în urma cărora se poate deduce o regulă, o lege, cât și experimentele cu caracter de cercetare . Suita etapelor desfășurării acestei clase de experimente este mai complexă în comparație cu celelalte categorii. În continuare se prezintă succesiunea etapelor pentru un experiment productiv-creativ, ilustrându-se prin studiul dependenței vitezei de reacție de concentrația reactanților.
Crearea unei motivații
Un număr mare de reacții chimice sunt utilizate în industria chimică pentru
obținerea unor produse utile.
Pentru a controla procesul chimic care are loc este necesară o analiză profundă a factorilor de care este influențat. Viteza cu care se produce o reacție chimică este determinantă pentru utilizarea acesteia în industrie. De aici necesitatea de a fi stabiliți factorii care influențează viteza reacțiilor chimice.
Formularea problemei
Observațiile experimentale arată că transformarea unor reactanți în produși
corespunzători de reacție necesită un anumit timp. Mărimea care caracterizează desfășurarea unui proces ce se petrece în timp este definită ca viteză. În reacțiile chimice variază atât concentrația reactanților cât și a produșilor de reacție. Prin experimentul ce va fi prezentat mai jos se urmărește stabilirea dependenței vitezei de reacție de concentrația reactanților.
Enunțarea ipotezei
Experimental s-a constatat că viteza de reacție depinde de concentrație. În acest
caz se presupune că există o relație, ce poate fi concretizată prin expresia matematică între viteza de reacție și concentrație. Prin experimentul propus se urmărește să se stabilească această dependență.
Elaborarea unor sisteme experimentale
Pentru a pune în evidență desfășurarea unor reacții chimice în timp, este necesar
să se măsoare concentrația unui reactant sau a unui produs de reacție la diferite momente. Reacția chimică trebuie să se desfășoare suficient de lent pentru a putea stabili valoarea unor concentrații în anumite momente. După măsurătorile de viteză ale reacțiilor chimice nu se vor utiliza reacții de neutralizare sau reacții cu formare de precipitat, deoarece acestea au loc instantaneu, ci se vor folosi reacții redox sau reacții cu degajare de gaz, care permit stabilirea concentrației reactanților sau produșilor de reacție în diferite momente ale procesului chimic. Astfel se poate utiliza ca exemplu experimentul format din sistemul iodură I- apă oxigenată H2O2.
În reacția redox care are loc se formează I2. Prezența acestuia poate fi pusă în evidență cu ajutorul amidonului. Reacția se desfășoară în prezență de acid clorhidric.
2KI + H2O2 + 2HCl = 2KCl + I2 + 2H2O
Desfășurarea experimentului
Se pregătesc două seturi de experiențe. În primul set de experiențe se lucrează la
Concentrații diferite de iodură de potasiu, iar în al doilea set se variază concentrația în apă oxigenată
Dependența vitezei de reacție de concentrația în iodură.
Mod de lucru:
Se pregătesc în patru eprubete soluții de iodură de potasiu de concentrații diferite obținute conform indicațiilor din tabel, în alte patru eprubete se introduc câte 5 ml. de soluție de apă oxigenată și câte 1 ml. de amidon.
După pregătirea celor opt eprubete cu soluții se trece la efectuarea reacției chimice și la măsurarea timpului până la apariția culorii albastru.
Se introduce conținutul unei eprubete cu apă oxigenată (eprubeta5) în prima eprubetă cu iodură de potasiu, se măsoară timpul (cu cronometrul) până la apariția culorii albastru. Se repetă experiența cu eprubetele 2-6,3-7 și 4-8.
Se notează timpul în tabel
Tabel 3.35 Dependența vitezei de reacție de concentrația în iodură
Dependența vitezei de reacție de concentrația în apă oxigenată
Mod de lucru:
Se pregătesc în patru eprubete soluții de apă oxigenată de concentrații diferite obținute conform indicațiilor din tabel. Se adaugă în fiecare din aceste eprubete câte 1 ml. soluție de amidon. În alte patru eprubete se introduc câte 5 ml. de soluție de iodură de potasiu.
După pregătirea celor opt eprubete cu soluții se trece la efectuarea reacției chimice și la măsurarea timpului până la apariția culorii albastru.
Se introduce conținutul unei eprubete cu iodură de potasiu (eprubeta5) în prima eprubetă cu apă oxigenată, se măsoară timpul (cu cronometrul) până la apariția culorii albastru. Se repetă experiența cu eprubetele 2-6,3-7 și 4-8.
Se notează timpul în tabel
Tabel 3.36 Dependența vitezei de reacție de concentrația în apă oxigenată
Organizarea observațiilor
În urma efectuării experiențelor se notează timpul până la apariția culorii
albastre, aceeași pentru toate probele.
Discutarea procedeelor utilizate
Se știe că viteza reprezintă variația concentrației în unitate de timp v=∆c/∆t. S-a
luat în considerare faptul că ionul care rezultă în urma reacției chimice se identifică cu amidon, producându-se o colorație albastră a acestuia de o anumită intensitate, considerată etalon, în momentul în care concentrația iodului atinge o anumită valoare. Acestei valori îi corespunde în toate experiențele aceeași variați (∆c) a concentrației reactantului ( în primul set de experiențe KI, în al doilea set H2O2).
Se poate alege, pentru simplificare, mărimea ,,c” ca unitate de măsură a variației concentrației, atunci ∆c =1
În aceste condiții viteza de reacție este numeric egală cu valoarea intervalului de timp scurs din momentul amestecării reactanților și până la apariția culorii albastre. Deci, calcularea vitezei de reacție se poate reduce la relația v = 1/∆t. În continuare se calculează viteza de reacție pentru cele două seturi de experiențe.
Cu datele obținute se trasează graficul dependenței vitezei de reacție de concentrația soluției de KI și apoi graficul dependenței vitezei în funcție de concentrația soluțiilor de apă oxigenată. După trasarea graficului, de către elevi, aceștia observă că viteza de reacție crește odată cu creșterea concentrației de iodură, dar și cu creșterea concentrației de apă oxigenată.
Asimilarea unei noțiuni noi
Din analiza unui număr mare de experimente s-a ajuns la concluzia că viteza de
reacție nu este frecvent dependentă linear de concentrație. De obicei, această dependență i-a forma unei funcții exponențiale. În legea vitezei, concentrațiile reactanților trebuie să apară la anumite puteri, acestea definindu-se ca ordine de reacție. Pentru sistemul studiat iodură- apă oxigenată (I– H2O2), legea vitezei poate fi reprezentată astfel:
v = k [I-]n I- x [H2O2]n H2O2
unde: k-constantă de viteză în care sunt înglobați o serie de factori de care mai depinde viteza (temperatură, presiune, catalizatori) și n I- și n H2O2 sunt ordinele parțiale de reacție, care diferă de cele mai multe ori de coeficienții stoechiometrici.
Prelucrarea datelor
Utilizând datele experimentale se pot calcula valorile ordinelor de reacție
Formularea concluziilor
Se consideră o reacție de tipul: aA + bB = produși, în care a și b sunt coeficienți
stoechiometrici ai reactanților A și B, viteza de reacție se exprimă prin relația:
v = k [A]n A x [B]n B , care reprezintă legea de viteză, n A și n B reprezintă ordinele parțiale de reacție, față de componentul A respectiv B. Ordinul total de reacție se obține însumând ordinele parțiale
n = nA + nB
Verificarea rezultatelor
Cum variază viteza reacției v = k [A]n A x [B]n B, în funcție de concentrație
pentru valorile nA și nB indicate în tabelul de mai jos? Completați rubricile libere și arătați de câte ori crește viteza când concentrația se dublează și se triplează.
Tabel 3.7 variația vitezei funcție de concentrație și valori diferite ale ordinelor parțiale de reacție
Aplicarea în practică
Exemplu:
Dezintegrarea spontană a speciilor radioactive ( 146C→147N +e-) este dependentă
numai de numărul de nuclee 146C prezente. Care este ordinul de reacție? Scrie ecuația ce reprezintă legea de viteză.
Se pot prezenta și alte probleme prin care să se stabilească valoarea vitezei de reacție a unui proces odată cu modificarea concentrației unui reactant, cunoscându-se legea de viteză.
În structura capacității umane intră trei categorii de comportamente:
anticipative -pregătitoare ale experimentului;
efective -de realizare a experimentului;
evaluative –de analiză a rezultatelor experimentale.
Aceste categorii de comportamente impun trei etape distincte, obligatorii
fiecărui experiment:
etapa premergătoare, aceasta constă în introducerea elevului în problemele
experimentului, stabilirea motivației teoretice, a condițiilor materiale, formularea unor ipoteze, stabilirea ordinii operațiilor de efectuat. Etapa premergătoare se realizează prin parcurgerea punctelor 1,2,3,4
etapa de efectuare, care constă în realizare experimentului, observarea directă a
fenomenului și interpretarea acestor observații-punctul 5
etapa de evaluare, constă în formularea concluziilor pe baza interpretării
observațiilor și a le confrunta cu ipotezele. Această etapă se va parcurge prin efectuarea indicațiilor de la punctele 6,7,8,9,10,11,12.
. Criteriul participativ al elevilor
După acest criteriu experimentele de laborator pot fi:
-experimentul demonstrativ efectuat de profesor sau de o grupă de elevi;
-experimentul frontal realizat de toți elevii în același timp individual sau pe
grupe.
B.1 Experimentul demonstrativ
Pentru ca experimentul demonstrativ să-și atingă scopul trebuie să parcurgă o serie de etape:
motivarea demonstrației;
orientarea atenției spre esența observației
efectuarea demonstrației
enumerarea observațiilor
interpretarea observațiilor
concluzionarea observațiilor
Ca exemplu pentru marcarea acestor etape se consideră reacția cuprului cu
acidul azotic
Motivarea demonstrației
Se știe că metalele situate în seria activității electrochimice, după hidrogen, nu-l
vor dezlocui pe acesta din acizi. Ele vor reacționa numai cu acizii cu acțiune oxidantă. În urma acestei reacții rezultă sare și un oxid nemetalic în stare inferioară.
Prin reacția cuprului cu acidul azotic ar trebui să se formeze azotat de cupru și monoxid de azot. Dacă se introduce un șpan de cupru într-o soluție de acid azotic se observă degajarea unui gaz de culoare brun-roșcată (NO2). Prin experimentul care se realizează se poate demonstra formarea de NO.
Orientarea atenției spre ceea ce este esențial
Pe parcursul experienței se va urmări culoarea gazului care se degajă și
schimbarea de culoare a acestuia în contact cu oxigenul din aer.
Efectuarea demonstrației
Într-o eprubetă cu tub lateral se introduce un șpan de cupru. Tubul lateral se
conectează cu un alt tub care permite ca gazul degajat în urma reacției chimice să poată fi colectat sub apă. Cu pipeta introdusă în dopul de la gura eprubetei se introduc câteva picături de acid azotic. După umplerea eprubetei cu gazul incolor se ridică acestea și se observă schimbarea rapidă a culorii gazului din eprubetă. Acesta devine roșu-brun, culoare specifică hipoazotidei.
Fig. 3.38 Instalația de obținere a azotatului de cupru și a monoxidului de azot
Enumerarea observațiilor
În eprubeta ce a conținut șpanul se observă apariția unei soluții de culoare
Albastră specifică ionilor de Cu2+. Gazul care s-a strâns sub apă este incolor, specific NO (monoxidului de azot). După ridicarea eprubetei de gaz, acesta devine roșu brun datorită formării de NO2.
Interpretarea observațiilor
Acidul azotic este un agent oxidant puternic și cuprul este un reducător. Are loc
reacția redox:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
În următoarea etapă, NO este oxidat de oxigenul din aer:
NO + 1/2O2 = NO2
Conform lucrărilor de specialitate reacția decurge în două etape astfel:
Cu + 2HNO3 → CuO + H2O + 2NO2↑
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Concluzionarea observațiilor
În urma efectuării acestei experiențe și reacției cuprului cu sulfuric se poate
prezenta o schemă generală:
+ → + +
Fig. 3.39 schema reacției dintre cupru și acidul sulfuric
Modelată reacția dintre cupru și acidul sulfuric se poate reprezenta astfel:
Cu + H2SO4→ CuO + H2O + SO2↑
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
B.2 Experimentul frontal
Experiențe de acest tip pot fi efectuate de către elevi individual sau pe grupe. Prin efectuarea acestora i se oferă elevului posibilitatea de a participa în mod direct la perceperea fenomenelor, la cunoașterea proprietăților substanțelor chimice, putând astfel să sesizeze utilizările acestora în practică.
Proprietățile chimice ale acizilor pot constitui tema unui experiment frontal. Indicațiile de lucru pot fi prezentate într-o fișă sau se poate lucra cu ajutorul manualului
Experiența 1.
Acțiunea acizilor asupra indicatorilor:
a)turnați soluții de HCl și H2SO4 în două eprubete. Adăugați în fiecare eprubetă 2-3 picături de soluție de turnesol.
b)repetați experiența, folosind soluție de fenolftaleina
Experiența 2
Acțiunea acizilor asupra metalelor:
Tratați granule de zinc sau pilitură de fier cu soluții de HCl și H2SO4. Identificați gazul rezultat cu un chibrit aprins. Completați ecuațiile reacțiilor chimice
a) HCl +Zn =…….+………↑ HCl + Fe =………+…………↑
b) H2SO4 + Zn =……..+……..↑ H2SO4 +Fe=………+…………↑
Experiența 3
Acțiunea acizilor asupra oxizilor metalici
Folosind două eprubete, tratați oxidul de cupru (II) cu soluții de HCl respectiv H2SO4. Completați ecuațiile:
CuO + HCl =………+………..
CuO + H2SO4. =………..+………
Experiența 4
Acțiunea acizilor asupra bazelor (reacția de neutralizare)
În două eprubete puneți soluție de NaOH și câte o picătură de soluție de fenolftaleină. Adăugați soluția de HCl, respectiv H2SO4 picătură cu picătură și agitați mereu eprubeta până la decolorarea soluției. Completați ecuația reacției chimice
HCl + NaOH =…….+………
H2SO4 + NaOH =…….+………
Experiența 5
Acțiunea acizilor asupra sărurilor
a)tratați într-o eprubetă o soluție de HCl cu o soluție de azotat de argint (AgNO3). Completează ecuația.
HCl + AgNO3 =………↓ +…………
b)tratați o soluție de acid sulfuric cu o soluție de clorură de bariu (BaCl2). Completează ecuația.
H2SO4 + BaCl2 =………↓ +…………
c)peste puțin carbonat de calciu (CaCO3) turnați o soluție de acid clorhidric. Încercați natura gazului rezultat cu un chibrit aprins. Completează ecuația.
HCl + CaCO3 =……… +…………+……..↑
Experiența 6
Reacția HCl cu amoniacul (NH3)
Apropie dopurile de la sticla de HCl și NH3. Ce culoare are gazul rezultat?
HCl + NH3 =…………↑
Profesorul poate generaliza proprietățile chimice ale acizilor într-o schemă, astfel:
Turnesol-roșu
indicatori
fenolftaleină-incolor
metale săruri + H2 ↑
oxizi bazici săruri + apă
solubile
bazele săruri + apă
insolubile
sărurile acizilor slabi săruri + acizi slabi
fig. 3.40 schema generalizată proprietăți chimice acizi
Criteriul capacității umane
Acesta include noțiunea de capacitate experimentală, adică metoda
experimentului științific în cunoașterea realității. În funcție de sfera acestor capacități experimentele pot fi:
-experimente pentru deprinderi motorii
-experimente pentru deprinderi intelectuale
Această clasificare nu delimitează strict sfera experiențelor ce se desfășoară în laboratorul de chimie, deoarece nu există experiență care să fie destinată însușirii deprinderilor intelectuale în afara deprinderilor motorii, iar fiecare activitate experimentală este concepută sub forma unei anumite strategii de învățare.
C.1 Experimente pentru deprinderi motorii
Încă din ciclul gimnazial, primii ani de studiu a chimiei, elevii sunt puși în situația de a lucra cu aparatura de uz general, confecționate din sticle (eprubete, pahare Berzelius, pahare Erlenmeyer, pâlnii) și cu ustensile de laborator (clește pentru eprubete, spatule, linguri de ars), să manipuleze sursele de încălzire.
Prin efectuarea experiențelor prevăzute în programa școlară elevii reușesc să-și formeze deprinderile motorii necesare.
În liceu, elevii claselor cu profil de chimie iau contact cu unele elemente de analiză cantitativă, și anume cu analiza volumetrică.
Analiza volumetrică permite determinarea conținutului unui anumit component al substanței de analizat, prin măsurarea exactă a volumului de reactiv, de concentrație cunoscută, care reacționează cantitativ cu componentul căutat. O problemă importantă în acest caz este aceea a aparaturii utilizate. Vasele utilizate în analiza volumetrică sunt:
-baloane cotate care se utilizează pentru prepararea soluțiilor de concentrație cunoscută;
-cilindri gradați care se folosesc în măsurarea aproximativă a volumelor de soluție;
-pipete pentru măsurarea cantităților mici de soluție;
-biurete, vase cu care se măsoară volumul de soluție în timpul titrării.
Pentru a utiliza aceste ustensile de laborator este necesară o anumită abilitate, de a-și fi format anumite deprinderi motorii mai deosebite.
Elevii vor fi puși în situația de a efectua operația de titrare- aceasta necesită o tehnică deosebită. Dar în afară de a-și forma deprinderi motorii de efectuare a cestei operații, elevii trebuie să-și formeze și deprinderi intelectuale, de a alege reactivii corespunzători pentru dozare, de a prelucra date obținute în urma operației de titrare.
C.2. Experimente pentru deprinderi intelectuale
Conform acestui criteriu declasificare există următoarele tipuri de experimente:
Experimente pentru învățarea de noțiuni și concepte definite.
Prin seturi de experiențe prezentate într-o fișă de lucru, sau utilizând indicațiile din manual sau dintr-un caiet de lucrări practice, elevii pot stabili: metodele de obținere și proprietățile unui nemetal ( clorul, sulful), proprietățile chimice ale unui metal (magneziu, fierul), proprietățile chimice ale unui acid sau ale unei baze etc.
Exemple:
Studiul proprietăților substanțelor tensioactive
Lucrarea propune studiul proprietăților diferitelor tipuri de substanțe tensioactive (detergenți, săpunuri, emugatori). Se vor determina rolul enzimelor în procesul de detergență , stabilitatea în mediul acid și în apa dură, puterea de emulsionare.
Materiale necesare:
Echipamente, ustensile:
5 pahare Berzelius de 100 ml
2 eprubete 30 ml
2 pipete Pasteur sau normale
3 sticle de ceas
2 fiole gradate de 100 ml cu capac
cilindri de 50 și 100 ml
Reactivi:
foițele subțiri, maronii de ceapă
3 g detergent cu celulaze și înălbitori ([NUME_REDACTAT] pentru rufe albe sau orice tip de detergent pentru rufe albe care conține și înălbitori)
4 g CaCl2 x 6H2O
20 ml oțet
Săpun fulgi sau normal
10 g muștar
80 ml ulei floarea soarelui
Mod de lucru:
Experimentul 1. Detergenți-rolul enzimelor în procesul de detergență
În două pahare Berzelius se adaugă câte 50 ml de apă. În primul pahar se adaugă 3 g de detergent cu celulaze și înălbitor, iar în al doilea pahar rămâne apă simplă.
În fiecare din cele două pahare se introduc câte două foițe subțiri de ceapă colorate galben-maro. Amestecul se lasă la temperatura camerei timp de 4 ore. Se analizează aspectul soluțiilor și culoarea foițelor de ceapă.
Experimentul 2 Săpunuri-stabilitate în mediul acid și în apa dură
În două pahare Berzelius se prepară două soluții apoase: 20 ml soluție 20% CaCl2 și 50 ml soluție ce conține aproximativ 1 g săpun.
Într-o eprubetă se iau 20 ml soluție apoasă de săpun și se adaugă cu ajutorul unei pipete Pasteur câteva picături de soluție apoasă de clorură de calciu (cca. 1 ml). Se observă aspectul soluției rezultate.
Într-o altă eprubetă se iau 20 ml soluție apoasă de săpun și se adaugă 20 ml oțet. Se observă aspectul soluției rezultate.
Experimentul 3 Emulgatori – putere de emulsionare
În două fiole care pot fi închise ermetic se introduc 50 ml ulei de floarea soarelui. În fiecare fiolă se adaugă 50 ml de apă. Se produce separarea fazelor. În una din fiole se pun 10 g muștar. Cele două fiole se închid și se agită puternic. Se lasă în repaus, se observă și se notează volumul fazei uleioase la intervale de timp de 15 minute.
PRECAUȚII !! : clorura de calciu este iritantă pentru piele, ochi, tractul respirator. Dăunător dacă este înghițit sau inhalat.
Contact cu ochii: spălați imediat ochii cu apă din abundență. Dacă iritația persistă se cere ajutor medical
Contact cu pielea: se spală cu apă
În caz de înghițire: se spală gura cu mulă apă. În cazul în care cantitatea care a fost înghițită este mare, se cere ajutor medical
Înregistrări de date experimentale:
Pentru fiecare exeriment se completează tabelele următoare:
Experimentul 1. Detergenți-rolul enzimelor în procesul de detergență
Experimentul 2 Săpunuri-stabilitate în mediul acid și în apa dură
Prelucrarea datelor experimentale:
Explicați modul de acțiune a celulazelor asupra foițelor de ceapă. Care este rolul celulazelor în compozițiile detergente pentru spălarea fibrelor de bumbac.
Explicați formarea precipitatelor în ambele soluții de săpun. Scrieți reacțiile chimice dintre săpun și CaCl2 și săpun și acid acetic
Observați aspectul amestecului ulei-apă în prezența și în absența muștarului. Ce rol are muștarul.
Concluzii:
Celulazele sunt enzime care degradează rapid pereții celulelor, astfel încât
înălbitorul pătrunde în nervurile foițelor de ceapă și decolorează colorantul brun. Soluția de detergent și foița de ceapă se vor decolora. Atunci când articolele de îmbrăcăminte care conțin fibre din bumbac se spală repetat, tind să devină scămoase și culorile devin terne. Acest efect este datorat formării microfibrelor la suprafața fibrelor de bumbac, astfel lumina este reflectată diferit și culorile se modifică. Celulazele hidrolizează (degradează) aceste microfibre, redând culorile inițiale ale fibrelor.
Proprietățile de spălare ale săpunului în apă dură sunt reduse deoarece formează
săpunurile de calciu și magneziu, care sunt insolubile în apă. În mediu acid săpunurile sunt instabile deoarece se transformă în acizi grași, care sunt insolubili în apă și nu au efect de spălare. Datorită insolubilității în apă atât a săpunurilor de calciu sau magneziu cât și a acizilor grași au efect de murdărire în procesul de detergență pentru că se depun pe fibră.
Separarea fazelor în amestecurile ulei-apă fără emulgator (muștar) este foarte
rapidă. Muștarul are rol de emulgator. În soluția care conține emugator separarea fazelor este mai lentă. Astfel se explică utilizarea muștarului la prepararea maionezei pentru a împiedica dezemulsionarea acesteia
Clorul. Obținere.[NUME_REDACTAT] efectuarea acestor experimente elevul va fi capabil să:
-să aleagă dintr-un număr de substanțe chimice pe acelea care sunt necesare pentru obținerea clorului în laborator;
-să realizeze instalații pentru obținerea clorului, alegând corect componentele necesare, pe baza unor informații verbale, scrise, desene, schițe;
-să enunțe proprietăți fizice și chimice în urma observațiilor făcute pe parcursul realizării experimentelor
Materiale și reactivi:
-pahare Berzelius, eprubete, spatulă, balon cu fund plat, pâlnie picurătoare, cilindri, lingură de ars,
-HCl, MnO2, CaOCl2, KClO3, Cu, Fe, KMnO4,
Obținerea clorului:
Prin oxidarea la cald într-o eprubetă a acidului clorhidric concentrat cu dioxid
de mangan rezultă clor
4HCl + MnO2 → Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Oxidarea acidului clorhidric concentrat, la temperatura camerei, cu clorură de
var în prezența apei
CaOCl2 + 2HCl → Cl2 + H2O +CaCl2
Mod de lucru:
Montează o instalație compusă dintr-un balon cu fundul plat, prevăzut cu un
dop cu două căi, o pâlnie picurătoare, un tub de culegere și un cilindru din sticlă.
Introducând în balon un vârf de spatulă de clorat de potasiu, peste care
turnăm acid clorhidric concentrat aflat în pâlnia picurătoare, acesta se oxidează și rezultă clor. Clorul degajat se culege prin tubul lateral într-o eprubetă cu apă:
KClO3 + 6HCl → 3Cl2 + KCl + 3H2O
Printr-o instalație asemănătoare ca cea prezentată mai sus se poate obține clor dintre permanganat de potasiu și acid clorhidric:
2KMnO4 + 16HCl → 6 Cl2 + MnCl2 + 2KCl + 8H2O
Electroliza soluției concentrate de clorură de sodiu
Mod de lucru:
Într-un pahar cu capacitate de 150-200 ml introdu o soluție saturată de clorură
de sodiu (aproximativ 26%) și câteva picături de soluție de turnesol sau fenolftaleină.
În această soluție introdu doi electrozi. Pentru catod vei folosi un cui din fier,
lung de 6-8 cm , cu diametrul de 0,6 cm sau o vergea de cupru cu aceleași dimensiuni. Pentru anod ia un cărbune de la o baterie uzată de la lanternă. Electrozii se introduc în soluția din pahar printr-o rondel de lemn parafinată sau o bucată de carton.
Conectează electrozii la o sursă de curent continuu cu tensiunea minimă 4 V.
Închide circuitul, vei observa începerea procesului de electroliză a soluției de
clorură de sodiu
Observă schimbările de culoare care se produc în jurul electrozilor ( în funcție
de indicatorul utilizat)
Scrie ecuațiile reacțiilor chimice care au loc la electrozi și ecuația globală.
Proprietăți ale clorului:
Reacția clorului cu metalele- în urma acestor reacții rezultă cloruri.
Introducând într-un cilindru plin cu clor, sub formă de gaz, o spirală de sârmă
de cupru subțire încălzită la roșu, se observă reacția dintre cupru și clor, cu formarea clorurii de cupru (I)
2Cu + Cl2 → 2 CuCl
Se procedează la fel cu o spirală de fier. Rezultă clorura de fier (III)
2Fe + 3 Cl2 → 2FeCl3
Reacția clorului cu hidrogenul
Mod de lucru
Pregătește doi cilindrii de aceeași mărime. Unul îl vei umple cu clor gazos
(obținut dintr-un agent oxidant și acid clorhidric) și acoperă-l cu o placă de sticlă, iar celălalt îl vei umple cu hidrogen (obținut prin reacția dintre Zn și HCl), acoperă-l și pe acesta cu o placă din sticlă.
Pune cilindrii gură la gură și scoate plăcile de sticlă.
Ținând bine apropiați cei doi cilindri, îi rotiți de câteva ori 1800 pentru a
amesteca cele două gaze.
Așază cilindrii gură la gură în nișă. Prinde o panglică de magneziu cu un
clește metalic, aprinde-o și plimb-o în sus și în jos aproape de cei doi cilindri.
Observă schimbarea de culoare.
Încearcă natura gazului format, cu ajutorul unei hârtii albastre de turnesol
umezită.
Scrie ecuația reacției chimice care are loc.
Obținerea apei de clor și stabilirea acțiunii sale decolorante
Mod de lucru
Repetă unul din experimentele în care ai obținut clor. Culege gazul într-un
cilindru cu apă. Scrie ecuația reacției chimice care are loc ( în afara fenomenului fizic de dizolvarea are loc și o reacție chimică)
Apa de clor obținută în cilindru împarte-o în 4 eprubete
În eprubeta 1 adaugă câteva picături de turnesol, în eprubeta 2 picături soluție
indigo, în eprubeta 3 câteva picături de cerneală, în eprubeta 4 o bucată mic de pânză colorată.
Ce se întâmplă cu substanțele introduse în apa de clor?
Motivează concluzia la care ai ajuns
[NUME_REDACTAT] și reactivi:
-eprubete și pahare
-Na2S2O3, HNO3, H2SO4, BaCl2
Obținerea sulfului:
Se dizolvă într-o eprubetă puțin tiosulfat de sodiu peste care se adaugă acid
clorhidric diluat. Amestecul de reacție se tulbură datorită punerii în libertate a sulfului coloidal, fin dispersat:
Na2S2O3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + SO2 + 2S
Prin încălzirea eprubetei sulful se depune.
Proprietățile sulfului
Sulful aprins în aer, arde cu o flacără albăstruie și formează dioxid de sulf, cu
miros înțepător
S + O2 → SO2
Într-o eprubetă se încălzește până la fierbere o mică cantitate de floare de sulf
cu 3 ml de HNO3 concentrat. Sulful se oxidează, obținându-se acid sulfuric:
S + 2HNO3 → H2SO4 + 2 NO↑
Adăugând o soluție diluată de clorură de bariu, se pune în evidență ionul de sulfat, prin formarea sulfatului de bariu:
H2SO4 + BaCl2 → BaSO4 ↓ + 2HCl
Experimente pentru stabilirea și verificarea unor reguli
Tema: Variația caracterului metalic în grupe și perioade
Se propune următoarea fișă de lucrări practice:
Fig. 3.41 Variația caracterului metalic în grupe și perioade
Experimente pentru rezolvarea unor probleme
Rezolvarea de probleme sau a unei situații problemă reprezintă
antrenarea într-o activitate nouă, diferite de activitățile curente ale procesului de instruire, pe care profesorul o pune la clasă fiecărui elev sau grup, în scopul dezvoltării creativității, gândirii divergente, imaginației, capacității de a generaliza, de a reformula o problemă.
Capacitatea de a rezolva probleme se dobândește și se dezvoltă prin exercițiu bine condus pe o perioadă mai lungă de timp. Se începe cu activități simple, dar nu banale, crescându-se treptat complexitatea.
Obiectivele urmărite prin utilizarea rezolvării de probleme sunt sintetizate de Stenmark (1991) astfel:
înțelegerea problemei;
obținerea informațiilor necesare rezolvării problemei;
formularea și testarea ipotezelor;
descrierea metodelor de rezolvare/ aplicarea lor;
posibilitatea de generalizare și de transfer a tehnicilor de rezolvare.
Se poate aprecia, în domeniul chimiei, că rezolvarea de probleme
reprezintă tehnica cea mai complexă și utilă în dobândirea, exersarea și validarea comportamentelor la nivel superior.
Una din clasificările posibile ale problemelor de chimie se bazează pe metodele de rezolvare folosite: sinteza, analiza, metode analitico-sintetice, inductive, deductive.
O altă clasificare, ce poate fi considerată opțională, mai utilă pentru atingerea scopului, se bazează pe elemente de dificultate în rezolvare, pe conexiunea cu alte discipline și elemente specifice de conținut.
Din acest punct de vedere apare următoarea clasificare:
probleme care se rezolvă fără calcul matematic (probleme-întrebări /
probleme calitative). Acestea fac apel la gândire și se rezolvă prin raționamente logice, uneori algoritmizate.
Exemple:
-caracterizări de elemente chimice;
-înlocuirea de litere în schemele de reacții;
-determinarea calcului acido-bazic al unor soluții rezultate la hidroliza sărurilor;
-propunere de scheme simple de transformări chimice;
-propunere de soluții practice.
probleme care se rezolvă prin calcul matematic (probleme cantitative). Pot fi simple ( cu o singură cerință) sau complexe.
Exemple:
-probleme de calcul procentual: determinarea compoziției procentuale a substanțelor, a amestecurilor de substanțe, determinarea concentrației procentuale a soluțiilor;
-stabilirea formulelor chimice;
-probleme de calcul stoechiometric: calcul de randamente, conversii, purități;
-calcule pe baza legilor gazelor;
-calcule pe baza proceselor redox: stabilirea numerelor de oxidare, stabilirea coeficienților, calculul stoechiometric redox, probleme de electroliză;
-calcule termodinamice: utilizarea legilor termochimiei, calcule estimative, caracterizarea cantitativă a echilibrului chimic;
-calcule utilizând logaritmi: probleme de cinetică, termodinamică, electrochimie;
-probleme cu rezolvare grafică: determinarea de date din curbe de solubilitate
probleme cu caracter practic
Toate problemele ar trebui să fie rezultate din practică, fiind de dorit să
contribuie la rezolvarea unor situații reale. În acest caz ne referim la probleme în care se cere găsirea unei soluții, fără calcule, de exemplu la probleme de tip: scoaterea petelor, conservarea alimentelor, amestecuri utilizate în gospodărie.
probleme complexe
Acest tip de probleme au în general, mai multe cerințe (calitative sau/ și
cantitative) Pot solicita calcule, demonstrații, analize. Pot necesita rezolvare aritmetică sau algebrică, pot face apel la tabele de date sau se pot rezolva pe baza unor operații logii multiple și complexe. Unele pot constitui o însumare sau o succesiune de probleme simple.
Cerințe de proiectare a enunțului problemei și de evaluare a rezolvării:
-cerințele problemei să fie clare;
-schema de notare să nu marcheze altceva decât a solicitat enunțul oferit elevilor;
-situația problemă să fie adecvată nivelului de vârstă și de pregătire a elevului;
-datele problemei să fie în concordanță cu realitatea;
-cerințele să fie în concordanță cu obiectivele și conținuturile disciplinei;
-modul de evaluare a activității să fie relevant, prin urmărirea criteriilor de bază stabilite prin schema de notare;
-utilizarea unor metode alternative de rezolvare.
Pentru a întări convingerea elevilor că reacțiile chimice în desfășurarea lor
respectă legi general valabile, este util ca înaintea prezentării unei probleme să se efectueze experiența sau experiențele care sunt obiectul acelei probleme (dacă este posibil)
Exemple:
Așezați pe talerul unei balanțe două pahare Berzelius : unul cu soluție
de acid clorhidric 20%, celălalt cu granule de zinc. Echilibrați balanța. Turnați o cantitate oarecare de soluție de acid clorhidric peste zinc. Cu ajutorul rezultatului obținut la cea de a doua cântărire, determinați masa soluției de acid clorhidric care a reacționat cu zincul.
Aveți la dispoziție : un balon cu fund plat, un dop cu două orificii, o
pâlnie cu robinet și tuburi de culegere.
Ce instalații puteți realiza cu acestea? Desenați-le. Arătați la ce le puteți folosi.
Aveți la masa de lucru: oxid de calciu, dioxid de mangan, oxid de fier
(II) și apă oxigenată. Alegeți reactivii cu care puteți obține oxigen în laborator. Ce tip de reacție stă la baza acestei preparări? Ce ustensile veți folosi? Indicați trei substanțe simple cu care ar putea reacționa oxigenul și efectuați arderile.
Într-un cristalizor de dimensiuni mai mari se introduc 500 ml apă. În
mijlocul cristalizorului se așază o plăcuță de lemn, iar pe aceasta un căpăcel metalic, astfel încât apa să nu intre în căpăcel. În acesta se introduce aproximativ 1 g sulf care se aprinde. Se acoperă totul cu un clopot de sticlă și imediat se înseamnă pe clopot nivelul apei. Se lasă să ardă tot sulful, până se stinge, iar ceața care se formează în timpul reacției dispare. Se notează din nou pe clopot nivelul apei.
Să se explice de ce a crescut nivelul apei în clopot și unde a dispărut ,, ceața” care se formase la un moment dat sub clopot. Să se scrie ecuațiile reacțiilor chimice care au avut loc.
Cu ajutorul indicatorului potrivit să se pună în evidență caracterul soluției obținute.
Măsurând diametrul interior al clopotului și diferența de nivel a apei să se determine cantitatea de sulf care a ars.
Presupunând că întreaga cantitate de substanță obținută la arderea sulfului s-a dizolvat în apă, să se determine concentrația soluției obținute.
Criteriul locului în lecția de chimie
După locul pe care îl ocupă în lecție, experimentele de laborator se pot
clasifica în:
experimente pentru stimularea interesului față de noile informații (se
efectuează în momentul de introducere în lecție);
experimente pentru învățarea noilor informații, aprofundarea sau
extinderea lor (în lecția propriu-zisă);
experimente pentru fixarea cunoștințelor ( se introduc pe parcursul lecției
în momentele de feedback sau în lecții de recapitulare);
experimente pentru evaluare ( locul lor este variabil putând fi utilizate la
începutul învățării, pe parcursul ei sau la sfârșitul procesului de învățare).
D.1 Experimente pentru stimularea interesului față de noile informații
Pentru stimularea interesului pentru studiul sistemelor în echilibru chimic se poate prezenta experiența:
Se prepară iodura de mercur(II) prin precipitarea unei soluții de HgCl2 cu iodură de potasiu. Precipitatul roșu-corai de HgI2 se filtrează și se usucă. Într-o eprubetă prevăzută cu un dop se introduce pulbere roșie de iodură de mercur (II). Se încălzește eprubeta, iar apoi se răcește încet. Se repetă operația de câteva ori. Se observă că la încălzire pulberea roșie devine verde, iar la răcire revine la culoarea roșie.
Variația culorii ne indică desfășurarea unei reacții chimice. Într-adevăr, la cald are loc descompunerea HgI2.
t°
2HgI2 (s) → Hg2I2 + I2
roșie verde
variația entalpiei libere a sistemului fiind:
ΔG = G Hg2I2 + GI2 – 2G HgI2; ΔG < 0
iar la răcire reacția are loc în sens invers:
Hg2I2 (s) + I2 → 2HgI2
verde roșie
variația entalpiei libere a sistemului fiind în acest caz:
ΔG = 2GHgI2 – (GHg2I2 + GI2) ; ΔG < 0.
Astfel putem spune că reacția are loc în ambele sensuri și poate fi scrisă:
2HgI2 (s) ↔ Hg2I2 + I2.
Prin urmare, reacțiile chimice pot fi reversibile, adică se pot desfășura în ambele sensuri, predominând sensul în care, pentru anumite condiții, variația entalpiei libere este mai mică decât 0, ΔG<0.
D.2 Experimente pentru învățarea noilor informații
Pentru a stabili proprietățile soluțiilor tampon în comparație cu cele ale apei distilate la adaos de acid (HCl) se va efectua experiență:
Mod de lucru:
Măsoară 10 ml apă distilată, introdu-i într-un pahar Berzelius și adaugă o picătură de fenolftaleină (Numără picăturile).
Cu ajutorul unei pipete picură în apa distilată soluție de NaOH 0,1 M până la schimbarea culorii indicatorului.
Într-un alt pahar Berzelius cu 10 ml apă distilată adaugă o picătură de metiloranj.
Cu o pipetă picură soluție de HCl 0,1M până la schimbarea culorii indicatorului (Numără picăturile).
Într-un pahar Berzelius introdu 10 ml soluție CH3COOH 0,1M peste care toarnă alți 10 ml soluție CH3COONa 0,1M. Ai obținut o soluție tampon.
Împarte conținutul acestui pahar în alte două pahare ( în fiecare vei avea aproximativ 10ml soluție tampon).
În primul pahar cu soluție tampon adaugă o picătură de fenolftaleină și soluție de NaOH 0,1M, picătură cu picătură până la schimbarea culorii indicatorului (Numără picăturile) .
În celălalt pahar cu soluție tampon adaugă o picătură de metiloranj și soluție de HCl 0,1M, picătură cu picătură, până la schimbarea culorii indicatorului (Numără picăturile).
Soluția tampon formată din CH3COOH – CH3COONa are pH-ul în jur de 4.7 aproximativ egal cu cel al apei distilate care a stat în contact cu aerul din cameră.
Fenolftaleina este incoloră la pH mai mic de 9 și se colorează în roșu la pH mai mare.
Metiloranjul este roșu până la pH mai mic decât 4 și galben peste această valoare. Datele pe care le-ai obținut în urma încercărilor efectuate înregistrează-le în tabelul de mai jos:
Fig. 3.12-tabel date colectate
În soluția tampon coexistă două sisteme în echilibru:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO- + H3O+
CH3COONa + H2O ↔ Na+ + HO- + CH3COOH
Cum evoluează sistemele indicate mai sus la adaos de acid? Dar la adaos de bază?
D.3 Experimente pentru fixarea cunoștințelor
În scopul fixării conceptului de căldură de ardere și verificării modului în care elevii utilizează legea lui Hess se va determina experimental căldurile altor reacții cum ar fi:
(1). MgO (s) + 2HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2O (l) ΔH1=…..
(2). Mg (s) + 2HCl (aq) → MgCl2 + H2 (g) ΔH2=…..
și se poate scoate din tabele valoarea căldurii de formarea a apei:
(3). H2 (g) + ½O2 (g) → H2O (l) ΔH3=-285, 49kJ/mol
Ecuația reacției de ardere a magneziului este:
Mg (s) + ½O2 (g) → MgO (s) ΔHx=?
Cunoscând variația de entalpie pentru reacțiile (1), (2) și (3) se poate determina căldura reacției de ardere a magneziului întrucât:
ΔHx = – ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
a. Materialele necesare:
– balanță – soluție HCl 1M
– calorimetru – Mg
– cilindru gradat – MgO
– termometru
b. Mod de lucru:
1. Reacția MgO cu HCl
Se cântărește la balanța analitică circa 1g MgO cu o aproximație de 0,01g.
Se măsoară 100 ml soluție HCl 1M cu ajutorul cilindrului gradat și se introduc
în calorimetru.
Se măsoară temperatura soluției de acid clorhidric și se notează (t0).
Se introduce în calorimetru oxidul de magneziu.
Se măsoară temperatura t1, cea mai înaltă temperatură atinsă în timpul reacției.
2. [NUME_REDACTAT] cu HCl
Se lucrează ca și în experiența anterioară, dar în locul oxidului de magneziu se introduc în calorimetru 0,5g de magneziu (cântărite în prealabil în balanță analitică).
Prelucrarea datelor:
◦ Se calculează variația de temperatură pentru cele două reacții studiate (Δt = t1 – t0);
Δt1=….. Δt2=…..
◦ Se calculează căldura degajată în cele două reacții utilizând relația Q = m c Δt.
Q1 = ….. Q2 = …..
◦ Se calculează numărul de moli de oxid de magneziu, respectiv de magneziu
VMgO/40,3; VMgO=….. VMg/24,3; VMg=…..;
◦ Se calculează variațiile de entalpie pentru un mol de MgO și un mol de Mg
ΔH1= – Q1/VMgO, ΔH1=-….; ΔH2= -Q2/VMg, ΔH2=…..;
◦ Utilizând legea lui Hess calculați căldura de ardere a magneziului.
D.4 Experimente pentru evaluare
Un număr mare de elemente pot prezenta diferite numere de oxidare. Prin activități experimentale se poate verifica modul în care elevii și-au însușit stările de oxidare ale fierului (0, 2+, 3+).
a. Mod de lucru:
Introdu o spatulă de pilitură de fier într-o eprubetă peste care toarnă soluție
HCl 6M. Ce observi? Stabilește numerele de oxidare ale fierului.
Într-o eprubetă ce 5ml soluție FeSO4 0,5M introdu 5ml apă și 1ml soluție NaOH
6M. Scrie ecuația reacției. Ce număr de oxidare au ionii de fier din precipitat?
Într-o eprubetă cu 5ml soluție FeSO4 0,5 M adaugă, picătură cu picătură,
soluție H2O2 3%, până când schimbarea de culoare este totală. Ce rol are apa oxigenată? Adaugă 2ml soluție NaOH 6M. Ce substanță a precipitat? Compară culoarea acestui precipitat cu cel obținut mai înainte. De ce apare diferență?
Într-o eprubetă cu 5ml soluție FeCl3 1M, adaugă 5ml HCl 6M, iar apoi introdu
treptat pulbere (sau granule) zinc până când s-a produs o schimbare de culoare. Notează schimbarea de culoare. Scrie ecuația reacției. Ce rol a avut zincul în această reacție?
Într-o eprubetă cu 5ml soluție FeCl3 1M adaugă 5ml H2O și 2ml soluție KSCN
0,1M. Observă schimbarea de culoare. Scrie ecuația reacției știind că s-a format ionul compus [Fe(SCN)]2+.
Într-o eprubetă ce conține 1ml soluție FeCl3 1M adaugă 5ml H2O și 5ml soluție
SnCl2 0,5M. Ce schimbare de culoare constatați? Scrie ecuația reacției și indică schimbările numerelor de oxidare. Adaugă 1ml soluție KSCN 0,1M. Observă diferența de culoare cu cea obținută în încercarea 5. Explică de ce apare această diferență.
Într-un pahar Berzelius introdu 5ml soluție FeSO4 6M. Toarnă ușor o soluție
de KMnO4 (8g KMnO4 la 1l) până când culoarea roz care a apărut persistă. Adaugă soluție de FeSO4 până când se schimbă culoarea.
Împarte soluția astfel obținută în două eprubete. Într-una dintre acestea adaugă 1ml soluție NaOH 6M, iar în cealaltă introdu 1ml soluție 0,1M KSCN. Ce observi? Scrie ecuațiile reacțiilor efectuate în acest experiment.
b. Concluzie:
Fierul poate prezenta numerele de oxidare: 0, 2+, 3+.
c. Aplicație:
Dă exemple de reacții în care au loc modificări ale numerelor de oxidare ale fierului (altele decât cele indicate în acest experiment). Efectuează-le practic și scrie ecuațiile.
În funcție de tipurile de experimente prezentate în subcapitolul 3.1.2. ,,Criteriile de clasificare a experimentelor de laborator”, în continuare se vor prezenta câteva modele de proiecte didactice în care experimentul apare ca metodă didactică sau ca procedeu didactic
3.2. [NUME_REDACTAT] Informației și a Comunicațiilor în experimentele didactice
Așa cu cinematograful, televiziunea, tehnicile video au constituit fiecare la apariție mari promisiuni pentru învățământ, fiecare în parte rezolvând unele probleme legate de activare, motivație, eficiență, la fel și calculatoarele promit să revoluționeze învățământul, existând de data aceasta garanții că schimbările induse de ele în școli vor fi profunde, importante, un veritabil pas înainte.
Apariția tehnologiei educaționale bazate pe TIC are un puternic impact asupra strategiilor didactice și a dezvoltării unor forme de organizare a instruirii care nu sunt posibile cu ajutorul metodelor și mijloacelor tradiționale: Actul învățării nu mai este considerat a fi efectul demersurilor profesorului, ci rodul unor interacțiuni ale elevului cu cel care produce învățarea, cu calculatorul, cu sursele de informare puse la dispoziție (internet, enciclopedii, platforma Ael, e-chimie, e-learning). Utilizarea noilor tehnologii informatice în lecțiile de științe, presupune identificarea obiectivelor și a competențelor prevăzute în programa școlară, alegerea software-ului didactic potrivit și evident asigurarea hardware-ului necesar.
Printre obiectivele și competențele prezente în Programele școlare pentru științele naturii și TIC se numără:
descrierea, analizarea, investigarea experimentală a fenomenelor fizice
și a relațiilor dintre ele;
formarea, dezvoltarea deprinderilor de aplicare a [NUME_REDACTAT] în studiul altor discipline școlare.
Pentru dezvoltarea lor se ridică următoarele probleme:
consolidarea abilităților de investigare științifică;
accesarea, selectarea, analizarea și comunicarea informațiilor științifice;
consolidarea abilităților de culegere și procesare a datelor experimentale;
modelarea/simularea unor fenomene reale sau imaginare;
aprofundarea înțelegerii ideilor științifice
Argumente în favoarea învățării asistate de calculator:
– chir și în lipsa unui laborator de chimie bine utilat elevii pot observa desfășurarea reacțiilor chimice;
-individualizarea învățării și creșterea randamentului însușirii conștiente a cunoștințelor;
-dezvoltarea creativității elevilor care utilizează software educațional specific;
-stimularea capacității de învățare inovatoare, adaptabilă la condițiile de schimbare socială rapidă;
-reducerea timpului de învățare și ridicarea calității învățării, având în vedere micșorarea numărului de ore destinat științelor care sunt experimentale prin natura lor ( realizarea experimentelor reale necesită destul timp, condiții speciale: temperaturi ridicate, catalizatori, nișă )
-folosirea unui sistem complet de verificare a cunoștințelor datorită facilităților de prelucrare automată a datelor, de afișare a rezultatelor, de comandă automată a mijloacelor.
În cadrul lecțiilor de științe naturale, utilizarea calculatorului și a tehnologiilor moderne este benefică în următoarele activități:
efectuarea de experimente cu achiziție de semnale reale;
efectuarea de experimente virtuale;
culegerea, stocarea, reprezentarea și analiza datelor experimentale;
documentarea pe baza unor enciclopedii, a surselor Internet;
realizarea unor referate, comunicări, eseuri;
prezentarea informației sub formă grafică sau realizarea unor desene;
realizarea unor calcule numerice în scopul formării deprinderilor de calcul,
de prelucrare a unor date;
realizarea și utilizarea unor ,,bănci de date”(stocarea unor informații, în
anumite domenii, într-o manieră care permite găsirea informațiilor care îndeplinesc anumite condiții date;
realizarea de mici aplicații software sub îndrumarea profesorului;
evaluarea cunoștințelor în condiții de maximă obiectivitate.
3.3. Modele de proiecte didactice
3.3.1 Proprietăți chimice generale ale metalelor –clasa a VIII a
Acest tip de lecție poate adopta structura complexă a unei lecții ,,combinate” sau ,,mixtă”, în care se realizează multiple tipuri de activități ( de comunicare, de repetare, de consolidare, pentru formarea unor priceperi și deprinderi, de verificare a rezultatelor
Titlul lecției: Proprietățile chimice generale ale metalelor
Timp de lucru: 2 ore de chimie, clasa a VIII-a
Tipul lecției: De comunicare/însușire și aplicarea a unor cunoștințe
Realizarea obiectivelor lecției vor conduce la formarea următoarelor competențe:
Competențe-cheie/transversale:
Competențe de învățare/de a învăța să înveți
Competențe acțional -strategice
Competențe interpersonale, civice, morale
Competențe de bază în matematică, științe și tehnologie
Competențe de autocunoaștere și autorealizare
Competențe specifice disciplinei CHIMIE:
Competența de a dobândi cunoștințe fundamentale, abilități și valori din
domeniul chimiei
Competența de a comunica în limbaj specific chimiei
Competența de a rezolva probleme/situații problemă
Competența de a investiga experimental substanțele și procesele chimice
Competența de a utiliza inofensiv substanțele chimice
Subcompetențe (obiective informative). Elevii trebuie să indice:
Proprietățile chimice ale metalelor:
Reacția cu nemetalele
Reacția cu acizii
Reacția cu apa
Reacția cu compușii altor metale
Obiective operaționale: La sfârșitul orei toți elevii vor fi capabili:
O1- să stabilească proprietățile chimice ale metalelor pe baza activităților experimentale;
O2 – să coreleze reactivitatea chimică cu poziția în sistemul periodic;
O3 – să argumenteze comportarea metalelor în funcție de poziția în seria potențialelor electrochimice;
O4 – să modeleze grafic principalele proprietăți ale metalelor prin intermediul ecuațiilor reacțiilor chimice;
O5 – să rezolve exerciții și probleme care implică cunoașterea proprietăților chimice.
Materiale didactice:
Substanțe: sodiu (Na), magneziu (Mg), zinc (Zn), fier ( Fe), aluminiu (Al), cupru (Cu), soluții de acid clorhidric (HCl), acid sulfuric (H2SO4), acid azotic (HNO3), apă (H2O), oxid de fier (Fe2O3), sulfat de cupru (CuSO4), clorură de mercur
( HgCl2).
Ustensile de laborator: eprubete, pahare Berzelius.
Metode didactice: experimentul demonstrativ și frontal, observația, învățarea prin descoperire, modelarea.
Scenariul didactic
Tabel 3.43 –scenariu didactic
Anexa 1
[NUME_REDACTAT] operaționale ce se cer prin test
Elevii trebuie să fie capabili:
O1- să indice proprietățile chimice ale metalelor;
O2- să stabilească tipul de reacție la care participă metalele;
O3- să coreleze reactivitatea chimică cu poziția în sistemul periodic;
O4- să argumenteze comportarea metalelor în funcție de poziția în seria potențialelor electrochimice (seria activității).
Fig. 3.44 –obiective raportate la itemi
Numele și prenumele……………..
Clasa……………………….
Stabilește proprietățile chimice ale metalelor utilizând informațiile din
schema de mai jos:
+ O2 → a
+Cl2 → b
+ S → c HCl b + d
Metal + H2O → a (e) + f
+ acizi →g + f
+ săruri → h + metal
+ oxizi metalici → a + metal
Care sunt compușii corespunzători literelor din schemă?
Scrie ecuațiile reacțiilor chimice respective pentru [NUME_REDACTAT] tip de reacție chimică aparțin primele trei ecuații? Dar ultimele patru? 6 p.
Stabilește care din ecuațiile reacțiilor chimice sunt posibile și egalează-
le:
Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2↑
Cu + H2 → CuO + H2↑
Fe + H2SO4 (diluat) → FeSO4 + H2↑
Cu + 2HNO3 → Cu(NO)3 + H2↑
Mg + CuSO4 → MgSO4 + [NUME_REDACTAT] + AgNO3 → Zn(NO)3 + Ag↓
Cu + MgCl2 → CuCl2 + Mg↓
Zn + CuSO4 →ZnSO4 + Cu↓ 3 p
9 p+1 p of =10 p
Fișa 2
Completați schemele generale de mai jos alegând unul dintre metalele următoare:
Na, K, Al, Mg, Cu, Fe, Zn
metal Met + =
+ =
+ =
+ = +
+
Anexa 2
Proba de evaluare formativă:
Elevii trebuie să fie capabili:
O1-să modeleze grafic principalele proprietăți chimice ale metalelor prin intermediul ecuațiilor reacțiilor chimice;
O2-să coreleze reactivitatea chimică cu poziția în sistemul chimic;
O3-să argumenteze comportarea metalelor în funcție de locul ocupat în seria activității electrochimice;
O4-să efectueze calcule chimice pe baza ecuațiilor reacțiilor chimice ce ilustrează proprietățile chimice ale metalelor.
Corelația obiective –itemi poate fi prezentată prin tabelul:
Tabel. 3.45- obiective raportate la itemi
Test de evaluare:
3 p 1. Indică proprietățile chimice ale metalelor. Scrie ecuațiile reacțiilor chimice prin care sunt ilustrate proprietățile metalului Mg,
1 p 2. Precizați răspunsurile incorecte referitoare la compușii pe care un metal îi poate forma cu nemetale:
a)metal + halogen = halogenură
b)metal + sulf = sulfură
c)metal + hidrogen = hidrură
d)metal + fosfor = fosfat
1 p 3.Care dintre metalele Li, Na, K, Rb se aprind mai ușor în aer? Argumentează răspunsul.
1 p 4.Care dintre reacțiile indicate mai jos au loc, având în vedere că fiecare din soluții are concentrația 1M?
a)Cu0 + Ag+ →
b)Sn0 + Fe2+ →
c)Ag0 + Mn2+ →
d)Cu0 + Zn2+ →
1 p 5.Un metal nu poate reduce:
-ionii de hidrogen din soluția unui acid concentrat;
-ionii metalelor situate înaintea lui în seria activității metalelor;
-oxidul unui alt metal;
-ionii metalelor situate după el în seria activității metalelor.
2 p 6.O plăcuță de fier în greutate de 200 g se introduce într-o soluție cu CuSO4. După un timp se cântărește. Se constată că masa plăcuței a crescut cu 2 g. Stabilește ce cantitate de fier a trecut în soluție și ce cantitate de cupru s-a depus pe plăcuță
Fișa 1
Tabel 3.46 –fișă de lucru
3.3.2. Tipuri de reacții chimice. Reacția de substituție. clasa a VII a
Clasa: a VII a
Unitatea de învățare: Reacții chimice
Conținutul: Tipuri de reacții chimice – Reacția de substituție (înlocuire)
Tipul lecției: de formare de priceperi și deprinderi intelectuale, lecție bazată pe experimente de laborator
COMPETENȚE GENERALE:
Comunicarea înțelegerii conceptelor în rezolvarea de probleme, în formularea explicațiilor, în conducerea investigațiilor și în raportarea rezultatelor
COMPETENȚE SPECIFICE:
1.3. Clasificarea reacțiilor chimice după unul sau mai multe criterii.
2.4. Interpretarea informațiilor obținute din grafice, tabele, fișe de observații.
3.4. Elaborarea de ipoteze referitoare la produșii unei reacții.
4.3. Folosirea terminologiei specifice chimiei referitoare la reacțiile chimice.
OBIECTIVE OPERAȚIONALE:
[NUME_REDACTAT] clasifice reacții chimice
Să utilizeze legea conservării numărului de atomi la scrierea ecuațiilor
chimice
Să aplice algoritmul de calcul pe baza formulei chimice
Să efectueze calcule chimice
Să utilizeze corect reactivii și aparatura de laborator
[NUME_REDACTAT]-și susțină propriile puncte de vedere în vederea rezolvării fișei
c)[NUME_REDACTAT] se implice în activitatea concretă de lucru
Să-și organizeze timpul
STRATEGII DIDACTICE:
Metode –conversația, demonstrația, experimentul,
Mijloace –stativ cu eprubete, reactivi, fișă de observație
Formă de organizare- individual și frontal
MATERIAL BIBLIOGRAFIC:
Fătu, Sanda, [NUME_REDACTAT] ,,Chimie”-manual pentru clasa a VII a Ed. [NUME_REDACTAT] Rodica, [NUME_REDACTAT] ,,Chimie” –Manual pentru clasa a VII a , Ed. [NUME_REDACTAT] Vasile, [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] ,,Chimie, elemente de proiectare” ed. ETP [NUME_REDACTAT], Sanda, [NUME_REDACTAT] ,,Învățarea eficientă a conceptelor fundamentale de chimie
[NUME_REDACTAT] ,,Probleme de Chimie pentru clasele VII – VIII
[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] ,,Caiet de Chimie pentru clasa a VII a “
[NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] ,, Metodica predării chimiei” ed. Marathon
DESFĂȘURAREA LECȚIEI
Moment organizatoric
-Notarea absențelor și organizarea activității
-Stabilirea linistei si atmosferei propice activitatii didactice
Captarea atenției elevilor
Unul dintre obiectivele studiului chimiei îl constituie studiul transformărilor substanțelor, al reacțiilor chimice, al celor pe care le producem în laborator, al celor care se petrec în natură și în organism, cât și al celor care se utilizează în industrie pentru obținerea diferitelor produse. Pentru a le studia este necesară scrierea lor, simbolizarea lor.
Se scrie pe tabla cuvântul “REACȚIE” pe verticala și apoi se cere elevilor să scrie cuvinte care să exprime noțiuni de chimie învățate la această unitate de învățare.
Enunțarea obiectivelor la nivelul elevilor
La sfârșitul lecției elevii trebuie:
– să definească reacția chimica studiată,
– să aplice legea conservării numărului de atomi;
– să transpună cu ușurință sub formă de ecuații chimice- reacțiile chimice efectuate experimental, stabilind și coeficienții acestora;
– să interpreteze observațiile obținute pe baza experimentelor realizate pe grupe de elevi;
– să indice și să denumească participanții la o reacție chimica (reactanții și produșii de reacție);
Învățare prin efectuare de lucrare de laborator
Elevii vor fi împărțiți în șase grupe. Fiecare elev din grupă va primi o fișă de activitate experimentală. Elevii vor fi solicitați să completeze fișele de activitate experimentală și să formuleze concluzii.
Profesorul amintește elevilor câteva reguli de protecția muncii în laborator și îi atenționează să folosească cu grijă substanțele chimice și ustensilele de laborator.
Se va urmări modul în care elevii efectuează activitățile experimentale (dacă și-au format deprinderi de laborator). Se distribuie elevilor fișe de activitate experimentală care conțin experimentele ce vor fi efectuate.
Întărirea retenției și asigurarea transferului
Se realizează prin rezolvarea exercițiilor prezentate în fișa de lucru care se distribuie elevilor.
FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ
Reacții chimice
Tabel 3.47- fișă de lucru
FIȘĂ DE ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ (ETALON)
Reacții chimice
Tabel 3.48-fișa de lucru etalon
FIȘĂ DE LUCRU
1. Clasificați toate substanțele întâlnite în fișa de activitate experimentală încadrându-le în rubricile tabelului de mai jos:
2. Completează tabelul:
3.3.3 Sărurile. Proprietăți fizice și chimice –clasa a VIII a
Clasa: a VIII a
Unitatea de învățare: [NUME_REDACTAT]: Proprietățile fizice și chimice ale sărurilor
Tipul lecției: mixtă (combinată)
Competențe specifice:
1.2. Deducerea unor utilizări ale substanțelor chimice pe baza proprietăților fizico-chimice.
2.1. Analizarea, interpretarea observațiilor/ datelor obținute prin activitatea de investigare.
2.5. Formularea de concluzii și de generalizări pentru punerea în evidență a proprietăților fizice și chimice ale substanțelor compuse.
Obiective exprimate în termeni de competențe:
Să rezolve exerciții și probleme care implică cunoașterea denumirii,
clasificării sărurilor,
Să modeleze grafic proprietățile chimice ale sărurilor prin intermediul
ecuațiilor reacțiilor chimice;
Să utilizeze ustensilele și substanțele de laborator în scopul
investigării unor proprietăți ale sărurilor;
Să interpreteze observațiile în urma experimentelor efectuate.
Metode didactice : metoda ciorchinelui, conversație euristică, exercițiul, algoritmizarea, problematizarea, modelarea, experimentul.
Materiale didactice :
fișa cu exerciții și probleme, sistemul periodic, ciorchinele
substanțe : CuSO4, Fe, NaOH; CaCO3, HCl; FeSO4, ZnSO4 .
ustensile de laborator : eprubete, stativ pentru eprubete, clește metalic.
SUCCESIUNEA ACTIVITĂȚILOR DE ÎNVĂȚARE:
SECVENȚA 1: – moment organizatoric
– se asigură condițiile optime de desfășurare a lecției;
– se face prezența elevilor la ora de curs;
– se verifică materialul didactic necesar desfășurării lecției.
SECVENTA 2: – anunțarea obiectivelor
Pentru verificarea cunoștințelor dobândite anterior cu privire la săruri cât și noile cunoștințe despre proprietățile fizice și chimice ale acestora vom încerca împreună să completăm un ciochine. Prima parte a ciorchinelui se completează prin rezolvarea de exerciții, cea de a doua parte prin activitate experimentală.
SECVENTA 3:-verificarea cunoștințelor cu ajutorul fișei de lucru
SECVENTA 4:-predarea noilor cunoștințe cu ajutorul fișei experimentale
SECVENTA 5:-obținerea performanțelor și asigurarea feed-back-ului
Se completează a doua parte a ciorchinelui cu tipurile de reacție la care participă sărurile
SECVENTA 6:-asigurarea retenției și a transferului
Temă pentru acasă: Realizați un scurt eseu despre una din sărurile întâlnite în gospodărie.
FIȘĂ DE LUCRU
Completați ecuațiile, apoi subliniați și denumiți sărurile:
CaCO3→CaO + CO2
NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O
Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 ↑ + H2O
NaNO3→ NaNO2 + O2↑
Separați sărurile subliniate în două coloane una cu săruri provenite de la hidracizi și cea de a doua coloană să conțină sărurile provenite de la oxiacizi
Clasificați sărurile după compoziție:
Fig. 3.49 -ciorchinele
Fișa experimentală
Fig. 3.50. fișă de lucru experimentală
3.4 Experimentul de laborator în cadrul Cercului de chimie
3.4.1 Considerații generale asupra activității de cerc
Cercul de chimie reprezintă o formă completivă a noțiunilor deja sedimentate la orele de chimie și între activitatea de la clasă și cea din cercurile de elevi trebuie să existe o strânsă interdependență, una sprijinindu-se pe cealaltă: prima constituie suportul pe care se edifică activitatea în cercuri, iar cealaltă, prin rezultatele sale, contribuie la ridicarea pe o treaptă superioară a activității din clasă.
Prin întreaga activitate didactica la clasă, profesorul pune la îndemâna elevilor cunoștințele teoretice necesare, mijloacele de instruire pe care aceștia să le folosească în activitatea lor de la cerc, le cultivă spiritul de cercetare, pasiunea pentru descoperire, deprinderile de muncă independentă, dragostea pentru chimie.
Cercurile modelează aptitudinile elevilor, le stimulează inițiativa și spiritul de cercetare în cunoașterea lumii materiale, le dezvoltă deprinderile de muncă independentă și productivă și au scopul de a contribui la:
» adâncirea și completarea cunoștințelor de chimie;
» dezvoltarea spiritului de observație și investigare;
» formarea unei gândiri creatoare;
» explicarea științifică a unor fenomene din viața cotidiană;
» dezvoltarea personalității elevului;
» trezirea interesului pentru experiment și cercetare;
» oferirea unei alternative plăcute de petrecere a timpului liber.
Sub aspect formativ, cercul modelează aptitudinile elevilor, le stimulează inițiativa, spiritul de cercetare și de echipă.
Prin temele alese, activitățile de cerc converg către formarea personalității elevului sub cele două aspecte importante: științific și educativ.
În cadrul Cercului, elevul ocupă un alt loc în procesul instructiv-educativ: elaborează și susține lucrări proprii; profesorul îl îndrumă și îi ,,cizelează” creația în mod discret.
Din punct de vedere organizatoric, înscrierea elevilor la cerc se face pe baza opțiunilor, aptitudinilor și intereselor. În condițiile actuale însă, cercul poate avea și un rol ,,recuperatoriu” pentru acei elevi apatici, care absentează sau nu ating parametrii obiectivelor stabilite. Aceștia trebuie atrași către activitățile experimentale, motivați și încurajați.
Cercul poate fi constituit ca o formă de activitate în afara clasei ținând cont de condițiile existente în școală (dotarea laboratorului) cu aprobarea conducerii școlii dar și cu acordul părinților elevilor.
Tematica cercului se stabilește la începutul anului școlar de către profesor în colaborare cu elevii selectați. Profesorul poate sugera un număr de teme posibile, indicând bibliografia de cercetat și locul unde se va desfășura munca de informare (laborator, bibliotecă, vizite de documentare în teren sau muzee).
Lucrările cercului de chimie trebuie să trateze atât aspectul teoretic al temei alese, cât și pe cel practic. În felul acesta elevii exersează munca de documentare și cercetare științifică a unei teme, învață să sesizeze aspectele folositoare ale cunoștințelor acumulate și să le aplice în mod creator. Tematica poate aborda un spectru larg prin conținutul său variat dar ținând cont și de vârsta elevului precum și de nivelul de performanță dorit.
[NUME_REDACTAT] de chimie poate viza:
• Aprofundarea și lărgirea unor cunoștințe dobândite la clasă (ex. ,,Metode de separare și purificare ale substanțelor”).
• Sporirea capacităților operatorii a cunoștințelor și dezvoltarea operațiilor mintale prin rezolvarea unor probleme cu grad de dificultate ridicat (ex. Grupa de performanță -rezolvitori și propunători de probleme).
• Promovarea chimiei ca știință a vieții prin teme experimentale neîntâlnite la clasă dar axate pe noțiunile învățate (ex. ,,Coloranți alimentari & Coloranți artificiali”
• Formularea unor alternative experimentale, diversificarea condițiilor de efectuare a experimentelor din programa școlară (ex. ,,Prepararea săpunului și a detergenților în casă”);
• Abordarea unor teme experimentale cu caracter interdisciplinar (ex. ,,Bateria din lămâie”);
• Cercetarea experimentală a unor efecte nocive asupra organismului (ex. ,,Extragerea nicotinei din tutun; demonstrarea toxicității sale ca insecticide pentru plante”);
• Efectuarea unor experimente distractive;
• Întocmirea corectă a unui referat bazat pe informare-documentare bibliografică sau a celui bazat pe analiza datelor unei activități experimentale (ex. ,,Poluarea aerului”, ,,Rolul unor elemente chimice componente ale organismului uman”, ,,Chimia verde”)
• Chimia în creion – desene executate de elevi după o temă dată (ex. ,,Portretele marilor chimiști”).
• Referate pentru sesiunile de comunicări sau alte concursuri școlare;
• Articole, interviuri, probleme și exerciții propuse pentru revista Cercului: ,,Chimia și viața”;
• Participări la olimpiade și concursuri școlare.
.
3.4.2 Modalități de abordare a tematicii de cerc
Organizarea ședinței de cerc.
Conform unui plan și a unei bibliografii indicate de profesor, un grup de 2-3 elevi va întocmi un scurt referat scris, care va fi pus la dispoziția tuturor participanților, cu două săptămâni înainte de ședința cercului. Pregătirea temei dezbătute intră în obligația fiecărui membru al cercului și, ori de câte ori va fi posibil, se vor alătura sarcinilor teoretice, cerințe cu caracter experimental.
Elevii vor fi stimulați prin selecționarea celor mai bune lucrări și promovarea lor spre a fi publicate în revista cercului sau a școlii.
Desfășurarea activității în cadrul cercului
Responsabilul colectivului va expune liber conținutul referatului, iar ceilalți membri vor prezenta, pe rând, enunțul exercițiilor și problemelor aplicative. Aplicațiile numerice vor fi soluționate de către toți participanții, rezultatele fiind cu regularitate interpretate și amplu comentate. În cazul temelor experimentale se parcurg următorii pași:
– citirea temei de lucru și verificarea existenței materialului necesar;
– completarea schițelor date cu piesele necesare și montarea instalației;
– elaborarea ipotezei asupra substanțelor necesare și a modului de lucru;
– verificarea experimentală a ipotezei;
– interpretarea proceselor chimice și stabilirea concluziei.
În partea a doua a ședinței, în condițiile unei reale competiții, membrii cercului vor propune spre soluționare alte exerciții și probleme practice. În timpul discutării soluțiilor propuse de elevi, situațiile de învățare pot deveni situații de decizie, dar și de competiție, câștigătorii fiind cei care propun soluții mai multe și mai deosebite. Profesorul, mereu prezent în mijlocul elevilor, îi va încuraja în stabilirea unor soluții ingenioase, stimulându-i pe cei inventivi.
Cercul de chimie poate include în planul său de lucru pregătirea, organizarea și efectuarea unei vizite la o întreprindere de profil. Astfel de vizite au avut întotdeauna o largă rezonanță în rândul elevilor, ieșind din cadrul obișnuit al școlii; contactul direct cu realitățile producției constituie pentru ei, momente de destindere activă, de îmbogățire a cunoștințelor, de satisfacere a curiozității.
În acest caz, activitatea cercului va cuprinde următoarele etape:
– întocmirea unui referat conținând aspecte teoretice privind produsul realizat, procesele fizico-chimice care apar și descrierea procesului tehnologic;
– realizarea schemelor sinoptice referitoare la procesul tehnologic;
– pregătirea organizatorică a vizitei, inclusiv instructajul de protecția muncii;
– efectuarea vizitei propriu-zise, sub conducerea profesorului de chimie;
– colectarea mostrelor de materii prime, semifabricate și finite;
– evaluarea rezultatelor vizitei de către o echipă a cercului, stabilită anterior.
Se dezvoltă tema ,,Amuzamente chimice”, sunt experimente distractive care pot fi utilizate și în cadrul lecțiilor de curs, pentru captarea atenției sau în momente în care atenția elevilor nu este concentrată la maxim.
3.4.3 Amuzamente chimice
Fig. 3.51.Profesor von Castravetzen de la [NUME_REDACTAT]
Cristalizare ,,la comandă”
Într-unul din romanele lui [NUME_REDACTAT] călătorii întâlnesc un lac liniștit ca o oglindă , neînghețat, deși temperatura este foarte scăzută. Unul dintre călători aruncă o piatră și tot lacul îngheață imediat.
Puteți repeta această ,,minune”, la scară redusă, dacă folosiți procedeul de mai jos:
Încălziți o lingură de tiosulfat de sodiu (substanță folosită de fotografi ca fixator), într-un pahar, fără să adăugați apă. Dacă lichidul obținut prin încălzire este lăsat netulburat, soluția se va răci fără să se solidifice. Adăugați un mic cristal de tiosulfat sau orice corp străin (chiar și o așchie de lemn) și imediat se solidifică (cristalizează). Precizare: la încălzire, cristalele de tiosulfat se dizolvă în apa de cristalizare.
Cerneala incoloră
Pe o foaie de hârtie albă, scrieți un text cu o peniță nouă, muiată într-o
soluție apoasă de clorură de cobalt. Când se va usca, textul va deveni invizibil. Va apare acest text colorat albastru atunci când hârtia este încălzită. Pentru a face să dispară din nou, este suficient, să suflați de câteva ori de aproape asupra foii de hârtie.
Dansul bobițelor
Luați un pahar Erlenmeyer și îl umpleți cu apă de la robinet (2/3 din
volum). Pregătiți un dop perforat din plută sau din cauciuc în care introduceți tija unei pâlnii obișnuite din sticlă. În pâlnie puneți 4-5 bobițe de diferite mărimi (dar care să nu treacă prin tija pâlnii) confecționate din soc, plută sau polistiren, eventual orice alt material ușor. Introduceți în vasul cu apă câte 5-10 g bicarbonat de sodiu (alimentar) și sare de lămâie. Fixați în gâtul dopul cu pâlnia cu bobițe. Pe măsură ce aceste ,,prafuri” se dizolvă în lichid se observă o ,,fierbere”. Acest gaz, căutând să iasă din vas, provoacă ,, dansul bobițelor” din pâlnie. Este necesară însă atenție la montarea pâlniei în pahar, capătul pâlniei nu trebuie să ajungă în apă.
Foc rece
Amestecul de apă și alcool 95% în proporție de 1:1 este un lichid
inflamabil, dar arde cu flacără necombustibilă.
Impregnați o batistă cu acest amestec, o stoarceți și ținând-o cu o pensetă îi dați foc. Batista va arde cu flacără vie dar va rămâne intactă.
Inele colorate
Dizolvați în 450 ml de apă fierbinte 40 g gelatină, după care turnați
soluția în 5 sticluțe de câte 100 ml. În fiecare sticluță dizolvați apoi soluția de gelatină (prin amestecare cu o vergea) câte una din următoarele substanțe: ferocianură de potasiu în prima sticluță, fenolftaleină în cea de-a doua, apoi pe rând, sulfat de fier, bicromat de potasiu și pulbere de zinc în cea de-a cincea.
Așteptați până când gelatina se întărește, formând un fel de piftie. Acum continuați experiența astfel: în prima sticluță așezați ci grijă pe suprafața ,, piftiei” un cristal mic de sulfat de cupru, în cea de-a doua puți hidroxid de sodiu solid, în a treia pulbere de acid tanic, în a patra acetat sau azotat de plumb, iar în ultima puțin acid clorhidric diluat. Lăsați sticluțele nemișcate timp de câteva zile, urmărind însă reacțiile ce se petrec în interior. Astfel, în prima sticluță, sulfatul de cupru se va dizolva cu încetul formând un precipitat interesant de ferocianură de cupru; în a doua, hidroxidul de sodiu a colorat gelatina în roșu și a despărțit-o în fâșii; în a treia sticluță se formează un strat negru și se produce o întărire a gelatinei; în a patra sticluță, va apare un inel galben ( așa zisul galben de crom); în ultima sticluță, unde se va produce hidrogen cu ,,încetinitorul”, va fi experiența cea mai frumoasă.
Rețetă utilă
Obțineți un indicator în felul următor: tocați mărunt 50 g de varză și o
puneți într-o sticluță. Turnați deasupra 50 cm3 de alcool, astupați balonul și îl lăsați să stea 24 de ore agitând din când în când. Filtrați amestecul și lichidul obținut îl păstrați într-o sticluță bine astupată. Soluția obținută devine ,, roșu” în prezența unui acid și ,,verde” în prezența unei baze.
A. Fixați într-un stativ universal o eprubetă ce conține clorat de
potasiu și încălziți-o Când cloratul s-a topit, aruncați în eprubetă un bob de sulf. Se va aprinde și va arde violent datorită caracterului puternic oxidant a topiturii de clorat. Repetați experiența adăugând o bucată mică de cărbune.
B. Amestecați într-un creuzet cantități egale de zahăr și clorat de potasiu. Adăugați cu atenție, folosind o pipetă, 2-3 picături de acid sulfuric concentrat, fără a vă apropia prea mult de creuzet. Instantaneu conținutul creuzetului se aprinde și arde cu o flacără violetă, strălucitoare. Aceasta se explică prin faptul că acidul sulfuric concentrat, fiind oxidant puternic, aprinde zahărul care arde în oxigenul degajat la descompunerea cloratului de potasiu.
Fig.3.52 Experiment arderea spontană
Într-o eprubetă ce conține 2 ml de sulfură de carbon( ATENȚIE!
Substanță inflamabilă) adăugați cu o pensetă o mică bucată de fosfor alb. Agitați eprubeta și după dizolvarea fosforului, îmbinați o hârtie de filtru în substanța obținută. Prindeți hârtia cu un clește și agitați-o în aer. Hârtia se aprinde singură deoarece dizolvantul se evaporă iar fosforul fin divizat se aprinde. Executați experiența cu prudență în fața ferestrei deschise sau sub nișă.
Flăcări și ,,magie” colorată
De un foc molcom cu flăcări lungi, visătoare, care ademenesc pe poeți să
și caute stilourile, se apropie un tânăr chimist, care aruncă un pachețel și flăcările prind o culoare roșie, vie….apoi un alt pachețel și, ca prin farmec, flăcările devin verzi ca o inimă de vrăjitoare……apoi albastre, galbene…
Cum pot fi realizate astfel de ,,minuni”?
Deosebit de simplu . Sărurile unor substanțe au proprietatea de a colora flăcările. Pregătiți deci niște pliculețe din foiță în care puneți câte 3 g din următoarele substanțe:
-pentru culoarea roșie: azotat de stronțiu sau clorură de calciu;
-pentru culoarea verde: azotat de bariu sau acid boric
-pentru culoarea galbenă: sodă de rufe, sau sare de bucătărie;
-pentru culoarea albastră: alaun de potasiu și aluminiu (piatră acră) plus carbonat de cupru;
-pentru culoarea violet: carbonat de potasiu și alaun de potasiu (pulbere uscată)
Adăugați în fiecare pachețel și câte un gram de clorat de potasiu. Pliculețele se aruncă în flacără fără a fi închise la gură. Peste substanțe puneți un dop subțire de vată.
Livada chimistului
10. Copacul lui Saturn este numit și copacul lui Paracelsus (1493-1541) medic – alchimist, fondatorul chimiei farmaceutice. Preparând una din doctoriile sale prin dizolvare în acid acetic a plumbului metalic, el a hotărât să adauge și hydrargyrum (mercur), iar apoi a introdus în vas bucăți de zinc (în acea perioadă multe elemente chimice și chiar un șir de metale bine cunoscute nu erau identificate și, se considera, că Zn conține mult Hg, și din acest motiv el este ușor fuzibil). Neavând timp de a continua experiența, Paracelsus, a abandonat vasul pentru câteva zile. Ulterior el a fost extrem de mirat observând pe bucățile de zinc niște crenguțe lucitoare de natură necunoscută. Paracelsus a considerat, că hydrargyrumul solidificându-se, a “ieșit” din bucățile de zinc. Ulterior acest copac a obținut denumirea de copacul lui Saturn – după denumirea alchimica a plumbului(“tulpina”, ,,ramurile” etc. sunt formate din plumb).
Pentru a crește copacul lui Saturn, turnăm într-un pahar înalt sau într-un cilindru soluție apoasă de acetat de plumb (25-30 g Pb(CH3COO)2 în 100ml H2O) și scufundăm în ea o placă sau un alt obiect de zinc de forma alungită (curățită cu hârtie abrazivă, sau putem atârna în soluție pe un fir câteva bucăți de zinc, de asemenea în prealabil curățate cu hârtie abrazivă. Peste un timp pe suprafața zincului vor creste niște cristale de rămuroase lucioase concrescute din plumb.
Apariția lor este cauzată de reacția de reducere a plumbului din sare cu zincul metalic:
Pb(CH3COO)2 + Zn = Zn(CH3COO)2 + [NUME_REDACTAT]. 3.53.Copacul lui Saturn
11. [NUME_REDACTAT]
Se presupune că Paracelsus a obținut cristale de staniu pe bucata de zinc-copacul jupiterian. Pentru a obține acest ”copac”, se procedează astfel într-un vas înalt ce conține clorură de staniu (30-40 g SnCl2 in 100 H2O) se introduce o placă de zinc. Foarte repede pe placă apare un ”copac” din cristale negre de staniu:
SnCl2 + Zn = ZnCl2 + Sn
12. Copăcelul argintiu se obține dacă într-un pahar de sticlă cu o picătură de hydrargyrum la fund se adăugă o soluție apoasă de nitrat de argint AgNO3 de 10%. La început hydrargyrumul se acoperă cu o peliculă sură de amalgam (aliajul Hg cu Ag), iar peste 5-10 secunde pe peliculă, foarte repede, începe să crească niște cristale lucioase aciforme de argint. Peste câteva minute acele încep să se ramifice, iar peste o oră în vas apare un copăcel argintiu. Este important să se folosească concentrațiile recomandate de AgNO3. La o concentrație mai mică de AgNO3 creșterea cristalelor de argint metalic nu se observă, iar la o concentrație mai mare cristalizarea argintului decurge în întregul volum al soluției fără formarea cristalelor ramificate.
13. Tufele colorate ferocianice de culoare neobișnuită, asemănătoare uneori cu rămurele coralilor, uneori cu vegetația din junglă, pot fi obținute în modul asemănător:
– dacă în soluția K4[Fe(CN)6]( ferocianură de potasiu) (30-50g în 1 l de H2O) adăugăm 2-3 cristale de clorură sau sulfat de mangan, zinc, nichel;
– dacă în soluția de sulfat de cupru (100-150g în 1 l de H2O) sau clorură de nichel (30-50g în 1 l de H2O) adăugăm cristale de K3[Fe(CN)6](fericianură de potasiu).
În rezultatul interacțiunii cationilor sărurilor cu anionii de hexacianoferat se formează precipitate din care ”iau naștere” tufe de culori diferite: albe, verzi, roz sau albastre.
14. “Livada chimica” cu frunze galbene și frunze aurii ”crește” dacă:
– în soluția de cromat de potasiu (30-50g în 1 l de H2O) adăugăm un cristal de clorură de bariu;
– în soluția de nitrat de plumb (100-150g în 1 l de H2O) adăugăm câteva cristale de cromat de potasiu;
– adăugăm o soluție de nitrat de plumb de 10% la o soluție de 10% de iodură de potasiu. Peste un timp se înlătură lichidul deasupra precipitatului de iodura de plumb și precipitatul se dizolvă în apă fierbinte acidulată cu acid acetic. Lent răcind vasul cu soluție vom obține plăcuțe subțiri aurii de cristale de PbI2.
Astfel decurge procesul de formare a cristalelor galbene alungite formate din sărurile insolubile de -BaCrO4, PbCrO4 și PbI2:
K2CrO4 + BaCl2 = BaCrO4 ↓+ 2KCl
Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4↓ + 2KNO3
Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2↓+2KNO3
15. Acvariul chimic se obține, dacă într-un vas de sticlă ce conține soluția apoasă de sticlă lichidă (1 l de soluție în 0,5-0,7 l H2O) concomitent din 2 pahare turnăm soluții apoase de Cr2(SO4)3 și FeCl3 -în vas vor apărea niște ”alge” de culoare galben-verde (silicați), care răsucindu-se și împleticindu-se vor coborî de sus in jos. Iar adăugând în vas cu picătura soluția de sulfat de cupru, vom popula acvariul cu ”stele de mare” și “Arici de mare”. Creșterea “algelor” este rezultatul cristalizării compușilor fierului, cuprului și cromului – hidroxizilor și hidroxosilicaților, care se formează ca rezultat al reacțiilor de schimb.
16. Cameleonul chimic
A. Într-un pahar Erlenmeyer se prepară o soluție diluată de KMnO4. Într-un alt pahar se adaugă 1 g NaOH și 2g de zahăr în 75ml de apă, apoi se adaugă acest amestec în soluția din paharul Erlenmeyer. Amestecul își schimbă culoarea de la violet la verde, după care devine roz, apoi brun.
B. Într-un balon cotat se introduce o soluție de glucoză, apoi soluție de NaOH, după care se adaugă câteva picături de albastru de metilen. Urmăriți amestecul sub agitare, apoi lăsați-l în repaus. Ce observați?
C. materiale: reactivi:
Eprubete tiosulfat de sodiu
Spatulă azotat de argint
apă
Realizați două soluții de azotat de argint și tiosulfat de sodiu (incolore). Prin amestecarea celor două soluții se obține un precipitat care își schimbă culoarea în timp (galben pal, intens, portocaliu, roșu, maro)
Ecuațiile reacțiilor chimice sunt:
2AgNO3 + Na2S2O3 → Ag2S2O3 + 2NaNO3
Ag2S2O3 +H2O → Ag2S + H2SO4
Ag2S2O3 + 3 Na2S2O3 →2Na3[Ag(S2O3)2]
17. Fântâni arteziene
Într-un pahar Erlenmeyer se adaugă o soluție de apă oxigenată 6 %, câteva picături de colorant alimentar, săpun lichid, iar apoi câteva granule de drojdie uscată. Ce observați? Cum explicați acest fenomen?
18.Curcubeul din lapte
Pentru acest experiment avem nevoie de colorant alimentar de diferite culori, de lapte și de câteva picături de detergent lichid de vase.
Punem laptele într-o farfurie adâncă, punem colorant, câte 4 picături din fiecare culoare, câte avem. Între culori trebuie să existe o distanță de 2-3 centimetri, altfel nu vom obține efectul dorit. Punem apoi o picătura de detergent de vase și o să vedem un minunat spectacol de culori.
Fig.3.54. Curcubeul din lapte
19. Vulcanul noroios
Într-un pahar Erlenmeyer, se introduc cca. 50 ml săpun lichid peste care se adaugă cca 5 g oxizi de CuO și Fe2O3. După ce se amestecă, se adaugă cca 30 ml soluție peroxid de hidrogen 30%. Apoi se adaugă cca 10 ml de soluție de iodură de potasiu ( KI ) concentrată și se amestecă ușor. În câteva secunde va începe degajarea de oxigen, iar bulele de gaz vor face ca săpunul lichid să spumeze, iar oxizii de cupru și fier vor conferi un aspect noroios. Căldura degajată în reacție va transforma apa în vapori, astfel se obțin toate ingredientele unui vulcan noroios.
Ionii iodură catalizează descompunerea peroxidului de hidrogen în apă și oxigen, după următorul mecanism:
H2O2 (aq) + I- (aq) → IO- (aq) + H2O (l )
H2O2 (aq) + IO- (aq) → I- (aq) + H2O (l ) + O2 (g)
Pentru a crește efectul spectaculos, cu ajutorul unei pipete se pot adăuga în pahar la baza amestecului, 1-2 ml soluție FeCl3 (nu se amestecă). Această substanță are rol catalitic și va determina o creștere și mai mare a vitezei de reacție.
Fig.3.55 Vulcanul noroios
3.4.4.Prepararea săpunului și a detergentului în casă
Ce sunt nucile de săpun?
“Nucile de săpun”, cunoscute și sub denumirea de nuci de spălat, sunt folosite pentru spălarea rufelor, pentru obținerea de soluții destinate curățeniei casei, igienei personale și a animalelor de companie sau că îngrășământ
natural.
fig. 3.56.-nuci de săpun
Fructe ale unei specii unice de arbori, nucile de săpun sunt speciale datorită prezenței unei substanțe numită saponina.
Saponina este eliberată în contact cu apă caldă și acționează ca un surfactant natural. Surfactantul este o substanță care reduce tensiunea existentă la suprafața lichidelor, permițându-le să se împrăștie în loc să se adune sub formă de picături, ceea ce duce la o mai ușoară penetrare a țesăturilor și îndepărtarea sau eliberarea mizeriei. Deși efectul este asemănător cu cel al detergenților convenționali, nucile de săpun realizează acest lucru fără efectele negative ale chimicalelor de sinteză.
Saponina este alternativa 100% naturală la detergenții și substanțele de curățare bazate pe sodium laureth sulfat (SLS), cunoscut pentru efectele sale alergene.
Fig 3.57.- arborele a cărui fruct sunt nucile de săpun
Nucile de săpun sunt folosite de sute de ani în zone din India, Nepal și China. Familia de arbori a căror fructe sunt nucile de săpun se numește Sapindus (combinația dintre cuvintele latine sapo -săpun și indicus-indian).
Fig.3.58. [NUME_REDACTAT]
Deși există mai multe specii, [NUME_REDACTAT] sunt arborii a căror “nuci” sunt cele mai bogate în saponina. Se găsesc în principal în nordul Indiei și în Nepal, ajung la o înălțime de 10-20 de metrii, înfloresc și fac fructe după ce ating vârsta de 9 ani. Foarte rezistenți și productivi produc fructe până la 90 de ani de la plantare. Înfloresc în primăvara sau începutul verii iar fructele se culeg toamna. Nucile au inițial o culoare galbenă, pentru că atunci când se coc să devină maronii.
Fructele sunt culese după ce cad din arbori, semințele sunt îndepărtate, iar cojile sunt uscate la soare fără a se folosi nicio substanță chimică.
Semințele nu conțin saponina și sunt folosite doar pentru a obține noi arbori sau pentru a realiza bijuterii.
Beneficiile nucilor de săpun:
– Nucile de săpun sunt economice
– Nucile de săpun sunt ușor de utilizat
– Nucile de săpun sunt hipoalergenice
– Nucile de săpun nu poluează
– Nucile de săpun sunt biodegradabile
Rețete de fabricare a săpunului, detergenților și produselor cosmetice naturale din nuci de săpun ( de la lume adunate)
Gel de vase din nuci de săpun
INGREDIENTE:
-8 nuci de săpun
-900 ml de apa distilata
-1 plic de gelatina
-2 linguri de ulei vegetal
-2 lingurițe de bicarbonat
-50 ml de oțet
-30 picături de ulei esențial de lavanda
Se fierbe apa, se adaugă nucile și se lasă în continuare să stea cam 5 minute.
Separat se amesteca bicarbonatul, uleiul, gelatina înmuiată puțin și oțetul pus încetișor să nu dea spuma pe afara ( se pune cu întreruperi)
Se lasă la răcit conținutul cu nuci, se strecoară și se adaugă amestecul de mai sus, mai puțin uleiul esențial de lavanda.
Se agită bine după care se lasă deoparte să se "odihnească" (se va închega) și se pune uleiul esențial. Rezultă aproape 1 litru de gel spumos.
Șampon din nuci de săpun
Lichidul din nuci de săpun poate fi folosit pur și simplu ca șampon, va trebui
însă să vă obișnuiți cu faptul că nu face prea multă spumă, iar consistența sa este apoasă, nu seamănă deloc cu textura șampoanelor clasice.
Ingrediente:
-100 de ml de lichid concentrat din nuci de săpun
-1/2 de linguriță de guma xantan
– 1 linguriță glicerina
-50 picături de conservant cosgard
-5 picături de ulei esențial de tea tree
-5 picături de ulei esențial de menta
-5 picături de ulei esențial de portocale
Ca ustensile aveți nevoie un castron mic și o linguriță:
Lichidul iese mult mai omogen daca veți urma pașii următori:
– lichidul din nuci trebuie sa fie încălzit, ar trebui să aibă in jur de 40 de grade
– puneți în castron 1/2 de linguriță de guma xantan
– adăugați încet puțin lichid din nuci de săpun, amestecând cu linguriță până ce guma xantan se dizolva (dacă turnați guma în lichid se vor forma cocoloașe), după care încorporați tot lichidul
– urmează 1 linguriță de glicerină vegetală care are rol de hidratare
– adăugați 50 de picături conservant cosgard
– pentru acțiunea excelenta în cazul părului gras sau cu mătreață adăugați 5 picături de ulei esențial de tea tree, 5 picături de ulei esențial de menta, iar pentru miros 5 picături de ulei esențial de portocale.
Uleiurile esențiale pot fi combinate în funcție de preferințe, dar nu trebuie sa depășească un număr total de 15 picături.
Rezultatul final seamănă foarte mult la textura cu un șampon obișnuit. Este recomandat să pregătiți o cantitate mica, soluția astfel obținută poate fi folosită timp de 60 zile, păstrată într-un mediu răcoros.
Gel de duș exfoliant
Ingrediente:
-100 de ml de lichid concentrat din nuci de săpun
-1/2 de linguriță de guma xantan
– 1 linguriță glicerină
– 2 lingurițe de granulat pentru gomaj din sâmburi de măsline și migdale
-50 picături de conservant cosgard
-5 picături de ulei esențial de portocale
-5 picături ulei esențial de scorțișoară
Ca ustensile aveți nevoie un castron mic și o linguriță:
Mod de lucru:
– lichidul din nuci trebuie sa fie încălzit, ar trebui să aibă în jur de 40 de grade
– puneți în castron 1/2 de linguriță de guma xantan
– adăugați încet puțin lichid din nuci de săpun, amestecând cu lingurița sau un tel mic până ce guma xantan se dizolva (daca turnați guma în lichid se vor forma cocoloașe), după care încorporați tot lichidul
– urmează 1 linguriță de glicerina vegetală care are rol de hidratare
– se adăugați granulele pentru gomaj
– urmează picăturile de uleiuri esențiale, pentru un miros mai intens puteți adaugă încă 5 picături (Uleiurile esențiale pot fi combinate în funcție de preferințe, dar nu trebuie să depășească un număr total de 15 picături.)
– adăugați apoi 50 de picături conservant cosgard
Este recomandat să pregătiți o cantitate mică, gelul astfel obținut poate fi folosit timp de 60 zile, păstrat într-un mediu răcoros.
Rețete de săpun pe bază de sodă caustică
Prepararea săpunului la rece impune utilizarea sodei caustice care este
potențial periculoasă dacă nu se respectă niște condiții de bază. Acest produs foarte coroziv provoacă arsuri grave ale pielii.
Respectarea unor reguli de securitate:
Este indicată folosirea mănușilor și a ochelarilor de protecție.
Nu utilizați niciodată materiale din aluminiu pentru că soda caustică
corodează acest metal. Este preferabil inoxul, emailul, sau vase din sticlă ori plastic rezistente la căldură
Spațiile de preparare sunt interzise copiilor și animalelor
Amestecați soda cu apă în încăperi bine ventilate
Turnați întotdeauna soda în apă și nu invers
Materiale necesare preparării săpunului:
Oală de inox sau emailată
Lingură mare și tel din inox
Mixer electric
Cană gradată rezistentă la temperatură
2 pahare Berzelius
2 termometre
Balanță alimentară digitală
Folie alimentară
Spatulă de cauciuc
Mănuși de menaj
Masă de bucătărie
Ochelari de protecție
Mască de gaze ( în spații neventilate)
[NUME_REDACTAT] cafea
[NUME_REDACTAT] pergament
Forme mari și mici
Cuțit, spatulă și gută pentru tăiat
Săpun de bază – 6% exces de grăsime
Ingrediente:
300 g ulei de palmier
220 g ulei de cocos
480 g ulei de măsline
139 g sodă caustică
350 g apă
Mod de lucru:
Cântăriți soda, dizolvați-o în 350 g apă și puneți vasul alături;
Topiți grăsimea de palmier și de cocos apoi adăugați uleiul de măsline;
În timp ce amestecul se răcește cântăriți uleiul esențial și preparați alte
ingrediente
Când cele două amestecuri au sub 450 C, turnați soluția de sodă în ulei
și mestecați bine până observați o dâră bine conturată.
Încorporați eventual uleiul esențial și petale de flori
Turnați în formă și lăsați la uscat, în loc bine aerisit, aproximativ 4
Săptămâni.
Pe frânghia de rufe- 2% exces de grăsime fără ulei de palmier
Ingrediente:
900 g grăsime de vită topită
100 g ulei de cocos
142 g sodă caustică
330 g apă
10 g esență de rozmarin
20 g esență de lavandă
20 g esență de pin
Aceste săpun este destinat spălatului pe mâini și a lenjeriei
Mod de lucru:
Cântăriți soda și apoi dizolvați-o în 330 g apă. Puneți vasul alături
Topiți grăsimea de vită și de cocos
În timp ce soda și grăsimea se răcesc, măsurați uleiurile esențiale
Când amestecurile ating temperaturi de 450 C turnați soluția de sodă în
grăsime. Mestecați bine
Încorporați esențele, mestecând insistent, apoi turnați în formă și lăsați la
uscat.
Față sănătoasă -7% exces grăsime
Ingrediente:
260 g ulei de palmier
150 g ulei de cocos
70 g unt de karite
30 g ulei de ricin
440 g ulei de măsline
50 g ulei de laur
133 g sodă caustică
180 g apă
140 g suc de morcov proaspăt
6 g esență de camfor
12 g esență de lavandă
12 g esență de mușcate
Special pentru pielea sensibilă și pentru față, are și rol de demachiant
Mode de lucru:
Cântăriți soda după care dizolvați-o în 180 g de apă
Topiți la cald grăsimea de palier, cocos, untul de karite, apoi adăugați
uleiurile esențiale
Încălziți sucul de morcov la bain-marine
Când cele două amestecuri ajung la 450 C turnați soda peste uleiuri și
amestecați. Adăugați sucul de morcovi înainte de a porni mixerul, amestecați bine
Încorporați esențele, amestecați bine și turnați în formă.
Săpun de bărbierit- 6 % exces grăsime
Acest săpun de bărbierit este mai puți agresiv pentru piele, ecologic, fiind total biodegradabil.
Ingrediente:
280 g ulei de palmier
250 g ulei de cocos
280 g ulei de măsline
80 g ulei de șofran
60 g ulei de cânepă
50 g ulei de ricin
140 g sodă caustică
340 g apă
4 g esență de paciuli
8 g esență de ghimbir
12 g esență de [NUME_REDACTAT] Thomas
16 g esență de lămâi verzi
9 g argilă albă
Mod de lucru:
Cântăriți soda și apoi lăsați-o deoparte
Topiți grăsimea de palmier și de cocos după care adăugați uleiurile lichide
În timp ce soda și uleiurile se răcesc, dozați esențele și argila
Când cele două componente ajung la 450 C, turnați soda peste amestecul
de grăsime și uleiuri. Înainte de a porni mixerul se adaugă argila dizolvată. Amestecați energic.
Încorporați esențele, amestecați bine și turnați apoi compoziția într-o
formă.
Prietenii noștri animalele -6%exces de grăsime
Foarte adesea numită ,,cătină albă”, neemul are multiple proprietăți terapeutice și se asociază voluntar cu esențele ce au în mod natural virtuții insectifuge. Săpunul va servi drept șampon pentru toți ai casei și de la ,,cal la măgar”
Ingrediente:
300 g ulei de cocos
250 g ulei de palmier
50 g ulei de neem (cătină albă)
300 g ulei de măsline
50 g ulei de cînepă
50 g ulei de ricin
143 g sodă caustică
340 g apă
5 g esență de cedru
5 g esență de litsea cubeba
20 g flori de tei
20 g esență de eucalipt
1 lingură de argilă roșie
Mod de lucru:
Cântăriți soda și dizolvați-o în 340 g apă. Duceți vasul ceva mai departe.
Topiți grăsimea de palmier de neem și cocos, după care adăugați celelalte
uleiuri lichide
În timp ce amestecurile se răcesc, măsurați esențele și dizolvați argila într
o lingură cu apă.
Când cele două componente ajung la temperatura de 450 C, turnați soda
peste grăsime și amestecați bine
Amestecați esențele, apoi preluați unul sau două polonice de emulsie în alt
recipient și adăugați argila diluată. Amestecați bine
Turnați emulsia colorată în vasul inițial de la o oarecare înălțime și mișcați
vasul în toate părțile. Turnați totul în forma dorită. Tehnica se numește ,,marmorare în caserolă”
Experimentul didactic în cadrul opționalului de chimie
3.5.1. Repere teoretice
Curriculum la decizia școlii (CDȘ) este aplicării specifice, de către fiecare școală, a planului cadru de învățământ. Școlile în cooperare cu elevii, părinții și autoritățile locale decid asupra unui segment al Curriculumului național. Pin CDȘ:
Se asigură elevilor trasee particulare de învățare conform talentelor,
intereselor, nevoilor;
Oferta educațională a școlii are posibilitatea să se adapteze contextului
local;
Crește libertatea de acțiune a profesorului în vederea optimizării
rezultatelor învățării;
Școala își construiește o identitate proprie.
Curriculum la decizia școlii este de trei tipuri:
Curriculum aprofundat:
Se aprofundează obiectivele de referință din curriculum nucleu prin
diversificarea activităților de învățare în numărul maxim de ore prevăzut de plaja orară a disciplinei;
Se aplică în cazuri de recuperare, pentru elevii care nu au reușit atingerea
nivelului minim al obiectivelor prevăzute de programă în anul anterior.
Curriculum extins:
Se extind obiectivele și conținuturile din curriculum nucleu cu altele noi;
Înseamnă de fapt parcurgerea integrală a programei (inclusiv elementele
marcate cu asterix)
Curriculum elaborat în școală:
Opționalele.
Rolul opționalelor:
Cursurile opționale, ca și segment de curriculum la decizia școlii, constituie un element esențial de contextualitate a curriculumului favorizând:
Adaptarea ofertei de învățare la specificul local (nevoi ale comunității,
multiculturalism, tradiții)
Centrarea procesului de predare- învățare pe nevoile și interesele elevului
și trecerea de la ,, o școală pentru toți” la ,, o școală pentru fiecare”;
Manifestarea creativității la nivelul practicii școlare, cadrul didactic
aflându-se în situația de a-și concepe obiectivele și conținuturile;
Corelarea resurselor școlii cu dorințele elevilor;
Crearea unei personalități proprii a școlii prin diferențierea ofertei de
educație.
Tipuri de opțional
Opțional la nivelul disciplinei:
Activități, module, teme care nu fac parte din programa școlară propuse de
autoritatea centrală;
Disciplina care nu este prevăzută pentru o anumită clasă.
Opțional la nivelul ariei curriculare
O temă interdisciplinară care implică cel puțin două discipline dintr-o arie
Obiectivele de referință sunt formulate din perspectiva temei, pornind de
la obiectivele cadru ale disciplinelor
Opțional la nivelul mai multor arii curriculare
O temă proiectată pornind de la un obiectiv transdisciplinar sau
interdisciplinar,
Se intersectează segmente de discipline aparținând mai multor arii.
Elaborarea programei
Programa de opțional se elaborează după următoarea structură:
[NUME_REDACTAT] de referință și activități de învățare
Listă de conținuturi
Modalități de evaluare
Bibliografie
3.5.2 Programa de opțional ,,Chimia- distracție în laborator”
Tipul de opțional: Opțional la nivelul disciplinei [NUME_REDACTAT] curriculară: Matematică și [NUME_REDACTAT] de desfășurare: la nivelul întregului colectiv, clasa a VII a
Durata: 1 an școlar/1 oră pe săptămână
Locul de desfășurare: sala de clasă/laborator de chimie
[NUME_REDACTAT]: ,,Cel mai frumos lucru pe care putem să-l experimentăm este misterul”
[NUME_REDACTAT]
Cursul opțional ,,Chimia-distracție în laborator, este conceput în vederea achiziției de cunoștințe și dezvoltări de competențe, capacități și atitudini. Se adresează elevilor de clasa a VII-a și își propune să stimuleze înțelegerea legăturii dintre noțiunile teoretice dobândite și viața de zi cu zi, și promovarea chimiei ca știință a vieții. Opționalul pornește de la premisa că cea mai eficientă învățare este cea practică, fapt pentru care partea teoretică este redusă comparativ cu cea aplicativă.
Zilnic întâlnim și folosim produse chimice. Ne spălam pe mâini cu săpun, dar săpunul este un produs chimic, apa –substanță chimică; ne îmbrăcăm, dar stofele, încălțămintea sunt tot produse chimice; mâncăm produsele pregătite de mama – “chimista” casei – în “laboratorul” propriu-bucătăria, când suntem bolnavi luăm medicamente, de asemenea produse chimice, respirăm oxigen – substanță chimică, etc..
Pentru toate acestea și multe altele, merită să citiți, să vă informați, să căpătați cunoștințe din toate domeniile, nu doar din chimie, pentru că un om bine informat și educat este un om puternic și va fi prețuit pretutindeni.
Vom încerca să descoperim împreună câteva din “misterele” chimiei – știință cu ajutorul căreia oamenii au reușit să realizeze poate cele mai spectaculoase și mai incredibile minuni. Unele fenomene naturale pot fi reproduse în laborator și … dacă nu sunteți atenți ați putea crede că sunt vrăjitorii!
Cu ajutorul acestui opțional se urmărește familiarizarea elevilor cu operațiile cele mai importante din laboratorul de chimie, operații care implică formarea și dezvoltarea unor deprinderi practice, utile și în viața cotidiană. Sper ca, după studierea acestui opțional, elevii să treacă de la întrebarea „La ce îmi trebuie mie chimia?”, la exclamația „Ce frumoasă și interesantă este chimia!”
Toate informațiile sun interesante și mai mult de atât se utilizează substanțe puțin costisitoare, la îndemâna oricui.
Competențe generale:
Explicarea unor fenomene, procese, procedee întâlnite în viața de zi cu zi;
Investigarea comportării unor substanțe chimice;
Evaluarea consecințelor proceselor și acțiunii produselor chimice asupra
propriei persoane și asupra mediului;
Dezvoltarea practicilor utilizate în gospodărie, în viața de zi cu zi
Transpunerea în limbaj specific a informațiilor privind aplicațiile practice
ale chimiei.
Conținuturi ale învățării:
Generalități:
În laborator
,,Echipamentul” și folosirea lui
Activități cu recipiente de laborator
Învățați cum să măsurați lichidele și familiarizați-vă cu volumul
recipientelor
Transformarea apei în gheață
Realizați un cub de gheață
Un aisberg în farfurie
Cu se lipește sfoara de gheață?
Cub de gheață colorat, tuburi de gheață colorate
Fig.3.59 Cuburi de gheață colorate
Activități: tehnici de laborator și prepararea substanțelor chimice
Compuși: Zahăr, granule de zahăr
Apa demineralizată, obținere
Amestecuri:- apa și făina
-lichide ce nu se amestecă
-pregătirea unei emulsii
-coloid: L+L (laptele), L+S (gel de păr), G+L (baloane de săpun), G+S (fumul), S+G (polistiren)
Soluții: -L-L
-L-S
-Metode de separare a amestecurilor de substanțe:
[NUME_REDACTAT]
[NUME_REDACTAT] studiază materia:
[NUME_REDACTAT]
Tabelul periodic al elementelor
Molecule, modele moleculare- modelare formule structural
Acizi și baze:
a) Indicatori:- prepararea unui indicator din varza roșie
-prepararea unui indicator de mușcată roșie
-prepararea unui indicator de iris violet
-prepararea unui indicator de violete
-prepararea unui indicator din mure
-prepararea unui indicator din petale de trandafir
b) măsurători de pH (apă, apa carbogazoasă, solul, apa de ploaie, fructe, legume, săpun, șampon
c) de la pH acid la cel alcalin și invers (reacții în cascadă)
4. Reacții chimice:
a) Reacția dintre acidul tartric și carbonatul de sodiu
(C4O6H6 + Na2CO3 →C4O62-2Na+ + H2CO3
↓
H2O + CO2↑)
b)lămâie și fier; oțet, lămâie, acid tartric și coajă de ou; oțet și praf de marmură; oțet și scoici
5. Chimie folositoare în casă
De la săpun la ……grăsime, de la grăsime……… lumânări
Oțetul –produs alimentar, produs de curățare
Lipici din făină și apă
Jucării, bijuterii din făină, sare și….puțină apă
Laboratorul cristalelor
Un cristal de sare de forma unei piramide
Cristale colorate de sare
Fig.3.60. Cristale de sare verde (apă, sare și zeamă de spanac)
,,Cultivați” cristale de sare de bucătărie
,,Cultivați” cristale de zahăr
7. ,,Ne jucăm, balonașe, noi, suflăm”
a) Baloane de săpun – pregătirea unor amestecuri pe bază de săpun
Amestec simplu pentru balonașe
50 ml apă de la robinet
15 ml lichid de spălat
Un amestec mult mai eficient
50 ml apă demineralizată
15 ml lichid de spălat
5 spatule mici de zahăr
Amestec pentru balonașe rezistente
50 ml apă demineralizată
15 ml lichid de spălat
6 spatule mici sau 3 ml de miere de albine
Modalități de evaluare:
probe practice
portofoliu
aplicații ale elevilor
proiecte, referate
căutarea și utilizarea informațiilor științifice necesare (cărți, reviste,
internet, etc.)
Bibliografie:
Dicționar ilustrat de chimie, [NUME_REDACTAT]’93, Oradea, 2002
Enciclopedie științifică pentru copii, [NUME_REDACTAT]’93, Oradea, 2008
Marea carte despre experimente, [NUME_REDACTAT] International, București,
2006
150 de mari experimente științifice, [NUME_REDACTAT]’93, Oradea, 2008
Știință & joacă, Clementoni; www.clementoni.com
Revista „ Science BBC”
CONCLUZII
BIBLIOGRAFIE
ALEXANDRESCU, E., Zaharia, V., Nedelcu, M., (2008), Chimie organică – manual pentru clasa a X a, [NUME_REDACTAT];
ARSENE, P., Popescu, Ș., (1979), Chimie și probleme de chimie organică, [NUME_REDACTAT], București;
AVRAM, M., (1994), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] București;
BÂCLEA, D., Constantinescu, M., (1999), Chimie. Planuri de lecție (clasele VII-XII), [NUME_REDACTAT];
CERCASOV, C., Baciu, I., Ciobanu, I., Nicolae, A., Popa, E., Zăvoianu, D., (2001), Chimie organică pentru perfecționarea profesorilor, vol. I, II, [NUME_REDACTAT] București;
CERGHIT, I., (2006), Metode de învățământ, [NUME_REDACTAT], Iași;
CONSTANTINESCU, R., Râpă, M., (2000), Chimie manual pentru clasa a VIII a, [NUME_REDACTAT] București;
CHEVALIER, L., (2012), Săpunul de casă-rețetele saponificării la rece, saponificarea la cald, Editura M.A.S.T;
CUCOȘ, C., (2002), Pedagogie, [NUME_REDACTAT];
DEHELEAN, C., (2003), Detergenți anionici și intervenția lor în poluarea mediului și siguranța sănătății omului, [NUME_REDACTAT] Timișoara
FĂTU, S., (1997), Metodica predării chimiei în liceu, [NUME_REDACTAT], București
FĂTU, S., (2008), [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT], București
FĂTU, S., Jinga, I., (1997), Învățarea eficientă a conceptelor fundamentale de chimie, [NUME_REDACTAT], București;
FĂTU, S., Stroe, F., Stroe, C., Chimie manual pentru clasa a VIII a, [NUME_REDACTAT], București;
FĂTU,S., Ursea, L., (1992), Tehnici de laborator în chimie- îndrumar pentru clasa a xi a, [NUME_REDACTAT] București;
FLORESCU, S., Leca, M., (2003), Detergenți și detergență, [NUME_REDACTAT], București;
GAVRILĂ, A., & colaboratori, (2012), Suport de curs pentru programele Privim către viitor-e-Chimie, [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT];
GĂNESCU,I., Pătroescu, C., Răileanu, M., Florea, S., Ciocioc, A., Brînzan, G., (1989), Chimie pentru definitivat – material în sprijinul profesorilor de chimie care pregătesc examenul de definitivare în învățământ, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București;
GEORGESCU, M., (2001), Chimie organică, [NUME_REDACTAT], Galați;
GHEORGHIU, C., Lupu, V., Preoteasa, D., Dumitru, M., (1982), Metodica predării chimiei în clasele VII-VIII, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
GRIGORAȘ, M., Loghin, M., Urmă, L., (2006), Experimente în gelatină, ETP [NUME_REDACTAT];
GRIGORAȘ, M., Slătineanu, T., (2007), Caiet de lucru la chimie clasa a IX a [NUME_REDACTAT] [NUME_REDACTAT];
ILIESCU, E., Grigoraș,M., Sorohan, V., Dobrea, G., (2003), Chimie elemente de proiectare, Editura ETP [NUME_REDACTAT];
IOVU, M., (2005), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
ISAC, L., (1998), Metodica predării chimiei, [NUME_REDACTAT] Timișoara;
NENIȚESCU, C.D., (1980), Chimie organică, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, București;
NICOLA, I., (2003), Tratat de pedagogie școlară, [NUME_REDACTAT];
NOVEANU, G., Nenciulescu, S., (2005), Didactica chimiei I, Proiectul pentru Invățământul rural, Program postuniversitar pentru conversie profesională pentru cadrele didactice din învățământul rural;
OPREA, C., L., (2009), Strategii didactice interactive, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică, R.A., București;
PĂCURARI, O., (2003), Strategii didactice inovative, [NUME_REDACTAT];
PETRESCU,L., Experiențe pentru chimiștii amatori, [NUME_REDACTAT];
PETROVANU, O., Munteanu, M., (1983), Experimente chimice și lucrări de cerc pentru gimnaziu, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică;
PETROVANU, O., Petrescu, O., Constantinescu, R., ( 1982), Metodica predării chimiei în liceu, [NUME_REDACTAT] și [NUME_REDACTAT];
ROȘCA, M., Tărăbășanu- Mihăilă, C., (2006) Chimie-Obținerea și utilizarea substanțelor organice 2006, Proiectul pentru Invățământul rural, Program postuniversitar pentru conversie profesională pentru cadrele didactice din învățământul rural;
SARIVAN, L., & colaboratorii, (2005), Predarea interactivă centrată pe elev Educația 2000+;
STOICA, M., (1995), Pedagogie școlară-pentru cadrele didactice înscrise la definitivat, gradul II, gradul I și perfecționare, [NUME_REDACTAT].[NUME_REDACTAT], Craiova;
ȘUNEL, V., Ciocoiu, I., Rudică, T., Bîcu, E.(1997), Metodica predării chimiei pentru concursul de titularizare, examenul de definitivat și gradele didactice II,I, [NUME_REDACTAT], Iași;
TOMESCU, N., Meirosu, E., Drăgan, N., (2003), Chimia mediului și a calității vieții – curriculum opțional pentru clasele VII-XI, Editura LVS Crepuscul
URSEA, L., Gîrtan, M., (2009), Chimia și natura- experimente pentru clasele VII-IX, [NUME_REDACTAT] și Pedagogică
VODĂ, C., (2001), Ucenicul vrăjitor, [NUME_REDACTAT];
WERTHEIM,J., Oxlade, C., Stickley, C., (2002), Dicționar ilustrat de chimie, [NUME_REDACTAT] ‘93, Oradea
http://biblioteca.regielive.ro
http://chemistryhome.wikifoundry.com/
http://e-chimie.upb.ro, Chimie organică-Lucrări de laborator
http://education.inflpr.ro
www.asociatia-profesorilor.ro
www.clementoni.com
www.intuitex.ro
www.nucidesapun.ro
ANEXA 1
Listă de abrevieri:
ABS-alchil-benzen-sulfonat de sodiu
AE-alcool gras polietoxilat
ATMP-acid amino-trietilen fosfonic
C-cost
CC-clorură de cianuril
CMC-carboxi-meti-celuloza
CP2- poli (acid maleic-co-metil-vinil-eter)
DADHT-diacetil dioxo-haxan-hidro-triazină
DAS-acid diaminostilbendisulfonic
DBFBP-dibenzo-furanil bifenil
DETMP-acidbdietilen-triamono-tetrametilen fosfonic
d.Hr-după Hristos
DOBA-dodeca-noil-oxibenzen-carboxilic
DSBP-distrilbifenil
E-ecologic
ECP-ecologic-cost-performanță
ED3A-N-acetilen-triacetat de sodiu
EDTMP-acid etilen-diamino-tetrametilen fosfonic
FAE-alcool gras polietoxilat
FPS-factor de protecție solară
FPU-factor de protecție la radiații
g-gram
G-antiredepunere
I-încrustare
i.Hr-înainte de Hristos
kg-kilogram
l-litru
LOBS-lauroil-benzensulfonat de sodiu
m-metru
mg-miligram
MnTACN-triazo-ciclononan- mangan
NF9-nonilfenol polietoxilat
nm-nano metri
NOBS-nanooil-oxibenzen-sulfonat de sodiu
NTA-nitrilo-triacetat de sodiu
P-performanță
PAG-penta-aceti glucoză
PAP-peracizi organici
PBS-perborat de sodiu
PCS-percarbonat de sodiu
PERSIL-perborat silicat
PHAS-acid poli α- hidroxicarboxilic
POC- acid polihidroxi carboxilic
PVP-vinil pirolidona
R.A.I.-răspunde, aruncă, înteroghează
SLS-lauril sulfatul de sodiu
SPB-perborat de sodiu
SPC-percarbonat de sodiu
SPF-factor de protecție solară
STPP-tripolifosfat de sodiu
TAED-tetraacetil-etilen-diamina
TAGU-tetraacetil-glicol
TIC-[NUME_REDACTAT] și a Comunicațiilor
UPF-factor de protecție la radiație
UV-radiații ultraviolete
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Compusii Organici cu Importanta Practica. Sapunuri Si Detergenti (ID: 1346)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.