III. KÖRNYEZETÜNK ANYAGAI

A környezetünkben lévő anyagok tulajdonságai igen sokfélék. Csoportosíthatók felhasználási területük szerint, eredetük szerint, beszerzési áruk alapján, színük, keménységük, illatuk, alapján. A természettudományok az anyagok legalapvetőbb tulajdonságait vizsgálják, az egyszerűbb, közvetlenül megtapasztalható tulajdonságokból indulva jutnak el az egyre bonyolultabb jelenségek értelmezéséhez. A következőkben mi is a legegyszerűbb sajátosságok alapján három csoportba soroljuk az anyagokat. Foglalkozunk gázokkal vagy más néven légnemű anyagokkal, folyadékokkal, és szilárd anyagokkal.

GÁZOK

A levegő anyagi tulajdonságai

A legközönségesebb gáz a levegő. A levegő láthatatlanul vesz körül bennünket. Jelenlétéhez annyira hozzászoktunk, hogy jószerivel csak akkor veszünk róla tudomást, ha erős mozgásban van (pl. viharos szél). A nyugalomban lévő levegő a kisgyerek számára annyira természetes, hogy nem tekinti anyagnak.
A feladatunk az, hogy kísérletekkel és azok egyszerű magyarázatával felhívjuk a diákok figyelmét a levegő érdekes anyagi tulajdonságaira.

1. A levegővel teli palack nem "üres" (tanári bemutató kísérlet)

Szükséges eszközök anyagok: Műanyag üdítős palack, átfúrt gumidugó, hosszú keskenycsövű tölcsér, műanyag ragasztószalag, gyertya, gyufa

Kiürült műanyag üdítős palackot átfúrt gumidugóval zárunk le. A dugó furatába előzőleg hosszú keskeny csövű tölcsért illesztettünk. Vizet töltve a tölcsérbe meglepődve tapasztaljuk, hogy csak kevés víz folyik le az alsó palackba, a víz megáll a tölcsérben, pedig a palack szinte teljesen üresnek tűnik.
Valójában a palack nem üres - levegővel van tele. Ahhoz hogy a víz befolyjon a levegőnek ki kellene áramolnia az edényből. Ez azonban most nem lehetséges. A tölcsér keskeny csövén át nem tud egyszerre kiáramlani a levegő és befolyni a víz. Gyertyalángon megtüzesített szöggel lyukasszuk ki a műanyagpalack oldalát! A víz azonnal folyni kezd a tölcsérből. Fogjuk be ujjunkkal a lyukat, - a vízfolyás megszűnik. Tartsunk egy égő gyertyát a palack oldalára készített lyuk elé! A gyertya lángja oldalra hajlik, jelezve, hogy a lyukon levegő áramlik ki, helyet csinálva a víz számára a palackban.

Megjegyzés: (A tölcsért és a gumidugót egy második műanyagpalackkal is helyettesíthetjük. A második palack alját levágjuk és szájával lefelé fordítjuk. A két palack kupakját "háttal egymás felé fordítva műanyag szigetelőszalaggal körbetekerve összeragasztjuk. Az összeragasztott kupakokat átfúrjuk és a furatba vékony hosszú szívószálat ragasztunk (a szívószál a tölcsér szára) A szívószál beragasztásához használhatunk jól tömítő szilikonos ragasztót de alkalomszerűen használhatunk a tömítésre rágógumit is.)

2. Fejjel lefelé vízbe nyomott pohárba nem megy bele a víz (tanulói kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: Száraz ivópohár vagy fogmosó pohár, papírlap, fazék vagy lavór. A fazekat vagy lavórt töltsük meg félig vízzel! A papírlapot gyűrjük össze, és nyomkodjuk a pohár aljába úgy, hogy az akkor se essen ki, ha a poharat szájával lefelé fordítjuk! Ezután helyezzük a poharat mindvégig függőlegesen - szájával lefelé - tartva a fazékban lévő vízbe úgy, hogy a pohár teljes egészében víz alá kerüljön! Ezután továbbra is függőlegesen tartva vegyük ki a poharat a vízből! A pohárból vegyük ki a papírt, és vizsgáljuk meg! A papír száraz marad, mert a pohárban a papír mellett levegő is van. A levegő megakadályozza, hogy a víz a pohárba folyjon, s így marad száraz a papír.



3. Légrugó injekciós fecskendőből (tanulói kísérlet)

Szükséges eszközök anyagok: Egyszer használatos orvosi műanyag fecskendő, használat után megfelelően kimosva

Egyszer használatos orvosi műanyag fecskendő csövére szorítsuk rá ujjunkat, majd próbáljuk lenyomni a dugattyút! A dugattyú kezdetben viszonylag könnyedén kezd mozogni, de aztán egyre nehezebben nyomható tovább. A dugattyú lenyomásakor a fecskendőben lévő levegő nem tud kiszökni a befogott nyíláson, ezért összepréselődik. Az összenyomott levegő nyomása megnő. Engedjük el hirtelen a dugattyút! Az összenyomott gáz kitágul és visszalöki a dugattyút.



4. Játékléggömb felfújása (tanulói kísérlet)

Szükséges eszközök anyagok: Egyszerű gömb alakú játékléggömb
A játékléggömb felfújásakor érezzük hogy erővel kell fújnunk a levegőt, hogy a léggömb egyre jobban kifeszüljön. A felfújt ballont a levegő egyenletesen kitölti, a belső levegő nyomása feszíti a léggömb falát jelzi a levegő nyomását . A léggömbben nagyobb a nyomás mint a külső levegőben.



5. A levegőnek mérhető tömege van (tanári bemutató kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: 2 db játékléggömb, 2 db rövid fonal, 4 db egyforma rövid szigetelőszalag darab, házi készítésű kétkaros mérleg, tű.
A levegő tömegét egy házi készítésű kétkaros mérleggel mutatjuk ki. A középen felfüggesztett hosszú könnyű farúdra a rajz szerint két kb. egyformára felfújt játékléggömböt lógatunk. A léggömböket tartó fonalat óvatosan addig csúsztatjuk a rúdon, amíg a mérleg egyensúlyt mutat. Ezután a fonalak helyzetét két egyforma nagyságú szigetelő szalaggal rögzítjük. Mindkét léggömb oldalára ragasszunk szintén egy-egy szigetelőszalag darabkát. A mérleg természetesen továbbra is egyensúlyban marad. Ezután az egyik léggömböt a szigetelőszalagon keresztül egy tűvel kiszúrjuk. (Ha nem lenne szigetelőszalag, a léggömb a szúrástól azonnal felhasadna) A kis lyukon keresztül folyamatosan szökik a levegő - a léggömb lassan leereszt. A levegő kiáramlásával csökken a ballonban lévő gáz tömege, amit a mérlegrúd elbillenése folyamatosan mutat.

6. Égés levegőben

Szükséges eszközök, anyagok: 400 cm3-es főzőpohár, mécses, sík üveglemez (amely lefedi a főzőpohár száját).

Egy 400 cm3-es szárazra törölt főzőpohárba helyezzünk égő mécsest, majd takarjuk le üveglemezzel! A gyertya egyre kisebb lánggal ég, majd pislákolni kezd, végül elalszik. Rövid várakozás után (ez a gáz lehűléséhez és az áramlások lecsillapodásához szükséges) emeljük le óvatosan az üveglemezt és figyeljük meg rajta a vízcseppeket! Öntsünk vékony sugárban kevés meszes vizet a pohárba! A meszes víz megzavarosodik.

Magyarázat: A levegő táplálja az égést. A levegő többféle gáz keveréke. Mintegy háromnegyed része nitrogén gáz és kb. egynegyede oxigén. Ez utóbbi szükséges az égéshez. A gyertyaláng kialvása azt jelzi, hogy a lezárt pohárban az égés során elfogyott az oxigén, Az üvegfalon megjelenő kis vízcseppek bizonyítják, hogy az égés során víz keletkezett. A meszes víz a széndioxid kimutatására szolgáló próba. A tiszta meszes víz széndioxid hatására megzavarosodik.

Megjegyzés: A régi korok tudósai a levegőt "őselemnek", egységes és szétbonthatatlan anyagnak tartották (a tűzzel, a földdel és a vízzel együtt). Ma már tudjuk, hogy a levegő sokféle gáz keveréke.




Szakköri és otthoni feldolgozásra ajánlott kísérletek



7. Lufi-fújás melegítéssel

2-literes műanyag üdítős palack szájára húzzunk játékléggömböt és többszörösen átfordított befőttesgumi-karikával rögzítsük. Állítsuk a palackot egy fazék forró vízbe! A víz felmelegíti a palackban lévő levegőt, a gáz megnövekedett térfogatát és nyomását a ballon felfúvódása jelzi.

Következtetés: A gázok melegítés hatására kitágulnak, nyomásuk megnő.

8. Lufi-rakéta

Fújjunk fel egy hosszúkás játékléggömböt, száját gumikarikával szorítsuk el! Hosszú damil-szálat fűzzünk át műanyag szívószálon, majd a szívószálat két darab műanyag szigetelőszalaggal ragasszuk rá a léggömbre. A hosszú damil-szálat feszítsük ki vízszintesen, majd a léggömb szájáról oldjuk le a szorító kötést! A léggömbben lévő nagy nyomású levegő kiáramlik a léggömb nyílásán miközben a léggömbrakéta sebes siklásba kezd a damil-pályán.

9. A gáznyomás emelő hatása

Tömlőbe, ballonba sűrített levegő nyomása nehéz súlyokat is képes megemelni, és tartani. Ez a helyzet minden esetben amikor a kerékpár vagy az autó kerekét felpumpáljuk. A levegő emelő hatását egyszerű léggömb-kísérlettel is illusztrálhatjuk:
Fektessünk az asztal szélére egy leeresztett játékléggömböt, majd helyezzünk rá 5-6 könyvet' Ügyeljünk rá, hogy a gumiballon szára túllógjon az asztal szélén és ne legyen lefedve könyvvel. Fújjuk fel a könyvek alatt lévő léggömböt. A lassan kikerekedő ballon megemeli, majd felborítja a nehéz könyvoszlopot.

A levegő és a széndioxid gáz tulajdonságainak összehasonlítása

A különböző gázok fizikai tulajdonságai nagyon hasonlóak a levegőéhez (ezért a gázokat gyakran légnemű anyagoknak is nevezik), a különbség inkább kémiai viselkedésükben van. A természetismeret c. bevezető tantárgy keretében a széndioxid (CO2) gáz tulajdonságait a levegőhöz viszonyítva tanulmányozzuk, kiemeljük hasonlóságaikat (fizikai sajátságok) , de felhívjuk a figyelmet a különbségekre (kémiai, élettani tulajdonságok) is.
A széndioxidot a bevezető szintű iskolai kísérletezésre az teszi alkalmassá, hogy kis mennyiségben veszélytelen, ugyanakkor könnyű hozzájutni. Az iskolai kísérletezéshez széndioxid-forrásként a háztartási szénsav-patron ajánlható.

10. "Széndioxiddal dúsított" ásványvizes műanyagpalack vizsgálata (csoportos tanulói kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: Bontatlan, széndioxiddal dúsított ásványvíz
Óvatosan - rázás nélkül - vegyünk kezünkbe egy palack "széndioxiddal dúsított" ásványvizet! Próbáljuk ujjunkkal benyomni az oldalát! Tapasztaljuk, hogy ehhez nagy erő szükséges. Óvatosan bontsuk fel az ásványvizet! Sziszegő hanggal gáz távozik a palackból miközben a palackban élénk pezsgéssel buborékok képződnek. Győződjünk meg róla, hogy a palackból távozó széndioxid gáz színtelen és szagtalan! Próbáljuk ismét benyomni a műanyagpalack oldalát! A palack oldala könnyen benyomható.
Következtetés: A lezárt ásványvizes palack oldala nehezen benyomható, mert a víz feletti térfogatot kitöltő széndioxid gáz erősen feszíti belülről a palackot, a széndioxid nagy nyomást gyakorol az edény falára. a nyomás. (A "széndioxiddal dúsított" ásványvizek jelentős mennyiségű (kb. 5 g/l) széndioxidot tartalmaznak nyomás alatt.) A palack kinyitásakor a széndioxid egy része kiszökik és ezzel a belső nyomás lecsökken és a palack fala könnyen benyomhatóvá válik. A palackból távozó széndioxid színtelen, szagtalan gáz, - ilyen szempontból hasonlatos a levegőhöz-.

11. Szénsavas és szénsavmentes ásványvizek íze (tanulói kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: Bontatlan, széndioxiddal dúsított ásványvíz (fél literes), műanyag poharak.
Óvatosan bontsuk fel az egyik üveg ásványvizet! Öntsünk belőle poharakba valamennyit, majd az üveget visszazárva alaposan rázzuk össze annak tartalmát! Óvatosan engedjük ki a felszabaduló gázt. Ismételjük meg a rázást és kieresztést mindaddig, amíg a palack nyitásakor már nem halljuk a sziszegő hangot (kb. 6-8 rázás)! Ebből a vízből töltsünk a ki újabb poharakba! Kóstoljuk meg az először és a végén kitöltött vizet és hasonlítsuk össze az ízüket!
Tapasztalat: A frissen bontott palackból töltött víz jellegzetesen savanykás ízű. A többszöri felrázás és a gáz kiengedése után kiöntött víz már alig savanykás.
Következtetés: A széndioxidot tartalmazó ásványvíz savanyúbb, mint a széndioxidtól mentes. A széndioxid - a levegőtől eltérően - a vizet savanykás ízűvé teszi. Ezért is nevezzük a széndioxid tartalmú italokat szénsavas italoknak.

12. A játékléggömb felfújása széndioxiddal, szódásszifonból (tanári bemutató kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: Üres szódásszifon, szódapatron, egyszerű gömb alakú játékléggömb.
Üres szódásszifonba csavarjunk óvatosan szódapatront! Húzzunk a szifon csövére játékléggömböt és fújjuk fel széndioxiddal, majd a száját szorítsuk el befőttesgumi-karikával! A széndioxid hasonlóan felfújja, éppúgy feszíti a léggömböt mint a levegő.

Megjegyzés: A léggömbből a széndioxidot lassan engedjük ki és fogjuk fel nagyméretű üvegpohárba vagy üvegkádba (üres akváriumba), így a 5. és 6. pontban leírt kísérletekhez felhasználható.

13. Kémiai különbségek a levegő és a széndioxid között (tanári kísérlet)

Szükséges eszközök, anyagok: Üres szódásszifon, szódapatron, 2 literes üres műanyag üdítős palack, 2 db üvegpohár, 2 db teamécses.
Üres szódásszifonba csavarjunk óvatosan szódapatront! A szódásszifon csövét a műanyag üdítős palackba dugva fújjuk át bele a teljes gázmennyiséget! Két nagyméretű üveg főzőpohárba pohár (vagy két literes befőttesüveg) aljára helyezzünk egy-egy égő teamécsest! A műanyag üdítős üvegből töltsünk gázt az egyik pohárba! A mécses néhány pillanat múlva kialszik ebben a pohárban.

Magyarázat: A szódásszifonból a palackba vezetett széndioxid gáz "láthatatlanul" megtöltötte a palackot. Mivel a széndioxid nehezebb gáz, mint a levegő, ezért éppúgy tölthető egyik edényből a másikba, mintha folyadék lenne. A széndioxid gázban az égő mécses lángja kialudt. Lényeges különbség a levegő és a széndioxid között, hogy az utóbbi az égést nem táplálja.
Megjegyzés: A széndioxid ez utóbbi tulajdonsága teszi lehetővé, hogy tűzoltó készülék töltőanyaga legyen. Hatékonyságát az is segíti, hogy a palackból gyorsan kiömlő gáz erősen lehűl, az erős hűlést a a szénsavpatron falán is érezzük a becsavarás után.

14. A széndioxid-párnán lebegő szappanbuborék (tanári bemutató kísérlet)

Szükséges eszközök anyagok: ragasztott üvegkád vagy üres akvárium, autoszifon, széndioxid-patron , szívószál, szappan- vagy mosószeroldat

Üres üvegkádat töltsünk meg kb. félig széndioxiddal! A széndioxidot a legegyszerűbb száraz szódásszifonba csavart patronból biztosítani. A széndioxid magasságát a kádban égő hurkapálcával vizsgáljuk meg.
A láng a széndioxidba merítve elalszik. Fújjunk szívószállal szappanbuborékot és nem túl magasról a széndioxid gázzal félig töltött kádba!
A szappanbuborék nem süllyed a kád aljára, hanem lebeg a talaj felett.

Magyarázat: Mivel a széndioxid nehezebb a levegőnél, láthatatlanul ugyan, de mégis hasonlóan áll a kádban mint a víz. A levegővel teli szappanbuborék könnyebb a széndioxidnál ezért hasonlóan úszik rajta, mint a könnyű tárgyak a sűrűbb víz tetején.




Szakköri és otthoni feldolgozásra ajánlott kísérletek

15. Lufi-fújás gázfejlesztéssel

Üres fél-literes műanyag palackba szórjunk 2 kávés-kanálnyi szódabikarbónát és töltsünk hozzá fél deciliter 10 %-os ételecetet! A palack szájára húzzunk gyorsan játékléggömböt! Az ecet hatására a szódabikarbóna pezsegni kezd, gázt - széndioxid gázt - fejleszt.

Következtetés: A fejlődő gáz hatására megnő a palackban a nyomás, a játékléggömb kifeszül.

Megjegyzés: A közismert "Plusz" vitamin-tabletták oldása ugyanígy széndioxid gáz fejlődésével jár, csak ott szódabikarbónából és citromsavból keletkezik a széndioxid.

16. Pukkanó dugó

Egy sörösüvegbe tégy fél csomag sütőélesztőt, majd töltsd fel az üveget félig langyos vízzel! Adj hozzá két kávéskanál kristálycukrot! Hüvelykujjaddal fogd be az üveg száját és alaposan rázd össze, hogy a cukor feloldódjon és az anyagok összekeveredjenek! Egy dugót - amely illik az üvegbe - kenj be vazelinnel (vagy zsírral), majd lazán dugaszold le az üveget! Néhány perc múlva a dugó pukkanó hanggal kilövődik az üvegből a levegőbe.

Magyarázat: Az élesztők olyan gombák, melyek cukorból, mint táplálékból nyernek energiát. Közben széndioxid gáz is keletkezik. Ahogy egyre több és több gáz keletkezik, a lezárt üvegben megnövekszik a gáz nyomása. Ha már elegendően sok a képződött gáz, akkor a dugó elég nagy erővel lövődik ki ahhoz, hogy pukkanó hangot adjon.

17. Széndioxidos tűzoltó készülék

Mivel a széndioxid az égést nem táplálja tűzoltásra is felhasználható. A palackban a széndioxid nagy nyomás alatt folyadék állapotban van. Oltáskor a folyadék gyorsan párolog és tágul ezért erősen hűt ez döntően hozzájárul az oltás hatékonyságához. (a hűlést tapasztalhatjuk a szódavízkészítéskor is, amikor a becsavart patron falán esetenként még dér is képződik.) Tűzzük ki feladatként a tanulóknak, hogy járják végig az iskola iskola folyosóit, termeit, szertárait és keressenek széndioxiddal működő tűzoltó készülékeket! A készülék oldalán elolvasható a használati utasítás.

Megjegyzés: Előnyös lehet, ha a tanulók tudják, hogy hol vannak elhelyezve az iskolában tűzoltó készülékek. A tűz megelőzésének fontosságára ismételten felhívhatjuk a figyelmüket!

18. Verseny és kutatás a bevásárlóközpontban

Játékos versenyt szervezhetünk tanulóink közt a ásványvizek és szénsavas üdítő italok széndioxid-tartalmának felkutatására. A feladat az hogy nagyobb ABC-áruházban, bevásárlóközpontban olvassák el minél több ásványvizes és szénsavas üdítős palack címkéjét, és jegyezzék fel, hogy melyik, mennyi széndioxidot tartalmaz! Ki gyűjtötte a legtöbb adatot? Ki találta a legtöbb széndioxidot tartalmazó italt?

Tapasztalat: A szénsavas üdítők és ásványvizek széndioxid tartalma elég széles határok között változhat. A legtöbbet a Coca-cola tartalmazza. (De lehet, hogy a tanulók más eredményre jutnak.)

19. A barnuló alma

Vágj félbe egy hámozatlan almát! Az egyik fél alma frissen vágott felszínére simogass átlátszó háztartási műanyag fóliát! Hagyd mindkét almát állni néhány órán keresztül a szobádban! Hasonlítsd össze a két vágott rész színét! A be nem takart alma felülete fokozatosan megbarnul, a letakart viszont változatlan színű marad.

Magyarázat: A barnulásért a levegőben található oxigén gáz a felelős. A színváltozás a növényi sejtek oxigénnel való reakciójának eredménye. A fólia nem engedi az oxigént a gyümölcs sejtjeihez, a így megakadályozza a barnulást.

Megjegyzés:Ugyanez az elszíneződés játszódik le akkor is, amikor az alma, banán vagy más gyümölcsök megsérülnek vagy meghámozzuk őket.