Stężenie herbaty: zajęcia ze spektroskopii dla szkół

Informacje dla laborantów i prowadzących

Plan zajęć

Čas: 50-60 minut

Czas trwania: co najmniej 50-60 minut.

Wprowadzenie

Omówienie zagadnień związanych z bezpieczeństwem pracy uczniów i nauczycieli w laboratorium.

Wydanie uczniom fartuchów laboratoryjnych i okulary ochronne. Usunięcie toreb uczniów i innych przeszkód z przejść.

Prezentacja PowerPoint: wyjaśnienie zjawiska rozszczepienia światła białego na poszczególne barwy oraz absorpcji światła przez substancje barwne.

Demonstracja reakcji zegarowej ilustrującej zmiany intensywności barwy w czasie.

Przestawienie zagadnień związanych z pomiarem intensywności barwy przy pomocy laptopa, projektora multimedialnego oraz symulacji spektrometru w "The Chemistry LabSkills". Ten etap można opuścić ze względu na ograniczoną dostępność.

Przedstawienie problemu

Istnieje kilka sposobów przeprowadzenia badań. Podziel uczniów na 3 grupy, każda z nich będzie badała inne zagadnienie.

Badanie1: Jak mocną herbatę lubi Marek?
Badanie 2: Czy barwa (stężenie) herbaty jest zawsze taka sama, niezależnie od rodzaju herbaty?
Badanie 3: Czy temperatura wody ma wpływ na barwę (stężenie) herbaty?

Po zakończeniu badań, uczniowie są ponownie złączeni w jedną grupę.

Prowadzący kieruje zajęciami, podczas gdy laborant (laboranci) pakują sprzęt.

Dyskusje, które należy przeprowadzić:

  1. Informacja zwrotna od każdej z grup dotycząca wyników przeprowadzonych badań.
  2. Ocena możliwych błędów mających wpływ na wyniki badań.
  3. Określenie nabytych lub przećwiczonych umiejętności.

Jeżeli czas na to pozwala, uczniowie mogą wypełnić formularze z informacją zwrotną lub uczestniczyć w sesji komputerowej przedstawiającej informację zwrotną.


Badanie 1: Jak mocną herbatę lubi Marek?

Marek lubi herbatę o określonej mocy. Jak długo powinien trzymać torebkę z herbatą w gorącej wodzie, aby uzyskać taką herbatę jaką lubi?

Sprzęt laboratoryjny:

Dla 12-osobowej grupy uczniów należy zapewnić:

  • Fartuchy laboratoryjne i okulary ochronne (również dla nauczycieli oraz towarzyszących dorosłych).
  • 6 kubków 250ml
  • 6 termometrów alkoholowych (-10°C do 110°C)
  • 6 bagietek plastikowych
  • 6 stoperów
  • 12 ołówków
  • pojemnik na odpady
  • 6 laminowanych instrukcji obsługi spektrometru
  • 2 plastikowe sitka do oddzielenia zużytych torebek herbaty

Inne pomoce:

  • Karta pracy do Badania 1

Metoda [wymaga dopracowania]

Uczniowie uczą się używać pipety Pasteura (sprawdź czy już tego nie potrafią!)
Uczniowie uczą się obsługi spektrometru.
Uczniowie kalibrują spektrometr ustawiając 100 dla czystej wody.

Uczniowie wlewają 200 ml wrzącej wody do kubka 250 ml i wrzucają torebkę herbaty. Uruchamiają stoper. Mieszają jeden raz.

Po 60 sekundach pobierają pipetą Pasteura napar i napełniają nim zagłębienie blistra. Mieszają napar ponownie.
Powtarzają procedurę przez kolejne 8 minut co 1 minutę. Mierzą intensywność barwy w spektrometrze, zapisują wyniki w karcie pracy.
Pobierają próbkę ulubionej herbaty Marka, mierzą intensywność barwy i zapisują wynik.

Uczniowie albo wykreślają krzywą kalibracyjną, albo analizują dane w tabeli aby OSZACOWAĆ czas, po którym herbata osiąga ulubioną przez Marka moc. Sposób analizy danych wynika z (a) ram czasowych i (b) umiejętności uczniów.

Karta pracy do Badania 1

 

Badanie 2: Czy barwa (stężenie) herbaty jest zawsze taka sama,
niezależnie od rodzaju herbaty?

Jeżeli zalejemy liście herbaty gorącą wodą, woda zabarwia się. Ale czy dla różnych gatunków herbaty barwa pojawiająca się po upływie takiego samego czasu jest taka sama?

Celem ćwiczenia jest porównanie czy barwa naparów uzyskanych z różnych gatunków herbaty jest taka sama po upływie takiego samego czasu.

Sprzęt laboratoryjny:

Dla 12-osobowej grupy uczniów należy zapewnić:

  • Fartuchy laboratoryjne i okulary ochronne (również dla nauczycieli oraz towarzyszących dorosłych).
  • 6 kubków 250ml
  • 6 termometrów alkoholowych (-10°C do 110°C)
  • 6 bagietek plastikowych
  • 6 stoperów
  • 12 ołówków
  • pojemnik na odpady
  • 6 laminowanych instrukcji obsługi spektrometru
  • 2 plastikowe sitka do oddzielenia zużytych torebek herbaty

Inne pomoce

  • Herbata różnych gatunków w torebkach.
  • Karta pracy do Badania 2.

Metoda

Uczniowie uczą się używać pipety Pasteura (sprawdź czy już tego nie potrafią!)
Uczniowie uczą się obsługi spektrometru.
Uczniowie kalibrują spektrometr ustawiając 100 dla czystej wody.

Uczniowie wlewają 200 ml wrzącej wody do kubka 250 ml i wrzucają torebkę herbaty. Uruchamiają stoper. Mieszają jeden raz.
Po 60 sekundach pobierają pipetą Pasteura napar i napełniają nim zagłębienie blistra. Mieszają napar co 30 sekund.
Wykonują pomiar intensywności barwy po 2 minutach i zapisują wynik w tabeli na karcie pracy.
Wylewają napar herbaty.
Powtarzają procedurę dla innego gatunku herbaty.

Sposób analizy danych zależy od (a) ram czasowych i (b) umiejętności uczniów.

Karta pracy do Badania 2

 

Badanie 3: Czy temperatura wody ma wpływ na barwę (stężenie) herbaty? 

Sprzęt laboratoryjny:

Dla 12-osobowej grupy uczniów należy zapewnić:

  • Fartuchy laboratoryjne i okulary ochronne (również dla nauczycieli oraz towarzyszących dorosłych).
  • 6 kubków 250ml
  • 6 termometrów alkoholowych (-10°C do 110°C)
  • 6 bagietek plastikowych
  • 6 stoperów
  • 12 ołówków
  • pojemnik na odpady
  • 6 laminowanych instrukcji obsługi spektrometru
  • 2 plastikowe sitka do oddzielenia zużytych torebek herbaty

Inne pomoce:

  • Karta pracy do Badania 3
  • Dodatkowe kubki na zimną wodę z kranu.

Metoda [wymaga dopracowania]

Uczniowie uczą się używać pipety Pasteura (sprawdź czy już tego nie potrafią!).
Uczniowie uczą się używać termometru (sprawdź czy już tego nie potrafią!).
Uczniowie uczą się obsługi spektrometru.
Uczniowie kalibrują spektrometr ustawiając 100 dla czystej wody.

W kubkach 250 ml uczniowie przygotowują wodę o 5 różnych temperaturach mieszając gorącą wodę z zimna wodą z kranu tak aby otrzymać 200 ml płynu.
Po przygotowaniu pierwszej próbki wody, uczniowie dodają torebkę herbaty i uruchamiają stoper. Mieszają co 30 sekund.
Po 2 minutach (120 sekundach) pobierają pipetą Pasteura napar i napełniają nim zagłębienie blistra. Mierzą intensywność barwy, zapisują odczyt i zmierzoną temperaturę naparu.
Wylewają napar herbaty.
Powtarzają procedurę dla próbki wody o innej temperaturze.

Uczniowie albo analizują dane w tabeli i wyciągają wnioski.

Sposób analizy danych zależy od (a) ram czasowych i (b) umiejętności uczniów.

Karta pracy do Badania 3

 

Lista sprzętu i odczynników

  • 4 czajniki elektryczne
  • mieszadło magnetyczne z mieszadełkiem
  • 2 przedłużacze elektryczne
  • 16 kubków 250 ml
  • 16 bagietek plastikowych
  • 16 mat ognioodpornych
  • 2 litrowe butelki na odczynniki (Schott)
  • 8 spektrometrów SpektraTM z zasilaczami
  • 16 pipet plastikowych (min)
  • 16 cylindrów miarowych 100 ml do ćwiczenia uzupełniającego
  • 20 stoperów
  • 20 termometrów alkoholowych

Odczynniki

Reakcja zegarowa

  • siarczan(VI) manganu(II) odważony w probówce
  • bromian(V) potasu odważony w probówce
  • rozcieńczony kwas siarkowy(VI) odważony w probówce
  • kwas malonowy odważony w probówce
  • Butelka (Schott) oznaczona "Herbata Marka", zawiera świeżo sporządzoną herbatę (3 torebki herbaty w 750 ml gorącej wody, czas zaparzania 4-5 minut
  • Pudełka z róznymi gatunkami herbaty.
  • Pojemniki do przechowywania
  • Fartuchy laboratoryjne, rozmiar mały i średni
  • Okulary ochronne, rozmiar mały i średni

Wydruki

  • Karty praczy ucznia
  • 16 laminowanych ilustrowanych instrukcji obsługi spektrometru (herbata Marka).
  • Laminowany arkusz przedstawiający wykres dla doświadczenia "Herbata Marka" sporządzonego "Twinning’s All Day Tea" jako przykład (pokazujący również przykład interpolacji).

PowerPoint

Do wstępu.


Opracowanie:  Bristol ChemLabS, Bristol University, United Kingdom