Hur kan vi skydda statyer och bultar m.m. mot korrosion?

Transkript

1 PROFILES-studiematerial- Översikt Hur kan vi skydda statyer och bultar m.m. mot korrosion? Naturvetenskap - Kemi årskurs 7-9 (2012) Mattlidens skola Suomi / Soveltavan kasvatustieteen ja opettajankoulutuksen osasto, Itä-Suomen Yliopisto Studiehelhetens innehåll Meningen med forskningen är att eleverna upptäcker vad det kommer sig av att statyer och olika fastsättningssystem av metall utomhus utsätts för korrosion. De undersöker metallers reaktivitet. Som förhandskunskap krävs att eleven känner till den elektrokemiska spänningsserien. Bilden av statyn Karjalan jääkäri - "Valppaana". Erkki Eronen Brons. Jääkäripuisto, Ranta-, Tori- ja Kalastajankatujen risteys, Joensuu. Bilderna i studiehelhetsöversikten, lärarhandledningen, elevinstruktionerna och bilagorna kan användas i undervisningen. Bilderna är från flickr-webbtjänst, Scott Sandars, Rust&Silver Suspension Project funded within the EC FP7 Programme: SiS Grant Agreement No.: Supporting and coordinating actions on innovative methods in science education: teacher training on inquiry based teaching methods on a large scale in Europe 1/11

2 Ämne: Kemi Årskurser: årskurs 7-9 Grunderna för läroplanen för den grundläggande utbildningen (2004, 7.9): Eleven lär sig: lära sig att genomföra naturvetenskapliga undersökningar samt att tolka och presentera resultaten lära sig att tillämpa sina kunskaper vid val och i praktiska situationer lära sig om betydelsen av kemiska fenomen och tillämpningar både för människan och samhället Centralt innehåll: korrosion, metallernas elektrokemiska spänningsserie Arbetsmetoder: Grupparbete, problemlösning och forskning. Förslag på tidsdisposition: 4 lektioner a 45 minuter. Mål med arbetet: Eleven lär sig färdighetet i gruppararbete genom diskussion i både i liten och i stor grupp. Eleven lär sig planera experiment och utföra dessa, göra anteckningar under olika skeden av forskningsprocessen, tolka forskningsresultaten samt att fundera på resultatens betydelse i vardagslivet och i samhället. Bilagor 1. Elevinstruktioner Innehåller mera specifikt fakta om uppgifterna och instruktioner om uppgifternas utförande. 2. Lärarhandledning Instruktioner om uppgiftens frågeställning. 2/11

3 PROFILES-studiematerial Lärarhandledning Hur kan vi skydda statyer och bultar m.m. mot korrosion? Naturvetenskap - Kemi årskurs 7-9 (2012) Mattlidens skola Suomi / Soveltavan kasvatustieteen ja opettajankoulutuksen osasto, Itä-Suomen Yliopisto Studiehelhetens innehåll Genom brainstorming får man veta elevernas förhandskunskap om orsaker till att statyer förstörs (bland annat sur nederbörd p.g.a. avgaser) Som förhandskunskap för studiehelheten krävs att eleven känner till den elektrokemiska spänningsserien. Eleverna undersöker och jämför metallers reaktionsbenägenhet och på basen av sina resultat funderar de vad man kan och vad man borde göra för att skydda utomhuskonst och bruksföremål. Smågrupperna presenterar sina forskningar och till slut diskuteras gemensamt med hela klassen och basen av resultaten görs ett gemensamt beslutsfattande. Bilden av statyn Karjalan jääkäri - "Valppaana". Erkki Eronen Brons. Jääkäripuisto, Ranta-, Tori- ja Kalastajankatujen risteys, Joensuu. Bilderna i studiehelhetsöversikten, lärarhandledningen, elevinstruktionerna och bilagorna kan användas i undervisningen. Bilderna är från flickr-webbtjänst, Scott Sandars, Rust&Silver Suspension Project funded within the EC FP7 Programme: SiS Grant Agreement No.: Supporting and coordinating actions on innovative methods in science education: teacher training on inquiry based teaching methods on a large scale in Europe 3/11

4 Scenario Statyerna är en del av vårt kulturarv. Brons är en bra metall för att tillverka statyer, men då statyerna står utomhus uppstår emellertid problem. På många statyer kan man se ett ojämnt grön-vitt lager. Speciellt i nedre delarna av statyerna kan man se sprödhet. Vad är problemet? Kan vi göra något för att skydda våra statyer? Ofta behöver vi olika fastsättningssystem utomhus som vi hoppas att skulle hålla i många år, men så kan vi överraskas av att de har korroderat och måste förnyas tidigare än beräknat. Eleverna brainstormar om möjliga orsaker till skadorna på statyer samt orsak till att olika fastsättningssystem utomhus ofta rostar. Arbetet stegvis: Studiehelheten kan genomföras på fyra 45 minuters lektioner. Det lönar sig för läraren att fästa uppmärksamhet vid gruppindelningen (3-4 elever/grupp), så att arbetet blir så mångsidigt som möjligt och eleverna kan lära sig utav varandra. Undervisningen är planerad att följa arbetsinstruktionerna, ungefär två punkter per undervisningsgång. I undervisningshelheten ingår diskussioner i små grupper, diskussion i stor grupp, planering av forskning i liten grupp och forskningens utförande. 1.lektion: Första lektionen lönar det sig att lägga upp forskningsproblemet under ledning av läraren: Hur kan vi skydda våra värdefulla statyer elektrokemiskt? Detta kan utföras till exempel med en PowerPoint-presentation, där man visar lokala bronsstatyer eller statyer från grannkommunen och olika metalliska fastsättningssystem ute i omgivningen. I detta skede bör man gå genom målen för forskningen. Eleverna funderar också i liten grupp på orsaker till att statyerna förstörs och i samband med detta namnges fenomenet d.v.s. elektrokemisk korrosion. Till slut förs diskussion i helgrupp och de bästa/de mest troliga orsakerna sammanställs till exempel som en Mind-Map på tavlan och/eller i häftet. 4/11

5 2. lektion: 3. lektion: Eleverna gör upp forskningsplan i grupper: Vilken orsak till korrosion ska de undersöka med den utrustning läraren har försett dem med. Då läraren har godkänt planen startar grupperna med forskningen. Tredje lektion väljer grupperna endera av två forskningar: citronbatteriet eller metallparbatteriet. Eleverna utför uppgiften enligt uppgjord plan, antecknar noggrant mätresultaten och drar slutsatser på basen av dessa. Därefter svarar eleverna på frågorna i instruktionerna. 4. lektion: Fjärde lektion presenterar grupperna sina funderingar om orsaken till korrosion, forskningsresultaten kan sammanställas t.ex. på tavlan och hela klassen funderar tillsammans på möjliga orsaker till korrosion. Frågorna i instruktionerna kan fungera som stöd för diskussion. Vidare görs det upp en plan för hur statyerna kunde skyddas. Viktigt är också att tillsammans fundera varför statyerna skall skyddas och vad är deras betydelse för människan. Lärarens arbetsinstruktioner Meningen med den experimentella forskningen är att bli bekant med fenomenet elektrokemisk korrosion. Förslag på elevarbete: olika metallpar Utrustning: 250 ml dekanterglas Koppar och zink elektroder 2 sladdar Spänningsmätare Stålull eller fint sandpapper Ämnen: Vatten Några droppar 5 M HCl-lösning Arbetssäkerhet: Saltsyran är frätande, ångorna irriterar ögon och slemhinnor. Varsamhet måste iakttas vid användning. 5/11

6 Utförande: Elektroderna putsas med stålull och fästes med krokodilklämmor i sladdar som kopplas till spänningsmätaren, så att kopparn blir + pol och den andra elektroden i polen. Båda elektroderna doppas i samma dekanterglas som är halvfullt med kranvatten. Avläst spänningsvärde antecknas. I dekanterglaset tillsätts några droppar 5 m HCl-lösning. Avläst spänningsvärde antecknas. Försöket upprepas med andra metaller än zink, t.ex. bly, aluminium, järn. Tolkning: Vilkendera elektroden är alltid pol (minus), den ädlare eller den oädlare? Vilken lösning är bättre elektrolyt? Varför? Med vilken elektrodkombination visade spänningsmätaren det största värdet? Skulle spänningsmätaren kunna vissa noll volt med någon metallkombination? Förslag på elevarbete: citronbatteri Utrustning: Citron, potatis, äpple,... Metallplattor (koppar+zink/järn/bly...) 2 sladdar 2 krokodilklämmor Spänningsmätare Utförande: Putsa metallplattorna, vid behov, med stålull eller sandpapper. Tryck in metallplattorna så djupt som möjlig i frukten/grönsaken, men var noga med att de inte rör vid varandra. Mät spänningen mellan metallerna (om mätaren ger negativt värde, byt polerna). Tolkning: Vilken metall kombination gav största spänningen? Vilken var den bästa elektrolyten? Vilken, den ädlare eller oädlare metallen var alltid pol? Med vilken metallkombination skulle man få spänningsmätaren att visa noll? 6/11

7 Arbete: Elev: 1 Utvärdering av: Skrivande av forskningsplan och presentation till läraren Grunderna för utvärderingen Kan forma lämpliga forskningsfrågor och/eller förstår forskningens syfte Skapar en ändamålsenlig forskningsplan Presenterar ändamålsenliga prognoser/hypoteser Utvecklar en ändamålsenlig arbetsplan(beaktande all behövlig utrustning/kemikalier och säkerhetsfrågor) och uttrycker vilka variabler som undersöks Vitsord: X, T, G, U 2 Utförande av forskning eller experiment Förstår forskningens mål och vet vilka försök och mätningar som utförs Utför forskningen genom att följa instruktioner eller planer Använder laboratorieutrustning och mätinstrument säkert och ändamålsenligt Handlar tryggt i förhållande till sig själv och andra Håller arbetsbordet snyggt och i ordning Antecknande av samlad experimentell fakta Tolkning av observationer och förmågan att dra slutsats Samarbete i grupp under forskningen Utförande av forskningen och muntlig framställning av resultaten Utför och antecknar på ändamålsenligt sätt observationer och fakta (antal observationer/noggrannhet/fel) Tolkar samlad information grundligt och gör ändamålsenliga diagram, tabeller och symboler Drar slutsats med forskningsfrågan som grund Deltar i gruppdiskussion under forskningens olika faser (ställer frågor, planerar forskning, presenterar prognoser, analyserar data, drar slutsatser, gör motiverade beslut) Fungerar tillsammans med gruppen och deltar till fullo i gruppens verksamhet Visar samarbetsförmåga-styr gruppen med skapande tankesätt, hjälper dem som behöver Presenterar uppgifterna tydligt och med motivering. Presenterar resultaten tydligt och med motivering. Använder noggranna termer och ett ändamålsenligt vetenskapligt språk. 7 Samhällelig inriktning och vetenskaplig slutledning Ger riktiga, motiverade förklaringar. Visar på ett skapande tänkande i sina förslag. Kan ge motiverade, samhällsinriktade beslut i frågor eller bekymmer och poängtera en riktig vetenskaplig sida av saken. X=underkänd, T=tillfredsställande, G=god, U=utmärkt 7/11

8 PROFILES-studiematerial Elevinstruktioner Hur kan vi skydda statyer och bultar m.m. mot korrosion? Naturvetenskap - Kemi årskurs 7-9 Eget namn: Arbetets utgångsläge I denna studiehelhet ska du tillsammans med dina klasskamrater fundera på orsaker varför statyer och andra metallföremål förstörs utomhus. Först brainstormar ni om orsaker till att statyer korroderar och gör ett, med hela klassen gemensamt, sammandrag, t.ex. i form av en tankekarta. Sedan forskar ni i metallers inbördes reaktivitet och besluter vad som skulle vara det bästa sättet att skydda statyer. Ni fundera också på varför vi bör skydda statyer och vad statyer betyder för människan. Under forskningsuppgiften är det viktigt att noggrant anteckna alla mätresultat. 8/11

9 Scenario Många vackra bronsstatyer pryder byar och städer. Statyerna är en del av vårt kulturarv. Brons är en bra metall för att tillverka statyer, men då statyerna står utomhus uppstår emellertid problem. På många statyer kan man se ett ojämnt grönvitt lager. Speciellt i nedre delarna av statyerna kan man se sprödhet. Vad är problemet? Kan vi göra något för att skydda våra statyer? Ofta behöver vi olika fastsättningssystem utomhus som vi hoppas att skulle hålla i många år, men så kan vi överraskas av att de har korroderat och måste förnyas tidigare än beräknat. Problem uppstår då bronsstatyerna (och andra metallföremål) utsetts för uteluft. Man kan på många statyer se, att de har en ojämn vit-grön beläggning som täcker den ursprungliga bronsfärgen och många invecklade detaljer. Speciellt i de nedre delarna kan skörhet iakttas, vilket kallas metallens korrosion. Din uppgift är att med dina studiekamrater fundera på möjliga orsaker till skadorna på statyerna, att undersöka saken och att göra motiverade förslag för att bevara statyerna.. 9/11

10 Arbetets gång Ni arbetar i grupper om fyra. Då ni utför forskningsuppgiften ska ni vara noga med att göra tydliga och exakta anteckningar. 1. Brainstorma, d.v.s. kasta ut i luften förslag, om möjliga kemiska orsaker varför statyer förstörs statyer. Gör en lista över de orsaker som verkar mest troliga. 2. Tillsammans med läraren och de övriga grupperna görs en lista på tavlan, eller en tankekart, över eventuella orsaker. 3. Diskutera i gruppen hur detta fenomen( ) skulle kunna undersökas och möjliga lösningar för hur man i kemiklassen kunde observera dessa fenomen. Utveckla en forskningsplan för att mäta reaktionsbenägenheten och visa planen för läraren då ni har tillgång till följande: Vatten och elektrolyter (lösningar som leder ström) o citron o Saltsyra Koppar (i stället för brons) och andra metaller Spänningsmätare Sladdar Krokodilklämmor 4. Då läraren godkänt er plan utför ni försöken. Anteckna noggrant vad ni mäter och mätresultaten. 5. Tolka era resultat och bedöm på basen av detta ordningen på dessa metallers reaktivitet.. 10/11

11 Beslutsfattande Fundera i grupp på möjliga lösningar till problemet med att statyerna förstörs p.g.a. korrosion. Skriv upp era lösningar. Diskutera i grupp också följande frågor och skriv upp era svar: Enligt er forskning: vilket skulle vara det bästa sättet att skydda statyerna mot korrosion? Man har föreslagit att trafikavgaserna (kol- och svaveloxider) tillsammans med luftens fuktighet är den största orsaken till att bronsstatyernas korroderar. Är du av samma åsikt och i så fall varför? Av vilken metall skulle det vara bäst att tillverka statyer, så att korrosionen inte skulle ha så stor inverkan? Varför används inte den metallen? Varför bör vi skydda bronsstatyerna? Presentation av experiment och slutsatser Presentera er grupps resultat och lösningsmodeller på korrosionsproblemet för hela klassen. Diskutera hela klassen tillsammans svaren till frågorna ovan, och försök komma till samförstånd, om vi borde göra något mer för att skydda värdefulla statyer mot korrosion och vad vi i så fall kunde göra. FUNDERA OCKSÅ på att: Varför skall vi skydda statyer från att förstöras, vad har statyerna för betydelse för människan? 11/11