Att beskriva och benämna

Transkript

1 Naturvetenskap Gymnasieskla Mdul: Naturvetenskapens karaktär ch arbetssätt Del 4: Att beskriva ch benämna Att beskriva ch benämna Marcus Angelin, Vetenskapens Hus, Jakb Gyllenpalm ch Per-Olf Wickman, Stckhlms universitet Denna lektin är ett exempel på hur man i slutet av ett mråde, när eleverna har kunskaper m det rent naturvetenskapliga innehållet för detta mråde, kan utgå från sina kunskaper för att lära sig m naturvetenskapens karaktär. Det närliggande syftet för eleverna är att sammanfatta några sätt sm frskare inm mrådet använder för att beskriva ch benämna. Det övergripande syftet blir sedan att du sm lärare hjälper eleverna att lära sig ckså hur man kan förstå frskarnas arbete med att beskriva ch benämna utifrån de didaktiska mdellerna naturvetenskapliga kunskapsintressen ch karaktärsdrag för naturvetenskapen. Det exempel på lektin sm vi ger här genmförs när eleverna har läst rganisk kemi. En sådan här lektin har fördelen att den kan användas sm sammanfattning av många av de begrepp sm eleverna lärt sig under studiet av rganisk kemi. De frågr sm eleverna får att diskutera under denna lektin ska fungera sm ett närliggande syfte ch ge dem ett mål i sikte ch därför mfatta det sm de läst tidigare. Samtidigt ska lektinen skapa anledning att diskutera kunskapsintresset beskriva ch benämna samt karaktärsdragen 1) föränderlig, 3) både subjektiv ch bjektiv ch 4) innefattar kreativitet. De övergripande syftena (målen) för lektinen är att eleverna ska lära sig: att beskriva ch benämna är en verksamhet sm många naturvetenskapliga frskare ägnar sig åt ch att den kmmer in i alla naturvetenskapliga mråden hur frskare bär sig åt för att beskriva ch benämna inm sina mråden hur de upptäcker ch beskriver nya beståndsdelar hur de kmmit överens m regler för namngivning hur de srterar dem i grupper att beskrivningar ch benämningar bygger på överenskmmelser sm måste vara ändamålsenliga kan se lika ut för lika typer av frågr ska vara begripliga ch användbara behövs för att frskare ska kunna tala entydigt m samma sak behövs för att kunna jämföra ch sammanfatta lika frskares resultat att beskrivningarna ch benämningarna är föränderliga att beskrivningarna ch benämningarna nödvändigtvis är både subjektiva ch bjektiva Att beskriva ch benämna September (6)

2 att beskrivningarna ch benämningarna kräver att frskarna är kreativa ch uppfinningsrika Eleverna lär sig inte detta innehåll m naturvetenskapens karaktär genm att det tas upp vid en enda lektin. Det är nödvändigt att återkmma till de begrepp ch de övergripande syften sm tas upp i denna del ckså med annat naturvetenskapligt innehåll. Efter lektinen i rganisk kemi ger vi därför ytterligare exempel på hur detta innehåll kan belysas inm andra mråden i bilgi, fysik, kemi ch gevetenskap. Först m detta innehåll ch dessa övergripande syften tas upp i lika sammanhang, har eleverna möjlighet att själva se mönstret ch att förstå den rll sm beskrivningar ch benämningar spelar mer allmänt. De ytterligare exempel vi ger ska ckså hjälpa dig sm lärare att tillämpa lektinen i rganisk kemi i andra sammanhang. Lektinen i rganisk kemi har fyra delar: 1) en allmän genmgång, 2) en inledning m syntes sm frskningsmråde i rganisk kemi, 3) diskussin i grupper ch 4) en sammanfattande helklassdiskussin där elevernas resultat knyts till målen för lektinen. 1. En allmän genmgång Använd det sm står under rubriken Att beskriva ch benämna i texten Naturvetenskapliga kunskapsintressen för att ge eleverna en idé m vad frskningsintresset handlar m. Mdifiera innehållet utifrån vad eleverna vet sedan tidigare. Betna det sm står i de övergripande syftena parallellt med berättelsen för att ge eleverna en första bild av vad lektinen går ut på. Anteckna gärna syftena på tavlan. Berätta sedan att vi ska titta närmare på den rll beskriva ch benämna spelar i rganisk kemi. Tala m att i den här lektinen ska ni diskutera på vilket sätt frskare i rganisk kemi har försökt att beskriva ch benämna alla dessa föreningar. 2. Syntes sm frskningsmråde i rganisk kemi Tala m rganisk syntes ch hur viktig vetenskap det är. Chemical Abstract Services (CAS) har sedan början av 1900-talet registrerat nya kemiska ämnen. År 1965 bestämde man att varje nytt kemiskt ämne får ett unikt nummer för att underlätta identifiering. Idag innehåller Chemical substance index, sm publiceras av CAS ( mkring 130 miljner rganiska ch rganiska ämnen (våren 2017), varav den helt avgörande majriteten är syntetiskt framställda rganiska ämnen. Antalet ämnen ökar explsinsartat med många miljner ämnen m året. Ta upp att ni i rganisk kemi talat m en hel del syntetiska rganiska ämnen. Be eleverna m exempel! 3. Diskussin i grupper Berätta att eleverna ska få möjlighet att diskutera i grupper hur rganiska kemister har frskat m hur man kan beskriva ch benämna rganiska föreningar. Dela in eleverna i grupper. Be varje grupp diskutera en av följande frågr med hjälp av sina anteckningar från tidigare, Internet ch lärbken: Att beskriva ch benämna September (6)

3 1. Hur km man på att dela in kemiska föreningar i rganiska ch rganiska föreningar? Hur har definitinen av rganiska föreningar ändrats? Varför? 2. Vilka egenskaper har rganiska föreningar gemensamma på mlekylnivå? Hur kan man känna igen att ett ämne är en rganisk förening med bltta ögat eller med kemiska försök? 3. Hur gör man för att skilja lika rganiska föreningar från varandra? Var kan kemister hitta beskrivningar av lika ämnen sm de kan använda för att känna igen dem? 4. Metanl ch etanl påverkar krppen på lika sätt. När man framställer etanl kan ckså små mängder av det mycket giftiga metanl bildas. Vilka egenskaper kan användas för att se hur ren den etanl sm framställts är? Hur kan man separera dem ch göra en etanl renare? 5. Hur har frskarna kmmit överens m att dela in ch namnge rganiska föreningar? Finns det lika indelningssätt? Varför delar man in de rganiska föreningarna på dessa lika sätt? Vad finns det för fördelar med de lika sätten? 6. Hur har man kmmit överens m att representera rganiska föreningar med kemiska symbler? Vilka fördelar finns med de lika sätten? 7. Hur har man kmmit överens m att namnge rganiska föreningar? Varför använder man ibland lika namn för samma förening trts överenskmmelsen? Under dessa punkter, krtfattat, är det möjligt för eleverna att ta upp följande: 1. Före 1800-talet ansågs de föreningar (rganiska) sm km från levande rganismer ha en typ av livskraft ch var fundamentalt skilda från (rganiska) föreningar sm kunde framställas med hjälp av kemisk manipulatin. Detta ändrades under 1800-talet då man lyckades syntetisera flera rganiska föreningar ur rganiska föreningar utan att invlvera levande rganismer. I den mderna definitinen räknas nrmalt föreningar med substantiellt klinnehåll sm rganiska ch definitinen har inte längre någn kppling till levande rganismer. Vissa enkla typer av klföreningar är dck undantagna ch räknas sm rganiska föreningar, exempelvis karbnater ch cyanider. 2. Organiska föreningar är uppbyggda av klskelett ch innehåller generellt även C-Hbindningar ch i många fall ckså syre, kväve eller andra så kallade heteratmer (atmer sm inte är kl eller väte i rganiska föreningar). Oladdade rganiska föreningar är fta mer lösliga i rganiska lösningsmedel än i exempelvis vatten. De har fta ckså en smält- ch kkpunkt medan rganiska föreningar fta faller sönder i sina beståndsdelar istället för att kka. Det är svårt att känna igen rganiska material med bltta ögat då de kan se ut på så många lika sätt. Allt från plast ch trä till papper ch tyg är rganiska material medan sten ch metall inte är det. Båda typerna av föreningar kan vara i gasfrm, flytande eller fast frm. Med hjälp av kemiska analyser kan man dck undersöka m ett material är rganiskt eller inte. Många rganiska föreningar kan till exempel förbrännas i luft varvid kldixid utvecklas. Ett enkelt test för kldixid är grumling av kalkvatten. Att beskriva ch benämna September (6)

4 3. Generellt utnyttjar man skillnader i ämnenas egenskaper. För fysisk separatin kan man till exempel utnyttja skillnader i kkpunkt (destillatin), löslighet (extraktin) eller andra interaktiner (exempelvis krmatgrafi). Man kan även undersöka m/hur ämnena reagerar med andra ämnen eller använda spektrskpiska analysmetder (NMR, masspektrmetri m.m.) Beskrivning av egenskaper av kända rganiska föreningar kan hittas i lika tabeller ch databaser. Vad gäller nyligen syntetiserade nya ämnen är det vanligt att ett flertal egenskaper ckså rapprteras i den vetenskapliga artikel där de först beskrivs. 4. Föreningarna har lika kkpunkter ch en teknik sm gaskrmatgrafi är utmärkt för att undersöka renheten. Skillnaden i kkpunkt kan ckså användas för att separera metanl från etanl med hjälp av destillatin. 5. Organiska föreningar kan delas upp på flera lika sätt. Vanligt är att man delar upp föreningarna berende på vilka funktinella grupper de innehåller. Föreningar med samma funktinella grupper har fta en liknande reaktivitet. Man kan ckså dela upp föreningarna efter hur klskelettet är uppbyggt (rakt, grenat, cykliskt, mättat, mättat, armatiskt m.m.). Nrmalt använder man den uppdelning sm är lämpligast för den kemiska fråga man behandlar. 6. Organiska föreningar representeras fta med summafrmel eller strukturfrmel. Summafrmel är en enklare representatin där man kan få infrmatin m det numeriska förhållandet mellan de atmer sm bygger upp en viss förening. Det säger nrmalt ingenting m hur den två- eller tredimensinella strukturen ser ut. För detta använder man sig av strukturfrmler där atmerna ch deras bindningar ritas ut. Det gör det enklare att se exakt vilka funktinella grupper sm mlekylen innehåller, samt ger möjlighet att grafiskt representera hur en reaktin går till genm att rita ut reaktinsmekanismen. Är den tredimensinella strukturen relevant finns även representatiner för att illustrera detta. 7. Organiska föreningar kan namnges systematiskt enligt ett regelverk sm är framtaget av IUPAC (Internatinal Unin f Pure and Applied Chemistry). Där utgår man från en grundstruktur inm mlekylen ch kmpletterar med lika prefix, suffix ch siffrr så att varje namn kan tlkas med en struktur. Detta system blir dck fta kmplicerat med stra mlekyler, till exempel många naturprdukter. Det är därför frtfarande vanligt att använda enklare trivialnamn sm har använts histriskt. 4. Sammanfattande helklassdiskussin Gå igenm elevernas resultat ch diskutera dem utifrån de tidigare givna övergripande syftena. Börja med att fråga eleverna m de kan ge exempel från sin uppgift på: att beskriva ch benämna är en verksamhet sm naturvetenskapliga frskare ägnar sig åt. Be varje grupp att utifrån sin uppgift ge någt exempel på hur frskare i rganisk kemi: bär sig åt för att beskriva ch benämna Att beskriva ch benämna September (6)

5 a) hur de upptäcker ch beskriver nya beståndsdelar b) hur de kmmit överens m regler för namngivning c) hur de srterar dem i grupper ch ge sedan exempel på hur beskrivningar ch benämningar bygger på överenskmmelser sm måste vara ändamålsenliga a) kan se lika ut för lika typer av frågr b) för att frskare ska veta att man talar så exakt sm möjligt m samma sak c) måste kunna jämföra ch sammanfatta lika frskares resultat d) för att beskrivningar ska vara begripliga ch användbara allmänt Fråga sedan m det är några grupper sm har exempel på hur: beskrivningarna ch benämningarna är föränderliga. Här är särskilt fråga 1 relevant, men ckså hur lika nya kemiska metder (3) har gjrt att man kunnat beskriva nya egenskaper för att se skillnad på kemiska föreningar ch det faktum att man hela tiden upptäcker nya föreningar ch därmed ckså nya typer av föreningar. beskrivningarna ch benämningarna nödvändigtvis är både subjektiva ch bjektiva. Tala till exempel m namngivningen i fråga g ch hur den måste kmbinera någn slags bekvämlighet i att tala m föreningarna, vilket drar åt det subjektiva, ch att samtidigt på ett entydigt sätt benämna en viss förening ch inte någn annan, vilket drar åt det bjektiva. Att välja m man ska ha en strukturfrmel eller summafrmel drar ckså åt det subjektiva hållet. Det berr på vad sm är relevant för att svara på en viss frskningsfråga snarare än att bara krrekt avbilda naturen. beskrivningarna kräver kreativitet. Relevant i detta sammanhang är till exempel den kreativitet ch uppfinningsrikedm sm frskarna måste ha för att kmma på hur man kan syntetisera nya rganiska ämnen, liksm att kmma på nya analysmetder samt hur man ska kunna ha ett relativt entydigt men samtidigt enkelt sätt att namnge föreningarna ch beskriva deras struktur med frmler. Det är fullt möjligt att ta upp några av dessa mål sm frågr i examinatinen av rganisk kemi. Andra möjliga mråden Astrnmi (t. ex. himlakrppar) Genetik (t. ex. gen, krmsm) Gevetenskap (t. ex. bergarter, mineraler) Att beskriva ch benämna September (6)

6 Kemi (t. ex. metaller, ickemetaller ch halvmetaller eller ädla ch ädla metaller eller aggregatinstillstånd) Klimatlgi (t. ex. årstider, inlandsklimat, kustklimat) Mekanik (t. ex. kraft, energi) Meterlgi (t. ex. högtryck, lågtryck) Att beskriva ch benämna September (6)