Oksidēšanās - reducēšanās procesi

Oksidēšanās – reducēšanās ir procesi, kas dabā notiek mums visapkārt. Elpošana, degšana, pūšana, trūdēšana, korozija – tie ir procesi, ar kuriem cilvēki saskaras ikdienā. Starp reakcijām, kas notiek dabā un sadzīvē, lielu daļu sastāda tieši oksidēšanās – reducēšanās reakcijas, piemēram, kurināmā degšana, barības vielu oksidēšanās, audu elpošana, fotosintēze, rūsēšana. Svarīgi, lai apgūstot šo tematu, audzēkņi justu saikni ar dzīvi, izprastu apkārt notiekošos procesus.

 

Sasniedzamais rezultāts

• Ar molekulārajiem un elektronu bilances vienādojumiem attēlo un izskaidro oksidēšanās–reducēšanās procesus, kuri norisinās starp metāliem un nemetāliem.
• Lieto jēdzienus – oksidēšanas pakāpe, oksidētājs, reducētājs, oksidēšanās, reducēšanās –, raksturojot oksidēšanās – reducēšanās procesus.
• Izskaidro oksidēšanās – reducēšanās procesu norisi šķīdumos, sastāda elektronu bilances vienādojumus un izvieto koeficientus dotajās oksidēšanās – reducēšanās reakciju shēmās.
  
• Izprot dažādu reducētāju izmantošanu metālu iegūšanā un ar ķīmisko reakciju vienādojumiem apraksta metālu reducēšanu no to savienojumiem.
  
• Izprot nemetālu oksidējošās – reducējošās īpašības savienošanas reakcijās un apraksta tās ar molekulārajiem un elektronu bilances vienādojumiem.

Metodiskas norādes skolotājam

Ikdienišķu, pazīstamu lietu, vielu izmantošana demonstrējumos un laboratorijas darbos ļaus audzēknim labāk izprast notiekošā būtību, viņš varēs saskatīt ķīmijas saikni ar dzīvi, varēs aptvert ķīmijas zināšanu nozīmi. Ieteicams mācību vielas izpratni panākt ar tādu eksperimentu palīdzību, ar kuriem audzēkņiem būs saskare savā profesijā (piem., automehāniķiem – metālu korozija, naftas produkti; viesnīcu servisa darbiniekiem – tīrīšanas līdzekļi; frizieriem – balinātāji un citi matu veidošanas līdzekļi) vai katra cilvēka ikdienas dzīvē sastopamām vielām (piem., pārtikas produkti, sadzīves ķīmija, kosmētika).

Mācību procesā tiks attīstītas pētnieciskās darbības prasmes: hipotēzes formulēšana; darba gaitas plānošana, izvēloties atbilstošas, drošas un videi nekaitīgas darba metodes; demonstrējuma novērošana; eksperimenta veikšana; laboratorijas piederumu un vielu lietošana, ievērojot drošas darba metodes; iegūto skaitlisko datu pārveidošana (tabulas, grafiki, diagrammas); rezultātu novērtēšana un salīdzināšana; iegūto datu ticamības un precizitātes novērtēšana; iegūto datu izskaidrošana, secinājumu precīza formulēšana atbilstoši uzdevumam/pētāmajai problēmai, hipotēzei un iegūtajiem rezultātiem; eksperimenta trūkumu novērtēšana un uzlabojumu ierosināšana; rakstiska vai mutiska iepazīstināšana ar rezultātiem; ķīmijas terminu, jēdzienu, nomenklatūras lietošana.

Uzsākot tematu, būtu nepieciešams aktivizēt audzēkņu iepriekšējās zināšanas par oksidēšanās - reducēšanās procesiem dabā un sadzīvē.

Tā kā profesionāli tehniskajās skolās ķīmijas mācību satura apguvei ir ļoti ierobežots stundu skaits un katras specialitātes apgūstamajā programmā tas ir dažāds, svarīgi ir dot audzēkņiem vispārīgu priekšstatu par oksidēšanās – reducēšanās reakcijām. Vidusskolas kursā oksidēšanās – reducēšanās reakcijas tiek aplūkotas, mācoties dažādus tematus (http://www.dzm.lv/kim/kim_prog_proj.pdf), un skolas, kurās stundu skaits tuvojas vidusskolas stundu skaitam, var izmantot DZM projektā izstrādāto vidusskolas programmu un atbalsta materiālus, kuros ir atrodams plašs teorētisko materiālu klāsts, kā arī izdales materiāli audzēkņiem un uzdevumu piemēri, kurus pedagogs var izmantot pēc saviem ieskatiem, atbilstoši stundu skaitam programmā un audzēkņu sagatavotības līmenim (Atbalsta materiāli ķīmijā, Atbalsta materiāli dabaszinībās), kā arī papildināt vai aizvietot tos ar šajā projektā izstrādātajiem materiāliem (skat.2.nod. Ieteicamā demonstrējumu izmantošanas secība). Plašu teorētisko materiālu un uzdevumu klāstu var atrast dažādu autoru piedāvātajās ķīmijas mācību grāmatās un uzdevumu krājumos vidusskolai.

Profesionāli tehniskajās skolās, kurās ir programmas ar nelielu ķīmijas stundu skaitu, oksidēšanās-reducēšanās procesus ieteicams aplūkot atsevišķā tematā, iekļaujot tajā arī pamatskolā apgūtās mācību vielas (par degšanas procesiem) nostiprināšanu. Svarīgi, lai audzēkņi gūtu vispārīgu priekšstatu ne tik daudz par vielu īpašībām, kuras piedalās apkārt notiekošajos procesos, bet tieši par procesa būtību un saistītu šīs zināšanas ar apgūstamo profesiju.

Ņemot vērā profesionāli tehnisko skolu ierobežoto materiāli tehnisko bāzi, šī temata izpratnei tiek piedāvāti skolotāja demonstrējumi, kurus viegli var pārveidot par skolēnu pāru vai grupu darbiem, ja ir materiālās iespējas un laiks.

Audzēkņiem veicamajos patstāvīgajos darbos, vēlams, lai situāciju apraksti būtu daudzveidīgi (atbilstoši apgūstamajai profesijai) un saistīti ar dzīvi. Skolotājs var pats sagatavot tādu situāciju aprakstus vai izmantot vidusskolas atbalsta materiālā (UP, K_11_KD_05_1v, K_11_ND_05_2v u.c.) dotos. Situāciju analīzi var organizēt grupās, piedāvājot katrai grupai noteiktu situāciju aprakstus.

Piedāvātajā mācību materiālā iekļauta datorprezentācija "Oksidēšanās - reducēšanās procesi", kas dod audzēkņiem vispārīgu priekšstatu par procesiem un oksidēšanās – reducēšanās reakcijām, demonstrējumi, kas dod iespēju nostiprināt pamatskolā apgūto mācību vielu par degšanu un izprast oksidēšanās-reducēšanās procesu būtību, darba lapas audzēkņiem un patstāvīga pētnieciskā darba piemērs (DL Lēnās oksidēšanās apstākļi), kas audzēkņiem ļaus attīstīt un nostiprināt pētnieciskās prasmes, plānot pētījumu un izdarīt secinājumus. Ja skolā nav iespējas rādīt demonstrējumu, tiek piedāvāts foto un video materiāls, kas audzēkņiem veidos labāku izpratni par notiekošajiem procesiem.

Lai paaugstinātu profesionāli tehnisko skolu audzēkņu motivāciju apgūt ķīmiju, lielākais akcents šajā materiālā tiek likts uz demonstrējumiem ar metodiskajiem norādījumiem skolotājam un darba lapām audzēkņiem. Tā kā stundas parasti tiek sakārtotas pāros, demonstrējumi var būt laika ziņā apjomīgāki – paliek laiks teorijai un uzdevumu risināšanai. Daži demonstrējumi veicami ievērojot īpašu piesardzību. Ja klasē nav no drošības viedokļa piemēroti apstākļi demonstrējuma veikšanai (Vara oksīda reducēšana ar magniju, Degoša magnija dzēšana ar ūdeni, Parafīna aizdegšanās), ieteicams rādīt foto vai video materiālu, kas atrodami pie katra konkrētā eksperimenta apraksta.

Demonstrējumi nosacīti dalās 5 grupās:

1. Skābekļa iegūšana

2. Degšanas izraisīšanas, pārtraukšanas nosacījumi, ugunsdrošība Degoša magnija dzēšana ar ūdeni
Degoša spirta dzēšana
Sveču degšana dažāda lieluma traukos
Ūdens uzkarsēšana papīra glāzē
Uguns dzēšana ar ūdeni

Demonstrējumu mērķis – nostiprināt pamatskolā iegūtās zināšanas par degšanas nosacījumiem(degšanas trīsstūri) un drošiem dzēšanas paņēmieniem.

3. Dažādu vielu degšana, degšanas apstākļi
Parafīna aizdegšanās
Metālu reakcija ar gaisa skābekli
Kokogles sadegšana skābeklī

Demonstrējumu mērķis – parādīt, ka ikdienā degt (reaģēt ar skābekli) var dažādas vielas, nozīmīgi ir apstākļi. Pierādās skābekļa kā oksidētāja nozīme.

4. Degšanas produkti
Sveces degšanas produkti

Šajā demonstrējumā veidosies audzēkņu izpratne par to, ka reakcijās rodas produkti, kurus var pierādīt ar specifiskām reakcijām (pamatskolas kursa atkārtojums).

5. Vielu oksidēšanās-reducēšanās
Vara oksīda reducēšana ar magniju
Sudraba nitrāta reducēšana ar varu

Demonstrējumu mērķis – veidot izpratni par oksidēšanās-reducēšanās procesu ar citiem oksidētājiem un elektrolītu šķīdumos.

Šajā mācību materiālā nav iekļauti demonstrējumi ar citiem nemetāliem (sērs, hlors) kā oksidētājiem, jo šiem demonstrējumiem nepieciešams velkmes skapis, kas lielākajā daļā profesionāli tehnisko skolu nav pieejams. Ja skolotājs uzskata, ka šādi demonstrējumi ir nepieciešami, DZM projekta izstrādātajos materiālos ir lieliski apraksti un video materiāli.

Profesionāli tehnisko skolu specifika (prakses, apmaiņas programmas u.c.) pieļauj lielu laika intervālu starp mācību stundām. Tā kā vērtējumi audzēkņiem tomēr ir nepieciešami, ieteicams šajā laikā uzdot audzēkņiem patstāvīgi izstrādājamus pētnieciskos darbus vai argumentētās esejas par dažādiem aktuāliem tematiem.

Izmantotā literatūra:
Rossow M., Flint A. Chemie fürs Leben am Beispiel von Kerzen, Oxi-Reinigern und Campinggas. http://www.chemie1.uni-rostock.de/didaktik/pdf/Kerzen,%20Oxi-Reiniger%20und%20Campinggas.pdf.