Faire et observation des cristaux
Cinabre, Dolomite - Quartz, Tongren Mine, Wanshan District, Tongren Préfecture, Province du Guizhou, en Chine (Image par Rob Lavinsky, Creative Commons)
Les jeunes enfants ont souvent une fascination pour les bijoux et les cristaux, non seulement comme des objets de valeur dans leur imagination et le jeu, mais aussi comme des objets de beauté et d'émerveillement. Dans cette activité, les élèves apprendront la structure cristalline, comparer la structure cristalline du sucre réel et artificiel, et se développer et d'observer leurs propres cristaux au microscope.
Grades
CONTEXTE DE L'ENSEIGNANT
structure cristalline de NaCl. Violet ions Na + et Cl vert - ions
Un cristal (ou solide cristallin) est un matériau qui a des atomes, des molécules ou des ions disposés dans un motif tridimensionnel hautement organisée. Le mot vient du grec krustallos (glace ou cristal de roche). Lorsque la glace se forme, il commence sous forme de minuscules cristaux qui fusionnent finalement ensemble pour former une structure polycristalline. Un cube de glace est pas un vrai cristal, étant donné que le motif périodique de molécules d'eau se décompose à l'interface entre chaque cristal composant. Cependant, un seul flocon de neige est un vrai cristal. Les sels, comme NaCl (chlorure de sodium, ou sel de table) forment également vrais cristaux, de même que le sucre de table (saccharose) et de nombreux substituts de sucre. substances ioniques, comme les sels, les cristaux de forme réalisés en alternance d'ions positifs et négatifs, qui forment des liaisons basées sur des attractions électrostatiques fortes. Leurs cristaux ont des points de fusion élevés et sont de bons conducteurs d'électricité lors de la dissolution ou dans leur état fondu. substances covalentes polaires, comme le saccharose, les cristaux de formulaire basé sur Londres ou les interactions dipolaires dipolaire plus faible. Leurs cristaux ont tendance à avoir des points de fusion plus bas et ne sont pas particulièrement bons conducteurs d'électricité.
BUTS D'APPRENTISSAGE
(Les étudiants seront en mesure de)
Les élèves doivent déjà être familier avec les états de mater (par exemple des solides, des liquides, des gaz); physique par rapport à des propriétés chimiques; et l'observation par rapport à l'inférence. Ils devraient également se familiariser avec la microscopie de base et les microscopes qui seront utilisés dans ces activités.
SEQUENCING DES ENSEIGNEMENTS
Avant de commencer ces activités, les élèves devraient déjà avoir eu des leçons de microscopie de base et devraient déjà connaître la composition et les états de la matière. Les activités de cette leçon peut être fait dans un ordre quelconque, mais doit être précédée par l'ensemble anticipatrice.
TEMPS D'EXÉCUTION PRÉVUE
L'ensemble anticipatrice et l'activité 1 peut être complété en 30-50 minutes. Activité 2 peut être complété en 15-30 minutes, en fonction de votre équipement et le temps (ou il peut être mis en place en 15 minutes et on laisse sécher pendant la nuit). Activité 3 peut être complété en 15-30 minutes.
(Par chaque équipe d'étudiants)
- Set anticipatoire (optionnel): exemples de cristaux (par exemple du quartz, des cristaux de sel ou de sucre, geodes, améthyste)
- Activité 1: petit tube de sucre, petit tube de sucre artificiel, microscopes numériques, des lames de microscope
- Activité 2: solution de sucre, papier de construction noir, petit pinceau, microscopes numériques
- Activité 3: Chaque équipe d'étudiant a besoin soit 1 bécher, tasse ou un récipient de solution de sel Epson (sulfate de magnésium) préparée à l'avance par l'enseignant ou du matériau à préparer leur propre (par exemple 1 bécher, une plaque chauffante, des sels Epson); 1 microscope numérique; 1 petit pinceau propre ou un cure-dent; Une lame de microscope
PRÉPARATION
- Activité 1: assez petits tubes étiquette de sorte que chaque équipe d'étudiants peuvent avoir 2 tubes; remplir la moitié des tubes avec du sucre réel et l'autre moitié avec du sucre artificiel; installer des stations de laboratoire avec 1 tube de chaque substance, 1 microscope, une diapositive
- Activité 2: Préparer la solution de sucre en mélangeant 2 tasses de sucre dans une tasse d'eau et faire bouillir jusqu'à dissolution complète; mettre en place des stations de laboratoire avec des matériaux suffisants pour que chaque étudiant a une feuille de papier de construction noir et une brosse de peinture, et chaque équipe des étudiants a 1 microscope numérique et 1 petit bécher ou une tasse de solution de sucre
- Activité 3: soit préparer la solution de sel Epson à l'avance (mélange 1 tasse de sels d'Epson + 1 tasse d'eau et faire bouillir jusqu'à dissolution complète) ou fournir un bêcher, plaque chauffante et sels d'Epson à chaque équipe de laboratoire de l'élève; mettre en place des stations de laboratoire d'étudiants avec 1 microscope, 1 lame, 1 pinceau propre ou cure-dent
cristal Amethyst de Madagascar (Image par Didier Descouens, Creative Commons)
ANTICIPÉE SET
- Examen affaire avec les étudiants (par exemple les choses sont faites de la matière, qui est composé d'atomes et molécules).
- États d'examen de la matière avec les élèves (à savoir des solides, des liquides, gaz)
- Voir les photos de cristaux et / ou passer autour des cristaux pour les étudiants d'examiner
- Demandez aux élèves ce qu'ils connaissent déjà des cristaux. Demandez-leur de donner des exemples (par exemple le sel, le sucre, les flocons de neige)
- Expliquent que les cristaux sont des solides de forme régulière, avec des côtés plats. Ils sont constitués d'atomes ou de molécules qui sont disposées en symétrie, les modèles en trois dimensions
- Vérifier le fonctionnement et la sécurité microscope
LE PLAN DE LEÇON
Sucre (vrai - faux) vu à travers le microscope numérique bleu QX5 (Image par M4K)
Activité 1: Comparaison des différents types de cristaux
- Les étudiants versent ou à la cuillère un petit échantillon de vrai sucre sur une lame de microscope et d'examiner au microscope et un petit échantillon de sucre artificiel sur une autre lame de microscope.
- Demandez-leur de faire des observations macroscopiques des 2 échantillons. Peuvent-ils faire la différence entre les 2 échantillons?
- Ensuite, demandez-leur d'examiner les échantillons au microscope et tirer une photographie numérique
- Demandez aux élèves de décrire et d'enregistrer les propriétés physiques des 2 échantillons
- Demandez-leur de faire une table de données indiquant les similitudes et les différences entre les deux types de cristaux. (Ils peuvent inclure cela et leurs images numériques des cristaux dans leurs rapports de laboratoire).
Extension: Vous pouvez demander aux élèves d'examiner différents types de sucres tels que le fructose, le maltose, le lactose, le glucose-tous disponibles auprès des compagnies d'approvisionnement en sciences comme la science, Sargent-Welch, Caroline du Biologicals) de Ward. Vous pouvez aussi les comparer une variété de sucres synthétiques tels que Sweet One (de acésulfame de potassium), NutraSweet ou égal (Aspartame), Truvia ou Stevia (rébaudioside A), Sweet'N faible (saccharine), Splenda (sucralose) -surtout disponible dans les épiceries. De plus, vous pourriez avoir des recherches sur les la chimie de ces substances (par exemple comment sont les vrais sucres semblables les uns aux autres dans la structure chimique? Comment sont-ils différents chimiquement à partir des sucres synthétiques?)
Activité 2: Faire de sucre Cristaux « neige »
- Dites à la classe qu'ils feront des photos avec une « peinture » fabriqués à partir de l'eau sucrée. Expliquez que tout d'abord la peinture va ressembler l'eau, mais que leurs images développeront de l'évaporation de l'eau, laissant derrière eux des cristaux de sucre
- Demandez aux élèves de peindre leurs images sur une feuille de papier noir de construction en utilisant la solution de sucre comme « peinture ». Rappelez-leur que leurs images seront invisibles au premier abord, ils devront imaginer ce qu'ils vont ressembler quand développés.
- Demandez-leur de leur papier peint tenir sur un appareil de chauffage ou dans une fenêtre lumineuse pour faire évaporer l'eau et laisser les cristaux de croître. (Si vous avez pas de chauffage ou le jour est frais et couvert, vous pouvez laisser la nuit des images pour développer et terminer le lendemain)
- Les étudiants peuvent regarder les cristaux individuels sous les microscopes numériques et prendre des photos des cristaux sous un grossissement de faible ou moyenne.
Activité 3: fabrication de cristaux de sel
- Définissez les microscopes de sorte qu'ils sont prêts à prendre des films laps de temps
- Ajouter des quantités égales de sel Epson et l'eau dans un bécher
- La chaleur sur une plaque chaude, cuisinière ou micro-ondes jusqu'à ce que le sel se dissout par agitation
Remarque: Les étapes 2-3 peut être fait à l'avance par l'enseignant et à condition pour les étudiants, ou ils peuvent se faire par les élèves en classe.
- L'utilisation d'un pinceau propre ou un cure-dent, étaler une couche mince de la solution sur une lame de microscope en verre
- Comme il se refroidit, le sulfate de magnésium se cristalliser sur la diapositive en quelques minutes
- Demander aux élèves de faire un film laps de temps des cristaux comme ils se forment sur la glissière
Extension (Polarized vidéo de la formation de cristaux de sel Epson): Le deuxième film avec le fond sombre (microscopie de polarisation, 5,3 Mo) est faite avec deux feuilles pas cher polarizers- on a placé sur la scène (et enregistrée) et de l'autre dactylographiées ou lieu entre l'échantillon et l'objectif de microscope. L'angle doit être réglé de telle sorte que l'image de fond apparaît sombre et le cristal semble lumineux (ce qui est une technique spéciale appelée microscopie de polarisation).
La microscopie est Polarisation un sujet compliqué, trop avancé pour les enfants. Mais si vous voulez savoir comment cela fonctionne, cliquez sur [2].
Adapté de Microscopy4Kids et « Crystal Activités, » Sciences enfants, (7/13/13).
QUESTIONS DE DISCUSSION
activité 1
activité 2
- Pourquoi les images apparaissent sur votre papier après chauffe? (Réponse: La « peinture » est une solution de sucre et de l'eau La chaleur due à l'eau de l'évaporation, ce qui provoque les molécules de sucre pour former des cristaux.).
- Pensez-vous qu'il est possible de « effacer » votre peinture? Si oui, comment pourrait-il être fait? (Réponse:. Rincer à l'eau Cela causerait une partie du sucre de revenir en solution, tandis que la force de l'eau qui frappe le papier pousserait certains des cristaux off).
- Qu'est-il arrivé au mouvement des molécules de sucre comme l'eau évaporée et les cristaux formés? (. Ils ont ralenti vers le bas)
- Est-il possible de convertir le sucre solide dans un liquide? (Ans:. L'addition d'eau se dissoudre le sucre, le convertissant de cristaux précipités à une solution aqueuse de sucre Toutefois, le sucre pur solide peut être converti en sucre pur liquide en fournissant une chaleur suffisante).
activité 3
- Les cristaux sont fabriqués à partir de sel Epson (sulfate de magnésium) qui a été dissous dans l'eau. Ce qui a causé le sel pour former des cristaux plutôt que de rester dissous dans l'eau? (Ans: l'eau évaporée)
- Quel type d'énergie a causé l'eau à évaporer? (Ans: énergie thermique ou la chaleur)
- Est-ce un changement réversible? Peut les cristaux se nouveau liquéfié? (Réponse:.. Si l'eau et la chaleur sont ajoutés, les cristaux peuvent être re-dissous dans l'eau Cependant, les cristaux eux-mêmes peuvent être convertis du solide au liquide si on ajoute suffisamment de chaleur C'est une distinction importante qui mérite d'être discuté avec les étudiants. le matériau de départ dans cette activité était une solution aqueuse de sulfate de magnésium dissous dans l'eau, MgSO4 (aq). le liquide est de l'eau, non MgSO4 (l). Cependant, les cristaux de MgSO4 purs sont un MgSO4 solide (s) qui peut être fondu à former MgSO4 (l).
- Qu'advient-il le mouvement des particules MgSO4 comme ils vont de l'état solide à l'état liquide? (Ans: ils se déplacent plus vite)
- Serait-il possible de convertir MgSO4 (s) en MgSO4 (g)? Si c'est le cas, comment? (Ans: Oui, en ajoutant encore plus d'énergie thermique ou de la chaleur a été ajouté que pour le convertir du solide au liquide).
Des normes scientifiques de la prochaine génération
2-PS1-1 Planifier et mener une enquête pour décrire et classer les différents types de matériaux par leurs propriétés observables.
2-PS1-4 Construire un argument avec la preuve que certains changements causés par le chauffage ou le refroidissement peuvent être inversées et certains ne peuvent pas.
4-PS3-2 Faire des observations à fournir la preuve que l'énergie peut être transférée d'un endroit à par le son, la lumière, la chaleur et des courants électriques.
5 PS1-3 Faire des observations et des mesures pour identifier les matériaux en fonction de leurs propriétés
MS-PS1-4 développer un modèle qui prédit et décrit l'évolution des mouvement des particules, de la température et de l'état d'une substance pure lorsque de l'énergie thermique est ajouté ou enlevé
Tronc commun des normes de l'Etat (CCSS)
CCSS.ELA-Literacy.RI.2.3 Décrire le lien entre une série d'événements historiques, des idées ou des concepts scientifiques ou étapes dans les procédures techniques dans un texte.
CCSS.ELA-Literacy.RI.3.3 Décrire la relation entre une série d'événements historiques, des idées ou des concepts scientifiques ou étapes dans les procédures techniques dans un texte, en utilisant un langage qui se rapporte à temps, l'ordre, et la cause / effet.
CCSS.ELA-Literacy.RI.4.3 Expliquer les événements, les procédures, des idées ou des concepts dans un texte historique, scientifique ou technique, y compris ce qui est arrivé et pourquoi, sur la base des informations spécifiques dans le texte.
CCSS.ELA-Literacy.RI.5.3 Expliquer les relations ou interactions entre deux ou plusieurs individus, des événements, des idées ou des concepts dans un texte historique, scientifique ou technique basée sur des informations spécifiques dans le texte.
CCSS.ELA-Literacy.RST.6-8.3 Suivez précisément une procédure en plusieurs étapes lors de la réalisation des expériences, prendre des mesures, ou effectuer des tâches techniques. (grades 6-8)
CCSS.ELA-Literacy.RST.6-8.9 comparer et contraster les informations obtenues à partir des expériences, des simulations, des vidéos ou des sources multimédias avec celle obtenue à la lecture d'un texte sur le même sujet. (grades 6-8)