ქიმიური ცდები სახლის პირობებში და კლასში: 5 სახალისო და უსაფრთხო ექსპერიმენტი

ქიმიური ცდების ჩატარება სახლის პირობებში და კლასში უსაფრთხოა, თუ სამზარეულოს მასალებს იყენებთ, დამცავ სათვალეს იკეთებთ და ბავშვს ზრდასრული აკვირდება. ხუთი მარტივი და სახალისო ცდა: წითელი კომბოსტოს pH ინდიკატორი, სპილოს კბილის პასტა 3%-იანი წყალბადის ზეჟანგით (პეროქსიდით) და საფუარით, უხილავი მელანი, შაქრის სიმკვრივის ცისარტყელა და სოდა-ძმრით გაბერილი ბუშტი.

ქიმია ბავშვს ხშირად ფორმულების და ცხრილების საგნად ახსოვს. სინამდვილეში ის ყველაზე ვიზუალური მეცნიერებაა: ფერი იცვლება, ქაფი ამოდის, ბუშტი თავისით იბერება. ერთი კარგად ჩატარებული ცდა ხშირად მეტს ასწავლის, ვიდრე სახელმძღვანელოს მთელი თავი.

თითოეულ ცდას ახლავს მასალების სია, ნაბიჯები, ახსნა (რატომ ხდება ასე) და უსაფრთხოების წესები. სტატიის ბოლოს ნახავთ, როგორ აქციოთ ცდა STEAM პროექტად სენსორით და მონაცემებით.

რომელი ქიმიური ცდებია უსაფრთხო ბავშვებისთვის?

ქვემოთ მოცემული ხუთივე ცდა საყოფაცხოვრებო ნივთიერებებით კეთდება, რომლებიც აფთიაქში ან მაღაზიაში იყიდება. ცხრილი დაგეხმარებათ, აირჩიოთ ასაკის და დროის მიხედვით.

ცდა 1: წითელი კომბოსტოს pH ინდიკატორი

მასალები: წითელი კომბოსტოს 3–4 ფოთოლი, ცხელი წყალი, საცერი, 5–6 გამჭვირვალე ჭიქა, ლიმონის წვენი, სუფრის ძმარი, ონკანის წყალი, საჭმლის სოდის ხსნარი, სარეცხი ფხვნილის სუსტი ხსნარი.

ნაბიჯები:

1. ზრდასრულმა დაჭრას კომბოსტო და ჩაასხას ცხელი წყალი, ისე, რომ ფოთლები დაფაროს. დატოვეთ 10–15 წუთი.
2. გაცივების შემდეგ გადაწურეთ საცერით. მიიღებთ მუქ იისფერ სითხეს: ეს თქვენი ინდიკატორია.
3. ჭიქებში ჩაასხით სხვადასხვა სითხე და თითოეულს დაამატეთ 2–3 სუფრის კოვზი ინდიკატორი.
4. ჩაიწერეთ ფერები ცხრილში და დაალაგეთ ჭიქები ფერის მიხედვით.

რა ხდება და რატომ: წითელი კომბოსტო შეიცავს პიგმენტებს, ანთოციანებს, რომლებიც მჟავა და ტუტე არეში ფერს იცვლიან. მჟავა არეში (ლიმონი, ძმარი) ინდიკატორი წითლდება ან ვარდისფერდება, ნეიტრალურ წყალში იისფერი რჩება, ტუტე არეში (სოდის ხსნარი, სარეცხი ფხვნილი) კი ლურჯდება ან მწვანდება. ასე ბავშვი პირველად ხედავს pH-ის სკალას საკუთარი თვალით.

უსაფრთხოება: ცხელ წყალს და დანას მხოლოდ ზრდასრული იყენებს. ინდიკატორი არ დალიოთ. ძლიერ ტუტეებს (ღუმელის საწმენდი, კანალიზაციის საწმენდი) არ შეამოწმოთ: ისინი კანს და თვალს აზიანებს.

ცდა 2: სპილოს კბილის პასტა საფუარით

ეს ერთ-ერთი ყველაზე სახალისო ქიმიური ცდაა: ბოთლიდან სქელი ქაფის „პასტა“ ამოდის. ბავშვებისთვის მხოლოდ უსაფრთხო ვერსიას ვიყენებთ: აფთიაქის 3%-იან წყალბადის ზეჟანგს და საფუარს. ქაფი ინტერნეტის ვიდეოებზე ნაკლები იქნება, მაგრამ ეფექტი მაინც კარგად ჩანს.

მასალები: ნახევარლიტრიანი პლასტმასის ბოთლი, ღრმა ლანგარი ან ტაფა, ძაბრი, ნახევარი ჭიქა (დაახლოებით 120 მლ) 3%-იანი წყალბადის ზეჟანგი, ჭურჭლის სარეცხი სითხე, საკვები საღებავი, 1 სუფრის კოვზი მშრალი საფუარი, 3 სუფრის კოვზი თბილი წყალი, დამცავი სათვალე.

ნაბიჯები:

1. დადგით ბოთლი ლანგარზე და ძაბრით ჩაასხით ზეჟანგი.
2. დაამატეთ ერთი ჩაის კოვზი სარეცხი სითხე და რამდენიმე წვეთი საღებავი, ფრთხილად შეარხიეთ.
3. ცალკე ჭიქაში საფუარი თბილ წყალში 30 წამი ურიეთ.
4. საფუარის ნარევი ძაბრით ჩაასხით ბოთლში და უკან დაიხიეთ.

რა ხდება და რატომ: წყალბადის ზეჟანგი თავისით ნელა იშლება წყლად და ჟანგბადად (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂). საფუარში არის ფერმენტი კატალაზა, რომელიც კატალიზატორია: ის რეაქციას ბევრჯერ აჩქარებს, თავად კი არ იხარჯება. გამოყოფილი ჟანგბადი საპნის ბუშტებში იჭერს თავს და ქაფი ბოთლიდან ამოდის. რეაქცია ეგზოთერმულია, ანუ სითბო გამოიყოფა: ქაფი და ბოთლი ოდნავ თბება. შეეხეთ ბოთლს და იგრძნობთ.

უსაფრთხოება: სათვალე სავალდებულოა, ზეჟანგი თვალს აღიზიანებს. ბავშვებთან მხოლოდ 3%-იანი ზეჟანგი გამოიყენეთ. სილამაზის სალონებში გაყიდული 6%-იანი უფრო დიდ ქაფს იძლევა, მაგრამ მასთან ხელთათმანი, სათვალე და მხოლოდ ზრდასრულის დემონსტრაციაა საჭირო. ლაბორატორიული მაღალი კონცენტრაციის ზეჟანგი სკოლისა და სახლისთვის არ არის. ზეჟანგი შეინახეთ ორიგინალ შეფუთვაში, ბავშვებისთვის მიუწვდომელ ადგილას. ქაფი წყლით ჩამოიბანება, მაგრამ სახეზე ნუ მოისვამთ.

ცდა 3: უხილავი მელანი

მასალები: ლიმონის წვენი, საჭმლის სოდა, წყალი, ბამბის ჩხირები, თეთრი ფურცელი, თმის საშრობი, ცდა 1-ის კომბოსტოს ინდიკატორი.

ნაბიჯები:

1. ლიმონის წვენში ჩაწობილი ჩხირით ფურცელზე დაწერეთ საიდუმლო სიტყვა. მეორე ფურცელზე იგივე გააკეთეთ სოდის ხსნარით (1 ჩაის კოვზი სოდა ნახევარ ჭიქა წყალში).
2. ფურცლები კარგად გააშრეთ: წარწერა თითქმის არ ჩანს.
3. ლიმონის ფურცელი გაათბეთ თმის საშრობით ცხელ რეჟიმზე (რამდენიმე წუთი დასჭირდება) ან ზრდასრულმა გაუთოოს ორთქლის გარეშე: ასოები ყავისფრად გამოჩნდება.
4. სოდის ფურცელს ფუნჯით წაუსვით კომბოსტოს ინდიკატორი: ასოები მწვანე-ლურჯად გამოჩნდება.

რა ხდება და რატომ: ლიმონის წვენში არსებული ორგანული ნივთიერებები (ლიმონმჟავა, ასკორბინის მჟავა, შაქრები) სითბოს მოქმედებით იშლება და მუქდება უფრო დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე თავად ქაღალდი, ამიტომ წარწერა ფურცელზე ადრე ჩნდება. ზუსტ მექანიზმზე (ჟანგვა თუ მჟავას მიერ დაჩქარებული დაშლა) მეცნიერები ბოლომდე არ თანხმდებიან, შედეგი კი ერთია: ყავისფერი ასოები. სოდის ვერსიაში სოდის ხსნარს სუსტი ტუტე არე აქვს, ამიტომ ინდიკატორი იქ, სადაც სოდაა, ფერს იცვლის. ეს იგივე ქიმიაა, რაც ცდა 1-ში.

უსაფრთხოება: ქაღალდს ღია ცეცხლთან ან ნათურასთან ახლოს ნუ გაათბობთ. თუ უთოს იყენებთ, მასთან მხოლოდ ზრდასრული მუშაობს.

ცდა 4: სიმკვრივის ცისარტყელა შაქრით

მასალები: 4 ჭიქა, თბილი წყალი, შაქარი, 4 სხვადასხვა ფერის საკვები საღებავი, მაღალი ვიწრო გამჭვირვალე ჭიქა, სუფრის კოვზი ან შპრიცი ნემსის გარეშე.

ნაბიჯები:

1. ოთხივე ჭიქაში ჩაასხით 60 მლ თბილი წყალი.
2. დაამატეთ შაქარი: პირველში 1, მეორეში 2, მესამეში 3, მეოთხეში 4 სუფრის კოვზი. ურიეთ, სანამ არ გაიხსნება.
3. თითოეულს სხვა ფერი მიეცით.
4. მაღალ ჭიქაში ჯერ ყველაზე ტკბილი ხსნარი ჩაასხით, შემდეგ დანარჩენები შაქრის რაოდენობის კლების მიხედვით, ძალიან ნელა, კოვზის ზურგზე ან შპრიცით ჭიქის კედელზე.

რა ხდება და რატომ: რაც მეტი შაქარია გახსნილი, მით მეტი მასაა იმავე მოცულობაში, ანუ ხსნარის სიმკვრივე მეტია. მკვრივი ხსნარი ქვევით რჩება, ნაკლებად მკვრივი ზევით. ფენები რამდენიმე საათში თანდათან ერევა: ეს დიფუზიაა, რომელიც მოლეკულების უწესრიგო მოძრაობის შედეგია.

უსაფრთხოება: ეს ყველაზე უსაფრთხო ცდაა. წყალი თბილი უნდა იყოს და არა მდუღარე.

ცდა 5: ბუშტი, რომელიც თავისით იბერება

მასალები: ნახევარლიტრიანი ბოთლი, ბუშტი, ძაბრი, 2 ჩაის კოვზი საჭმლის სოდა, დაახლოებით 100 მლ სუფრის ძმარი (6–9%, არა ძმრის ესენცია).

ნაბიჯები:

1. ბოთლში ჩაასხით ძმარი.
2. ძაბრით ჩაყარეთ სოდა ბუშტში.
3. ბუშტის ყელი ბოთლს ჩამოაცვით ისე, რომ სოდა ჯერ ბუშტში დარჩეს.
4. ასწიეთ ბუშტი: სოდა ძმარში ჩაიყრება და ბუშტი გაიბერება.

რა ხდება და რატომ: საჭმლის სოდა (ნატრიუმის ჰიდროკარბონატი) ძმარმჟავასთან რეაგირებს და წარმოიქმნება ახალი ნივთიერებები: ნატრიუმის აცეტატი, წყალი და ნახშირორჟანგი (NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂). აირი გაცილებით დიდ მოცულობას იკავებს, ვიდრე იგივე რაოდენობის სითხე ან მყარი ნივთიერება, ამიტომ ბუშტს ბერავს. ეს შეუქცევადი ცვლილებაა: სოდას და ძმარს უკან ვეღარ მივიღებთ.

უსაფრთხოება: დაიკეთეთ სათვალე: ბუშტი შეიძლება მოძვრეს და ძმარი შეასხას. ზოგს ლატექსზე ალერგია აქვს, ჯერ ჰკითხეთ.

როგორ ვაქციოთ ცდა STEAM პროექტად?

ცდა სახალისოა, მაგრამ პროექტად მაშინ იქცევა, როცა მოსწავლე ზომავს, ადარებს და დასკვნას აკეთებს. რამდენიმე იდეა:

• ბუშტი და მათემატიკა: შეცვალეთ სოდის რაოდენობა (1, 2, 3, 4 ჩაის კოვზი), ძაფით გაზომეთ ბუშტის გარშემოწერილობა და ააგეთ გრაფიკი.
• სპილოს კბილის პასტა და ტემპერატურა: Arduino-ს და წყალგაუმტარი ტემპერატურის სენსორის (DS18B20) დახმარებით ჩაწერეთ, როგორ თბება ქაფი 2 წუთის განმავლობაში.
• ინდიკატორი და ფერის სენსორი: RGB ფერის სენსორით გაზომეთ თითოეული ჭიქის ფერი და შექმენით საკუთარი „pH მეტრი“.
• ხელოვნება: ინდიკატორით და სხვადასხვა ხსნარით შექმენით ნახატი, სადაც ფერები ქიმიით იცვლება.

სენსორებთან მუშაობის საფუძვლები იხილეთ სტატიაში Arduino დამწყებთათვის. ბიოლოგიის მსგავსი ცდები, დნმ-ის გამოყოფიდან ფოტოსინთეზამდე, აღწერილია სტატიაში ბიოლოგიის 5 სახალისო ექსპერიმენტი, ხოლო ელექტრობის და მაგნეტიზმის ცდები სტატიაში ფიზიკის 5 მარტივი ცდა. მათემატიკის აქტივობები 3D ბეჭდვით და Scratch-ით იხილეთ სტატიაში მათემატიკა სახალისოდ.

ხშირად დასმული კითხვები

რომელი ქიმიური ცდებია ყველაზე მარტივი სახლის პირობებში?

ყველაზე მარტივია სოდა-ძმრის ბუშტი და წითელი კომბოსტოს ინდიკატორი: ორივეს მასალა ყველა სამზარეულოშია და 10–30 წუთი სჭირდება. ორივე უსაფრთხოა, თუ ბავშვი სათვალეს იკეთებს და ზრდასრული ახლოსაა.

რა კონცენტრაციის წყალბადის ზეჟანგი გამოვიყენო სპილოს კბილის პასტისთვის?

ბავშვებთან მხოლოდ აფთიაქის 3%-იანი წყალბადის ზეჟანგი, საფუართან ერთად. ქაფი უფრო მცირეა, ვიდრე ვიდეოებში, მაგრამ ცდა უსაფრთხოა. უფრო მაღალი კონცენტრაცია მხოლოდ ზრდასრულის დემონსტრაციისთვისაა, ხელთათმანით და სათვალით.

რატომ იცვლის წითელი კომბოსტოს წვენი ფერს?

კომბოსტოში არის პიგმენტები, ანთოციანები, რომელთა მოლეკულა მჟავა და ტუტე გარემოში იცვლება და სინათლეს სხვანაირად შთანთქავს. ამიტომ მჟავაში წითელია, ნეიტრალურში იისფერი, ტუტეში ლურჯი ან მწვანე.

რა ასაკიდან შეიძლება ქიმიური ცდები ბავშვებისთვის?

მარტივი ცდები, როგორიცაა ბუშტი და ინდიკატორი, 6–7 წლიდან შეიძლება, ზრდასრულის სრული მეთვალყურეობით. 9–10 წლიდან ბავშვს უკვე შეუძლია ნაბიჯების დამოუკიდებლად შესრულება, გაზომვა და შედეგის ჩაწერა.

სად გადავაგდოთ ცდის ნარჩენები?

ამ სტატიის ყველა ცდის ნარჩენი (ინდიკატორი, ქაფი, შაქრის ხსნარი, ძმარი) ბევრი წყლით ნიჟარაში შეიძლება ჩაიღვაროს. კომბოსტო და ქაღალდი ჩვეულებრივ ნაგავში გადადის. ცდის შემდეგ ჭურჭელი კარგად გარეცხეთ.

შემდეგი ნაბიჯი

თუ ბავშვს ცდების შემდეგ სენსორებით გაზომვა და საკუთარი მოწყობილობის აწყობა მოუნდება, ეს ბუნებრივი შემდეგი ნაბიჯია: კურსზე ელექტრონიკა და ჭკვიანი მოწყობილობები 10–13 წლის მოსწავლეები Arduino-ს, სენსორებს და პროგრამირებას სწავლობენ. ხოლო თუ მასწავლებელი ხართ და ცდების სასკოლო პროგრამაში ჩართვა გინდათ, იხილეთ სტატია STEAM განათლება სკოლაში.

წყაროები

• Red cabbage rainbows, Royal Society of Chemistry
• Irreversible changes and the ‘freaky hand’, Royal Society of Chemistry
• Dissolving, density and ‘heavy’ sugar, Royal Society of Chemistry
• Elephant Toothpaste, National Geographic Kids
• Safety and School Science Instruction, NSTA
• Can lemon juice and hot breath reveal invisible ink?, Royal Society of Chemistry