Skala pH

Zagadnienia

• pH
• Kwasy
• Zasady
• Roztwór
• Stężenie

Opis

Sprawdź pH substancji, takich jak kawa, ślina, czy mydło w celu ustalenia, czy odczyn jest kwaśny, zasadowy, lub neutralny. Wizualizuj względną liczbę jonów wodorotlenowych i jonów hydroniowych w roztworze. Przełączaj między skalą logarytmiczną i liniową. Zbadaj, czy zmiana objętości lub rozcieńczenie wodą wpływa na pH. Można też przygotować własny płyn!

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Określ, czy dana ciecz jest kwasowa, zasadowa czy obojętna
• Uporządkuj kwasy lub zasady według względnej kwasowości lub zasadowości
• Opisz w skali molekularnej, z ilustracjami, jak zmienia się równowaga wodna w zależności od pH
• Określ stężenie wodorotlenku, jonów hydroniowych i wody przy danym pH
• Odnieś barwę cieczy do pH
• Przewiduj (jakościowo i ilościowo), jak rozcieńczenie i objętość wpłynie na pH i stężenie wodorotlenku, jonów hydroniowych i wody

Przykładowe materiały teoretyczne

• Odczyn roztworów (ZPE)
• Co to jest pH i jakie stężenia kryją się pod poszczególnymi wartościami? (ZPE)
• Odczyn substancji – pH (ZPE)
• Badanie odczynu oraz pH wodnych roztworów kwasów, zasad i soli (ZPE)
• Co kryją wartości pK_w, pH, K_a, K_b, K_s? (ZPE)
• Skala pH (Wikipedia)
• Kwasy, zasady, pH i bufory (Khan Academy)
• Kwasy i zasady (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran Makro (link bezpośredni)

Testowanie pH płynów codziennego użytku w celu określenia, czy każdy z nich jest kwaśny, zasadowy czy neutralny.

Ekran Mikro (link bezpośredni)

Eksperymentowanie z płynami codziennego użytku i powiązanie pH ze stężeniem jonów hydroniowych i wodorotlenkowych.

Ekran Mój roztwór (link bezpośredni)

Stwórz własny płyn, bezpośrednio manipulując pH lub stężeniem jonów. Wizualizacja względnej liczby jonów wodorotlenkowych i hydroniowych w roztworze.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Skala pH chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/ph-scale_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/ph-scale_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje lub Opcje... w symulacji.

Parametr query i opis	Przykładowe linki
autofill - gdy true, zakraplacz automatycznie napełni zlewkę do do 0,50 l podczas zmiany substancji rozcieńczanych. Domyślnie jest false.	autofill=true
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym w sekcji Lokalizacja możemy zaznaczyć język angielski lub polski (domyślny jest polski):

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", w sekcji Lokalizacja możemy dokonać wyboru języka spośród wszystkich dostępnych (domyślny jest angielski):

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Zamiast tradycyjnego wykresu słupkowego do przedstawienia wartości stężenia i ilości używana jest skala przesuwna, ponieważ wykres słupkowy skłaniał uczniów do porównywania wielkości słupków. Po pokazaniu wykresu słupkowego uczniowie mieli tendencję do opisywania jednego stężenia jako dwa razy większego od innego, podczas gdy wartości były w rzeczywistości różne o wiele rzędów wielkości.
• Po użyciu wskaźników, takich jak papierek lakmusowy lub papierek pH, niektórzy uczniowie mogą myśleć, że kolor substancji jest związany z pH; aby odnieść się do tego pomysłu, ekran Mój roztwór pokazuje roztwór, który nie zmienia koloru. Ponadto kwas akumulatorowy i środek do czyszczenia kanalizacji mają celowo identyczne kolory.
• Ponieważ stosunek jonów H₃O⁺/OH^- jest pokazany za pomocą kropek, wielu uczniów początkowo zakłada, że kropki reprezentują rzeczywistą liczbę jonów w zlewce. Pomocne może być poproszenie uczniów o jednoczesne wyświetlenie i omówienie liczby cząsteczek. Ponadto, ponieważ stosunek jonów jest zbliżony do zależności liniowej przy większości wartości pH, różnice po rozcieńczeniu lub niewielkich zmianach pH są trudne do zauważenia. Poproszenie uczniów o porównanie widoku stosunku przy większych różnicach pH wywołuje bardziej interesującą dyskusję i pomaga uczniom zinterpretować ten widok.

Uproszczenia / założenia modelu

• W symulacji jako separator dziesiętny stosowana jest kropka.
• W przypadku cieczy o różnych mierzonych wartościach pH zastosowano średnią wartość z literatury.
• Symulacja nie uwzględnia różnych stałych dysocjacji kwasów (K_a) dla każdej cieczy podczas obliczania pH po rozcieńczeniu. Przyjmujemy uproszczenie, że każdy wzrost stężenia głównego jonu jest spowodowany jonami już obecnymi w dodanej wodzie. Na przykład, jeśli uczniowie dodadzą 100 ml wody do kwaśnego roztworu, liczba moli H₃O⁺ wzrośnie o 1×10^-8. Stężenie jonu mniejszościowego jest następnie obliczane przy użyciu stałej autojodysocjacji wody (K_w). Obliczenia te uwzględniają efekt wyrównujący wody.
• Stosunki jonów zostały uproszczone; stosunek jonów zmienia się logarytmicznie między pH 6-8, ale jest przybliżony jako zależność liniowa poza tym zakresem.
• Wartości wyświetlane na pH-metrze i wskaźnikach wykresu są zaokrąglone, więc może się zdarzyć, że roztwór może wykazywać pH 7,00, nie będąc neutralnym. (Wyświetlane stężenia/ilości jonów H₃O⁺ i OH^- mogą nie być równe).
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Przewiduj, czy pH roztworu wzrośnie czy spadnie po dodaniu wody. A co ze stężeniem jonów H₃O⁺?
• Opisz dwa różne sposoby napełnienia zlewki roztworem o pH 6,00. Czy można do tego celu użyć mydła do rąk? Wyjaśnij
• Biorąc pod uwagę tylko pH roztworu, jak oszacować stężenie jonów H₃O⁺ w roztworze? A co ze stężeniem jonów OH^-?

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Skala pH tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).