Reaktionshastighed
Contents
Status & Planer
Forløbet afprøves i 2a og 2b på Lemvig Gymnasium i efteråret 2017. Forløbet afprøves først i 2a. Derefter vil der være mulighed for tilretning af modellen og af andet materiale til eleverne - før forløbet afprøves i 2b.
Introduktion
Forløbet omhandler simulering af kemisk reaktionshastighed samt kemisk ligevægt i NetLogo. Der tages i udgangspunkt i emnerne Reaktionshastighed og Ligevægt i kemi. Disse emner kan forekomme abstrakte for eleverne, og håbet er at CT kan være med til at eleverne får en bedre forståelse af de central begreber i emnerne.
Reaktion
Der tages udgangspunkt i nedenstående reaktion mellem dihydrogen og diiod: H2 (g) + I2 (g) ⇌ 2HI (g)
- Udgangspunktet er at temperaturen er 425,4 grader C.
- Ligevægtskonstanten K for denne reaktion ved denne temperatur er 54,4.
Faglig læring (kemi)
Modellen og forløbet er udviklet for at fremme indlæring i emnet reaktionshastighed. Der fokuseres på nogle af de faktorer der påvirker reaktionshastigheden af en kemisk reaktion. Det drejer sig om kvalitative beskrivelser fremfor kvantitative (reaktionskinetik). Nedenfor er de faglige mål for eleverne beskrevet kort.
- Partikler (her molekyler) som støder sammen kan reagere med hinanden
- Reaktioner kan forløbe hurtigt eller langsomt
- Reaktionshastighed afhænger af
- Reaktanternes koncentration
- Temperatur
- Katalysator
Reaktanternes koncentration: Et øget antal reaktanter giver en øget reaktionshastighed (flere sammenstød pr tid som kan give reaktion vil give en øget reaktionshastighed)
Temperatur: En øget temperatur giver en øget reaktionshastighed (jo højere temperatur → jo højere gennemsnitlig kinetisk energi har partiklerne dvs. jo højere hastighed → jo voldsommere sammenstød mellem partiklerne → jo flere sammenstød vil have energi nok til at klare ”energibjerget” (aktiveringsenergi) → jo flere reaktioner pr tid)
Katalysator: Tilsætning af katalysator giver en øget reaktionshastighed (nedsætter størrelsen af ”energibjerget” (aktiveringsenergien) således at flere sammenstød ved den pågældende temperatur har energi nok til at reaktionen sker → jo flere reaktioner pr tid).
Ligevægt
Modellen og forløbet er udviklet for at fremme indlæring i emnet ligevægt. Der fokuseres på de vigtigste begreber i kemisk ligevægt samt forskydning af ligevægt. Det drejer sig igen om kvalitative beskrivelser fremfor det kvantitative (beregning af forskydninger). Nedenfor er de faglige mål for eleverne beskrevet kort.
- Reaktioner forløber i begge retninger
- Ligevægt er derfor ikke en statisk tilstand men en dynamisk - når ligevægt er nået er reaktionshastigheden i begge retninger lige stor
- Når ligevægt er nået er forholdet mellem stofmængdekoncentrationerne af de forskellige stoffer konstant
- Ligevægtens beliggenhed afhænger af ligevægtskonstanten
- En stor reaktionshastighed ændrer ikke ligevægtens beliggenhed, men gør at man hurtigere når ligevægt
- Indgreb i ligevægt og efterfølgende forskydning tilbage til ligevægtstilstanden (reaktionsbrøk; ligevægtskonstant; Le Chateliers Princip)
Visualisering reaktionshastighed
Reaktionshastighed i NetLogo - en kort introduktion til modellen i NetLogo.
Reaktionsbeholder
- En blanding af partikler i en lukket beholder
- Dihydrogen vises som to små grønne kugle
- Diiod vises som to større lilla kugler
- Hydrogeniodid vises som en lille grøn kugle sammen med en større lilla kugle
Indstillinger
- Mulighed for at ændre antallet af reaktanter og produkt før reaktion
- Mulighed for at øge temperaturen
- Mulighed for at tilsætte en katalysator
Grafer
- Viser reaktanters og produkters koncentration (antal) som funktion af tiden
Visualisering ligevægt
Ligevægt i NetLogo - en kort introduktion til modellen i NetLogo.
Reaktionsbeholder
- En blanding af partikler i en lukket beholder
- Dihydrogen vises som to små grønne kugle
- Diiod vises som to større lilla kugler
- Hydrogeniodid vises som en lille grøn kugle sammen med en større lilla kugle
Indstillinger
- Mulighed for at ændre antallet af reaktanter og produkt når ligevægt er nået (forskydning af ligevægt)
Grafer
- Viser reaktanters og produkters koncentration (antal) som funktion af tiden
- Viser reaktionsbrøkens (Y) aktuelle værdi
- Viser ligevægtskonstantens værdi for denne reaktion ved denne temperatur (K=54,4)
Metode
Der laves en god model. Derefter konstrueres ”fejl” med de faglige mål for øje. Idéen er at designe en utilstrækkelig/fejlbehæftet/uhensigtsmæssig mm. model med henblik på elevernes læring.
Foreløbig liste over "fejl": - én reaktion giver kun ét produkt (man får to HI-molkyler pr reaktion) - molekylers bevægelse (hastighed) ændres selvom temperaturen ikke ændres - uhensigtmæssige farver for molekyler - H2 som to bolde men I2 som én bold - H2 "bolde" større end I2 "bolde"
Varighed
Forløb i Reaktionshastighed og Ligevægt strækker sig i alt over -- Hvor mange lektioner á hvor mange minutter?
Forudsætninger
Emnerne Reaktionshastighed og Ligevægt er normalt en del af kemi på B-niveau.
Aktiviteter & Materialer
Hvad skal der konkret foregå?
Hvordan skal disse links konkret bruges i forløbet?
- Kollision og reaktion samt temperatur og reaktionshastighed (denne viste jeg ikke i går). God og simpel – se og tryk på ”interpretation” undervejs: (http://www.physics-chemistry-interactive-flash-animation.com/chemistry_interactive/chemical_kinetics_factor_temperature.htm)
- Diverse PHET-simuleringer (Colorado University). Reaktionshastighed (Reactions & Rates) og ligevægt (Reversible Reactions) https://phet.colorado.edu/en/simulations/category/chemistry/general
