Esimerkkejä kokeellisista töistä, jotka liiittyvät vihreään kemiaan.
Johdanto
Vihreän kemian sisällyttäminen kemian opetukseen on arvokasta kaikilla opetuksen tasoilla. Erityisen tärkeää se on kokeellisuudessa, jonka tulisi olla keskeinen osa kemian opetusta.
Luonnontieteiden opetuksen tehostaminen vihreän kemian näkökulmasta optimoiduilla laboratoriokokeilla tarjoaa turvallisemman lähestymistavan kemian aiheiden opettamiseen. Tämä lähestymistapa varmistaa turvallisemman oppimisympäristön minimoimalla altistumisen mahdollisesti vaarallisille kemikaaleille ja vähentämällä syntyvää jätettä.
Vihreän kemian periaatteiden sisällyttämisen ei tarvitse olla kaikki tai ei mitään -lähestymistapaa, vaan pikemminkin pyrkimystä ”mitä enemmän, sen parempi”. Auttaakseen oppilaita kehittämään vihreän kemian taitojaan opettajat voivat esittää kysymyksiä, kuten ”Mikä kokeellisessä työssä on (ei ole) vihreää?” ja ”Miten tästä työstä voitaisiin tehdä vihreämpi?”. Opettajien tulisi myös pitää mielessä, että vihreän kemian sisällyttäminen oppitunneille voi edistää systeemiajattelua ja elinkaariajattelua.
Esimerkkejä
Kokeessa kahden nesteen seoksen komponentit erotetaan tislaamalla ja tunnistetaan niiden kiehumispisteiden perusteella. Ennen kokeellista työtä opiskelija tutustuu tislauksessa mahdollisesti käytettävien aineiden käyttöturvallisuustiedotteisiin sekä tekee laboratoriotyöstä riskianalyysin.
Avainsanat: tislaaminen, kiehumispiste
Ikäryhmä: 16–19-vuotiaat
Tässä tehtävässä oppilaat ymmärtävät, että happojen ja perusmetallien välinen reaktio tuottaa vetykaasua. He huomaavat myös, että reaktion nopeuteen vaikuttavat hapon ja metallin yhdistelmä sekä hapon pitoisuus. Lisäksi he kehittävät taitoja laboratoriomenetelmien optimoinnissa sen varmistamiseksi, että kemiallinen reaktio etenee sopivalla nopeudella ja samalla minimoivat kaikki kemikaalien aiheuttamat mahdolliset vaarat. Osana kokeen arviointia he soveltavat vihreän kemian mittareita, kuten vihreän tähden luokitusjärjestelmää.
Avainsanat: vetyykasun muodostuminen, reaktion optimointi
Ikäryhmä: 16–19-vuotiaat
Tästä työohjeesta on saatavilla kaksi versiota: vaiheittainen työohje ja tutkivan oppimisen menetelmään perustuva työohje. Työssä opiskelijat perehtyvät pH:n määritysmenetelmiin kokeellisesti. He arvioivat myös elinkaarianalyysiä kautta erilaisia tapoja erilaisten pH:n mittausmenetelmien ympäristövaikutuksia. He myös arvioivat käytetyn menetelmän kestävyyttä käyttämällä vihreän kemian mittareita.
Avainsanat: hapot, emäkset, indikaattorit, neutralointi, pH:n määritys, suolat
Ikäryhmä: 14–15-vuotiaat
Vaiheittainen työohje:
- Työohje: Arjen aineiden kemiallisen luonteen tutkiminen (Word)
- Opettajan ohje: Arjen aineiden kemiallisen luonteen tutkiminen (Word)
Tutkimuksellinen työohje:
- Työohje: Arjen aineiden kemiallisen luonteen tutkiminen (Word)
- Opettajan ohje: Arjen aineiden kemiallisen luonteen tutkiminen (Word)
Liitteet molempiin työohjeisiin:
Tässä kokeellisessa työssä opiskelijat tekevät havaintoja useista kemiallisista reaktioista ja vertailevat, kuinka hyvin nämä reaktiot noudattavat vihreän kemian periaatteita.
Avainsanat: kemialliset yhtälöt
Ikäryhmä: 16–19-vuotiaat
Opiskelijat oppivat fosfaatin talteenotosta jätevedenpuhdistamoista. Fosforimineraalit, joita käytetään kaupallisten lannoitteiden valmistukseen, ovat rajallinen luonnonvara. Aivan kuten eläinten lannassa, fosforia löytyy esimerkiksi ulosteista, jotka huuhtelemme wc:stä alas. Opiskelijat oppivat, miten jätevedenpuhdistamoista voi tulla fosforin talteenoton resursseja käsittelemällä ja käyttämällä jätevesilietettä. Opiskelijat käyttävät erotustekniikoita, kuten saostusta ja suodatusta. Vihreän kemian periaatteita edustaa keskittyminen rajallisten luonnonvarojen talteenottoon.
Avainsanat: rajalliset resurssit, saostus, kemikaalien kierrätys, liukoisuus, jäteveden käsittely
Ikäryhmä: 10–19-vuotiaat
Opiskelijat kehittävät tietoa alkoholien eri ominaisuuksista, kuten liukoisuudesta ja palavuudesta. He oppivat myös vertailemaan kahden laboratoriomenetelmän ympäristöystävällisyyttä. Toisessa menetelmässä vaarallisimmat alkoholit joko korvataan tai jätetään pois. Opiskelijat arvioivat sitten, suosittelevatko he toisen menetelmän korvaamista toisella. Lisäksi he kehittävät taitoja vihreän kemian periaatteiden soveltamisessa sen arvioimiseksi, kumpi kahdesta laboratoriomenetelmästä on ympäristöystävällisempi.
Avainsanat: alkoholien ominaisuudet, substituutio
Ikäryhmä: 16–19-vuotiaat
Opiskelijat syntetisoivat ja analysoivat kolmea biomuovia turvallisesti ja systemaattisesti ja vertaavat niiden hajoamista yleisesti käytettyihin muoveihin. Spektrofotometriaa käytetään analyyttisenä menetelmänä hajoamisen seuraamiseksi. Kemiallisen sitoutumisen teoriaa käytetään syntetisoitujen biomuovien hajoavuuden tarkasteluun. Vihreän kemian periaatteet esitetään keskittyen uusiutuvien raaka-aineiden käyttöön ja hajoamisen suunnitteluun.
Avainsanat: Biomuovit, kemialliset sidokset ja hajoaminen, kestävä kehitys, spektrofotometria
Ikäryhmä: 16–19-vuotiaat
Tästä työohjeesta on saatavilla kaksi versiota: vaiheittainen työohje ja tutkivan oppimisen menetelmään perustuva työohje. Biodieseliä valmistetaan kemiallisella prosessilla, jota kutsutaan vaihto- eli transesteröinniksi. Opiskelijat tutustuvat synteesiin kokeellisen työn sekä oppikirjojen ja muiden saatavilla olevien lähteiden avulla. Elinkaarianalyysin avulla he arvioivat erilaisia polttoaineita niiden ympäristövaikutuksia. Työssä hyödynnetään vihreän kemian mittareita.
Avainsanat: alkoholit, esterit, hiilivedyt, orgaaniset happiyhdisteet
Ikäryhmä: 14–15-vuotiaat
Vaiheittainen työohje:
- Työohje: Biodieselin valmistus kasviöljystä (Word)
- Opettajan ohje: Biodieselin valmistus kasviöljystä (Word)
Tutkimuksellinen työohje:
- Työohje: Biodieselin valmistus kasviöljystä (Word)
- Opettajan ohje: Biodieselin valmistus kasviöljystä (Word)
Liitteet molempiin työohjeisiin:
Tästä työohjeesta on saatavilla kaksi versiota: vaiheittainen työohje ja tutkivan oppimisen menetelmään perustuva työohje. Opiskelijat oppivat biomuovien synteesistä banaaninkuoresta kokeellisen työn ja oppikirjojen sekä muiden saatavilla olevien lähteiden avulla. Elinkaarianalyysin avulla he arvioivat erityyppisiä (bio)muoveja niiden vaikutusten perusteella ihmisiin ja ympäristöön. Työssä hyödynnetään vihreän kemian mittareita.
Avainsanat: biomuovi, orgaaniset happiyhdisteet
Ikäryhmä: 14–15-vuotiaat
Vaiheittainen työohje:
- Työohje: Biomuovin valmistus banaaninkuorista (Word)
- Opettajan ohje: Biomuovin valmistus banaaninkuorista (Word)
Tutkimuksellinen työohje:
- Työohje: Biomuovin valmistus banaaninkuorista (Word)
- Opettajan ohje: Biomuovin valmistus banaaninkuorista (Word)
Liitteet molempiin työohjeisiin: