Esimerkkejä kokeellisista töistä, jotka liittyvät 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.
Vihreän kemian periaatteisiin perustuvien kokeelliset työt lisäävät myös oppimisympäristön turvallisuutta, koska niissä pyritään minimoimaan altistuminen mahdollisesti vaarallisille kemikaaleille sekä vähentämään syntyvän jätteen määrää.
Vihreän kemian periaatteiden sisällyttämisen ei kuitenkaan tarvitse olla ”kaikki tai ei mitään” -lähestymistapa. Kehittäminen voi olla asteittaista pyrkimystä kohti yhä turvallisempaa ja vihreämpää oppimisympäristöä. Yksi tapa kehittää oppilaiden vihreän kemian taitoja on pohdiskella heidän kanssaan kysymyksiä: “Millä tavoin tämä kokeellinen työ noudattaa (tai ei noudata) vihreän kemian periaatteita?” tai “Millä tavoin tämä kokeellinen työ voisi olla enemmän vihreän kemian periaatteiden mukainen?” Vihreän kemian sisällyttämisellä oppituntiin voidaan edistää myös systeemi- 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 opiskelijat oppivat, millä tavoin happojen ja perusmetallien välinen reaktio synnyttää vetykaasua. He tekevät myös havaintoja reaktion nopeuteen vaikuttavista tekijöistä, kuten hapon ja metallin yhdistelmästä sekä hapon pitoisuudesta. Lisäksi he oppivat kemiallisen prosessin optimointiin liittyviä taitoja, kuten sopivan reaktionopeuden etsintää sekä kemikaaleihin liittyvien vaarojen minimointia. Laboratoriotyötä arvioidessaan he oppivat käyttämään myös vihreän kemian mittareita.
Avainsanat: vetyykasun muodostuminen, reaktion optimointi
Ikäryhmä: 16–17-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. Työssä hyödynnetään 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
Kokeellisessa työssä opitaan, miten jätevedenpuhdistuksessa otetaan talteen fosfaatteja. Kaupallisten lannoitteiden valmistukseen käytettävät fosforimineraalit ovat rajallinen luonnonvara. Fosforia löytyy esimerkiksi eläinten lannasta ja ulosteesta, jonka huuhtelemme wc:stä. Opiskelija oppii, miten jätevedenpuhdistamoista voidaan käyttää tuottamaan fosforia. Kokeellisen työn aikana käytetään erotustekniikoita, kuten saostusta ja suodatusta. Vihreän kemian periaatteita edustaa keskittyminen rajallisten resurssien talteenottoon.
Avainsanat: rajalliset resurssit, saostus, kemikaalien kierrätys, liukoisuus, jäteveden käsittely
Ikäryhmä: 10–19-vuotiaat
Opiskelija oppivat alkoholien erilaisista ominaisuuksista, kuten liukoisuudesta ja palavuudesta. He myös vertailevat kahden laboratoriotyön vihreyttä, joista toisessa vaarallisimmat alkoholit on korvattu tai jätetään pois. Vertaillessaan kahta menetelmää keskenään, he kehittävät taitojaan arvioida vihreän kemian periaatteita hyödyntäen menetelmien kestävyyttä.
Avainsanat: alkoholien ominaisuudet, substituutio
Ikäryhmä: 16–17-vuotiaat
Opiskelija osaa syntetisoida ja analysoida kolmea biomuovia turvallisesti ja systemaattisesti, sekä vertailla niiden hajoamista yleisesti käytettyihin muoveihin. Hajoamisen määrittämiseen käytetään spektrofotometrisia menetelmia. Opiskelijat hyödyntävät myös ymmärrystään kemiallisista sidoksista keskustellessaan valmistettujen biomuovien hajoavuudesta. Vihreän kemian periaatteet käsitellään raaka-aineiden käytön ja tuotteiden biohajoavuuden näkökulmista.
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. He myös arvioivat käytetyn menetelmän kestävyyttä käyttämällä 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 toteuttavat työn, jossa valmistetaan biomuovia banaaninkuorista. Elinkaarianalyysin avulla he arvioivat erityyppisiä biomuoveja ja niiden ympäristövaikutuksia. He myös arvioivat käytetyn menetelmän kestävyyttä käyttämällä 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: