Vplyv pH pôdy na rast rastlín.

Kyslosť a zásaditosť (bazickosť) sú vlastnosti látok, ktoré určujú, ako sa správajú vo vodnom roztoku. Na ich rozlíšenie a meranie používame stupnicu pH.

1. Čo sú kyseliny? (Kyslosť)

Kyseliny sú látky, ktoré majú vo vodnom roztoku kyslú chuť a uvoľňujú katióny vodíka (𝐻+)

• Vlastnosti: Často sú žieravé, chutia kyslo (ako citrón).
• Príklady z kuchyne: ocot (kyselina octová), citrón (kyselina citrónová), kyslé mlieko (kyselina mliečna).
• Príklady z chémie: kyselina chlorovodíková, kyselina sírová.

2. Čo sú zásady? (Zásaditosť)

Zásady sú látky, ktoré majú opačné vlastnosti ako kyseliny. Vo vodnom roztoku uvoľňujú hydroxidové anióny (𝑂𝐻−).

• Vlastnosti: Často sú klzké na dotyk (ako mydlo) a majú horkú chuť. Silné zásady (hydroxidy) sú nebezpečné žieraviny.
• Príklady z domácnosti: Mydlo, čistiace prostriedky na odpad, sóda bikarbóna, vápenná voda.
• Príklady z chémie: Hydroxid sodný, hydroxid draselný.

3. Stupnica pH

Stupnica pH nám hovorí, či je látka kyslá, neutrálna alebo zásaditá. Má rozsah od 0 do 14.

• pH < 7 (0 až 6): Látka je kyslá. Čím nižšie číslo, tým silnejšia kyselina (napr. žalúdočná kyselina má pH okolo 1-2).
• pH = 7: Látka je neutrálna. Nie je ani kyslá, ani zásaditá (napr. čistá destilovaná voda).
• pH > 7 (8 až 14): Látka je zásaditá. Čím vyššie číslo, tým silnejšia zásada (napr. čistič potrubia má pH 13-14).

Obr. 2 Stupnica pH 

4. Ako zistíme či sa jedná o kyslý ale zásaditý roztok?

1. Použitie indikátorov – látky, ktoré menia farbu podľa pH:

• Lakmusový paierik: V kyseline sčervenie, v zásade zmodrie.
• Univerzálny indikátorový papierik: Zmení farbu na celú škálu od červenej (kyselina) cez zelenú (neutrálne) až po tmavomodrú/fialovú (zásada).
• Prírodný indikátor: Šťava z červenej kapusty (v kyslom prostredí sčervenie, v zásaditom zozelenie až zožltne).

Obr. 3 Univerzálny indikátorový papierik

2. použitie meracích prístrojov - pH metrov

Obr. 4 Digitálny pH meter  

Článok sa skladá z mernej (indikačnej) elektródy, ktorej potenciál závisí od aktivity vodíkových iónov, a referenčnej elektródy, ktorej potenciál je konštantný a známy. V súčasnosti sa takmer výhradne používa kombinovaná sklenená elektróda. Jej kľúčovou časťou je tenká hydratovaná sklenená membrána, na ktorej povrchu dochádza k výmene iónov, čím vzniká fázové rozhranie s potenciálom úmerným pH. Meranie prebieha v stave termodynamickej rovnováhy, kedy systémom nepreteká takmer žiadny elektrický prúd (vysoký vstupný odpor pH-metra), aby sa neovplyvnilo chemické zloženie v okolí elektród.  Vzťah medzi nameraným napätím a pH roztoku definuje Nernstova rovnica. Pri teplote 25 °C platí, že zmena o jednu jednotku pH vyvolá zmenu potenciálu o 59,16 mV.

Obr. 5 Princíp merania pH rovnovážnou potenciometriou

Úlohy:

1. Kalibrácia bezdrôtového pH senzora tlmivými roztokmi

2. Pripravienie a odmeranie pH výluhov rôznych vzoriek pôd

3. Vyhodnetenie výsledkov

Pomôcky a materiály

Laboratórne pomôcky a materiály:

• 3x 50 ml kadička
• 4x skúmavka
• 1x 100 ml kadička
• 3x filtračný lievik
• 3x sklená tyčinka
• filtračný papier
• lyžička
• pH papieriky
• laboratórny plášť
• destilovaná voda
• 3x rôzna vzorka pôdy

Digitálne pomôcky:

• pH senzor Pasco
• Windows tablet
• Softvér SparkVue
• Softvér Word Microsoft Office 365

Pracovný postup

1. Označiť tri kadičky podľa miesta odobratia vzorky.

2. Do každej z označených kadičiek vysypať jednu lyžičku konkrétnej vzorky pôdy.

3. Ku pôde v kadičke pridať 50 ml vody a miešať aspoň 2-3 min, potom nechať roztok lúhovať (aspoň 15 min).

4. Označiť 3 skúmavky rovnako ako prislúchajúce kadičky.

5. Vzniknutý výluh prefiltrovať do skúmavky (každý do príslušnej skúmavky) – dať pozor na to, aby sa nezmiešala tekutina s usadeninou, lebo filtrácia bude trvať dlho.

6. Nakalibrovať senzor pH PASCO.

7. Do každého filtrátu vložiť pH papierik a zaznamenať jeho farebnosť – následne určiť hodnotu pH podľa farbenia pH papierika.

8. Do každého filtrátu vložiť pH senzor PASCO a zmerať hodnotu pH jednotlivých vzoriek. Medzi každým meraním opláchnuť senzor v destilovanej vode.

Vyhodnotenie výsledkov

Bezdrôtový pH meter slúži na stanovenie pH roztokov. Samotný pH meter sa skladá zo sklenej kombinovanej elektródy a senzora spojenej s elektródou BNC konektorom- Senzor komunikuje s obslužným programom SPARKvue bezdrôtovo cez rozhranie Bluetooth. Program SPARKvue je voľne dostupný v AppStore a v GooglePlay.

Bezdrôtový pH meter Pasco

Súbor na stiahnutie

Navod pH meter Pasco

Výskumná otázka

Obr. 1 Výskumná otázka

Pomôcky a materiály

Laboratórne pomôcky a materiály:

• 3x 50 ml kadička
• 4x skúmavka
• 1x 100 ml kadička
• 3x filtračný lievik
• 3x sklená tyčinka
• filtračný papier
• lyžička
• pH papieriky
• laboratórny plášť
• destilovaná voda
• 3x rôzna vzorka pôdy

Obr. 2 Laboratórne pomôcky (Beljička, 2019)

Digitálne pomôcky:

• pH senzor Pasco
• Windows tablet
• Softvér SparkVue
• Softvér Word Microsoft Office 365

Obr. 3 Digitálne pomôcky

Teoretický základ

Obr. 4 Vstupné informácie

Obrázok 4 poskytuje žiakom presné informácie, ako majú postupovať pri vypracovaní interaktívneho pracovného listu.

Nevyhnutné je ale, aby učiteľ žiakom vysvetlil ako ukladať snímky a oddemonštroval postup práce s pH senzorom.

Kroky, ktoré učiteľ musí žiakom ukázať:

• Ukladanie simiek (učiteľ žiakom rozpráva čo majú robiť a zároveň, sám stláča – kým premieta žiakom)
• Všetci si otvoríte váš interaktívny pracovný list.
• V pravom hornom rohu vidíte fotoaparát, stlačte naň.
  • Na okraji pravej strany sa objavila vaša prvá snímka.
  • Stlačením na snímku, môžete zadať názov snímky a vaše ďalšie poznámky, na ktoré v pracovnom liste nemáte vyhradené miesto. Tu nájdete aj komentáre učiteľa po vyhodnotení vašich iPL.
  • Po napísaní svojich poznámok, zasuňte pravý okraj pomocou „vyplneného trojuholníka“
  • Práca s pH senzorom PASCO a softvérom SPARKvue

• Kroky ako postupovať s technikou, ako učiteľ, nájdete v metodike pod názvom „Správny postup s technikou“. 

Obr. 5 Teoretický úvod

Obrázok 5 predstavuje základné informácie, ktoré sú nevyhnutné na uvedenie žiakov do deja. Žiaci pomocou krátkeho textu získavajú prehlaď o zložkách pôdy a zároveň, usmernenie na samostatné objavovanie.

Nasledovné obrázky sú tiež súčasťou iPL vytvoreného v softvéry SPARKvue, tie ale usmerňujú žiakov kam sa majú uberať pri experimentovaní, na čo majú klásť najväčší dôraz, zabezpečiť základný prehľad informácii na samostatné bádanie žiakov. Úlohy Zamyslite sa (Obrázok 6, Obrázok 7), žiaci vypracovávajú samostatne, bez pomoci učebníc a internetu.

Obr. 6 Otázky na zamyslenie sa 1

Obr. 7 Otázky na zamyslenie sa 2

Bezpečnosť

Experiment/bádanie je z hľadiska bezpečnosti absolútne nenáročný, žiaci pracujú iba s vodou a vzorkami pôdy. Treba dávať pozor na žiakov, iba ak sa experiment realizuje mimo školy. V tom prípade treba dohliadať na bezpečné presúvanie žiakov z školy na miesto realizovania experimentu.

Správny postup s technikou

Pred vyučovacou hodinou učiteľ pripraví:

• Tablety (nabije) a nahrá naň iPL (e-protokoly).
• pH senzory Pasco.
• Všetky potrebné laboratórne pomôcky (v prípade, že je možnosť ísť von, aby ich študenti mohli zabrať so sebou).
• Dôkladne si naštuduje prácu v softvéri SPARKvue a s pH senzorom Pasco.

Kalibrácia pH senzoru (Obrázok 8):

• pH senzor pripojte k tabletu pomocou Bluetooth-u.
• do kadičky nalejte destilovanú vodu (100 ml).
• pomaly a opatrne odskrutkujte kryt z pH senzora a okamžite ho vložte do destilovanej vody.
• prepnite na Software SPARKvue a spustite kalibráciu na ikonku
• senzor je nakalibrovaný vtedy, keď na obrazovke pozorujete hodnotu pH ≈7.
• počas merania, po každej vzorke, prepláchnite pH senzor v destilovanej vode.
• pH senzor nakoniec prepláchnite v destilovanej vode a zaskrutkujte chrániacim krytom.
• Učiteľ oddemonštruje každý krok.

Obr. 8 Kalibrácia senzoru

Dôležité! Senzor nikdy nemôže zostať odšraubovaní mimo tekutiny – preto ho odšraubujte tesne pred meraním a medzi meraniami umiestnite do kadičky s vodou. Po ukončení merania, senzor prepláchnite vodou a uložte do ochranného krytu. Ak v ochrannom kryte nie je dostatočne tekutiny, prilejte pufrovací roztok.

Pracovný postup (Obrázok 9, Obrázok 10)

• Označiť tri kadičky podľa miesta odobratia vzorky.
• Do každej z označených kadičiek vysypať jednu lyžičku konkrétnej vzorky pôdy.
• Ku pôde v kadičke pridať 50 ml vody a miešať aspoň 2-3 min, potom nechať roztok lúhovať (aspoň 15 min).
• Označiť 3 skúmavky rovnako ako prislúchajúce kadičky.
• Vzniknutý výluh prefiltrovať do skúmavky (každý do príslušnej skúmavky) – dať pozor na to, aby sa nezmiešala tekutina s usadeninou, lebo filtrácia bude trvať dlho.
• Nakalibrovať senzor pH PASCO.
• Do každého filtrátu vložiť pH papierik a zaznamenať jeho farebnosť – následne určiť hodnotu pH podľa farbenia pH papierika.
• Do každého filtrátu vložiť pH senzor PASCO a zmerať hodnotu pH jednotlivých vzoriek. Medzi každým meraním opláchnuť senzor v destilovanej vode.

Obr. 9 Zoznam pomôcok

Obr. 10 Návrh pracovného postupu

Experiment

Experiment je vytvorený podľa IBSE – konkrétne riadené bádanie, preto v iPL ihneď po otázkach na zamyslenie sa nájdete formulovanie hypotéz (Obrázok 11). Formulovanie hypotéz v iPL v softvéri SPARKvue je navrhnuté zjednodušene, pre žiakov, ktorý zatiaľ nemajú zručnosti na samostatné formulovanie hypotéz – preto majú dopísať iba jedno slovo. Ak vaši žiaci ovládajú tvorbu hypotéz stránku môžete jednoducho zmazať a vytvoriť novú, vlastnú. V iPL vytvorenom vo Worde sme pre žiakov vytvorili postup tvorby hypotéz, ten môžete tiež využiť na usmernenie žiakov pri tvorbe hypotéz.

Obr. 11 Formulácia hypotéz

Obr. 12 Otázky vyhľadajte

Pri úlohách Vyhľadajte (Obrázok 12) žiaci najprv vyhľadávajú informácie na internete, analyzujú vhodnosť informácii a jej zdroj, následne zovšeobecňujú vyhľadané informácie a syntetizujú svoju vlastnú odpoveď (pri vyhodnotení týchto otázok, učiteľ musí klásť najväčší dôraz na originalitu žiakov a presnosť získaných informácii – pripadne im môže ihneď poznamenať, aby zapísali aj zdroj) .

Meranie

Meranie je v oboch typoch interaktívnych pracovných listoch navrhnuté dvomi spôsobmi – meranie pomocou pH papierikov a meranie pomocou pH senzoru PASCO. Je na vás ktoré meranie zvolíte, môžete zvoliť jedno alebo obe merania.

Meranie pomocou pH papierikov:

• Odporúčame medzi pomôcky zaradiť aj hodinové sklíčko, na ktoré by žiaci dali pH papierik a naň iba vyliali trochu výluhu.

Meranie vykonávajú žiaci samostatne (Obrázok 13) .

Obr. 13 Meranie pomocou pH papierikov

Meranie pomocou pH senzoru

Nevyhnuté je pred samotným experimentom ukázať žiakom, akým spôsobom merať a zobrazovať údaje – ak predtým žiaci nemali možnosť pracovať v softvéri SPARKvue.

• Nakalibrujeme senzor.
• Vyberieme meranie (Obrázok 14): 

Obr. 14 Meranie pomocou pH senzoru

• Stlačíme na „Vybrať meranie“.
• Zapneme Bluetooth.
• Zvolíme senzor pH.
• Senzor vložíme do filtrátu.
• Spustitíme meranie, kým nezískame čiaru.
• Zastavíme meranie.
• Stlačíme na čiaru.
• Stlačíme na
• Rozroluje sa nám nasledovná lišta

• Na lište klikneme na
• Na grafe sa nám zobrazia dve číselné hodnoty, jedna predstavuje čas – tá nás nezaujíma. Druhá číselná hodnota je hodnota nameraného pH.
• Keď máme zobrazené hodnoty, stlačíme na fotoaparát v pravom hornom rohu a odfotíme stránku.
• Vypneme čiaru, a spustíme ďalšie meranie.
• Vypíname čiaru jednoduchým stlčením čiare v legende, napr. v prípade na pravo zobrazujeme čiaru priebehu piatého merania.

Analýza získaných výsledkov

Obr. 15 Vyhodnotenie experimentu

Obr. 16 Analýza dát 1

Obr. 17 Analýza dát 2

Žiaci majú pred sebou otázky (Obrázok 15, Obrázok 16, Obrázok 17), ktoré učiteľovi poskytujú spätnú väzbu o tom, na akej úrovni žiak pochopil učivo, ktoré sa učil sám bádaním. Otázky sú zamerané hlavne na pochopenie princípu fungovania pH, zaraďovanie roztokov medzi kyslé, zásadité neutrálne, aké pH je najvýhodnejšie pre rastliny... Žiaci na otázky odpovedajú podľa toho, čo sa naučili vlastným bádaním a podľa výsledkov, ktoré získali meraním.

Záver

Obr. 18 Záver

Nakoniec, majú žiaci priestor pre seba hodnotenie (Obrázok 18) – kde vyhodnotia, či ich hypotézy boli formulované správne, ktoré hypotézy sa im potvrdili a ktoré nie. Formulujú výstižný vedecký zaver, kde vyhodnotia všetky výsledky a úskalia svojej práce.

Spôsob ako uložiť svoj iProtokol majú žiaci k dispozícii na poslednej snímke (Obrázok 19) .

Obr. 19 Ukladanie protokolov

Diskusia

Po vykonaní experimentu/riadeného bádania, nasleduje diskusia žiak – žiak, učiteľ – žiak. Diskusia poskytne učiteľovi okamžitú spätnú väzbu ak bude klásť presné témy na diskusiu – prípadne môže okamžite reagovať a usmerniť žiakov, ktorý si samostatným učením sa vytvorili miskoncepcie.

Odporúčané témy:

• Viem ovplyvniť ekonómku štátu meraním pH pôdy?
• Aký bude vzťah medzi nametanou hodnotou pH pôdy a jej zaradením medzi kyslé, zásadité alebo neutrálne roztoky?
• Je neutralizácia pôdy prospešná? Vedeli by ste ju realizovať ak máte zásaditú pôdu?
• Môže pH pôdy ovplyvniť naše zdravie?