Els éssers vius que es fabriquen els seus propis nutrients

Els éssers vius que es fabriquen els seus propis nutrients
Montse Cabello, Mariona Domènech, Anna Marbà, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí.
Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar i construir

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Per ajudar a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar
La fotosíntesi

Una de les idees més complexes de construir és la de la fotosíntesi. Si ens fixem a nivell històric, no és fins a començaments del segle XIX que es defineix el concepte. En canvi, la pagesia de tots els temps sabia quan havien de plantar, si s’havia d’abonar, si necessitaven llum, etc. A l’escola, el procés a seguir hauria de ser semblant al que va passar a nivell històric.

Idees per revisar i construir

En els primers cursos hauríem de fer pensar a l’alumnat què necessita la planta per viure (tenir un hort és un context magnífic per fer-ho). Plantejar preguntes com: què agafa per les arrels? Com ho fa? I per les fulles? L’explicació que generalment dóna l’alumnat (i fins i tot les persones adultes) és que per les arrels agafa allò que necessita per viure, de la mateixa manera que nosaltres ho fem per la boca, i mai es pensa en l’oxigen de l’aire o en la llum solar. Per exemple, quan es planteja una pregunta del tipus: Com és que un arbre que pesa 1 kg, passats 10 anys en pesa 50?, la majoria de persones creuen que es deu a l’aigua i sals minerals que la planta agafa per les arrels, i els costa molt imaginar que l’augment de massa és deu molt especialment a la incorporació de CO2 necessari per fabricar els glúcids. Aquesta idea, és difícil de canviar perquè costa reconèixer que un gas, que no es veu, és el major responsable de l’augment de massa de l’arbre. 

 A primària s’hauria d’arribar a la conclusió que les plantes necessiten aigua i substàncies minerals, que l’agafen per les arrels -s’anomena saba bruta-, i el gas CO2 i llum, que s’absorbeixen a les parts verdes, i a partir d’elles, es fabriquen els nutrients que necessita l’organisme planta per viure i créixer. Les substàncies orgàniques que es formen a partir de la fotosíntesi, dissoltes en aigua, constitueixen el que s’anomena saba elaborada que es distribueix per totes les parts (fins per les arrels!). En canvi, l’oxigen que es necessita per respirar s’absorbeix directament per cada cèl.lula.

Exemples d'activitats i "bones" preguntes sobre la fotosíntesi
Per on entra l'aigua que necessiten les plantes per viure?

En els dibuixos següents la mestra va recollir les dues idees que, en una conversa, van sortir entre els alumnes de P5 al voltant de per on entre l’aigua que necessiten les plantes per viure (surten dos camins possibles), i va ser el punt de partida per conversar sobre quin podia ser el que tenia lloc a la natura.

Uns companys deien que les plantes xuclaven l'aigua per les arrels cap amunt fins les fulles.

Uns altres delen que l'aigua de la pluja entrava per les fulles cap avall fins les arrels.

Què fa la planta amb aquesta aigua?

La majoria de nens i nenes reconeixen que les plantes agafen l’aigua per les arrels. Però, serà necessari preguntar-nos també “què fa la planta amb aquesta aigua?”. Caldrà recollir proves a partir d’observar que l’aigua puja de les arrels cap a les fulles, i que no ho fa sempre de la mateixa manera (depèn de si hi ha llum, de la temperatura, del pH del medi, etc.). Alguns experiments per pensar-hi poden ser:

Què fa la planta amb aquesta aigua?

Per comprovar com l’aigua i les sals minerals dissoltes pugen per capil·laritat des de les arrels, un experiment clàssic és el de posar un clavell o una branca d’api (compte de fer el tall en diagonal!) en una dissolució d’aigua amb colorants i observar con els pètals canvien de color. Per explicar aquest fenomen cal tenir present que l’aigua és una substància que s’adhereix a alguns materials (força d’adhesió), i va pujant poc a poc, vencent la força de gravetat. El fenomen es produeix sempre que la distància entre les partícules de l’aigua i dels altres materials sigui molt petita, perquè si hi hagués moltes partícules d’aigua s’atraurien entre elles (força de cohesió) i l’aigua no pujaria.

Font: J. Gurrera. Cliqueu sobre la Imatge per veure l'experiment, pas a pas

Cromatografia

Aquest fenomen també es pot observar quan es fa una cromatografia, per exemple, per separar els pigments vegetals de fulles d’espinacs. El diversos pigments dissolts en alcohol ascendeixen pel paper de filtre a diferent velocitat. De la mateixa manera, l’aigua ascendeix a través de tiges i troncs, des de les arrels i arriba a les diferents parts de la planta. Moltes vegades es parla de que la planta té uns tubs, però de fet, va passant d’una cèl.lula a una altra.

Font: Química Fàcil. Clica sobre la imatge per accedir a l'explicació detallada de l'experiment.

La transpiració
Idees per treballar
Idees per revisar

Si només fos pel fenomen de la capil·laritat, aquest procés es pararia quan l‘aigua hagués pujat a les parts altes de les plantes. Per tal que continuï té lloc el canvi que s’anomena transpiració, que consisteix en que gràcies a la calor ambiental, el vapor d’aigua s’evapora, surt a l’atmosfera i ‘estira’ la resta de l’aigua líquida que li segueix. A més la transpiració també ajuda a regular la temperatura de la planta (equivalent a procés que té lloc quan les persones suem). 

Molts alumnes es plantegen la pregunta Com pot ser que l’aigua que absorbeixen les arrels, pugi i arribi a les fulles?” (ja que en la seva experiència l’aigua cau, però no puja, i és una bona pregunta per desencadenar la conversa).  Les primeres explicacions dels infants són del tipus “té una mena de cor (o de bomba) que fa pujar l’aigua cap amunt per uns tubs”, o “alguna cosa la xucla des de les fulles” o “puja com el cafè o l’aigua s’enfilen pel paper de cuina quan es mulla” (Jordi Martí).  És important, per tant entendre que en aquest cas, la funció de la ‘bomba’ la fa la transpiració. 

Font: Les ciències de la natura de llido

Una de les idees alternatives a revisar és identificar la respiració en les plantes com a procés contrari a la fotosíntesi. Cal recordar que aquesta només té lloc a les parts verdes de la planta i en presència de llum, mentre la respiració es produeix a totes les parts de la planta (a totes les cèl·lules de les fulles, de les arrels, del tronc…) i en tots els moments del dia i de la nit. 

En definitiva, l’objectiu a primària és que l’alumnat pugui identificar que la manera que les plantes intercanvien matèria i energia amb el medi és diferent de com ho fan els animals. La diferència fonamental és que les plantes es fabriquen els seus nutrients (sucres), i que per poder fer-ho cal que incorporin aigua, gasos (CO2) i absorbeixin la llum solar. En aquest procés d’elaboració dels nutrients (fotosíntesi) també s’alliberen gasos (O2). En canvi, el procés de respiració és similar al dels animals, atès que els possibilita utilitzar aquests nutrients per transferir l’energia que necessiten per créixer, reproduir-se i relacionar-se. 

Exemples d'activitats i "bones" preguntes sobre transpiració i fotosíntesi
Per comprovar que les plantes transpiren

Per comprovar que les plantes transpiren es pot tapar una part d’una planta amb una bossa de plàstic transparent i observar, al cap d’una estona, com es dipositen petites gotes d’aigua a l’interior de la bossa. També podem comprovar què quan la posem al Sol el fenomen és més ràpid.

Per on passa el vapor d'aigua?

El vapor d'aigua surt de la planta pels estomes, que són unes estructures vegetals formades per dues cèl·lules que regulen l'intercanvi de gasos, és a dir, a través d’elles, entre l’aire i surt tant el vapor d’aigua de la transpiració com els gasos que s’obtenen a partir de la fotosíntesi i de la respiració. El muntatge de la figura permet simular el paper dels estomes per afavorir la circulació de l’aigua. Els alumnes poden comprovar què passa si es tapen i destapen els tubs amb els dits. També es pot experimentar què passa quan acostem una font de calor a dalt dels tubs i observar si l’aigua puja a igual velocitat.

Es produeix fotosíntesi sense llum?

Per comprovar que sense llum no es produeix la fotosíntesi, un experiment clàssic és el de tapar una part d’una fulla 3 o 4 dies, després posar-la al bany maria amb etanol per tal d’eliminar la clorofil·la, i finalment afegir unes gotes d’una solució iodada. La part de la fulla a la que arriba la llum haurà fet la fotosíntesi i a l’afegir-li iode, es tenyirà de color lila atès que el iode és un indicador de la presència de midó.

Font: Carme Cuberes. IEA Oriol Martorell. 5è de primària.

Descobrim els colors de les fulles (de les plantes)

Descobrim els colors de les fulles (de les plantes)

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

 Les parts verdes de les plantes estan formades per diferents substàncies que es poden separar utilitzant la tècnica de la cromatografia. 

Font: Recerca en acció.

   En funció del tipus de vegetal els colors (de fet, les substàncies que se separen) seran diferents.

Font de les imatges: Química 2011

Per saber-ne més, consulteu: Les plantes es fabriquen els seus propis nutrients (Tresor de Recursos)

Descobrim els colors de les tintes

Descobrim els colors de les tintes

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

La majoria de les tintes (i dissolucions acolorides) estan formades per substàncies diverses. La tècnica per separar-les (cromatografia) es fonamenta en el fet que cada substància, quan circula sobre un mitjà determinat (a l’escola s’utilitza un paper de filtre), ho fa a una velocitat diferent. Ens podem preguntar: “De totes les tintes surten els mateixos colors? Com ho podem comprovar?”, “Quina diferència hi ha entre la tinta negra i la vermella? Quina és la tinta que es descomposa en més colors i la que en menys?”, i comprovar-ho experimentalment. 

Exemple A: Afegim una gota d’aigua sobre cada taca. Esc. Coves d’en Cimany, Teresa Pigrau, CS
Exemple B: Posem tires de paper a un got amb aigua (sense que l’aigua toqui la taca). Esc. Coves d’en Cimany, Teresa Pigrau, CS

Com separar mescles?

Com separar mescles?

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

A la natura la majoria de materials que trobem són mescles i, per obtenir-ne substàncies pures cal aplicar mètodes per separar-les.

Mescles heterogènies
Mètodes de separació
Ús
Procediment

Garbellament

Per separar mescles de sòlids de diferents mides

Separació magnética

Per separar mescles de de sòlids en les que una de les substàncies és magnètica (per ex. ferro).

Filtració

Per separar mescles d’un líquid i un sòlid. Les partícules del sòlid són una mica més grans que els forats del paper de filtre.

Decantació

Per separar dos líquids insolubles entre ells, en funció de la seva densitat, per exemple, l’oli i l’aigua.

Mescles homogènies
Mètodes de separació
Ús
Procediment

Evaporació/ Cristal·lització

Per saber-ne més cliqueu a: Com podem obtenir cristalls de CuSO4.5H2O? 

Per separar un solut sòlid dissolt en un dissolvent. Per exemple, la sal dissolta en aigua (per evaporació atès que la solubilitat no depèn de la temperatura)  o el sulfat de coure hidratat també dissolt en aigua (per cristal·lització, i en aquest cas, la solubilitat depèn de la temperatura)

Per separar la dissolució de dos líquids i recuperar-los tots dos, en funció de les diferències en la temperatura d’ebullició.

Cromatografia

Per separar els components d’una mescla complexa (de diferents líquids). Per exemple, d’una tinta o els pigments vegetals fotosintètics.

Font de les imatges: 

Carles Costa. 

Recerca en acció. 

Idees per construir (substàncies pures i mescles)

Idees per construir (substàncies pures i mescles)

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Idees per construir

Les idees bàsiques per treballar. Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Els materials poden estar formats per un sol tipus de substància o per vàries.

Els materials poden estar formats per un sol tipus de substàncies o per vàries. Una substància és tota porció de matèria que comparteix determinades propietats característiques. Normalment l’anomenem “pura” per distingir-la de les mescles. Una substància pura pot ser un element (oxigen, hidrogen, carboni…), o un compost (aigua – H2O -, diòxid de carboni -CO2-…), segons estigui formada per un sol tipus d’àtoms o diversos. Els elements es diferencien entre els metalls (que tenen propietats específiques, com és la de conduir el corrent elèctric), i els no-metalls.

Les mescles poden ser homogènies i heterogènies

Una solució (o dissolució) és un tipus de mescla homogènia. No es diferencien els materials que la formen, i quan no és sòlida, és sempre transparent encara que sigui acolorida. En canvi, una mescla heterogènia, que pot ser un col·loide o una suspensió, emulsió..., és opaca i no possibilita veure objectes a través d’ella. 

Un col·loide està format per partícules disperses que no es perceben però que són més grans que les que formen una dissolució. Exemples de col·loides: llet, gelatina, mantega, detergents i xampús, molts aerosols… En canvi, en una suspensió, per exemple de farina i aigua, les partícules disperses són més grans i precipiten.

L’aire és una solució de gasos i és transparent, mentre que la boira és un col·loide format per aire i gotes molt petites d’aigua i no és transparent. Tampoc ho és la mescla d’aigua i farina. En el cas dels sòlids metàl·lics, les solucions s’anomenen aliatges (bronze, acer inoxidable…). 

El grau de dificultat en la construcció d’aquests conceptes ve donat en part per les accions a fer per obtenir-los.

Les accions per construir aquests conceptes es relacionen amb el mètodes o tècniques de separació o d’agregació. Els dos tipus d’accions associats als conceptes –separar i ajuntar- són necessaris per aprendre’ls. Per exemple, barregem substàncies i es formen mescles, o bé tenim mescles i filtrem, decantem, destil·lem, fem una cromatografia, atraiem amb un imant… i obtenim substàncies pures. 

El grau de dificultat en la construcció d’aquests conceptes ve donat en part per les accions a fer per obtenir-los. Els nivells representats en el gràfic següent també ens donen un criteri per seqüenciar el seu aprenentatge. En un primer estadi es poden classificar els materials en homogenis i heterogenis només observant a ull nu. En un segon, cal efectuar canvis de tipus físic (si les interaccions entre les substàncies que el formen són febles) com, per exemple, filtrar, decantar, destil·lar, fer una cromatografia…, i un de posterior (més complex) calen canvis químics (interaccions fortes) com, per exemple, escalfant fortament o fent una electròlisi.  

A l’alumnat els costa diferenciar entre una solució i un compost, perquè en els dos casos s’observa com si fos una sola substància, quan un és una mescla i l’altre una substància pura. Les diferències bàsiques són que en el cas de les solucions, les substàncies que les formen interaccionen de forma feble i es poden barrejar en diferents proporcions, mentre que en un compost els elements que el formen interaccionen de manera forta i la composició és constant. Així, per fer una dissolució d’aigua i sucre podem barrejar les dues substàncies en diferents proporcions. En canvi, la relació entre la quantitat d’hidrogen i d’oxigen a l’aigua (H2O) sempre és la mateixa.