El cicle d’un material

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

"Bones" preguntes

Possibles bones preguntes que ajudin a la construcció d'aquestes idees

Idees per treballar

En els cicles de materials la matèria es conserva i l’energia, normalment, es degrada

Idees per revisar

Podem ‘seguir la pista’ a un material, des de com el trobem a la natura (i encara podríem anar més enrere, per tal d’estudiar-ne els canvis geològics o biològics), com l’anem transformant per diferents usos, com el deixem d’utilitzar i com torna a formar part de la ‘natura’ (cicle del material). Sempre que hi ha un canvi, implica que hi ha una transferència d’energia. L’energia de l’univers es conserva -sempre és la mateixa-, però quan un material canvia l’energia del producte final és de menor qualitat (se n’ha perdut en forma de calor o, el que és el mateix, s’ha degradat). Una excepció molt important és la fotosíntesi. En aquest canvi, un dels productes que s’obtenen -els glúcids- emmagatzemen l’energia del Sol.

Exemples d'activitats i preguntes que ajuden a construir aquests conceptes
Exemples d'activitats

Preguntes que ajuden a construir aquests conceptes

D’on prové el(s) material(s)?


D’on prové el(s) material(s) amb el(s) que s’ha fet un jersei, un moble, una joguina, un envàs, una màquina, el paper....?

Seguim la pista a…. El pa, un teixit, una cullera… què era abans? I abans? I abans?… Com es passa d’una planta a fabricar pa?

Imatge: Victòria Carbó. Escola Coves d'En Cimany. Cicle Inicial.

Què passa amb un material quan ja no el fem servir?

Què li passa al paper, al plàstic, a un metall, al menjar...-? Aquesta làmina de ferro –plàstic, paper, menjar…-, què era abans? I abans? I abans? … I després, en què es transformarà? I després? I després?… Podríem tornar a l’inici, fer un cicle?

A la natura, hi ha alguna cosa que desaparegui?

Quan temps tarda un material en canviar (en fer el cicle)? Tots els materials tarden el mateix? Què és millor per al medi ambient, utilitzar molts envasos i tirar-los als llocs que es recomana o bé mirar d’utilitzar productes que tinguin menys envasos (posar exemples d’anar a comprar)? Per què?

Clica sobre el títol per accedir a un article sobre el cicle del paper:

Castelltort, A., & Sanmartí, N. (2006). El cicle del paper: una proposta didàctica per aproximar-nos a la comprensió del problema dels residus. Ciències, 4, 2–6.

Podem imaginar la història d'una gota d'aigua?


Podem imaginar i explicar la història d’una gota d’aigua a la natura? I a una que arriba a casa nostra? Quins canvis li van succeint a la gota?

Per què es produeixen aquests canvis? Es necessita ‘gastar’ energia? Quina diferència hi ha entre l’energia que és necessària pels canvis en el cicle de l’aigua natural i en el cicle de l’aigua que arriba a casa nostra?

On va a parar l’aigua de la pluja? D’on prové l’aigua que surt per una font? A on va a parar l’aigua que tirem per la pica o al wàter?

Imatge: Escola Pia d'Olot. 1r de primària

Clica aquí per trobar més exemples sobre el cicle de l’aigua des de la perspectiva dels sistemes geològics (La hidrosfera com un subsistema de la Terra) 

Clica sobre els títols per accedir als  articles sobre el cicle de l’aigua:

Márquez, C., & Bach, J. (2007). Una propuesta de análisis de las representaciones de los alumnos sobre el ciclo del aguaEnseñanza de Las Ciencias de La Tierra, 15(3), 280–286.

Márquez, C. (2005). Treballar el cicle de aigua des de la perspectiva dels models explicatius. Perspectiva Escolar, 292, 26–34.

Canvis

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Idees per treballar

Les idees bàsiques per treballar

Idees per revisar

Les idees habituals de l'alumnat per revisar

Exemples de preguntes i activitats

Els títols tramats en color es corresponen amb les  IDEES PER TREBALLAR,mentre que la seva descripció detallada fa referència a les IDEES PER REVISAR. A la part inferior hi trobareu exemples de bones preguntes. 

En tot canvi, la massa es conserva

Quan un sistema material canvia, les substàncies finals tenen propietats diferents de les inicials. En tot canvi, la massa es conserva. Els canvis es produeixen a l’exercir accions sobre els materials –donar un cop i trencar o esmicolar, interaccionar amb l’aigua, l’aire o altres materials), escalfar (gràcies al Sol o a qualsevol altre font de calor) o fer passar el corrent elèctric,…–. Poden ser més ràpids o més lents i hi ha factors que els poden accelerar.

En un canvi físic es conserven les substàncies i, per tant, les partícules que les formen

Tradicionalment, s’anomenen com a físics o febles aquells que es caracteritzen perquè la substància és la mateixa a l’inici que al final del canvi, tot i que la podem observar com a diferent. És el cas, per exemple, dels canvis d’estat: el gel, l’aigua líquida i el vapor són el mateix material: aigua, i es pot passar d’un estat a l’altre transferint energia en un sentit o en un altre. Cada pas entre estat rep un nom i tots ells són reversibles.

Altres canvis físics o febles interessants per ser estudiats són la dilatació, la difusió i la dissolució.

Quan s’expliquen, és interessant parlar de la conservació del material i dels canvis en l’estructura (que impliquen la conservació de les partícules). Per exemple, un material es dilata perquè les partícules es separen (es mouen més ràpidament) i, per tant ocupen més espai (volum), però no perquè les partícules es dilatin. 

Els nens i les nenes, des de molt petits, poden començar a construir una representació de la conservació de la matèria en els canvis.

Preguntes que poden ajudar a construir aquests conceptes són:
Què penses que passarà si mesclem farina, sucre, sal... amb aigua, oli, alcohol...?

Com expliquem que no en tots els casos observem el mateix? A la barreja continua havent-hi les substàncies que hem mesclat? Com es podria saber? Com s’embruta l’aigua? Què canvia a l’embrutar-la? Per què no hem de tirar l’oli per l’aigüera?. Imatge: Escola de Salàs de Pallars.

Com canvia un material a l’escalfar-lo?

El podem tornar a tenir igual que a l’inici al refredar-lo? Què passa amb la temperatura mentre una substància pura es fon? I amb un vidre? Com és que a vegades s’entelen els vidres?

Imatge: Representació d’alumnes de 7 anys sobre el canvi de l’aigua a l’evaporar-se en els qual es pot comprovar com ja tenen una primera idea de conservació. Aquests alumnes havien fet tot un procés d’imaginar-se la matèria per dins de manera discontínua (Mestre: Andrés Acher)

Experimentem amb el gel

Què passarà si posem el gel al sol o al radiador?. Clica sobre la Imatge per conèixer l'experiència de Montse Torrella amb els seus alumnes d'I5 de l'escola Tecnos (Terrassa)

Com és que una pilota està més “inflada” quan la deixem al Sol?​

Com funciona un termòmetre d’alcohol? Com és que a l’estiu ens costa més posar o treure un anell que a l’hivern?

Com és que notem un perfum lluny del lloc on està l’ampolla oberta?

Imatge: Victòria Carbó i Montse Padern. Dibuixo una olor que s'escapa de la margarida i va cap al nas

Què li passa a una dissolució d'aigua i sucre quan l'escalfen?

Exemple de V de Gowin en què els alumnes relacionen la metodologia (què ha passat durant l'experimentació) amb els principis conceptuals.

Com és que es pot escalfar aigua en un vas de paper?

Cada equip d’alumnes que han fet l’experiment, ha construït una V de Gowin a partir de l’experiment realitzat. En aquest cas, una vegada han dissenyat una primera versió de la ‘V’, comparen i discuteixen en gran grup els continguts dels diferents apartats. En funció del que s’ha dit, realitzen la versió definitiva, com la del exemple que es mostra.

En un canvi químic les substàncies finals són diferents de les inicials i, per tant, les partícules també són diferents ja que es reordenen els àtoms que les formen

Els canvis químics o forts són els que es caracteritzen perquè les substàncies inicials (reactius) són diferents a les que s’obtenen al final del canvi (productes). Pot canviar el color, la densitat, el punt de fusió… Quan cremem fusta, a l’inici teníem cel·lulosa, lignina… i oxigen, i al final tenim altres materials (aigua, diòxid de carboni i cendres). La majoria dels canvis químics no són reversibles, com és el cas de la combustió de la fusta. Un exemple contrari és el del sulfat de coure que és de color blanc i quan reacciona amb l’aigua és de color blau (sulfat de coure pentahidratat). Reconeixem que ha tingut lloc un canvi químic perquè ha canviat el color. Si l’escalfem, en aquest cas tornem a tenir el sulfat de coure inicial (de color blanc).

En els canvis anteriors la massa també es conserva. És a dir, la massa dels reactius es igual a la dels productes. Al cremar fusta, tot i que sembla que “es perd” matèria, si peséssim l’aigua, el diòxid de carboni i les cendres, obtindríem la mateixa massa que sumant la fusta i l’oxigen inicials.

Per explicar un canvi químic o fort no és suficient parlar de ‘partícules’, cal un subnivell més: les partícules són molècules formades per àtoms. Els àtoms són els mateixos abans i després del canvi, però les molècules són diferents, ja que els àtoms es reorganitzen, combinant-se de manera diferent a l’inicial.

Exemples de preguntes que ajuden a construir aquests conceptes poden ser: ​

Es podria fer foc sense aire?

Què hi ha a l’aire que el fa tan important? Es pot cremar alguna cosa (una espelma) si no hi ha aire?

Què fa l’aire quan entra al nostre cos?

Amb què reacciona? Quins productes s’obtenen? Quina diferència hi ha entre l’aire inspirat i l’expirat? Com ho podem saber?  Per què són diferents? Com va canviant el pa quan entra al nostre cos? Imatge: Escola Calós de Ciutadella, Menorca.

Com és que si posem una planta en un armari, es torna de color grogós i finalment mor?

Com expliquem el canvi que observem al cremar magnesi?

Què creus que es necessita per fer focs artificials? Com obtenir focs de colors diferents? Quines precaucions cal tenir per tal que no es produeixin accidents al manipular petards? Com expliquem que si les tenim en compte no ens fem mal?. Imatge: Cremant magnesi (canvi químic)

Com apagar un incendi? Per què?

Sabent què es necessita perquè es produeixi un incendi –materials combustibles, oxigen i temperatures altes-, com actuar si se’n produís un a l’escola?

Com transformar la llet en iogurt?

Com és que el iogurt té un gust diferent al de la llet?

Què li entra a una planta per fabricar el seu aliment i què li surt?

Què fem i què afegim als sòls perquè siguin més adequats per cultivar-hi plantes? Si el sòl és molt àcid, que es pot fer?

Dibuix d’un alumne de 6è de per explicar el canvi que produeix cremar magnesi (Escola Coves d’en Cimany )

Per què es rovella el ferro?

Com és que cobrim el ferro amb pintura de mini? Al ferro rovellat també l’atreu un imant? Per què?

Al posar una pastilla efervescent a l’aigua surt un gas, com puc saber si s’ha dissolt o s’ha produït un canvi químic?

En què ens podem fixar?. Font imatge: https://www.ciensacion.org/

Sòlids, líquids i gasos

Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

Idees per treballar i per revisar

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

La majoria de materials són difícilment classificables en tres estats de la matèria

Tradicionalment els materials es classifiquen en aquests estats tot i que també podem parlar de plasma com un quart estat de la matèria (a molt alta temperatura). Tot i així, la majoria dels materials són difícilment classificables segons aquests estats. Per exemple, parlem de cristall líquid i utilitzem molts gels (flams, gelatina, detergents...), que no es poden identificar ni com a sòlids ni com a líquids.

Les partícules en els materials poden estar ordenades o desordenades

Sense deixar de banda aquesta classificació, segurament interessa ‘jugar’ també amb la idea de materials ordenats i desordenats. Els que en diem ordenats, que són els cristalls, els podem imaginar formats per partícules situades en un cert ordre, mentre que en els que en diem desordenats –els sòlids amorfs, els líquids i els gasos-, les partícules es distribueixen més a l’atzar. Alguns materials estan entre l’ordre i el desordre i per això parlem, per exemple, de cristalls líquids –utilitzats a les pantalles de televisors LCD (Liquid Cristal Display)-.

Els sòlids es poden trencar, els líquis vessar i els gassos aspirar

Diferents accions ajuden a construir els conceptes associats als diferents estats. Per exemple, en relació a l’estat sòlid: agafar, trencar, esmicolar, trossejar...; vessar i transferir per als líquids; els gasos són els més difícils de conceptualitzar per a l’alumnat ja que com que no es veuen, creuen que no hi són o que no tenen massa (no pesen) i no són ‘matèria’. Bufar i aspirar són les accions que més ajuden a la construcció del concepte i a imaginar l’estructura, així com també la idea que s’expandeixen (un perfum el notem des d’una part de l’habitació a una altra) i que es poden comprimir.

"Bones" preguntes

Algunes preguntes que ajuden a construir aquests conceptes podrien ser:

Estructura

Tots els líquids es comporten igual? I els sòlids? I els gasos? En què s’assemblen i es diferencien?
Imatge: Science Learning Hub

Un flam és sòlid o líquid?

Un tros de carn és sòlid o líquid? I un flam? En què em fixo per decidir-ho? ​
Imatge: Science Learning Hub

Canvis i control/regulació


Com podem obtenir un cristall? Com podem fer que sigui més gran? Quan es trenca un vidre, quines formes tenen els trossos? I quan es trenca un cristall? Al vidre li podem donar qualsevol forma? I a un cristall de sal li podem canviar la forma de cub? Com? Seran iguals les formes dels cristalls de substàncies diferents? Podem identificar una substància que cristal·litza per la forma dels seus cristalls? Com ens imaginem una substància per dins si és un cristall o si és amorfa (sense forma definida)? Com serà la distribució de les partícules en cada cas? Estaran igualment ordenades?

Exemple d’explicació d’un nen de 4t de primària (Escola “La Mar Bella”, Barcelona)

Canviarà el volum del globus?

Els alumnes han observat canvis en el volum d’un globus situat en un pot en el qual es fa el buit. Després revisem la redacció a partir de la comparació entre les diferents versions. En aquest exemple s’observa com l’alumne ha canviat la paraula ‘ajuntar-se’ per ‘igualar-se’.

Font: Conxita Márquez. Escola Bellaterra (Cerdanyola del Vallès). C.S.

Resum d’idees clau sobre l’estructura dels materials i la matèria

Resum d’idees clau sobre l’estructura dels materials i la matèria

Teresa Pigrau, Neus Sanmartí

Altres exemples de preguntes per reconèixer si uns materials són substàncies pures o mescles 

Altres exemples de preguntes per reconèixer si uns materials són substàncies pures o mescles 
Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 
Com podem saber si un material -l’aigua, l’aire, una galeta...- està format per una sola substància o moltes?
Com podem saber si l’aigua de l’aixeta és només aigua?
Una roca és una substància pura o una mescla, o en podem trobar dels dos tipus? Com ho podem saber?
De què estan fets els ‘aires’ no transparents: boira, fum... ?
Tots els ‘aires’ i totes les aigües són iguals? Què hem de fer per distingir-los?
Què hi ha a l’aigua del mar, a l’aigua amb gas...?
Quina és la diferència entre aigües netes i brutes? I aires?
Com s’embruta l’aigua o l’aire?
Per què és important que l’aigua i/o l’aire sigui net?
Per què no és bo respirar aire que conté fum d’un cigarret?
Què hi ha en un detergent comercial? On van a parar els seus components quan els mesclem amb l’aigua? Es dissolen en l’aigua?
És fàcil separar les substàncies que formen part d’un detergent una vegada barrejades amb l’aigua?
Com es pot diferenciar entre una solució i una mescla (heterogènia)?
Ho podem veure a ull nu si és una cosa o una altra?
Com podem tenir solucions sòlides? (aliatges). I de gasos? (aire).
El paper es dissol en l’aigua? I la farina?
Com puc saber si un material és una substància pura o no comprovant el seu punt de fusió?
Com separar alguns ingredients del Colacao?
Com podríem separar llimadures de ferro barrejades amb farina?
Com podríem separar sal i farina, sorra i aigua, oli i aigua?
Com podríem obtenir sal de l’aigua de mar i alcohol del vi?
Podríem separar la sal de l’aigua filtrant? Per què?
Per depurar l’aigua, quines tècniques podem utilitzar? Com és que aquestes tècniques són útils? I si volguéssim tenir aigua potable, què més s’hauria de fer i comprovar? Per què?
Com ens imaginem una mescla per dins si poguessin veure les seves parts amb unes ulleres màgiques?
Pensem en una dissolució de sucre en aigua, d’aigua i farina...... Com seran aquestes parts? (grandària, igual/diferents…).
Què passa amb les `parts’ quan llencem els materials?
Com ens imaginem l’aigua i el colorant mesclats (per dins) quan és d’un color molt intens o no tant?
Com hem de separar tot allò que tirem a les escombraries? Per què cal fer-ho?
Com hem de separar tot allò que tirem a les escombraries? Per què cal fer-ho?
Què fer amb un objecte que està construït amb més d’un material? Què serà més fàcil reciclar, un envàs de llet de plàstic o un envàs “tetrabric”? Per què?
Quins avantatges té reparar, reduir, reciclar i reutilitzar?
Com podem reduir el consum d’aigua al màxim? (a casa, a l’escola…)
Com podem reduir al mínim la quantitat de brutícia que afegim a l’aigua? (a casa, a l’escola…)
Com argumentaries que utilitzar l’aigua com a ornament (en un sortidor...) comporta “gastar” aigua no necessària?
Quins consums d’aigua a l’escola, casa, la ciutat... són indispensables, necessaris, útils, superflus...?

Conèixer els materials que llencem, per reduir-los i reciclar-los

Conèixer els materials que llencem, per reduir-los i reciclar-los
Teresa Pigrau. Neus Sanmartí. 

Ens podem preguntar quins són els residus que generem a casa (i a l’escola), quins són els que llencem amb més quantitat i a on van a parar una vegada els llencem. A partir d’aquests primeres interrogants es pot promoure contrastar la idea inicial amb dades, a partir d’analitzar quins materials es tiren a casa i a l’escola.

Es poden fer diferents propostes de recollida de dades en el marc d’aquesta reflexió inicial (veure taula 1 i taula 2).

Taula 1: Recollida de dades a partir d’analitzar els residus i on van a parar
Clica sobre la taula per descargar-te el document sencer
Taula 2: Recollida de dades a partir d’analitzar els residus en funció de les 4R
Clica sobre la taula per descarregar-te el document sencer

Per ajudar a saber on situar els residus es pot consultar: https://www.residuonvas.cat/ca

  Una característica que es pot treballar des de petits és reconèixer si un residu està format per un o més materials, i deduir que cadascun s’ha de situar en el contenidor corresponent. Per exemple, hi ha  envasos que estan formats per cartró i plàstic, i a l’hora de reciclar-los caldrà separar els dos materials. 

Quan s’ha de reutilitzar un material es farà en funció de les seves propietats.

Veure https://tresorderecursos.com/idees-per-construir-sistemes-materials/.

Font: Escola Les Palmeres (Santa Coloma de Gramenet), 5èP

L’alumnat pot comprovar experimentalment les propietats dels materials escollits, en relació als que s’analitzin, i recollir les dades en un quadre com el següent. De les propietats se’n poden deduir possibles usos per reutilitzar-los.

Font: Escola Les Palmeres (Santa Coloma de Gramenet), 5è (a partir de propostes de Teresa Pigrau)

Com separar els components de la llet?

Com separar els components de la llet?
Teresa Pigrau. Neus Sanmartí

La llet és una mescla heterogènia formada per moltes substàncies. S’observa com si en fos només una, però no és transparent i, per tant, no és una dissolució sinó una mescla col·loïdal. Aquesta activitat pot ser un bon exemple per parlar de les diferències entre una dissolució i un col·loide.

Part de les substàncies que formen la llet (aigua -la quantitat més alta-, sals minerals i glúcids -com, per exemple, la lactosa-) estan dissoltes, altres estan en suspensió (proteïnes en parts molt petites) i altres emulsionades (greixos, també en parts -gotes- molt petites).

Normalment es diu que la llet està formada pel sèrum i la quallada. Aquestes dues parts es separen quan s’afegeix un quall (o un àcid) a la llet. El sèrum és líquid i està format per moltes substàncies, i l la quallada és sòlida (com un gel), formada principalment per la proteïna caseïna, i d’ella se n’obtenen els formatges.

A l’aula podem fer aquesta separació del sèrum i la quallada afegint vinagre o llimona a la llet. Es produeix una reacció química entre la caseïna de la llet i l’àcid, i se separa la quallada de bona part de la resta de substàncies que formen la llet.

Font: Recerca en Acció. 

Preguntes que ens podem fer són:

“Com és que la llet no és transparent?”

“¿Com és que es percep com una sola substància i, en canvi, hem vist que està formada per moltes?”

Ara podem comprar molts tipus de ‘llets’: quina és la diferència en la composició de la llet de vaca, cabra, ovella, soja, ametlles…? ”

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.