1. Öğretmen Kılavuzu a. Konu b. Kullanıcı Kitlesi c. Deney Süresi d. Materyaller e. Güvenlik f. Genel Bilgi g. Deney Öncesi Hazırlık h. Ön Bilgi i. Deneyin Yapılışı j. Deney Sonuçları k. Öğrenci Kılavuzundaki Soruların Cevapları l. Kaynaklar 2. Öğrenci Kılavuzu a. Genel Bilgi b. Deney süresince uyulması gereken kurallar c. Deneyin Yapılışı d. Sorular 1
Moleküllerin çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama geçmelerine difüzyon denir. Difüzyon iki ortam arasında yoğunluk farkı ortadan kalkıncaya kadar devam eder. En hızlı difüzyon gazlarda gerçekleşmekte olup, sıvılarda daha yavaş meydana gelmektedir. Katılar da ise önemsenmeyecek kadar azdır. Kit içerisinde iki deney seti vardır. 1. deneyde, yoğunluğu aynı olan ortamda farklı moleküler ağırlığa sahip kimyasalların difüzyonu; 2. deneyde ise ortam yoğunluğunun difüzyona olan etkisi gösterilecektir. Kit içeriği 10 öğrencinin her 2 deneyi de yapabileceği şekilde dizayn edilmiştir. a) Konu Öğrenciler; 1. deneyde farklı moleküler ağırlığa sahip kimyasalların aynı yoğunluğa sahip ortamdaki yayılımları hakkında bilgi sahibi olacaktır. 2. deneyde farklı yoğunluktaki ortamlarda madde yayılımını gözlemleyeceklerdir. b) Kullanıcı Kitlesi DNA izolasyon ve görüntüleme kiti, 9 yaş ve üstü çocukların kullanımına uygundur. c) Deney Süresi 1. deney: 1 saat 15 dakika 2. deney: gece boyu d) Materyaller 1.Deney Kuyucuklu jel; 10 adet Boya 1; 30 ml Boya 2; 30 ml Boya 3; 30 ml 2.Deney Kuyucuklu tüp 1; 10 adet Kuyucuklu tüp 2; 10 adet Boya 3; 30 ml 2
Deneylerde Ortak Kullanılacak Malzemeler Pastör pipeti; 50 adet Eldiven; 20 tane e) Güvenlik Laboratuvarda uyulması gereken genel kurallara dikkat edilmelidir. Deney süresince öğrenciler eldiven kullanmalıdır. Deney süresince kullanılan kimyasallar ile istenmeyen bir temas olması durumunda bulaşan bölge bol sabun ve su ile yıkanmalıdır. Kullanılan kimyasalların solunmamasına özen gösterilmeli, deneyin yapıldığı laboratuvar havalandırılmalıdır. Laboratuvar sorumlusu olmadan kit kullanılmamalıdır. f) Genel Bilgi Moleküllerin çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama geçmelerine difüzyon denir. Difüzyon iki ortam arasında yoğunluk farkı ortadan kalkıncaya kadar devam eder. Katı, sıvı ve gazlarda meydana gelebilir. Gazlar birbirleriyle her oranda karışır ve homojen karışımlar meydana getirirler. Gazlardaki bu karışma özelliği moleküller arası büyük boşluklardan dolayı yayılmalarından ileri gelmektedir. En hızlı difüzyon gazlarda gerçekleşmektedir. Sıvılarda difüzyon gazlardan daha yavaştır. Çünkü sıvılarda moleküller çok daha yakındır. Dolayısıyla moleküllerin boşluklardan istifade ederek yayılma ihtimalleri daha zayıftır. Sıcaklık arttıkça moleküller arası mesafeler arttığı için difüzyon artar. Katılarda, katıları oluşturan parçacıklar bulundukları yerde titreşebilirler. Hatta bazı durumlarda katılarda da difüzyon olayına dahi rastlanabilir. Altın bir levha kurşun bir levha üzerinde uzun bir müddet tutulduğu takdirde, iki metalin yüzeyleri arasında difüzyon gerçekleşebilir. Deneyler sonucunda altın atomlarının kurşun levhaya geçtiği gösterilmiştir. Başka bir çalışmada radyoaktif kurşun levha ile radyoaktif olmayan kurşun bir levha üst üste bir kıskaçla sıkıştırıldığında belli bir süre sonra radyoaktif atomların radyoaktif olmayan levhaya geçtiği görülmüştür. Ancak atomların birbiri çevresindeki hareketi gözle görülemeyecek kadar yavaş olduğundan ve özel durumlarda gerçekleştiğinden katılarda difüzyon yok kabul edilmektedir. Canlı organizmalarda difüzyon madde alışverişinde önemli rol oynar. Difüzyon, Oksijenin havadan kana ve kandan dokulara geçmesinde, Besin maddelerinin kandan dokulara geçmesinde, İlaçların enjekte edildikleri noktadan çevreye yayılımında rol almaktadır. 3
Difüzyon Hızına Etki Eden Faktörler Difüzyon hızını etkileyen faktörlerii şöyle sıralayabiliriz: a) Maddenin hali: Difüzyon katılarda çok yavaş, sıvılarda hızlı, gazlarda ise en hızlıdır. b) Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça difüzyon hızı artar. c) Moleküllerin büyüklüğü: Molekül büyüklüğü arttıkça difüzyon hızı azalır d) Derişim farkı: Derişim farkı arttıkça difüzyon hızı artar; fark yüksekse difüzyon da yüksektir. g) Deney Öncesi Hazırlık 1. Kit kitapçığı öğretmen ve öğrenci kılavuzu olmak üzere 2 kısımdan oluşmaktadır. Uygulama öncesi öğrenci kılavuz bölümü öğrencilere çoğaltılıp verilecektir 2. Deneyde kullanılan ayırma yöntemlerinde gerçekleşen reaksiyonların bilgisi sadece öğretmen kılavuzuna koyulmuştur. Öğrenci kılavuzunda deney sonunda reaksiyonlar ile ilgili sorular verilerek, öğrencilerin akıl yürütmesi ve araştırma yapması hedeflenmiştir. h) Ön Bilgi 1. Deney: Moleküler ağırlık testi Deney süresince kulanılacak olan kimyasalların moleküler ağırlığı: Boya 1 MA: 879,86 g/mol Boya 2 MA: 691,854 g/mol Boya 3 MA: 158,033945 g/mol 2. Deney: Ortam Yoğunluk Testi Bu deneyde Boya 3 kullanılmıştır. i) Deneyin Yapılışı 1. Deney: Moleküler Ağırlık Testi Kit içerisinde hazır olarak verilen jele sırasıyla boya 1, boya 2 ve boya 3 ten; sırasıyla kuyucuk 1, 2 ve 3 e pastör pipeti yardımıyla dikkatli ve hızlı bir şekilde boyalar yüklenir (boyaların kuyucuktan taşmamalarına dikkat edilir). Aralarda kontrol edilerek yaklaşık 1 saat beklenir. Jeldeki görüntü boyaların yayılımı göz önüne alınarak tartışılır. 4
2. Deney: Ortam Yoğunluk Testi Kit içerisinde hazır olarak verilen %0.2 ve %4 konsantrasyonlarındaki jellere boya 3 (kuyucuktan taşmayacak şekilde) pastör pipeti yardımıyla dikkatli ve hızlı bir şekilde yüklenir. Gece boyu az ışık alan bir yerde bekletilir. Ertesi gün deney sonucu tartışılır. j) Deney Sonuçları 1.Deney: Moleküler Ağırlık Testi Sonuçları Molekül ağırlığı küçük olan boyanın büyük olana göre ortamda daha hızlı hareket etmesinden dolayı difüzyon hızı daha yüksektir. Jele uygulanan kimyasalların yayılması büyükten küçüğe göre: Boya 3> Boya 2> Boya 1 şeklinde olacaktır. Öğrencilere deneyin başlangıcında boyaların sahip olduğu molekül ağırlıkları söylenmeyecektir. Öğrencilerden deney sonuçlarını yorumlayarak boya çözeltilerinin hangisi olabileceğini bulmaları beklenmektedir. 2.Deney: Ortam Yoğunluk Testi Tüplerdeki ortam yoğunlukları (tüp 1) %0,2 ve (tüp 2) %4 olarak hazırlanmıştır. Difüzyon hızı: Tüp 1 (%0,2 ) > Tüp 2 (%4) Öğrencilere deney süresince kullanılan boya ve ortam yoğunlukları konusunda bilgi verilmemiştir. Bu sayede hem ortam hem de kullanılan kimyasal hakkında tartışmaları ve yorumlama kabiliyetlerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. k) Öğrenci Kılavuzundaki Soruların Cevapları 1. Canlı organizmalarda difüzyon madde alışverişinde önemli rol oynar. o Oksijenin havadan kana ve kandan dokulara geçmesinde, o Besin maddelerinin kandan dokulara geçmesinde, o İlaçların enjekte edildikleri noktadan çevreye yayılımında difüzyon rol almaktadır. 2. Difüzyon hızını etkileyen faktörleri şöyle sıralayabiliriz: Maddenin hali: Difüzyon katılarda çok yavaş, sıvılarda hızlı, gazlarda ise en hızlıdır. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça difüzyon hızı artar. Moleküllerin büyüklüğü: Molekül büyüklüğü arttıkça difüzyon hızı azalır 5
Derişim farkı: Derişim farkı arttıkça difüzyon hızı artar; fark yüksekse difüzyon da yüksektir. l) Kaynaklar 1. Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems (Cambridge Series in Chemical Engineering) 3rd Edition. 2. Diffusion in Solids Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes Authors: Professor Dr. Helmut Mehrer. 6
Ad-Soyad: Öğrenci Kılavuzu Tarih: Moleküllerin çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama geçmelerine difüzyon denir. Difüzyon iki ortam arasında yoğunluk farkı ortadan kalkıncaya kadar devam eder. Difüzyon gazlarda gerçekleşmekte olup, sıvılarda daha yavaş meydana gelmektedir. Katılarda ise önemsenmeyecek kadar azdır. Kit içerisinde iki deney seti vardır. 1. deneyde, yoğunluğu aynı olan ortamda farklı moleküler ağırlığa sahip kimyasalların difüzyonu; 2. deneyde ise ortam yoğunluğunun difüzyona etkisi gösterilecektir. Kit içeriği 10 öğrencinin her 2 deneyi de yapabileceği şekilde dizayn edilmiştir. a) Genel Bilgi Moleküllerin çok yoğun oldukları ortamdan az yoğun oldukları ortama geçmelerine difüzyon denir. Difüzyon iki ortam arasında yoğunluk farkı ortadan kalkıncaya kadar devam eder. Katı, sıvı ve gazlarda meydana gelebilir. Gazlar birbirleriyle her oranda karışır ve homojen karışımlar meydana getirirler. Gazlardaki bu karışma özelliği moleküller arası büyük boşluklardan dolayı yayılmalarından ileri gelmektedir. En hızlı difüzyon gazlarda gerçekleşmektedir. Sıvılarda difüzyon gazlardan çok daha yavaştır. Çünkü sıvılarda moleküller çok daha yakındır. Dolayısıyla moleküllerin boşluklardan istifade ederek yayılma ihtimalleri daha zayıftır. Sıcaklık arttıkça moleküller arası mesafeler arttığı için difüzyon artar. Katılarda katıları oluşturan parçacıklar bulundukları yerde titreşebilirler. Hatta bazı durumlarda katılarda da difüzyon olayına dahi rastlanabilir. Altın bir levha kurşun bir levha üzerinde uzun bir müddet tutulduğu takdirde, iki metalin yüzeyleri arasında difüzyon gerçekleşir. Deneyler sonucunda altın atomlarının kurşun levhaya geçtiği gözlenmiştir. Ya da radyoaktif kurşun levha ile radyoaktif olmayan kurşun bir levha üst üste bir kıskaçla sıkıştırıldığında belli bir süre sonra radyoaktif atomların radyoaktif olmayan levhaya geçtiği görülmüştür. Ancak atomların birbiri çevresindeki hareketi gözle görülemeyecek kadar yavaş olduğundan ve bazı özel durumlarda gerçekleştiğinden katılarda difüzyon yok kabul edilmektedir. Canlı organizmalarda difüzyon madde alışverişinde önemli rol oynar. Difüzyon, Oksijenin havadan kana ve kandan dokulara geçmesinde, Besin maddelerinin kandan dokulara iletilmesinde, İlaçların enjekte edildikleri noktadan çevreye yayılımında rol almaktadır. 7
Öğrenci Kılavuzu Difüzyon Hızına Etki Eden Faktörler Difüzyon hızını etkileyen faktörleri şöyle sıralayabiliriz: Maddenin hali: Difüzyon katılarda çok yavaş, sıvılarda hızlı, gazlarda ise en hızlıdır. Sıcaklık: Sıcaklık arttıkça difüzyon hızı artar. Moleküllerin büyüklüğü: Molekül büyüklüğü arttıkça difüzyon hızı azalır Derişim farkı: Derişim farkı arttıkça difüzyon hızı artar yüksekse difüzyon da yüksektir. b) Deney süresince uyulması gereken kurallar Laboratuvar dersinde uyulması gereken genel kurallar dışında kit içerisinde bulunan kimyasal malzemeler eldivensiz kullanılmamalıdır. Deney süresince kullanılan kimyasallar ile istenmeyen bir müdahale olması durumunda bulaşan bölge bol sabun ve su ile yıkanmalıdır. Kullanılan kimyasalların solunmamasına özen gösterilmeli, deneyin yapıldığı laboratuvar havalandırılmalıdır. Deneyler tamamlandıktan sonra deney sonuçları yazılmalı ve üzerinde tartışılmalıdır. Deney sonu verilen sorular işlenen konuyu ve yapılan deneyi pekiştirici niteliktedir. Deney tamamlandıktan sonra soruların çözülmesi ve cevaplarının tartışılması önerilmektedir. Laboratuvar sorumlusu olmadan kit kullanılmamalıdır. c) Deneyin Yapılışı 1. Deney: Moleküler Ağırlık Testi Kit içerisinde hazır olarak verilen 3 adet kuyucuğu bulunan jele sırasıyla boya 1, boya 2 ve boya 3 ten; kuyucuktan taşmayacak şekilde pastör pipeti yardımıyla dikkatli ve hızlı bir şekilde yüklenir. Aralarda kontrol edilerek yaklaşık 1 saat beklenir. Jeldeki görüntü boyaların yayılımı göz önüne alınarak tartışılır. 2. Deney: Ortam Yoğunluk Testi Kit içerisinde hazır olarak verilen tek kuyucuğu bulunan farklı konsantrasyonlardaki tüplere boya 3 ten kuyucuktan taşmayacak şekilde pastör pipeti yardımıyla dikkatli ve hızlı bir şekilde yükleme yapılır. 8
Öğrenci Kılavuzu Gece boyu az ışık alan bir yerde bekletilir. Ertesi gün deney sonucu tartışılır. d) Sorular 1. Canlı organizmalarda difüzyonun madde alışverişindeki rolü nedir? 2. Difüzyon hızına etki eden faktörler nelerdir? 9