Gaśnica śniegowa

Poprawna odpowiedź

B

Wymaganie ogólne

2.2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zna związek właściwości różnorodnych substancji z ich zastosowaniami i ich wpływ na środowisko naturalne;

Wymaganie szczegółowe

4.2 Powietrze i inne gazy. Uczeń opisuje właściwości fizyczne i chemiczne azotu, tlenu, wodoru, tlenku węgla(IV)/ odczytuje z układu okresowego pierwiastków i innych źródeł wiedzy informacje o azocie, tlenie i wodorze/ planuje i wykonuje doświadczenia dotyczące badania właściwości wymienionych gazów.
8.4 Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń obserwuje i opisuje właściwości fizyczne i chemiczne (reakcje spalania) alkanów na przykładzie metanu i etanu.

Komentarz

Prezentowane zadanie można wykorzystać zarówno w gimnazjum, jak i w szkołach ponadgimnazjalnych na poziomie podstawowym, gdyż z jednej strony dotyczy właściwości fizykochemicznych gazów, które według zapisów podstawy programowej uczniowie powinni poznać już w gimnazjum, a z drugiej strony – porusza ważną kwestię bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Problem bezpieczeństwa powiązany jest z następującym celem kształcenia wymienionym w podstawie programowej na obu etapach edukacyjnych: III. Uczeń bezpiecznie posługuje się sprzętem laboratoryjnym i odczynnikami chemicznymi.

Gaśnica jest to urządzenie zawierające środek gaśniczy, który, dzięki wykorzystaniu ciśnienia wewnętrznego panującego w butli, może zostać wyrzucony na zewnątrz i skierowany na płonące obiekty. Ciśnienie wewnętrzne może być ciśnieniem występującym stale lub uzyskiwanym w wyniku uwolnienia gazu napędowego. Ze względu na zastosowany środek gaśniczy gaśnice dzieli się na: wodne, pianowe, proszkowe, śniegowe z dwutlenkiem węgla i halonowe. Obecnie stosowane są tylko pianowe, proszkowe i śniegowe, ponieważ gaśnice wodne zostały całkowicie wyparte przez gaśnice pianowe, a halonowe wycofano z powodu ich szkodliwego oddziaływania na warstwę ozonową. Odpowiedni dobór środka gaśniczego ma kluczowe znaczenie przy gaszeniu określonych typów pożarów.

Gaśnica śniegowa to typ gaśnicy, w której środkiem gaśniczym jest skroplony CO₂ zamknięty w wysokociśnieniowej butli. Rozprężenie ciekłego CO₂ prowadzi do utworzenia tzw. suchego lodu, czyli zestalonego CO₂, który nie przewodzi prądu i sublimuje w temperaturze ok. -78°C, nie pozostawiając żadnych śladów. Takie właściwości są szczególnie przydatne w przypadku gaszenia elektroniki czy urządzeń elektrycznych, ponieważ użycie wody lub piany groziłoby porażeniem prądem. Oziębianie się CO₂ do temp. ok. -80°C sprawia, że stanowi on dobry środek gaśniczy w przypadku pożarów cieczy, takich jak nafta, benzyna i alkohole, bądź materiałów stałych topiących się pod wpływem ciepła (np. parafina). Przy gaszeniu gaśnicami śniegowymi należy pilnować, by odkryte części ciała nie miały bezpośredniej styczności ze strumieniem CO₂, gdyż mogą one ulec odmrożeniu. Z tych samych względów gaśnice tego typu nie nadają się do gaszenia ludzi.

Uczeń rozwiązujący to zadanie wcale nie musi znać tych wszystkich detali, żeby udzielić poprawnej odpowiedzi. Opis we wstępie do zadania nie jest konieczny do jego rozwiązania, chociaż może pomóc uczniom, którzy mają większy zasób wiedzy na temat właściwości CO₂,suchego lodu czy gaśnic śniegowych. Według zapisów podstawy programowej chemii dla gimnazjum, uczniowie powinni znać właściwości kilku gazów, m.in.: azotu, tlenu, wodoru, tlenku węgla(IV), metanu i produktów jego spalania (np. CO). Aby poprawnie rozwiązać to zadanie, uczeń powinien:

• znać wzory chemiczne wodoru, tlenku węgla(IV), metanu i tlenku węgla(II);
• zauważyć, że wodór jest gazem łatwopalnym, a wyrzucenie z gaśnicy strumienia tego gazu w stronę ognia groziłoby potężnym wybuchem, a więc w żadnym wypadku nie nadaje się do gaszenia pożarów (dystraktor, czyli błędna odpowiedź, A);
• zauważyć, że również metan jest gazem łatwopalnym, stosowanym np. w kuchniach gazowych jako główny składnik gazu ziemnego (dystraktor C);
• wiedzieć, że tlenek węgla(II), zwany czadem, jest nie tylko gazem palnym (przy odpowiednim dostępie tlenu spala się do CO₂), ale również toksycznym (łączy się z hemoglobiną, prowadząc do niedotlenienia organizmu, a nawet śmierci), a więc również nie nadaje się do gaszenia pożaru (dystraktor D);
• wiedzieć, że CO₂ jest gazem niepalnym, cięższym od powietrza i niepodtrzymującym reakcji spalania, a więc może odciąć dostęp tlenu do płonących obiektów i uniemożliwić ich dalsze spalanie (prawidłowa odpowiedź B).

Zadanie można bardzo łatwo rozwiązać, jeśli uczeń wie chociaż tyle, że CO₂ nie podtrzymuje reakcji spalania. Uczeń, który wie trochę więcej o właściwościach fizykochemicznych tlenku węgla(IV), powinien skojarzyć, że rozprężenie ciekłego CO₂ prowadzi do utworzenia suchego lodu, o którym mógł słyszeć w kontekście środków chłodniczych lub składników mieszanin oziębiających wykorzystywanych w przemyśle, laboratoriach lub w chłodniach spożywczych.

Zadanie zostało zbadane na grupie 167 uczniów z klas III gimnazjów. W badaniu uzyskano następujące wyniki:

Odpowiedzi poprawnej udzieliło 44,3% badanych uczniów, co należy uznać za wynik raczej słaby, zważywszy że zadanie sprawdza podstawowe wiadomości o gazach wymienionych wprost w zapisach podstawy programowej. Odsetek odpowiedzi A i C był bliski prawdopodobieństwa losowego udzielania odpowiedzi poprawnej, które wynosiło 25%. Uczniowie, którzy wybrali odpowiedź A, najprawdopodobniej nie pamiętali, że wodór jest gazem łatwopalnym, tworzącym z tlenem mieszaninę wybuchową, a więc zdecydowanie nie nadaje się do gaszenia pożarów. Przyczyną wybrania takiej odpowiedzi mogła być też nieznajomość wzoru chemicznego wodoru. Nieco mniej uczniów wybrało odpowiedź C, na co mogła mieć wpływ słaba znajomość właściwości prostych węglowodorów lub nieznajomość wzoru metanu. Jeśli uczeń znał wzór metanu, a mimo to wybrał dystraktor C, to znaczy, że nie posiadał nawet znikomych wiadomości o metanie czy gazie ziemnym. Niewykluczone też, że uczniowie wybierający odpowiedzi A i C po prostu strzelali. Najmniej uczniów wybrało odpowiedź D, przypuszczalnie dlatego, że nie wiedzieli, co to za substancja. Z rozmów z uczniami, przeprowadzonych na potrzeby innego badania Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE w III klasach gimnazjów (w czerwcu 2013 r.), wynika, że wiedza uczniów o czadzie ogranicza się głównie do jego właściwości toksycznych i bardzo często nie znają nawet jego wzoru chemicznego. Ponadto, badani uczniowie często też nie wiedzieli, jaki gaz dostarczany jest do kuchenek gazowych, jaki jest jego skład i jakie ma właściwości.

Zadanie to można zmodyfikować, dopisując do dystraktorów wzór chemiczny wody zamiast CO. Opis we wstępie byłby wtedy konieczny do rozwiązania zadania, a samo zadanie sprawdzałoby dodatkowe umiejętności (analiza tekstu, właściwości wody). Niewykluczone, że część uczniów wybierałaby odpowiedź z H₂O, gdyż woda dużo bardziej kojarzy im się ze środkiem gaśniczym niż pozostałe substancje.

Na koniec warto podkreślić, że aby zdobyć wiedzę z chemii, uczniowie powinni nauczyć się właściwości niektórych substancji chemicznych, przynajmniej tych wymienionych w podstawie programowej. Nie ma tych substancji w podstawie tak wiele. Znajomość pewnych elementarnych właściwości (np. czy dana substancja jest łatwopalna, wybuchowa lub toksyczna) może być niezwykle przydatna w życiu codziennym, gdyż daje wiedzę, jak postępować z substancjami niebezpiecznymi w sytuacjach trudnych, groźnych dla życia.

Zadanie można wykorzystać również na IV etapie edukacyjnym w dziale Paliwa obecnie i w przyszłości. Uczniowie mają się w nim zapoznać z substancjami, które można wykorzystywać jako paliwa (metan jako główny składnik gazu ziemnego – paliwa kopalnego stosowanego obecnie, wodór jako alternatywne źródło energii). Zadanie w sposób trochę przewrotny sprawdza te wiadomości, bo oczywiste jest, że substancja stosowana jako paliwo nie może jednocześnie służyć do gaszenia ognia.

Zadanie jest zgodne z następującymi wymaganiami zawartymi w podstawie programowej dla chemii na poziomie podstawowym IV etapu edukacyjnego:

Cele kształcenia – wymagania ogólne:

II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów.

Uczeń (…) wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami; posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego.

Treści nauczania – wymagania szczegółowe:

5. Paliwa – obecnie i w przyszłości. Uczeń:

5.1. podaje przykłady surowców naturalnych wykorzystywanych do uzyskiwania energii (bezpośrednio i po przetworzeniu);

5.4. proponuje alternatywne źródła energii – analizuje możliwości ich zastosowań ((…) wodór, (…)).

Słowa kluczowe