Sut mae addysgu cyflyrau mater a damcaniaeth gronynnau

This article is also available in English

Read the English language version.

Sut mae gwybod am gyflyrau sylfaenol mater yn ein helpu i wneud hufen iâ gwell?

Dydy cymysgu hufen, siwgr a melynwy a’i daro yn y rhewgell ddim yn ddigon. Mae rheoli’r broses gymysgu a rhewi yn ofalus yn arwain at ddeunydd gyda phob un o’r tri chyflwr mater – ewyn ac emwlsiwn olew-mewn-dŵr. Daw blas hufen iâ yn rhannol o’r blasbwyntiau ar eich tafod, ond hefyd oherwydd bod cyfansoddion anweddol yn anweddu ac yn cyrraedd eich derbynyddion arogl. Mae hufen iâ wir yn blasu’n well ar ddiwrnod cynnes!

Gwybodaeth bwysig i fyfyrwyr

Bydd y myfyrwyr wedi astudio’r mathau o fater a’u priodweddau yn eu haddysg gynradd. Byddan nhw wedi ymchwilio i ddeunyddiau gwahanol amrywiol, gan eu dosbarthu fel solidau, hylifau a nwyon. Byddan nhw wedi edrych ar adweithiau cildroadwy, gan gynnwys rhewi/ymdoddi a berwi/cyddwyso. Mae angen cysylltu’r arsylwadau a’r esboniadau macrosgopig hyn â byd microsgopig y gronyn, drwy ddefnyddio’r ‘ddamcaniaeth gronynnau’.

Mae modd crynhoi damcaniaeth gronynnau (neu ginetig) mater fel hyn:

• Gronynnau mân iawn sy’n ffurfio pob mater.
• Mae’r gronynnau’n symud o gwmpas ar hap drwy’r amser.
• Mae modd trefnu’r gronynnau yn rheolaidd neu ar hap.
• Mae’r gronynnau’n cael eu dal ynghyd gan rymoedd gwan neu gryf.
• Mae’r gronynnau’n symud yn gyflymach pan fydd y tymheredd yn codi.

Mae’r maes hwn yn gorgyffwrdd yn gryf mewn cemeg a ffiseg. Edrychwch i weld lle mae hwn yng nghynlluniau gwaith eich ysgol i weld a fyddwch chi’n ei addysgu am y tro cyntaf, neu’n atgyfnerthu’r wybodaeth.

Syniadau i’ch ystafell ddosbarth

Mae arddangosiadau ymarferol, efelychiadau a gwaith ymarferol yn rhoi llawer o gyfleoedd i’ch myfyrwyr ddeall natur ddeinamig gronynnau. Holwch eich adran ffiseg i weld a oes ganddyn nhw fodel damcaniaeth ginetig (e.e. SciChem XPG050011; Timstar SI68190). Mae’r rhain yn defnyddio pelferynnau i fodelu’r gronynnau. Mae sylfaen sy’n dirgrynu yn ‘egnïo’r’ gronynnau. Drwy gynyddu’r cyflymder dirgrynu, gallwch chi fodelu solid, hylif a nwy.

Rhowch ambell ddiferyn o bersawr ar wydryn oriawr a gofyn i’r myfyrwyr godi eu llaw pan fyddan nhw’n gallu ei arogli

Mae efelychiadau sydd ar gael ar-lein, fel Cyflyrau mater pHET, yn caniatáu i chi ddangos effeithiau gwresogi ac oeri sylweddau. Bydd y myfyrwyr yn gallu gweld y newidiadau mewn cyflwr, a chysylltu hyn â symudiadau a threfniant y gronynnau. Meddyliwch am ganiatáu i’r myfyrwyr ymchwilio i’r efelychiadau eu hunain, naill ai yn y dosbarth neu fel gwaith cartref; gallai’r ddalen waith hon fod yn addas. Gweithgaredd papur arall posibl yw’r Cardiau model gronynnau gan y Gymdeithas Gemeg Frenhinol.

Mae trylediad gronynnau’n rhoi llawer o gyd-destunau defnyddiol i helpu myfyrwyr i wneud y cysylltiad rhwng y byd macrosgopig a’r byd is-ficrosgopig. Dechreuwch gydag arddangosiadau syml fel rhoi ambell ddiferyn o bersawr ar wydryn oriawr a gofyn i’r myfyrwyr godi eu llaw pan fyddan nhw’n gallu ei arogli. Dylen nhw arsylwi ar don o ddwylo’n codi wrth i ronynnau’r persawr ledaenu o’r gwydryn oriawr.

Mae modd dilyn hyn gyda thrylediad nitrogen deuocsid mewn jariau gwydr. Yn yr arddangosiad hwn, mae NO₂ yn cael ei syntheseiddio drwy gymysgu naddion copr ac asid nitrig crynodedig mewn un jar nwy. Bydd ail jar wedi’i llenwi ag aer wedyn yn cael ei gosod dros y top, ac mae’r NO₂ yn cael tryledu iddi. Bydd eich myfyrwyr yn arsylwi ar yr anwedd brown tywyll yn symud i’r jar uwch sy’n llawn aer. Gofynnwch iddyn nhw atgyfnerthu eu harsylwadau gyda diagramau o’r gronynnau gan ddangos cyn, yn ystod ac ar ôl. Dylen nhw anodi’r symudiadau a chymysgu’r nitrogen deuocsid a’r gronynnau aer.

Arddangosiad cyffredin yw socian gwlân mwynol ar wahân mewn asid hydroclorig crynodedig a hydoddiant amonia crynodedig, a’u rhoi ar naill ben i diwb gwydr mawr. Serch hynny, mae’n gallu bod yn anodd gosod hyn ac mae’n rhaid cael cwpwrdd gwyntyllu.

Dewis arall da yw tasg ymarferol tryledu ar ficro-raddfa, gyda’r holl gemeg yn digwydd ar ddalen blastig o dan ddysgl Petri. Yn gyntaf bydd y myfyrwyr yn gwneud arae o ddiferion ïodid/startsh ar ddalen blastig. Yn ail, byddan nhw’n cymysgu cwpl o ddiferion o asid a channydd i syntheseiddio ychydig bach o glorin. Yn olaf, mae’r trefniant cyfan yn cael ei orchuddio mewn dysgl Petri i gynnwys y clorin a chaniatáu iddo dryledu i’r diferion ïodid/startsh. Bydd eich myfyrwyr yn arsylwi ar y diferion yn tywyllu wrth i’r ïodin gael ei ddadleoli o’r hydoddiant a ffurfio’r cymhlygyn ïodin-startsh glas/du. Bydd modd iddyn nhw baratoi, cyflawni a chlirio’r cyfarpar o fewn 15 munud, sy’n rhoi digon o amser i drafod ac egluro. Lawrlwythwch y nodiadau i dechnegwyr a’r cyfarwyddiadau integredig o’r blwch uchod.

Camsyniadau cyffredin

Mae camsyniadau yn y pwnc hwn yn gyffredin ac yn gallu bod yn rhai dwfn. Dydy hyn ddim yn syndod ag ystyried y syniadau haniaethol rydyn ni’n ceisio helpu’r myfyrwyr i’w deall. Defnyddiwch adnoddau’r prosiect Tystiolaeth Orau mewn Addysgu Gwyddoniaeth i helpu i chwalu’r camsyniadau hyn – bydd Pwnc 1, Cysyniadau allweddol 1 Sylweddau yn ddefnyddiol gyda’r pwnc hwn.

Mae camsyniadau cyffredin yn cynnwys:

• Mae mater yn barhaus, yn hytrach na’i fod wedi cael ei ffurfio gan ronynnau ar wahân – mae profiad bob dydd yn atgyfnerthu hyn – mae solidau’n ’teimlo’ yn solet a hylifau’n aros gyda’i gilydd mewn diferion hyd yn oed os ydyn nhw’n cael eu chwistrellu. Mae trafod nwyon yn gallu helpu i gyflwyno gronynnau, ond gan eu bod yn ‘diflannu’, mae llawer o fyfyrwyr yn meddwl nad yw nwyon yno go iawn.
• Mae’r gofod rhwng gronynnau’n llawn aer – hyd yn oed pan fydd y myfyrwyr yn derbyn y syniad bod mater wedi cael ei wneud o ronynnau, mae hi’n dal yn bosibl ystyried taw aer yw’r gofod rhwng y gronynnau. Unwaith eto, mae bywyd bob dydd yn creu cydweddiad ffug gyda gwrthrychau solet a hylifol yn cael eu gwahanu oddi wrth ei gilydd gan yr aer rydyn ni’n ei anadlu.
• Mae grymoedd yn gyfrifol am holl symudiadau gronynnau – mae hyn yn cysylltu â chamsyniad cyffredin o ffiseg, lle ystyrir bod angen grym ar gyfer pob symudiad. Mae myfyrwyr yn cael trafferth gyda’r syniad bod gronyn yn dal ati i symud ar ôl iddo ddechrau. Mae profiadau bob dydd, fel pêl hoci yn rowlio i stop ar ôl iddi gael ei tharo, yn creu’r cydweddiad ffug hwn.
• Mae gronynnau’n newid cyflwr – e.e. pan fydd iâ’n ymdoddi, y gronynnau iâ sy’n ymdoddi i ffurfio gronynnau dŵr, yn hytrach na bod y sylwedd yn newid cyflwr oherwydd y newid mewn egni a safle’r gronynnau mewn perthynas â’i gilydd.
• Mae atomau a chelloedd tua’r un maint – nid yw cemegwyr a biolegwyr sy’n defnyddio ‘niwclews’ i ddisgrifio canol ein blociau adeiladu sylfaenol yn helpu hyn. Mae trafod graddfeydd cymharol gwrthrychau yn gallu helpu – e.e. mae cell ddynol 100,000x yn llai na bod dynol, ac mae atom 100,000x yn llai na chell ddynol. Mae fideos fel Powers of ten hefyd yn gallu helpu.

Asesu ffurfiannol

Gan fod y ddamcaniaeth ginetig yn un o’r modelau allweddol sy’n sail i lawer o gemeg, trafodwch hi’n rheolaidd, a rhoi digon o gyfleoedd i’r myfyrwyr greu arteffactau i’w helpu i fynegi ac i atgyfnerthu eu dealltwriaeth o’r model. Mae’n ddefnyddiol creu posteri sy’n dangos trefniant gronynnau solidau, hylifau a nwyon, wedi’u hamgylchu gan nodiannau o’r priodweddau. Gellid dangos y meini prawf llwyddiant er mwyn i’r myfyrwyr asesu gwaith ei gilydd, gan nodi elfennau i’w gwella. Os oes gennych chi ddelweddwr ar gael, dangoswch enghreifftiau ansawdd uchel i fodelu’r disgwyliadau ar gyfer y dosbarth.

Mae cyfres Asesu ar gyfer Dysgu’r Gymdeithas Gemeg Frenhinol yn cynnwys dogfen ddefnyddiol sy’n trafod nifer o enghreifftiau o sylweddau mewn gwahanol gyflyrau. Efallai y bydd angen i chi ddewis yn ofalus, gan ei bod yn cynnwys enghreifftiau o gyfansoddion a chymysgeddau, ynghyd â gronynnau a ddangosir fel moleciwlau. Serch hynny, mae nodi’n gynnar bod gronynnau’n cael eu modelu fel cylch syml yn ddefnyddiol yn y drafodaeth gyffredinol ar ddefnyddio modelau wrth ddysgu am wyddoniaeth.

Cynnydd i 14-16

Mae strwythur mater ar y lefel is-ficrosgopig, a’r grymoedd rhwng gronynnau, yn sail i’r esboniad o briodweddau macrosgopig. Yn ystod 11–14, mae myfyrwyr yn dechrau gwerthfawrogi natur y gronynnau (atomau, ïonau, moleciwlau). Yn 14–16, byddwch chi’n ehangu ar sut mae’r gronynnau gwahanol hyn yn cael eu ffurfio a sut mae hyn yn effeithio ar natur y grymoedd rhyngddyn nhw. Bydd angen i’r myfyrwyr allu adnabod yr hyn sy’n debyg ac yn wahanol rhwng bondio ïonig, cofalent a metelig, a grymoedd rhyngfoleciwlaidd gwan.

Maes allweddol arall yw cineteg adweithiau – mae damcaniaeth gwrthdrawiadau yn cael ei honni ar ddealltwriaeth bod gronynnau’n gwrthdaro, ac mae’r modelau a ddefnyddir ar y lefel hon yn atgoffa rhywun o’r model gronynnau.

Yn olaf, mae gorgyffwrdd cryf rhwng cemeg a ffiseg yn y maes astudio hwn. Mae newidiadau cyflwr yn cael eu trafod yn fanylach o lawer mewn ffiseg, gan edrych ar egni mewnol sylweddau ac egluro egni cinetig a photensial. Ar ôl dysgu hyn mae hi’n haws o lawer egluro’r ddau fan gwastad ar gromliniau gwresogi/oeri sylweddau.