Struktura heksenu

Poprawna odpowiedź

1. Prawda;

2. Prawda;

3. Fałsz.

Wymaganie ogólne

1.1 Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł z wykorzystaniem technologii informacyjno – komunikacyjnych.

Wymaganie szczegółowe

2.12 Wewnętrzna budowa materii. Uczeń definiuje pojęcie wartościowości jako liczby wiązań, które tworzy atom, łącząc się z atomami innych pierwiastków/ odczytuje z układu okresowego wartościowość maksymalną dla pierwiastków grup: 1., 2., 13., 14., 15., 16. i 17. (względem tlenu i wodoru).
8.3 Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń tworzy wzór ogólny szeregu homologicznego alkanów (na podstawie wzorów trzech kolejnych alkanów) i układa wzór sumaryczny alkanu o podanej liczbie atomów węglarysuje wzory strukturalne i półstrukturalne alkanów.
8.6 Węgiel i jego związki z wodorem.Uczeń podaje wzory ogólne szeregów homologicznych alkenów i alkinów/ podaje zasady tworzenia nazw alkenów i alkinów w oparciu o nazwy alkanów.

Komentarz

Omawiane zadanie odnosi się do wymagań podstawy programowej dla gimnazjum dotyczących analizy struktury chemicznej związków organicznych. Związek przedstawiony na rysunku – heksen – należy do węglowodorów nienasyconych, alkenów. Na rysunku przedstawiono model kulkowo-pręcikowy tego związku. Uczeń na poziomie III klasy gimnazjum powinien już wiedzieć, co to jest wartościowość pierwiastka oraz umieć podzielić węglowodory na podstawie ich wzoru strukturalnego na alkany, alkeny i alkiny. 

Aby prawidłowo rozwiązać zadanie, uczeń powinien:

• wiedzieć, że alkeny to węglowodory nienasycone, czyli związki węgla i wodoru, w których występuje jedno wiązanie podwójne między dwoma atomami węgla;
• przeanalizować wzór kulkowo-pręcikowy heksenu i zauważyć, że czarne kulki przedstawiają łańcuch węglowy, a kulki białe to atomy wodoru;
• zauważyć, że każda kulka czarna (atom węgla) jest połączona wiązaniem przynajmniej z jedną kulką białą (atom wodoru), a więc stwierdzenie 2 jest prawdziwe; 
• wiedzieć, że wartościowość to liczba wiązań, które tworzy atom, łącząc się z innymi atomami, a następnie zauważyć, że każdy atom węgla na rysunku jest połączony 4 wiązaniami z innymi atomami (trudnością może być dostrzeżenie podwójnego wiązania między dwoma pierwszymi atomami węgla) i wyciągnąć z tego wniosek, że wszystkie atomy węgla w heksenie są czterowartościowe (stwierdzenie 1 jest prawdziwe); 
• w przypadku stwierdzenia 3 do poprawnej odpowiedzi prowadzą dwie drogi rozumowania: a) jeśli uczeń zna wzór ogólny dla alkenów C_nH_2n, gdzie n to liczba atomów węgla, a 2n oznacza dwukrotnie większą liczbę atomów wodoru, to będzie wiedział, że trzecie stwierdzenie jest fałszywe; b) uczeń może policzyć liczbę kulek czarnych i białych na rysunku, a następnie obliczyć proporcję między liczbą atomów węgla i wodoru (1:2) i wyciągnąć wniosek, że ostatnie stwierdzenie jest fałszywe.

Poniżej przedstawiono wyniki procentowe badania przeprowadzonego na grupie 167 uczniów z III klas gimnazjów (właściwe odpowiedzi zaznaczono pogrubioną czcionką).

Prawdopodobieństwo udzielenia poprawnej odpowiedzi drogą losową dla każdego stwierdzenia równe jest 50%, a więc prawdopodobieństwo, że całe zadanie uda się rozwiązać, „strzelając”, wynosi 12,5%. Ogólnie całe zadanie poprawnie rozwiązało 38,9% uczniów.

Najmniej poprawnych odpowiedzi uczniowie udzielili w przypadku stwierdzenia 1 – 48,5%. Przyczyną mógł być brak wiedzy, czym jest wartościowość bądź niezrozumienie tego pojęcia. Mogło się też zdarzyć, że uczniowie nie zauważyli wiązania podwójnego między pierwszym a drugim atomem węgla (licząc od lewej) i uznali, że te atomy węgla są trójwartościowe. Tylko uczniowie, którzy osiągnęli najlepsze wyniki z całego testu, mieli rezultaty na poziomie 85% (wyniki uczniów podzielono na sześć równolicznych grup: 1 – grupa uczniów, którzy uzyskali najniższe wyniki w całym teście, 6 – grupa uczniów o najwyższych wynikach).      

Inaczej było w przypadku stwierdzenia 2 – nieomal wszyscy uczniowie wybrali poprawną odpowiedź. Uczniowie, którzy udzielili błędnej odpowiedzi, najprawdopodobniej nie wiedzieli, czym jest heksen bądź nie potrafili prawidłowo zidentyfikować łańcucha węglowego i atomów wodoru w modelu kulkowo-pręcikowym.

Niemal trzy czwarte uczniów rozwiązało prawidłowo także ostatni podpunkt z tabeli. Uczniowie, którzy udzielili błędnej odpowiedzi, mogli nie wiedzieć, że alkeny mają dwa razy więcej atomów wodoru niż atomów węgla, nie pamiętali wzoru ogólnego alkenów, źle policzyli atomy w modelu kulkowo-pręcikowym lub przeczytali tekst mało uważnie i zrozumieli, że to atomów wodoru jest dwa razy więcej niż atomów węgla.        

Uzyskane wyniki badania pokazują, że jest to zadanie dość trudne i dobrze różnicujące uczniów pod względem mierzonej umiejętności – tylko ci z grupy o najwyższych wynikach w całym teście nie mieli szczególnych problemów z jego rozwiązaniem.

Słowa kluczowe