TANÍTÁSA KÉMIA · kat! Miért is? Szénbõl bizony bõven akad egy peptidben vagy fehérjében, és minél több szén-atomunk van, annál bizonyosabb, hogy akad közöttük a

TANÍTÁSAMÓDSZERTANI FOLYÓIRAT

AK

ÉMIA

XX. ÉVFOLYAM 20124M·ZAIK

www.mozaik.info.hu

Proteomika(Dr. Darula Zsuzsa – Dr. Gulyás Éva – Dr. Klement Éva –

Dr. Medzihradszky-Fölkl Katalin)

Milyenek a Leclanché-féle„szárazelemek”?

(Dr. Galbács Zoltán)

Tévképzetek a kémiában –Könyvismertetés

(Kapitány János Sándor)

MOZAIK KIADÓ2

A KÉMIA TANÍTÁSA 2012. december

Közlési feltételek:A közlésre szánt kéziratokat gépelve (két példányban),

floppy lemezen vagy e-mailen ([email protected]) küld-jék meg a szerkesztõség címére. A kéziratok lehetõleg ne ha-ladják meg a 8-10 gépelt oldalt (oldalanként 30 sorban 3100karakter/oldal). A rajzokat, ábrákat, táblázatokat és fényké-peket külön lapon megfelelõ szövegezéssel kérjük ellátni. (A szövegrészben pedig zárójelben utaljanak rá.)

Kérjük, hogy a szövegbeli idézetek név- és évszámjelölés-sel történjenek, míg a tanulmányok végén a felsorolt iroda-lom alfabetikus sorrendben készüljön. Kérjük szerzõtársain-kat, hogy a kéziratok beküldésével egyidejûleg szíveskedjenekközölni pontos címüket, munkahelyüket és beosztásukat. A cikk megjelenése után a lemezeket visszaküldjük.

A KÉMIATANÍTÁSAmódszertani folyóirat

Szerkesztõség:Fõszerkesztõ:

Németh VeronikaA szerkesztõ munkatársai:

Dr. Adamkovich István Dr. Tóth Zoltán

Szerkesztõség címe:6723 Szeged, Debreceni u. 3/BTel.: (62) 470-101,FAX: (62) 554-666

Kiadó:MOZAIK Kiadó Kft.Felelõs kiadó: Török Zoltán Tördelõszerkesztõ: Forró LajosBorítóterv: Deák Ferenc

Megrendelhetõ: MOZAIK Kiadó6701 Szeged, Pf. 301

Éves elõfizetési díj: 1680 Ft

A lap megvásárolható aMOZAIK Könyvesboltban:Budapest VIII., Üllõi út 70.

A Kémia Tanításában megjelenõ valamennyi cikket szerzõi jog védi. Másolásuk bármilyenformában kizárólag a kiadó elõzetes írásbeli engedélyével történhet.

ISSN 1216-7576

Készültaz Innovariant Kft.-ben, SzegedenFelelõs vezetõ: Drágán György

TARTALOMProteomika

Dr. Darula Zsuzsa tudományos munkatárs,

Dr. Gulyás Éva tudományos munkatárs,

Dr. Klement Éva tudományos munkatárs,

Dr. Medzihradszky-Fölkl Katalin tudományos tanácsadó,

MTA SZBK Proteomikai Kutatócsoport

Milyenek a Leclanché-féle „szárazelemek”?Dr. Galbács Zoltán ny. egyetemi docens,

SZTE Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, Szeged

Tévképzetek a kémiában – KönyvismertetésKapitány János Sándor középiskolai tanár,

Wesselényi Miklós Mûszaki Szakközépiskola, Budapest

Átadták a Magyar Kémia Oktatásért-díjakat

Tizenkettedik Rátz Tanár Úr Életmûdíj

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 2

Napjainkig a tudományos kutatás általá-ban úgy folyt, hogy a kutatók felállítottakegy hipotézist, ennek alapján kísérleteket

terveztek, amelyek eredményei a hipotézis bizo-nyítékát vagy cáfolatát szolgáltatták. Manapsággyakrabban folytatunk ún. rendszer-biológiaivagy az angol kifejezés tükörfordításával élve„felfedezések hajtotta” kutatást. Persze ilyesmirégebben is létezett, hiszen a hipotézisek kialakí-tásához szükség volt elõzetes megfigyelésekre,adatokra. A különbség az, hogy most tudatosanpróbálunk nagy mennyiségû kvalitatív és kvan-titatív adatot gyûjteni egy adott rendszerrõlalapállapotban (kontroll) és különbözõ egyébhelyzetekben – pl. stimulánsok hatása után,vagy stressz helyzetben, vagy „meghibásodásesetén”, azaz betegségek során stb., továbbá,hogy az adatok feldolgozása nem csupán egy jómegfigyelõképességû egyén agyában zajlik, ha-nem megfelelõ informatikai infrastruktúra(hardver és szoftver) segítségével.

A humán genom szekvenálása volt a legje-lentõsebb az úttörõ jellegû, nagy volumenû ésnem hipotézisen alapuló projektek közül. Hatal-mas elvárásokkal indult ez az akkor éveketigénybevevõ, nemzetközi összefogást igénylõmunka. Joggal (és naivan) hittük, hogy a teljesgenom szekvenciával kezünkbe kapjuk a kul-csot az emberiség sokszínûségéhez, megértjükmajd a különbséget egészség és betegség közöttstb. Bizonyos csalódással kellett tudomásul ven-nünk, hogy nem így van, nem ennyire egyszerûa dolog. A kutatás azóta is folyik, hogy minéltöbb információt kicsikarjunk az összegyûjtött

genetikai adatokból, de közben más területekenis megindult a hasonló, nagy volumenû „erede-ti adatfelhalmozás”.

A genom-szekvenálás egyik hatalmas ered-ményeképp a fehérje-adatbázisok „feldagad-tak”. Fehérjéink szekvenciája ott rejlik geneti-kai kódunkban. A lefordítás nem teljesenegyértelmû – de ennek magyarázata túlmutatezen a fejezeten. A lényeg annyi: a genomszekvenálás eredményeképp rengeteg „lehetsé-ges fehérje” szekvenciája jelent meg az adatbá-zisokban. Csak éppen azt nem lehetett tudniezekbõl az adatokból, megszintetizálja-e szerve-zetünk valaha is ezeket a fehérjéket. És ha igen:mikor, mennyit és milyen formában.

Mindenekelõtt tisztázzuk az alapfogalmakat.(h t tp : / /hu .w ik iped ia .o rg /w ik i /Fehér j e ;http://hu.wikipedia.org/wiki/Aminosavak) A fe-hérjék többnyire húszféle, ún. fehérjealkotóaminosavból épülnek fel. Egy aminosav általá-nos képlete NH2-CH(R)-COOH. PrecízebbenL α-aminosavakról van szó. A görög betû aztjelzi, hogy az aminocsoport a fõ funkciónak te-kintett karboxil-csoporthoz közvetlenül kapcso-lódó szénatomon van. Ugyanehhez a szén-atomhoz kapcsolódik az aminosavat azonosítóoldallánc (R). Miután egy szénatomhoz négyfé-le különbözõ csoport kapcsolódik (a glicin kivé-telével), és ez az elhelyezkedés tetraéderes, en-nek az a következménye, hogy ezen vegyületekkét változatban léteznek, egymás tükörképi pár-jaként. Úgy mondjuk, hogy optikai izomerek.Szervezetünk a két variációból csak az egyikethasznosítja, ezt jelzi az ‘L’ betû. A fehérjékben

MOZAIK KIADÓ 3

2012. december A KÉMIA TANÍTÁSA

* A cikk a Biológiai Háttéranyag-tár számára készült: http://www.dgci.sote.hu/biolhatteranyag. A szerzõk szívesengedélyével közöljük.

Dr. Darula Zsuzsa – Dr. Gulyás Éva – Dr. Klement Éva –Dr. Medzihradszky-Fölkl Katalin

Proteomika*

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 3

az aminosavak ún. peptidkötéssel kapcsolód-nak egymáshoz: NH2-CHR1-CO-NH-CHR2-CO-....NH-CHRn-COOH. Konvenció szerintmindig a szabad aminocsoport, azaz az amino-vagy N-terminus felõl kezdjük leírni az aminosa-vak sorrendjét, azaz szekvenciáját. A jobb olda-lon lévõ véget karboxi- vagy C-terminálisnaknevezzük. Az aminosavak megfelelõ (hírvivõ,azaz „messenger” RNS által közvetített) sor-rendben való összekapcsolása az ún. transzlá-ció. Már az aminosav-lánc kiépítése közben, defõképp utána kémiai változások történhetnek afehérjékkel: pl. a láncot egy másik fehérje (en-zim) darabokra hasíthatja, vagy egy kémiailagaktív oldalláncra valami módosító csoportot pa-kolhat. Ezek az ún. poszt-transzlációs módosítá-sok. Szerepük sokféle lehet – bizonyos enzimek,hormonok aktivitásához az kell, hogy elveszít-sék szekvenciájuk egy részét; a jelátvitelhez fosz-fát-csoportokat kell egy fehérje adott oldallán-cára helyezni, majd amikor betöltöttefunkcióját, el kell távolítani; vannak fehérjék,amiket oldallánc-módosító zsírsav-„horgony”rögzít a sejtmembránhoz stb.

Tehát az analitikus feladata: határozza meg,milyen fehérjék vannak jelen egy fehérje-komp-lexben, vagy egy sejtorganellumban, vagy akáregy teljes sejtben. Aztán, ha ezt kiderítette,mondja meg azt is, milyen módosítások estekmeg ezzel a fehérjével, és lehetõleg kvantitatívválaszt is adjon mindezekre a kérdésekre.

Igen ám, de hogyan?!Fehérjéket régen is analizáltunk. Ha az ami-

nosav sorrendre voltunk kíváncsiak, kémiai re-akcióhoz folyamodtunk, pontosabban olyan re-akció-sorozathoz, ami megjelölte az N-terminálisaminosavat, aztán lehasította, azonosította, ésutána kezdte a folyamatot elölrõl az immáron újterminális aminosavval. Ezt hívják Edman-de-gradációnak, vagy Edman-szekvenálásnak. Elégsok (>10 pmol) és egységes anyag kell hozzá,nem mûködik olyan fehérjékre, ahol az N-termi-nális módosítva van (a „blokkolt” vég meglehe-tõsen gyakori). (http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_sequencing#Edman_degradation;

http://www.biotech.iastate.edu/facilities/pro-tein/nsequence494.html). Immunreakción ala-puló detektálással (ún. Western blot; http://en.wikipedia.org/wiki/Western_blot) szinténazonosíthatunk fehérjéket. Ez többnyire nagyonspecifikus, és rendkívül kevés fehérjét is detek-tál. Csak az a probléma, hogy elõre tudnunkkell, mit keresünk.

A megoldást a modern tömegspektrometriaszolgáltatta. (http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_mass_spectrometry)

A cél: molekulák szerkezetének meghatáro-zása tömegmérés alapján. Ehhez elõször megkell határozni a teljes molekula tömegét minélpontosabban. Aztán valahogy darabokra kelltörni a molekulát, és a darabok tömegét is megkell mérni. Ha ismert szerkezetû molekulákkalkezdünk, kitalálhatjuk a „fragmentálódás” sza-bályait, és a tanultakat alkalmazhatjuk ismeret-len molekulákra.

Mérleg híján egyéb fizikai eszközöket kell al-kalmaznunk. Ionok jól terelgethetõek elektromosés mágneses térben – vagyis szortírozhatóak ésmérhetõek. Tehát a mérendõ molekulákat ioni-zálni kell (nagy vákuumban, hogy ne veszítsükel az ionokat a levegõ alkotóival való ütközéseksorán).

Nem térhetünk ki a technikai részletekre, ezmegint egy külön fejezet lenne (http://en.wikipedia.org/ wiki/Mass_spectrometry).

A lényeg az, hogy fehérjék vagy fehérje-da-rabkák, ún. peptidek ionizációjára az ún. „elec-trospray” (elektro-porlasztás) a legalkalmasabb.A Nobel-díjas feltalálónak, John Fenn-nek a rég-óta használt festékszóró adta az ötletet: szûk ka-pillárisban áramlik a vizsgálandó oldat, a kapillá-rison néhány kV feszültség, a tömegspektrométerbemeneti nyílása pár milliméterre van leföldelve,a potenciálkülönbségnek hála többszörösen töl-tött cseppecskék képzõdnek, amikrõl a rövidúton (amíg elérik az „ajtót”) „lehámozódnak”az oldószer-molekulák, és a készülékbe már a többszörösen töltött peptid-ionok lépnek. A fe-hérjékben bõven akad bázikus csoport, a hasz-nált oldószer rendszerint tartalmaz egy kevés sa-

MOZAIK KIADÓ4


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 4

vat, így rendszerint egyszeresen vagy többszörö-sen protonált ionokat tanulmányozunk.

A tömegspektrométer megfelelõ fizikai meg-oldásokkal tömeg/töltés (m/z) arány alapján vá-logatja szét az ionokat. A legegyszerûbben meg-magyarázható megoldás a repülési idõ mérése.A belépõ ionokat egy elektród az eredeti repü-lési irányra merõlegesen kilöki és a repülési csõvégén detektáljuk a beérkezõ ionokat. Miutánminden iont ugyanakkora feszültséggel lökünkki, minél nehezebb egy ion, annál kisebb sebes-ségre tesz szert, azaz lassabban repül. Minéltöbb töltés van egy adott tömegû ionon, annálsebesebben ér célba. Az óra abban a pillanat-ban indul, amikor az ionokat meglöki az elek-tród. Modern technikával már pár nanoszecun-dum (10-9 másodperc) idõkülönbséget isdetektálni tudunk. Az ionok útja elég kurta(mondjuk 1–2 m), és általában m/z 2000 a mé-réshatár. Miután m/z alapján „szortírozunk”, haelég sok protont képes egy molekula felvenni,akkor akár egy 100 kDa-os molekula is beleférebbe a méréstartományba (Da = Dalton, a tö-megmérés egysége. A szén 12-es izotópjának a tömege 12,000 Da vagy amu, azaz atomi tö-megegység).

Hogy is néz ki egy tömegspektrum?Míg kémiai reakciókban az izotópok keveré-

kével dolgozunk és számolunk, addig a tömeg-

spektrometriában ezek az izotópok láthatóválesznek. Tegyük fel, hogy sósavat mérnénktömegspektrometriával. Mindenki tudja, a hidro-gén-klorid összetétele HCl, molekulatömege36,46 g/mol. De ilyen tömegû iont hiába is ke-resnénk a tömegspektrumában! Két csúcsot fo-gunk látni (1. ábra).

Ugyanis a klórnak van egy 35-ös és egy 37-es izotópja, és ezek elõfordulási aránya 3:1.

A fehérjéket alkotó elemek – C, H, N, O, S– közül csak a kénnek van „jelentõs” mennyisé-gû természetes izotópja, a 34S kb. 4%-ban for-dul elõ. Úgy gondolná tehát az ember, hogynemigen kell figyelmet fordítanunk az izotópok-ra, hiszen csak két kéntartalmú fehérjealkotóaminosav létezik (metionin, cisztein), és ezeksem olyan gyakoriak, a következõ leggyakoribbfehérjealkotó izotóp pedig a 13C 1,1%-os elõfor-dulási aránnyal. Mit számít az? Hát bizony so-kat! Miért is? Szénbõl bizony bõven akad egypeptidben vagy fehérjében, és minél több szén-atomunk van, annál bizonyosabb, hogy akadközöttük a nehezebb izotópból – egy fehérjébeneltörpül a csupán 12C-t tartalmazó csúcs (2.ábra).

A többi fehérjealkotó elem stabil izotópjai-nak elõfordulási aránya sokkal alacsonyabb: 2H– 0,02%, 15N – 0,37%, 17O – 0,04%, 18O –0,2%. Tehát amikor egy peptid spektrumában

MOZAIK KIADÓ 5


1. ábraHidrogén-klorid izotóp-eloszlása (elméleti tömegspektruma)

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 5

MOZAIK KIADÓ6


2. ábra

Elméleti izotóp-eloszlás, C10



Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 6

detektáljuk az izotóp-csúcsokat, azokért elsõsor-ban a jelenlevõ nagyszámú szénatom a felelõs,de azért hozzájárulnak egy kicsit a többiek is. Miennek a következménye? Elõször is, a csúcs-so-rozatban csak a legeslegelsõ (nem a legintenzí-vebb!) ion homogén, azaz minden elembõl csakegyfajta izotóp lehet jelen, ezért is nevezzükmonoizotópos ionnak. Amennyiben az izotópo-kat el tudjuk különíteni a mérés során (úgymondjuk, elegendõ a felbontás), akkor mindiga monoizotópos tömeget határozzuk meg, mertezt tudjuk a legpontosabban mérni, hiszen azösszes többi ion keverék, és a különbözõ izotóp-csúcsok a felbontás függvényében átfedve, dekissé esetleg már szétválva nem annyira ponto-san mérhetõek (3. ábra).

A másik következmény az, hogy az izotóp-csúcsok közötti tömegkülönbségbõl meg tudjuk

mondani, hány töltés volt az ionon. Hogy is vanez? Az egyszeresen töltött ion (MH+) izotópjaiközött kb. 1 Da különbség van. A kétszeresentöltött ion (MH2

2+) izotópjai egymástól már csak0,5 Da-ra vannak (ne feledjük, m/z alapján szor-tírozunk!), a háromszorosan töltött ionoknál a különbség 0,33 Da-ra csökken és így tovább.Tehát tulajdonképpen csak le kell számolnunk,hány izotópcsúcs jut 1 Da-ra, és megvan a töl-tésszám! Egy molekula többféle töltésállapotbanis megjelenhet. Alacsony felbontású tömegspek-trometriánál (amikor az izotópcsúcsok összeszo-rulnak, és csak egy befoglaló csúcsot látunk)saccolnunk kell a mért tömegsorozatból, hailyesmire gyanakszunk, vagy meg kell oldanunkegy kétismeretlenes egyenletrendszert. Mond-juk, hogy a spektrumban két csúcs jelent meg ésarra gyanakszunk, hogy ezek összetartoznak.

MOZAIK KIADÓ 7


3. ábraPeptid molekula-ionja, nagy és kis felbontással „mérve”. Monoizotópos és átlagtömeg

2576,41

2577,41

2575,41

2578,42

2579,42

2 2573 2574 2575 2576 2577 2578

m/z

2579 2580 2581 2582 2583 2584

2580,42

2581,42 2582,42 2583,42

MH+átlag = 2577,1

MH+mono = 2575,4

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 7

Ha az alábbi spektrumban nem lennének a kiemelt számok (8;7,6,5), akkor csak annyittudhatnánk, hogy ha az m/z 1222,6 ’n’ töltéstvisel, akkor m/z 1019 ’n+1’ töltéssel kell, hogyrendelkezzen. Miután a töltések száma a begyûj-tött protonokat is jelenti, a következõ egyenlet-rendszerrel kell dolgoznunk, ha a töltések számátés a semleges molekulatömeget is szeretnénk „ki-találni”: 1019 ⋅ (n + 1) – (n + 1) = MW, illetve1222,6 ⋅ n – n = MW. Innen már egyszerû, ugye?

Ez a spektrum viszont nagy felbontással ké-szült, a jobb felsõ sarokban látható az egyik ionklaszter „közelebbrõl”. Abból az ábrácskábólnyilvánvaló, hogy az m/z 1019 ion 6 töltést vi-sel, és a peptid monoizotópos semleges töme-ge: 6105,13 (amikor ezt számoltuk, már nem a kerekített protontömeget használtuk, hanem

a pontosat: 1,007825 – a pontos tömegméré-seknél így dukál). (4. ábra)

Mint a fenti példából is látható, nagyobbacs-ka peptidek monoizotópos tömegét is meg tud-juk határozni. Milyen pontosan? A titok: a fel-bontáson kívül a készülék stabilitásán (rezgés –lásd közeli fõút erõs kamionforgalma, vagy hõ-mérséklet-változás – minden tömegspek-trometriás laboratórium klimatizált) és a kalibrá-ción múlik a dolog. Jól kiválasztott, ismerttömegû mintával állítjuk be a masinát. Ha ezt a mintát külön mérjük, külsõ kalibrációról beszé-lünk. Ha a kalibráló anyag (standard) jelen vanminden éles minta mérésekor, akkor belsõ kalib-rációt alkalmazunk. A mérések pontosságát pe-dig a mérendõ tömeghez viszonyítva adjukmeg, nem százalékban, hanem milliomod ré-

MOZAIK KIADÓ8


4. ábraEgy nagyobb peptid ESI spektruma.

A jobb felsõ sarokban egy szûkebb tömegtartományt mutatunk be

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 8

szekben. A legjobb készülékek belsõ kalibráció-val már csupán 1 milliomodrészt tévednek! Azaz a mérés hibája 1 ppm (parts per million).

Ha egy relatíve kis molekulának mérjük a tömegét ilyen pontosan, akkor elemi összeté-telét is meghatározhatjuk. De egy adott képlettöbb kémiai szerkezetet írhat le. Ráadásul azaminosavak elemi összetétele eléggé hasonló.Tegyük fel, hogy a mért MH+ 1260,5992, és 0,3ppm pontossággal sikerült meghatároznunk.Még így is 5 különbözõ elemi összetétele lehet a peptidnek, ami 497 különbözõ aminosav ösz-szetételnek felel meg, és a lehetséges permutá-ciók száma: 853571872. (http://prospector.ucs-f.edu/prospector/cgi-bin/msform.cgi?form=mscomp) Tehát további információra van szükség,ha szeretnénk egy peptidet azonosítani. Ezt azinformációt pedig ún. fragmentációs analízissel,vagyis MS/MS kísérlettel szerezhetjük meg.Technikai oldalról az akció tandem tömegspek-trometriával valósítható meg. Az elsõ tömeg-analizátor segítségével kiválasztjuk az elegybõl a bennünket érdeklõ iont, azután a molekulát azún. ütközési cellában nitrogénnel vagy argonnalütköztetve (ütközéses aktiválás, collision-in-duced dissociation = CID) darabokra törjük, ésazok a darabok, amelyeken van töltés, mérhe-tõek a második tömeganalizátorral. Az üt-közés(ek) során begyûjtött energia egy részevibrációs energiává alakul, és különbözõ köté-sek hasadhatnak, nyilván a gyengébbek elõbbszállnak el. Az egyszerûség kedvéért tekintsükúgy, hogy peptidek esetében csak maga a pep-tidkötés hasad. Ha a töltés az N-terminális da-rabon marad, ’b’ ionok képzõdnek, amiket a terminális felõl számozunk. Amikor a töltés a C-terminális darabon marad, akkor ’y’ frag-mensekrõl beszélünk, ezeket is a megfelelõ ter-minálistól számozzuk. (5. ábra)

A peptidek fragmentációja nyilván szekven-ciafüggõ, azonkívül még befolyásolja a folya-matot egy csomó dolog, többek között az is,hogy milyen készüléket használunk, de ebbe ta-lán most ne menjünk bele. A lényeg, hogy az

aminosav-sorrend alapján egy peptid MS/MSfragmenseinek tömegét kiszámíthatjuk:http://prospector.ucsf.edu/prospector/cgi-bin/msform.cgi?form=msproduct (azt nem tud-juk megjósolni, mind megjelennek-e, és haigen, milyen intenzitással, de hát semmi sem tö-kéletes).

Mire jó ez az egész?Ideális esetben megmérhetjük egy teljes fe-

hérje tömegét. Ha a mért tömeg és a szekven-cia alapján számított tömeg stimmel, mindenrendben van. Ha különbözik, akkor a különb-ségbõl lehet arra következtetni, mi is történt.Mondjuk, ha a tömeg 16 Da-nal nagyobb,könnyen lehet, hogy valamelyik metionin (NH2 – CH(CH2 – CH2 – S – CH3) – COOH)oxidálódott. Persze az ilyen gyanút igazolni iskell. Egy fehérjét nem olyan könnyû MS/MS kí-sérletben megfelelõen darabokra törni. Másmódszerhez kell folyamodni.

Vannak olyan enzimek, amiknek az a dol-guk, hogy más fehérjéket feldaraboljanak. Az ilyen ún. proteolitikus enzimek gyakran válo-gatósak, és csak egy adott aminosav mellett haj-landóak hasítani, és annak is csak az egyik ol-dalán. A leggyakrabban használt enzim, a tripszin a két bázikus aminosav, az arginin (Arg,NH2 – CH(CH2 – CH2 – CH2 – NHCNH(NH2))– COOH) és a lizin (Lys, NH2 – CH(CH2 – CH2

– CH2 – CH2 – NH2) – COOH) C-terminálisánálhasít. Tehát, ha egy fehérje aminosav-sorrend-jét ismerjük, megjósolhatjuk, mekkora darabo-

MOZAIK KIADÓ 9


5. ábra

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 9

kat kapunk egy triptikus emésztés során. Aztánvégre is hajthatjuk az emésztést, és megmérhet-jük a darabokat. Egy nagy fehérje sokféle dara-bot produkálhat, ezért a komponenseket igyek-szünk szétválasztani. Peptidekre rendszerint ún.fordított fázisú kromatográfiát használunk. A peptidek vizes oldatát egy olyan oszlopra in-jektáljuk, amely hosszú szénláncokkal borított„gyöngyökkel” van töltve. A peptidek „ragad-nak” ezekhez a láncokhoz. Egy darabig moso-gatjuk a gyöngyöket vízzel, hogy megszabadul-junk az emésztés során használt sóktól. Aztánlassan, egyenletesen szerves oldószert keverünkaz oldatba, amely átfolyik az oszlopon, és a peptidek lassan „eleresztik” az oszlopot. A po-láros peptidek jönnek le elõször.

Könnyen belátható, hogy ez a szeparálás re-mekül kapcsolható a tömegspektrometriával.Az oszlopról lejövõ oldatot vezetjük be az „elec-trospray” kapillárisba, és szépen megmérjük azérkezõ peptideket.

Tudjuk, milyen tömegeket várunk. Amelyiknem található a megjósolt peptid-sorozatban,ott történt valami. Hogy a fenti példánál marad-junk, ha valóban egy metionin oxidáció történt,akkor egy metionint tartalmazó peptid tömege16 Da-nal magasabb lesz. Persze az is elõfordul-hat, hogy több ilyen aminosav van a fehérjé-ben, és mindegyik oxidálódott egy kicsit. Akkordetektáljuk ezen peptideket módosítatlanul, ésoxidálva is. Aztán elõfordulhat, hogy egy trip-tikus peptidben két metionin lapul, és hol azegyik, hol a másik oxidálódik. Egyszerre kétegyforma peptid-tömegünk van. Fragmentációsanalízis, azaz MS/MS fedi majd fel, melyik ami-nosavval történt a változás.

Hogyan is lehetne egy ilyen módszert hasz-nosítani mondjuk annak kiderítésére, milyen fe-hérjék vannak egy komplexben? Egyszerû! Izo-láljuk a fehérje-komplexet. Megemésztjük a fehérjeelegyet tripszinnel. Az így kapott pep-tideket elválasztjuk az elõbb leírt kromatográfiá-val, és tömegspektrometriával analizáljuk az„eluátumot”, azaz az oszlopról lejövõ pep-

tideket. Ha csak egyetlen fehérjénk lenne, akkor könnyû dolgunk lenne. Van egy mértpeptidtömeg listánk. Ezt a listát összevetjük azadatbázisban levõ fehérjékhez tartozó, szekven-ciájukon és a tripszin specificitásán alapuló „jó-solt” peptid-sorozatokkal. Ez az ún. LC/MS ana-lízis. Amelyikhez a legjobban stimmel, az azigazi. Sajnos a peptidek összetétele nagyon ha-sonló, így a tömegük is gyakran egyezik, azadatbázisban sok fehérje van, idõnként az ami-nosav-sorrendjük hasonló, azonkívül itt keveré-kekkel van dolgunk, tehát simán peptidtömegekalapján nem tudjuk a fehérjéket megbízhatóanazonosítani. Nyilván megbízhatóbb lenne a do-log, ha a peptidek szekvenciáját is meg tudnánkhatározni. Mi sem egyszerûbb! Az új készülékekképesek arra, hogy tömeget mérjenek, aztánautomatikusan kiválasszák az 'n' legintenzívebbkomponenst a mérés során detektált ionok kö-zül, és MS/MS analízist végezzenek rajta, aztánfolytassák ezt az alternáló adatgyûjtést a kroma-tográfiás szeparálás végéig. Az adatgyûjtés vé-gén lesz egy csomó triptikus peptidtömegünk,és a peptidtömegek mellé ott vannak az MS/MSfragmens tömegek is. Ebbõl egy ügyes prog-rammal olyan dokumentumot kreálunk, amimegjelenési sorrendben listázza a peptid-tömegeket, és minden peptidtömeg fejlécealatt a hozzátartozó fragmenseket. Ez az ún.csúcslista.

Ahogy egy fehérjéhez rendelhetünk egy pro-teolitikus emésztéssel produkálható peptid-tömeg sorozatot, így minden egyes peptidhezrendelhetünk egy, a szekvencia alapján kiszá-mítható MS/MS fragmens sorozatot. És ezt hasz-nosítjuk az ún. adatbázis lekeresések során.

Az adatbázis-lekeresõ szoftver (angolulsearch engine-nek hívják) „megemészti” in-sili-co az összes fehérjét az adatbázisban tripszinnel,azaz minden egyes szekvencia mellé felsorakoz-tatja a várható triptikus peptidek tömegeit. A szoftver utána veszi az elsõ peptidtömeget a csúcslistáról. Kikeresi az „in-silico” listából azösszes olyan megjósolt peptidet, aminek ugyan-

MOZAIK KIADÓ10


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 10

az a tömege. Ezek a jelöltek. Ezeket mind „frag-mentálja” in-silico, azaz számos fragmenslistátprodukál. Amelyik a legjobban passzol a mértlistához, az az igazi. A szoftver így végigmegy azösszes peptiden/spektrumon a csúcslistából – a végeredmény egy csomó azonosított fehér-jedarab. Utána a program összecsoportosítjaazokat a peptideket, amik egy fehérjéhez tartoz-nak, és a végeredmény egy fehérjelista.

A fentebb leírt analízis egy leegyszerûsítettkvalitatív kísérlet. Meglepõen jól mûködik, ah-hoz képest, hogy mennyi akadályt kell legyõz-nie. Mik ezek? Elõször is, a lekeresõ programszámára a kezdeti feltételek szentek. A fehérjékazonban biológiailag és kémiailag is aktív „te-remtmények”. Így egy enzim idõnként ott is ha-sít, ahol nem „illene”, vagy kifelejt legitim hasí-tó helyeket. Továbbá a mintaelõkészítés soránmindenféle vegyszereket használunk, amik rea-gálhatnak a fehérjéinkkel. A fehérjén lehetnektovábbá poszttranszlációs módosítások, amiket

a sejt pakol különbözõ oldalláncokra, esetleg a terminusokra a fehérjeszintézis alatt, után,permanensen vagy idõszakosan stb. Mindeze-ket a módosított, nem elõre „betervezett” dara-bokat sokkal trükkösebb azonosítani.

Ráadásul a fehérjéket a darabkáikból azo-nosítjuk, de nem minden fehérje hasítható ked-venc enzimünkkel elõnyösen ionizálható, frag-mentálható (és így „szekvenálható”) darabokra.Aztán a triptikus peptidekbõl meglehetõsen ne-héz következtetéseket levonni az egész fehérjé-rõl. Mi van akkor, mondjuk, ha a fehérjét a sejtegy hosszú láncként szintetizálja, utána ketté-vágva tárolja, és az aktív formához még eltávo-lít egy darabot? Ha olyan szekvenciát találunkaz elegyünkben, amely mind a három formá-ban megtalálható, bizony nem tudhatjuk, me-lyikbõl is származik.

És akkor még a mennyiségi analízisrõl nemis beszéltünk...

De hát ettõl szép és izgalmas a tudomány!

MOZAIK KIADÓ 11


Dr. Galbács Zoltán

Milyenek a Leclanché-féle „szárazelemek”?

Agalvánelemek felfedezése óta az elem-használat annyira elterjedt, hogy szinteelképzelhetetlen az élet nélkülük. A fény-

képezõgép mûködtetéséhez, a zseblámpához, a faliórához, az elemes játékokhoz stb. elemekethasználunk. Amikor még nem volt tranzisztorosrádió, csak elektroncsöves készülékek mûköd-tek, az elemek tették lehetõvé a rádiózást a ta-nyavilágban.

A legnagyobb arányban a GeorgesLeclanché-féle elemek terjedtek el. Különösen ak-kortól váltak jól használhatóvá, amikor az ún.szárazelemeket megalkották 1870–1890 körül.

Régebben, amikor az iskolai kísérletezéshez kö-rülményesebben lehetett anyagokat, eszközöketbeszerezni, a kimerült Leclanché-féle 4,5 V-os zseb-

lámpaelem szétbontásával lehetett szénrúdhoz jut-ni. A 4,5 V-os „zseb-telep”-ben 3 db 1,5 V-os szá-razelem található sorba kötve. Az egyes elemekhengeres tartálya cinkbõl készül. Ez az elem nega-tív pólusa. A henger belsejében egy szénrúd (mik-rokristályos grafit) van, tetején az áramvezetéstmegkönnyítõ (és forrasztható) sárgaréz sapkával,ez az elem pozitív pólusa. A rudat egy sötétbarna,textilzacskóba burkolt massza (MnO2, barnakõ) ve-szi körül és a massza is, valamint a hengeres tartályis egy nyálkás-kocsonyás anyaggal van kitöltve. Ez az ammónium-klorid (NH4Cl) oldat, az elektro-lit, amelyet pl. liszttel itattak fel. Az elem fölsõ végea külvilág felé szurokréteggel van lezárva.

A klasszikus Leclanché- (száraz) elem a szerkezetbõl következõen nem volt érzékeny

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 11

az elem helyzetére, fejjel lefelé állítva is mûkö-dött. A ki nem merült elem teljesen zárt volt. Az elektrolit kocsonyásítása (a szárazelem elõállí-tása) mellett praktikus volt az a megoldás is, hogya burkoló tartály maga az elektród. Ez utóbbiazonban hátrányára vált, amikor az elem kime-rült. Az elektródcink fogyása azt eredményezte,hogy a tartály lyukacsossá vált és a kocsonyás,savas kémhatású elektrolit kívülre kerülhetett.Az elektrolit savassága, a klorid-tartalom azérintkezõ fémeket, esetleg az elektromos beren-dezéseket is korrodálhatta. Ezért írják mindenelemes elektromos készülék használati utasítá-sába, hogy ha hosszabb ideig nem használja a készüléket, az elemeket vegye ki belõle. A fi-gyelmeztetés a mai napig megmaradt, annak el-lenére, hogy idõközben az elem-kifolyást igye-keztek mérsékelni (leak proof). Az elemvédõburkolatot kapott papírból, mûanyagból,nikkelezett vasból. Ha az egyes elemek külsõ fe-lületén sehol sem látszik a matt szürke cink fém-felület, akkor valamilyen kifolyás-védelmet be-építettek.

Az elem mûködése során a cink oldódik.Cink-ion képzõdik és az elektródon hátrama-radnak az elektronok. A töltést egy külsõ körben(pl. wolframszálas izzón keresztül) elvezetve, mi-közben hasznosul az energiája (az izzólámpa vi-lágít), az elektron a szénrúdra kerül. Itt az elekt-ronok redukálják a rúdhoz közeli anyagokat.Egyszerûsítve azt mondhatjuk, hogy az elektro-nok redukálják a mangán(IV)-oxidot man-gán(III)-má:

Zn → Zn2+ + 2e–

MnO2 + H2O + e– → MnO(OH) + OH–

Valójában a folyamat sokkal összetettebb.Egyrészt a cink oldódva nem egyszerû Zn2+-ionként lesz jelen, hanem különbözõ komplex-ionok képzõdnek. (A cink-ionhoz vízmolekula,ammónia, kloridion stb. koordinálódhat: pl.Zn(NH3)2Cl2, ZnO ⋅ Mn2O3, ZnCl2 ⋅ 4Zn(OH)2).A szénrúd elektronja sem közvetlenül redukáljaa mangán(IV)-et. Lehet elõbb hidrogéniont re-dukálni és az atomos hidrogén redukálja majd a mangán(IV)-et. A szénrúd közelében a már re-

dukálódott mangán(III)-nak odébb kell kerülni,hogy a távolabbi MnO2 is a szénrúd közelébekerülhessen stb. (A töltés tovakerülését segíti az,hogy szénporral – grafittal – keverik a mangán-dioxid töltetet.)

Az elemek annyira egyszerûek és jól hasz-nálhatók, hogy mindmáig gyártják különbözõméretû változataikat (AAA, azaz mini-ceruza-elem; AA, azaz ceruzaelem; C, azaz bébielem;D, azaz góliátelem méretekben) milliárdos da-rabszámban.

Az eltelt több, mint 100 év alatt több korsze-rûsítést is végeztek az elemeken. Az elõbb emlí-tett kifolyásgátlás mellett a nagyobb áramleadóképesség érdekében az elektrolitban az ammó-nium-kloridot cink-kloridra cserélték. (Az elembelsõ ellenállása kisebb lett.) A legjelentõsebbváltoztatással, a lúgos töltettel kb. 60 éve kerül-tek piacra az ún. alkáli elemek.

Ezeknél az elektrolitot 30%-os kálium-hidro-xidra cserélték. Elhagyták a cinkbõl készült ser-leget, helyette nikkelezett vastartályt használ-nak. A cinkelektród cinkporból lett kialakítva(sajtolva), mert a por nagyobb felülete nagyobbmérvû oldódást, s ezzel nagyobb áramot bizto-síthat. A mangán-dioxid réteghez grafitot kever-tek, hogy az áramvezetés jobb lehessen. Termé-szetesen a lezárás sem szurokkal, hanemkülönbözõ mûanyag alkatrészekkel lett megold-va. A mangán-dioxid depolarizátor elválasztásá-hoz sem textilzacskót, hanem lyukacsos mû-anyagot használnak. Az egyszerûsített folyamat:

Zn + 2 MnO2 + H2O → ZnO + 2 MnO(OH)ahol közbülsõ ion a [Zn(OH)4]

2–.

Mivel az elemek használata immár kikerül-hetetlen, gyártásuk, forgalmazásuk jó üzlet, s ezért igen sok gyártótól sok-sok különbözõ el-nevezésû elem kerül a boltokba. Az azonos kül-sõ méretû elemek árai igen különbözõek, olykor1:10 arányban is különböznek! Kérdéses, hogya tízszeres ár tízszeres teljesítményt nyújt-e?!

Ha a feliratokat szemléljük, ilyen elnevezése-ket találunk: „Super heavy duty”, „high energy”,„long life”, „ultra heavy duty” stb. Az elnevezésalapján azonban nem lehet tájékozódni, leg-

MOZAIK KIADÓ12


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 12

többször csalódás a vége. Elõfordulhat, hogy azoktatási intézmény tantermi falióráiba 1–2 ha-vonta kell ceruzaelemet cserélni, s úgy az évesüzemeltetési költség több, mint a falióra ára!

Régebben voltak olyan kiadványok (pl. „Na-gyító” havilap, „Teszt Magazin”), amelyekben a minõségellenõrzés eredményeit közreadva a vásárló tájékozódhatott. Olvashatott a termékáráról, elõnyös és elõnytelen tulajdonságáról, és választhatott. Mára megszûntek ezek a szolgálta-tások. (Egyrészt sokkal többfajta termék – pl.mosógép, vasaló stb. – van forgalomban, más-részt a minõségvizsgálat esetleg nem erõsítenémeg a reklámok hangzatos ígéreteit!)

A legegyszerûbb tájékozódást az ún. mAh(milliamper-óra) kapacitás megadása szolgálná.

Ha ez a szám 2000 mAh, akkor az azt jelen-ti, hogy az elem 1 mA áramfelvételû készüléket(pl. faliórát) 2000 órán át ( azaz kb. 83 naponkeresztül) tudná mûködtetni. Ha egy készülék a mûködéséhez 10 mA áramot igényel, akkorazt az elõbbi 2000 mAh kapacitású elem csak200 órán keresztül tudná mûködtetni (2000mAh : 10 mA = 200 óra). Sajnos ezt az igenhasznos tájékoztató adatot az elemeken nemtüntetik fel. (A vizsgált több tucatnyi elem közülcsak egyen, ott is csak az egyik nyelven írt is-mertetés szövegében volt olvasható a mAh ka-pacitás adat.) Néhány nagyobb gyártó honlap-járól egyes elemek (nem akkumulátorok)kapacitása is megismerhetõ, azonban az inter-netezés kevés boltban áll rendelkezésre.

Azért tanulunk, hogy a tanultakathasznosítsuk!

Mi magunk is meghatározhatjuk az elemekmAh kapacitását! Ehhez 1–2 elem „felál-

dozása” szükséges. A mellékelt kapcsolási rajzszerinti elrendezést kell kialakítani. Elemtartóbatett, két db sorba kötött elem (2x 1,5 V = 3 V)feszültségét úgy kötjük egy zseblámpaizzóhoz(pl. 3,8 V és 0,3 A adatú klasszikus lapos zseb-lámpa izzójához), hogy közbeiktatunk egy milli-ampert mérõ mûszert. Az izzót folyamatosan vi-lágíttatjuk és közben idõnként leolvassuk az

átfolyó áram erõsségét. Az áramerõsség kezdet-ben, a bekapcsoláskor a legnagyobb (az izzó ek-kor világít a legfényesebben). Néhány perc múl-va egy kissé alacsonyabb áram mérhetõ. Ez aszint kismértékben tovább csökken, majd né-hány óra múlva „hirtelen” nagyon lecsökken.Az izzólámpára rátekintve, annak fényességébõlis következtethetõ a teljesítmény változása. Cél-szerû az összekapcsolást követõen óránként(vagy ahogy alkalmunk adódik) feljegyezni azáramerõsséget. Az áramerõsség-idõ függvénytelkészítve megkapható az elemek jellegzetes tel-jesítmény görbéje. (Az 1. táblázat valós mérésieredményeit mindenki ábrázolhatja milliméter-papíron!) A mAh kapacitás a görbe alatti területösszegzése (az áramerõsség idõ szerinti integrál-ja). Addig az ideig kell a mérési adatokat figye-lembe venni, ameddig az izzólámpa világít(vagy amíg az áramerõsség az induló érték kb.felére csökken).

Az összegzést (numerikus integrálást) ábrá-zolás nélkül is elvégezhetjük. Tekintsük az 1.táblázat adatait, abból is az 5. és 6. órában mér-hetõ áramerõsségeket! Az 5. órában az átfolytáram erõssége 175 mA, a 6. órában 173 mAvolt mérhetõ. Egy órán keresztül (tehát az 5. és6. óra között) fokozatosan, kismértékben csök-kent az áram erõssége. Ez a teljesítmény úgy ve-hetõ, hogy a kezdeti (az 5. órában mért 175mA) és végsõ (a 6. órában mért 173 mA) áram-erõsség átlagával ((175+173)/2 = 174), azaz174 mA áramerõsség folyt az izzón keresztül egy

MOZAIK KIADÓ 13


1. ábra

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 13

órán át. Így az 5. és 6. óra között 174 mAh ka-pacitást fogyasztottunk el az elembõl. Ha ha-sonlóan a többi mérési pontpár közötti kapaci-tás fogyasztást is kiszámítjuk és azokatösszeadjuk, megkapjuk, milyen mAh kapacitá-sú, teljesítményû az adott elem. Az 1. táblázat-ban szereplõ elem kapacitása 2119 mAh-nakadódott.

Az elemek mAh kapacitása attól is függ,hogy milyen áramerõsséggel terheljük az ele-met. Ha kisebb áramerõsséget veszünk ki azelembõl, akkor nagyobbnak találjuk a kapaci-tást. Ha az áramkivétel nem folyamatos, hanemszakaszosan vesszük ki az áramot (és a kikap-csolt állapotban idõt hagyunk arra, hogy a mangán-dioxid depolarizátor „rendezze sora-it”, a kémiai folyamatok teljesebben lejátszódja-nak, beálljon egy egyensúly), akkor is valamivelnagyobbnak adódik a kapacitás.

Próbaképpen a kereskedelemben kaphatóelemekkel elvégeztem az elõbb ismertetett ka-pacitás vizsgálatot: 2-2 db ceruzaelemet (AA)sorba kötve milliamper mérõvel és egy zseblám-pa izzóval (3,8V 0,3A). (2. táblázat)

A mérési adatok alapján néhány megállapí-tás tehetõ:

– Nem a legjobban reklámozott márkák a leg-nagyobb kapacitásúak, még ha azokat adjáka legdrágábban is.

– Az angol nyelvû hangzatos dicséreteket cél-szerû figyelmen kívül hagyni.

– Azok az elemek, amelyek heavy duty elneve-zést tartalmaznak a csomagoláson, közönsé-ges cink-szén elemek, klasszikus Leclanchéelemek, legfeljebb ZnCl2 töltettel az NH4Clhelyett. (A csomagoláson általában feltüntetika Zn-carbon jelölést.)

– Amely elemeken (vagy csomagolásukon) lát-ható az alkaline felirat, azok nagyobb kapaci-tású alkáli elemek cinkporral és kálium-hidro-xiddal töltve.

– Minél nagyobb az elem tömege, annál többcinket (és mangán-dioxidot) tartalmaz, követ-kezésképp annál nagyobb kapacitású.

– Ha az elem bármely felületrészén látható a szürke, matt cink felület, az az elem a legki-sebb kapacitású fajtához tartozó, bármit is ír a gyártó. Legyünk óvatosak a használattal, azelem hamar „kifolyhat”!

– Érdemes az elem lejárati idejét is megnézni. A „Carbon-Zinc” elemek kb. 3 évig tárolha-tók, az „alkaline” elemek kb. négy-öt évig. A tárolás ideje alatt van csekély mértékû önki-sülés. Ezért, ha a vásárlás idejében az elemenjelölt „Best before….év lejárat a következõ év(még rosszabb, ha a jelen év), akkor gyana-kodhatunk, hogy az elem már jóval kisebb ka-pacitású, mint a gyártáskor.

– Az elemek tömeggyártással, automata gépso-ron készülnek. Ha a vásárlandó elem átlátszócsomagolásán keresztül látszik, hogy az elemalja maszatos, mintha lepedékes lenne, az arra

MOZAIK KIADÓ14


1. táblázatAz ábra szerinti elrendezésben mért áramerõsségek a bekapcsolást követõen

Mûködés ideje, óra Áramerõsség, mA Mûködés ideje, óra Áramerõsség, mA

0 200 8,0 170

0,5 185 9,0 168

1,0 180 10,0 164

2,0 179 10,50 162

3,0 178 11,0 160

4,0 177 11,5 157

5,0 175 12,0 153

6,0 173 12,25 142

7,0 172 12,75 60

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 14

MOZAIK KIADÓ 15


2. táblázatA kereskedelemben kapható (AA, Mignon, LR6, 1,5V) ceruzaelemek kapacitás adata és tömege

Gyártmány Jellemzés Kapacitás mAh Tömeg g/dbROBUST Super battery 555 12,74

STRONGER High power battery 315 10,70

TIDAL Heavy duty 569 12,59

SOMA (kék) Super heavy duty 492 12,59?

LONGLIFE Long life 749 13,46

TOSHIBA Heavy duty 753 17,39

GP Super Alkaline battery 1264 22,99?

SOMA (piros) Alkaline battery, New advanced 2207 24,34

DouBle Oxen Alkaline battery 1988 23,57

DURACELL Last longer…Much longer 1887 23,91

EVEREADY Heavy duty 787 17,50

VARTA Superlife 737 17,13

Power KING Super alkaline, 2000 mAh 2622 23,91

SHARP STAR New version, Super alkaline 2126 23,33

FITU Deluxe 907 14,63

ROBUST Super alkaline, New version 2072 23,65

PHILIPS Long life 691 15,80

GP Greencell Extra heavy duty 744 17,15

GP Super value, Super alkaline 2212 22,99

AGFA PHOTO Super heavy duty 909 15,16

Sky Green Extra heavy duty 807 13,90

AEROCELL Nagyteljesítményû alkáli elem 2104 23,33

REÁL Tartós elem 2498 22,82

ARCAS Alkaline 2222 23,33

SONY Ultra heavy duty 750 17,15

ARCAS Super heavy duty, High quality 919 14,61

VARTA High energy, alkaline 2375 23,58

ENERGIZER Ultra+, Essential power, Everyday 2119 23,28

555 High energy, alkaline 1784 23,32

S-BUDGET Power alkaline 2243 23,48

SiM PEX Professional, Ultra Power Alkaline 2378 23,65

MegaCell Super heavy duty 918 14,23

VARTA MAX TECH, Alkaline 2550 23,86

VARTA Longlife extra, Long lasting alkaline 1901 23,42

VARTA Energy, Simply alkaline 1878 22,85

Eveready Silver Long Lasting Power 877 18,06

TESCO Power Hu Tech, Extra long life, alkaline 2113 23,51

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 15

„Az utóbbi évtizedekben számos kutató fel-fedezte, hogy a gyerekek, tanulók és még a fia-tal felnõttek is saját elképzeléseket fejlesztenekki a »természet valódi mûködésérõl«. Az égéssel,a gázokkal vagy a tömegmegmaradással kap-csolatos prekoncepciókat figyelembe kell vennia tanítás során, a tanároknak észre kell venniükés megfelelõen kell reagálniuk ezekre az oktatásszínvonalának növelése érdekében. Vannak

»iskolagyártotta tévképzetek« is, melyek azegyensúly, a sav-bázis vagy redoxireakciók taní-tása során keletkezhetnek, elsõsorban a rossztanítási eszközöknek és a nem megfelelõ tanter-veknek köszönhetõen. Ennek a monográfiánakaz elsõdleges célja az, hogy segítséget nyújtsonaz egyetemeken, fõiskolákon és a közoktatás-ban tanító tanároknak a prekoncepciók azono-sításához és »gyógyításához«. Az »iskolagyártot-

utal, hogy gyártási hiba miatt az elem kifolyt,kimerült. Semmiképp se vegyünk belõle!

Az elemekre (csomagolásukra) írt figyelmez-tetéseket célszerû követni akkor is, ha azokat a gyártók a maguk védelmére (az esetleges kár-térítési igény kivédése céljából is) írták:

– Az elemeket nem szabad tûzbe dobni! Mindigtöbb mangán-dioxidot tartalmaznak, mintamennyi az elem cinktartalmához szükséges.Ezért az a tûzben a kloridion tartalmú elektro-littal mérgezõ klórt is fejleszthet. Egyéb reakci-ók robbanásszerûen is végbemehetnek!

– Az alkáli elemeket nem célszerû kibontani,mert a tömény kálium-hidroxid bõrre kerülve(és szembe jutva) a fehérjéjet oldja és súlyoskárosodáshoz vezethet!

– Az elemeket használat után veszélyes hulla-dékként kell kezelni! Általában ráírják, hogy0,0% Hg-t és Cd-ot tartalmaznak. Ez csak arrautal, hogy nem adtak az elemhez extra higanytvagy kadmiumot (katalizátorként sem). Nemazt jelenti, hogy egyáltalán nincs az elembenhigany, vagykadmium! Egyrészt, az elem

technikai minõségû anyagokból készül (ésnem az analitikailag legtisztább készítmények-bõl), ezért eleve jelen lehet vegyszerszennye-zésként a higany és a kadmium is, továbbá a cink gyakori szennyezéseként az ólom is(még ha depolarizátorként PbO2-t nem is al-kalmaztak). Másrészt, a 0,0% Hg-tartalom je-lölés hibás, mert az ilyen jelölés már megen-gedné a 0,01% higanyt, azaz a 100 ppm,másképp 100 mg/kg higanytartalmat, amelyborzasztóan sok, de a kerekítés szabályai miattlehetséges jelölés! Tûzbe dobva az elemeket, a fémek gõzei a környezet levegõjét mérgeznék!

– Ha különbözõ gyártmányú elemeket kötünksorba, akkor a sorba kötött leggyengébb tag(elem) kapacitása szabja meg a használható-ságot. (Lehet, hogy pl. a rádió még szól, de a leggyengébb elem már kifolyt a tokjából éskorrodálja a készülékünket.)

Irodalom[1]Ronald M. Dell, David A.J. Rand (2001):

Understanding batteries. Royal Society ofChemistry.

MOZAIK KIADÓ16


Kapitány János Sándor

Tévképzetek a kémiában – KönyvismertetésHans-Dieter Barke, Al Hazari, Sileshi Yitbarek:Misconceptions in Chemistry (Tévképzetek a kémiában),Springer Kiadó, Berlin, Heidelberg, 2010.

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 16

ta tévképzetek« esetében is segítséget adhat a megelõzésben, mert ezeknek elejét vehetjük,ha a kezdetektõl fogva reflektíven tanítunk. A kötet tartalmaz az iskolában, osztálytermi kö-rülmények között elvégezhetõ kísérleteket teljeskísérlet leírással, illetve olyan szerkezeti model-leket, amelyek a tévképzetek gyógyítására ésmegelõzésére alkalmasak.” [1]

A szerzõkrõl általában

Prof. Dr. Hans-Dieter Barke a MünsteriEgyetem Kémiai Didaktikai Intézetének ve-

zetõje, aki Johann Friedrich Gmelin-díjat kapott

kémiai didaktikai munkásságáért a Német Ké-mikusok Társaságától (GDCh). Kémiai oktatásikarrierje több, mint 35 évet ível át. A professzorúrról többet megtudhatnak a vele készített inter-júból [2]!

Dr. Al Hazari a Tennessee Egyetem KémiaIntézetének professzora, aki Helen M. Free-díjat

kapott kémiai munkásságának társadalmi ered-ményeiért az Amerikai Kémikusok Társaságától(ACS).

Mottója: „Természettudomány a 2–102 éveskorosztály számára.”

Dr. Sileshi Yitbarek Etiópiából szárma-zik, ott szerezte a B.Sc. és M.A. diplomáit. A Münsteri Egyetemen a Kémiai Intézetben voltPhD hallgató. Kutatási témája a „tetraéderes”

MOZAIK KIADÓ 17


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 17

kémiaoktatás értékelése. Vagyis a tanulók kémi-ai tévképzeteinek megelõzésének és gyógyításá-nak lehetséges kereteit kutatja.

Felépítés

A könyv 10 fejezetbõl áll:

01. Az ókori tudósok tapasztalatai02. Tanulói tévképzetek és korrekciójuk03. Az anyagok és tulajdonságok04. Az anyag részecskeszemlélete05. A szerkezet és tulajdonság összefüggései06. Kémiai egyensúly07. Sav-bázis reakciók08. Redoxireakciók09. Komplexképzõdési reakciók10. Energia

A könyv végén megtalálhatjuk a könyvbena fejezetekhez kapcsolódóan ismertetett 99 kí-sérlet listáját. A leírásban a könyvbõl származó(magyar feliratos – Kapitány János fordításai)képekre az eredeti jelölésükkel hivatkozom.(például: Fig. 1.0)

A fejezetekrõl

Az 1. fejezetben a szerzõk – amelyben azókori természettudósok tapasztalásait mutatjákbe – párhuzamot vonnak a történelem során ki-alakult kémiai elméletek és a tanulók – kémiaitanulmányaik során kialakuló – korai elképzelé-sei között. A fejezetben többek között az õsele-mekkel, az alkímia anyagátalakítási elképzelése-ivel, a flogisztonelmélettel, a sav-báziselméletek történeti fejlõdésével, a „horrorvacui” elvvel és a részecskeszemlélettel, az ato-mok és anyagok szerkezetének megismerésévelfoglalkoznak a szerzõk.

A történelmi fejlõdést és az adott elmélet fej-lõdéstörténetét veszik alapul és a történelmi vál-tozást kiváltó kísérletekre, elképzelésekre kon-centrálnak, ezeket próbálják meg beépíteni a modern tanítási folyamatba a tanulók elméle-teinek fejlesztése céljából. Ismerjük meg a téves

vagy még kiforratlan elképzelést, és próbáljukmeg mindent elsöprõ bizonyítékokkal korrigálnivagy fejleszteni. A diákok érezzenek hasonlósá-got a saját problémájuk és az ókori tudósokproblémái között, jöjjenek rá, hogy ugyanaz a két probléma forrása, és ezért lehet ugyanaz a megoldása is. Ebben nagy szerepet kap a ta-nár, aki végigviszi a diákot a napjaink tudomá-nyos gondolkodásához vezetõ történelmi ösvé-nyen. Egy hibákkal, félreértésekkel,zsákutcákkal, tekintélyelvûséggel, gõgösséggelteli utat kell közösen végigjárniuk.

A szerzõk az õselemekrõl szóló résznél a gö-rög filozófusok természettel kapcsolatos nagykérdéseivel vezetik be a történeti elméleteket,például: „Mibõl áll a mi világunk?”, „Melyek azõselemek, anyagok vagy alkotók?”, ugyanakkorleszögezik, hogy „semmi nem keletkezhet a sem-mibõl és semmi sem semmisül meg semmivé,csak az anyag megjelenése változik meg!”. Ezenelképzelések az ókori tudósoknak a figyelmét a következõ problémákra terelte: „Melyek lehet-nek a Föld anyagai?”, „Az anyag nemteremt-hetõsége és elpusztíthatatlansága”, „Az anyagátalakíthatósága, az összetevõinek megváltozta-tásával”. Ismereteink szerint Arisztotelész volt azelsõ, aki az anyag és a tulajdonság fogalmakatkülön kezdte tanítani: „a kreáció nem más, mintegyik esszenciából a másikba való átalakítás”.Ez késõbb az alkímia kialakulásához vezetett.

A második alfejezetben – logikusan – az al-kímiával folytatják a szerzõk, ami a 4. és a 16.század között élte fénykorát, de még a késõbbiszázadokban is találhatunk nyomokat, amelyekaz alkímia gondolatvilágának fennmaradásátbizonyítják. Az alkímia szó elemzését követõena szerzõk rátérnek a „fémcsinálás” és „fémelõál-lítás” témákra. Természetesen kihagyhatatlan azalkimisták aranycsinálási törekvéseinek megem-lítése. A témát jól körüljárják a szerzõk és nemfelejtik el megemlíteni, hogy ennek az „arany-csinálási õrületnek” a végét bizonyosan egy1923-as berlini kísérlet jelentette. 1923-ban egyfizikusnak sikerült higanyból elektromos áramos

MOZAIK KIADÓ18


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 18

kezeléssel elõállítania az alkimisták által hõnáhított aranyat. Ezt a kísérletet több más kutató-nak sikerült reprodukálnia. Igen ám, de néhányév vizsgálódás után rájöttek, hogy a keletkezettkis mennyiségû arany nem a higanyból alakultát, hanem az elektródokból oldódott ki. Ez acsalódás egyúttal az „aranycsinálási álom” vé-gét is jelentette. Ma már tudjuk, hogy az„anyagátalakításhoz” atommag-átalakításravan szükség, ezért ez nem valósítható meg ké-miai eljárásokkal, hiszen a kémiai reakciók nemváltoztatják meg az atommag összetételét.

A harmadik alfejezet a flogisztonelmélettelfoglalkozik. A tanulók égésrõl alkotott elképzelé-seiben nagyon gyakran felismerhetõk ennek azelméletnek a részei. Korrekciójukhoz elenged-hetetlen, hogy a tanár ismerje a flogisztonelmé-let támadható pontjait, és azon történeti kísérle-teket, melyek tévutakra vitték a tudósokat,többek között Stahlt. Lavoisier-nak a tömegmegmaradásáról és az oxidációról szóló elméle-te a flogisztonelméletet és az alkímiát is „nyug-díjba küldte”. A kémiatörténet egyik leghosz-szabb, tévképzetekkel teli idõszaka zárult le.Nem is olyan régen.

A történeti sav-bázis elméletek rész elég ter-jedelmesen ismerteti a savakról és bázisokról al-kotott elképzelések fejlõdését. A sav és bázisszavak etimológiájától indulva megismerhetjükBoyle lakmusz indikátor használatát (piros =savas, kék = lúgos) oldatok esetében, Lavoisiersóképzõdésrõl alkotott elképzeléseit (savak ésbázisok kombinációiból sóoldatok képzõdnek:kénsavból szulfátok, foszforsavból foszfátokstb.) és a sav-bázis kombinációs rendszer felfe-dezését. A szerzõk ezután Davy elméleteivelfoglalkoznak, aki 36 évvel Scheele után fedeztefel a klórt és tisztázta a sósav és klór közötti pon-tos kapcsolatot, illetve, hogy a hidrogéntartal-mú savak fõ összetevõje a hidrogén(ion), ettõlviselkednek savként. Liebig mellett nem marad-hatnak ki a hétköznapi kémiaoktatásban hasz-nált sav-bázis elméletek megalkotói sem:Svante August Arrhenius és Johannes Nicolaus

Brönsted, meg persze Thomas Martin Lowrysem. A szerzõk utalnak továbbá Lewis-, Pear-son- és Uszanovics-féle sav-bázis elméletekre is,bár ezek kevésbé hangsúlyosak a magyar ké-miaoktatásban.

A „horror vacui” elvrõl Hans-Dieter Barke a vele készített interjúban [2] is említést tesz. Ez szerinte egy nagyon fontos elmélet volt a ké-mia fejlõdésében. Ehhez kapcsolódik kedvencTorricelli-kísérlete is 1648-ból.

Az atomok és az anyagok szerkezete címûalfejezetben a „nem folytonos anyagról” és a „folytonos anyagról” szóló elméleteket tekint-hetjük át. Izgalmas kérdés lehet akár egy emeltszintû érettségire készülõ diák számára is, hogya nátrium-klorid (NaCl) kristályrácsában (Fig.1.5) a rácspontok között mi van. Levegõ? Lég-üres tér? Semmi?

Ennél a résznél az ehhez hasonló képze-tek/tévképzetek kialakulásával és az ezekkelkapcsolatos történeti párhuzamokkal foglalkoz-nak a szerzõk és a fejezet végén azt javasolják,hogy amikor a történelem során is kialakult tév-képzetek és tudományos hibák kijavítására vál-lalkozunk, akkor nem árt, ha az intelligens tudó-sok anyagszerkezeti ismereteinek évszázadostapasztalatait alapul véve állunk neki, hogy tisz-tázzuk diákjaink fejében a problémás elképzelé-seket. Nagyon fontos az anyagszerkezeti model-lek használata az oktatás során, illetve, hogyelõször a történeti ismereteket adjuk át diákja-inknak, és csak utána kezdjünk bele a modernelképzelések tanításába.

A 2. fejezet a tanulói tévképzetekrõl és azokkorrekciójáról szól. Ez egy nagyon érdekes té-ma, és hiánypótló is egyben. Nem elhanyagol-ható az a tény, hogy nem csak az általános ésközépiskolai diákok, hanem sokszor maguk a tanárok is hordoznak magukban tévképzeteket,naiv elméleteket. Ezek korrekciója legtöbbször el-marad és maguk a tanárok „örökítik” tovább tév-képzeteiket akár generációkon keresztül. Ezenfelül sajnos a nem megfelelõen elkészített model-lek, nem megfelelõ tanítási módszerek, gondo-

MOZAIK KIADÓ 19


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 19

lati párhuzamok „iskola-gyártotta” (Dr. LudányiLajos szóhasználatával: „didaktogén” [3]) tév-képzetek kialakítására alkalmasak. A szerzõkúgy vélik, hogy minden természettudományostárgyat oktató tanárnak ismernie kellene a tanu-lói prekoncepciókat, a történelmi tévedéseket.A tanároknak naprakészen helyes szerkezetimodelleket, az új technológiákon alapuló mód-szereket, bizonyító kísérleteket kellene ismerni-ük, alkalmazniuk és új, alternatív stratégiákatkellene kidolgozniuk a leckék minél jobb átadá-sa céljából.

A tanulói prekoncepciók, vagyis a diákoksaját maguk által kifejlesztett elképzelései általá-ban hétköznapi megfigyeléseken, félreértésekenalapulnak. Az ókori kutatók esetében is a meg-figyelés erejérõl és a logikáról beszélhetünk.Ezért ezek a prekoncepciók sûrûn egybeesnekaz ókori gondolkozók elképzeléseivel.

Ilyen prekoncepciók szólhatnak a Nap ésFöld kapcsolatáról, a pocsolyát felszippantottáka napsugarak, a faanyag a fából van, az pedigtalajból származik stb. Napunk és Földünk kap-csolatában elõkerül Ptolemaiosz geocentrikusvilágképe a gyermeki fejben, hiszen ez egy meg-figyelésen alapul. Viszont a kopernikuszi helio-

centrikus világkép aligha fordul meg a gyerekfejében. Legjobb módszer lehet ebben az eset-ben a probléma tisztázása érdekében a tanár ésa tanuló számára elérhetõ legmodernebb tech-nológia használata, például egy planetáriummeglátogatása.

A második alfejezetben (2.2) a didaktogéntévképzetekrõl van szó; a szerzõk elsõként a só-kristályok modelljeit említik meg. Hans-DieterBarke sokat foglalkozott az anyagok szerkezeté-vel és különösen érdekelte a sókristályok anyag-szerkezete. A kémiai kötések tanítása és a sókkristályrácsáról szóló téma szerinte eléggé össze-függ. Lényeges kérdés lehet, hogy melyiket ta-nítjuk elõbb. Ha több diák arra a kérdésre, hogy„Milyen részecskék vannak abban az ásványvíz-ben, amely kalcium-kloridot is tartalmaz?”, aztválaszolja, hogy „Cl-Ca-Cl molekulák”, akkornem árt tudni, hogy ezt a tévképzetet a tanulássorán, az iskolában szerezték.

A szerzõk következõ lehetséges probléma-ként a fizikai folyamatok és a kémiai reakciókegymástól külön történõ tárgyalását róják fel le-hetséges hibaforrásként. Példának a nátrium-hidroxid oldódását hozzák, melynek során azoldódáskor hõ termelõdik, megnõ az oldat

MOZAIK KIADÓ20


Fig. 1.5Anyagszerkezeti modellek, a nátrium-klorid kristályrácsa

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 20

elektromos vezetése, és a pH-értéke is magasranõ. Egy kezdõ számára ez jelentheti azt, hogy ezegy exoterm kémiai folyamat, amiben ugye hõkeletkezett, az áramvezetés és a pH-növekedéspedig egy új anyag keletkezésére utal. A szerzõkezen a példán keresztül szeretnék érzékeltetni,hogy a kémiai és fizikai változások nem lehetnekegymástól külön tárgyalva. A „mi mindig így csi-náltuk” nem lehet a rossz rutin folytatásának in-doka! Különben az iskolákban tradícióvá tesszükaz „iskolagyártotta” tévképzetek kialakítását.

A harmadik alfejezetben (2.3) a tanulói el-képzelések és a tudományos nyelvezet kapcso-latáról olvashatunk egy érdekes összefoglalót. A szerzõk kiemelik a tanulási folyamat során azismétlés, rögzítés, lehorgonyzás fontosságát,hangsúlyozzák, hogy a diákok a mindennapiéletben csak a szleng szavakkal és a mindenna-pi szóhasználattal találkoznak. Számukra érde-kes és szokatlan lehet a tudományos nyelvhasz-nálat, hogy egyes szavak mást jelentenek, minta hétköznapi jelentésük. Logikai konfliktusokjöhetnek létre a tudományos és a hétköznapi fo-galmak között: tömegmaradás – „elfogyott azüzemanyag”. Fontos, hogy a tanuló kritikus le-gyen a hétköznapokban elõforduló állításokkalszemben! Ezt a képességét ki kell alakítani, fej-leszteni kell, de ennek során a társadalmi hatá-sokat és a média hatását is figyelembe kell ven-ni. Fontos, hogy a megfelelõ terminológiátelsajátítsa, és jól használja a természettudomá-nyos nyelvezetet. Nem szabad lemenni a diákoknyelvi szintjére, mert akkor nem várhatunk fej-lõdést. Túlzott egyszerûsítésekkel csak érthetet-lenné tesszük számukra a kémiát és ellehetetle-nítjük a komolyabb, összetettebb fogalmak,folyamatok, kísérletek megértését. Johnstoneután a szerzõk három gondolkodási szintet java-solnak a kémiai ismeretek tárgyalása során:makroszkopikus szint (minden, ami látható,érinthetõ, szagolható), szubmikroszkopikus szint(atomok, ionok, molekulák, kémiai szerkeze-tek), reprezentációs/szimbólum szint (szimbólu-

mok, formulák/képletek, egyenletek, molaritás,táblázatok, grafikonok). Az „edzett” kémikusmegtalálja a három szint közötti egyensúlyt, deegy kezdõ tanuló még nem. Õk leggyakrabbana makroszkopikus szintet és a szub-mikroszkopikus szintet keverik. Ötletelnek, deáltalában rossz úton járnak. Mivel a szimbolikusszint a legelvontabb, ezért ez lehet a kémiamegértésének legnagyobb akadálya.

A negyedik alfejezetben (2.4) effektív straté-giákat mutatnak be a szerzõk a tanítás és tanu-lás folyamatához. Kiemelik, hogy a diákok visz-szatérnek a korábbi elképzeléseikhez, ha nemvolt számukra meggyõzõ a tanár állítása. Sajnosezt a tanár nem feltétlenül veszi észre, mert a di-ákok tudják, hogy tõlük a tanárok mit várnak el,és eszerint adják vissza az elvárt ismereteket,még ha nem is értenek ezzel egyet. Azok azórák, amelyek nem illeszkednek a diákok ko-rábbi tudásába, a témazáró dolgozat után elfe-lejtõdnek, nem rögzülnek. Fontos, hogy a diá-kok kimondják, kifejezzék a gondolataikat,prekoncepcióikat az órán. Ha a diákot el tudjukbizonytalanítani a saját elképzelését illetõen,csak akkor tudjuk elfogadtatni vele az övével el-lenkezõ magyarázatot. Új kognitív struktúráthozhatunk így létre. A tanítási folyamat soránnagyon fontos, hogy a diáknak legyenek sajátelképzelései, tapasztalatai, lásson ettõl eltérõt is.Ismerjük fel és távolítsuk el a lehetséges tévkép-zeteket. Elfogadható magyarázatot adjunk a ta-nulóknak! A fejezetben ezeken kívül még a konstruktív elképzelésekkel, a fogalmi fejlõ-déssel és a fogalmi váltással kapcsolatos ismere-tekre tehetünk szert. A szerzõk a tanárokat amo-lyan „tanulási doktorokként” ábrázolják, a tévképzeteket pedig, mint egy „betegséget”,amit elõször diagnosztizálni kell, majd gyógyíta-ni, úgy, hogy közben a „beteg” (=tanuló) ne sé-rüljön maradandóan. A kezelés szempontjábólminden eset más, ezáltal egyedi, mert eltérõeka „kórelõzmények” (=korábban szerzett tudás,tudásszerkezet).

MOZAIK KIADÓ 21


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 21

Két hipotézist vizsgált meg Barke és Oetken:„Melyik a jobb: ha elõbb a tévképzete(ke)t be-szélik meg a diákokkal, majd utána tanítják a tudományos elképzeléseket; vagy ha fordítvateszik mindezt?”

Az Otken-féle csoport elõször a tévképzetekmegbeszélésével kezdte a tanítást. Égést vizsgál-tak, melynek során a lángot figyelték és úgytûnt, hogy valami távozott a levegõbe és eltûntaz anyagból. Ezután a kognitív konfliktus mód-szerével éltek és megtanították a tömegmaradástörvényét, majd ezt megerõsítendõ, zárt égés-térben égették el a faszenet analitikai mérlegen.Elõször megvizsgálták a tévképzetet, összeha-sonlították a másik kísérlettel, megkeresték, hola hiba és kielemezték. A diákok éltek az ötlettel,hogy a szén és oxigén reakciójában keletkezettegy gáz, amit szén-dioxidnak feltételeztek. Ki-próbálták, hogy mi történik, ha Ca(OH)2-

oldatba vezetik a keletkezett gázt. A teszt pozitívlett, tehát a gáz valóban CO2 volt. Ezután meg-beszélték, hogy azok az állítások, hogy „valamieltûnt”, „az égés megsemmisítette az anyagot,mert a tömege kisebb, mint az égetés elõtt”,nem helyesek.

A Barke-féle csoport pont fordítva dolgo-zott: a sók kristályrácsával kapcsolatosan a diá-kok elõször az ismert természettudományos elképzelést tanulták meg, utána pedig a tévkép-zeteket ismerték meg. Ez a hipotézis bizonyultsikeresebbnek a tévképzetek megelõzésében.Tehát a szerzõk ezt a stratégiát javasolják követ-ni a tanítás során. A legtöbb magyar általánosés középiskolai tankönyvben nem találunk tév-képzeteket.

A 2.4. alfejezetben bemutatásra kerül a Barke és Sileshi által létrehozott „tetraéderes-ZPD (Fig. 2.4) (Zone of Proximal Development

MOZAIK KIADÓ22


Fig. 2.4Tetraéderes ZPD

Tanulói tévképzetek és korrekciók

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 22

= A közelebbi fejlõdés területe)”, ami a kémia-oktatás metaforája lehet, mint egy másik lehet-séges tanulási keret a tanulók tévképzeteinekmegelõzéséhez.

Mit tanult meg valójában a diák? Sileshi ésBarke empirikus vizsgálatáról olvashatunk. Sze-rintük a középiskolás diákok a kémiai egyenlete-ket csak memorizálják megértés nélkül. Nemgondolkodnak modellekben és nem fejlesztenekmentális modelleket az anyag szerkezeténekmegértése során. A vizsgálat során a tetraéderes-ZPD módszerrel tanított diákok sokkal jobbanteljesítettek az utómérések alkalmával, mint a kontrollcsoport diákjai, akiket hagyományosmódszerekkel oktattak. A tetraéderes-ZPD mód-szeren alapuló új oktatási anyag alapján oktatottdiákok körében kevesebb tévképzetet tapasztal-tak az anyag szerkezetére vonatkozóan, mint a kontrollcsoport diákjainál.

A harmadik fejezet az anyagok és a tulaj-donságok kapcsolatának vizsgálatáról szól. A kémia fõ feladatának tekintik, hogy a tanulókhétköznapi természettudományos tapasztalataitsegítsen megérteni és feldolgozni. Ismerjék fel a tanulók, hogy mi is történik valójában a ter-mészetben. Az összes kémiatankönyvnek, taná-ri kézikönyvnek és egyéb segédanyagnak enneka célnak az elérését kell segítenie.

Mivel a diákok nem ismerik az összes termé-szettudományos elképzelést, ezért elég gyakransaját ötleteket gyártanak, hogy egy jelenségetmeg tudjanak érteni, magyarázni. Ilyenek a „napsugarak felszippantják a pocsolyát”, „azégõ anyag tömege csökken az égés során” (lásd2.1. alfejezet). A tanároknak számolniuk kell a tévképzetek kialakulásával az alábbi területeken:

– animált, mágikus beszédmód.– az átváltozás/átváltoztatás elképzelése,– keverhetõség elképzelése.– az anyag elpusztíthatóságára vonatkozó el-

képzelés.– az égésrõl alkotott elképzelések.– a gázoknak nem anyagokként történõ jellem-

zése.

Ha a tanárok ismerik a diákok lehetségeselõzetes elképzeléseit a fenti témakörökben, ak-kor könnyebben tudnak ezeknek a megbeszélé-sére, kísérletekkel való megmagyarázására, azesetleges már kialakult tévképzetek korrekciójá-ra vállalkozni. A részecske szint tárgyalása nél-kül is van lehetõség erre. Az animált, mágikusbeszédmód során olyan mondatokkal találkoz-hatunk, mint „a fa nem fog égni”, „a láng ki fogaludni”, „a láng felfalja a gyertyát”, „a savakmegtámadják, megeszik a fémeket”, „a rozsdamegzabálja az autó alvázát”. A tanulók gyakrantársítják a tapasztalataikat egyszerû analógiák-kal, egyesek a személyes tapasztalataikat is be-lefogalmazhatják, például: a nátrium úgy reagála vízzel, „mint egy szénsavas pezsgõtabletta”.Az animizmus segítheti a jobb megértést, tartósmotiváció figyelhetõ meg. Hátránya, hogy a mindennapi nyelvezetet használja, mindenkimegérti és senki sem gondolná, hogy hibás islehet. Fontos, hogy ezekben a mondatokban tu-lajdonképpen úgy beszélünk, mintha egy fánakvagy fémnek „saját akarata lenne”. Viszont ezazt is jelenthetné, hogy a fát egyszer könnyebblenne begyújtani, egyszer pedig nehezebb. Amivalóban elõfordulhat, de ez külsõ tényezõktõlfügg, nem pedig a fa saját akaratától. Azonoskülsõ tényezõk esetén ugyanolyan „nehéz” be-gyújtani a fát. Viszont ha az ember akarja és a fa nem akarja, akkor sem kérdés, hogy a fa bi-zony égni fog.

Az átalakíthatóságról és átalakulásokról al-kotott elõzetes elképzelések érdekesek. Példáula „rézbõl készült tetõ zöld színûvé válik”, „azezüst tárgy megfeketedik”, „a vas állás utánrozsdás lesz”, „a víz pirossá válik”. Ugyanaz azanyag új tulajdonságot vesz fel. Olyan, minthaaz anyagok a tulajdonságokra nézve egy lehet-séges karriert futnának be. A réz ez esetben le-het vörösesbarna meg zöld színû is, a vas lehetszürkés meg rozsdabarna is. Az ókori õselemek-rõl szóló elmélettõl az alkímiáig sok tudós foglal-kozott az átváltoztatással és átváltozással. A mindennapi nyelv is befolyással lehet a tanu-

MOZAIK KIADÓ 23


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 23

lók szóhasználatára, például a tojás fõzésekorkészíthetünk lágy- és keménytojást is, a steak islehet nyers, félig átsütött, jól átsütött. A tulajdon-ságok elvesztése sem ingatja meg a tanulókatabban, hogy az anyag megmaradt, mert úgygondolkoznak, hogy az eredeti anyag megma-radt, csak elvesztett pár tulajdonságot. Nehézhétköznapi példákkal az új anyag keletkezésételmagyarázni, laboratóriumi példákat köny-nyebb hozni a tanulóknak. Az új anyagok kép-zõdésének és a kémiai reakcióknak a megértésétsegítik a keverékekrõl alkotott elképzelések.

A keverhetõséggel kapcsolatos elõzetes tanu-lói elképzeléseknél a korrekcióhoz javasolt kísérleta rézpor és a kénpor keverékének szétválasztása.A rézport – szemcseméret szerint – akár csipesszelis el lehet választani a kénportól, vagy szén-diszul-fidban (a legtöbb iskolában nincs!) oldva a keve-réket a réz nem oldódik, a kén viszont kitûnõen.Hevítve a réz és a kén egymással réz-szulfidot ké-pez. Színváltozás figyelhetõ meg. A réz eredeti vö-rösesbarna színe és a kén sárga színe eltûnik, a keletkezõ réz-szulfid fekete színû lesz.

Úgy gondolom, hogy ezen verifikáló kísérlethelyett jobb lenne – minden általános és közép-iskolában elvégezhetõ – a vaspor-kénpor keve-rék vizsgálata. A vaspor-kénpor keveréket egypapírlapra vagy Petri-csészébe helyezve, alulrólegy mágnessel szétválasztható a vaspor a kén-portól (és a mágnes se lesz vasporos). A vasporés kénpor keverékének hevítésekor keletkezõvas-szulfid már nem mágnesezhetõ. A biztonságkedvéért tiszta („puris”) vas-szulfidot is vigyünkbe a mágnesezhetõség elvesztésének bizonyítá-sára, mert ha az égés során marad el nem rea-gált vas, akkor sajnos mágnesezhetõ marad azégetett keverék [4].

Az elpusztíthatóságról alkotott elképzelések-nél a következõ mondatokkal találkozhatunk:„a fa elszenesedik”, „a szén elhamvad”, „a gáz-olaj teljesen elég”, „a vas elrozsdásodik”, „a vízelpárolog”, „a maradványok elpusztulnak”.

Fontos számolnunk a hétköznapi nyelvezetbefolyásával és a média hatásával is! A tanulók

úgy gondolkozhatnak, hogy ha a víz elpárolgott,akkor többé már nincs. Nagyon fontos a prekon-cepciók megtárgyalása után leszögezni még egy-szer a tömegmaradást. Ezután rávezethetjük a diákokat, hogy az anyag nem semmisül meg,a víz elpárolog, de attól még nem semmisültmeg, csak vízpára lett belõle és megnõtt a leve-gõ páratartalma. A víz nem csak 100°C-on pá-rologhat, és ezt sem árt megbeszélni a diákokkal.

A tanulók égésrõl alkotott elképzeléseiben a flogisztonelmélet jelenhet meg. Itt is meg kellelõször beszélni a diákok prekoncepcióit, majdutána tisztázni az égés pontos folyamatát. Ter-mészetesen többféle feladattal mérhetjük le,hogy mennyire értették meg. A fejezet végéntöbb verifikáló kísérletet ismertetnek a szerzõk.

A negyedik fejezet az anyagok részecskeszintû szerkezetérõl és a tanulók térszemléletérõlszól. A részecskeszemlélet alapvetõ elõnyöket istartalmaz, de sok nehézséget is okozhat a diá-koknak. A szerzõk autómodellezéshez hasonlít-ják a kémia anyagszerkezeti modelljeit. Az autó-modellezésnél is láthatók az alkatrészek. A kémiai részecskemodellek célja is az, hogy lát-hatóvá tegyük az egyébként nem látható része-ket: a kémiai részecskéket (atomokat, ionokat,molekulákat), kötéseket és a kémiai részecskéktérszerkezetét. Az absztrakt modellek létrehozá-sánál elegendõ, ha csak a lényeges részletekrefigyelünk oda. A részecske szint bevezetésekorne siessünk. A kezdõk lassúak és sok kérdésükvan, a saját elképzeléseikbõl építgetik a sajátmodelljeiket. Még ha az anyag szerkezetét jól átis beszéljük, akkor sem biztos, hogy az összes di-ák minden anyagra elfogadja és használni isfogja. A részecskeszemlélet bemutatása nehézés az is marad, nem lehet mesterré lenni né-hány óra alatt. Sok tanári segítség kell hozzá. A konkrét modelleket mindig össze kell hasonlí-tani a valósággal. Hiszen a modell nem lehetminden szempontból tökéletes.

Arisztotelész, Demokritosz, Kepler nyomdo-kaiban járva vezetik be a kezdõket az alapvetõismeretekbe a szerzõk. Kepler hópihéjének is-

MOZAIK KIADÓ24


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 24

mertetésekor a diákok azt gondolhatják, hogyaz oktaéderes szerkezet lehet a természet straté-giája a kristályosodás terén, és ebbõl általáno-síthatnak minden kristályra, például a timsókris-tályokra. A modelleken általában vannakirreleváns részek (például színek, más ragasztó,más méret). Ez különbözõ modelleken eltérõ le-het. Erre is fel kell hívni a tanulók figyelmét!Megbeszélendõ témakörök az anyag halmazál-lapotának változásai, oldatok képzõdése, diffú-zió, extrakció, desztilláció. Javasolt haladási sor-rend: elõször mutassuk be a modellt ésbeszéljük át a hozzá kapcsolódó ismereteket, az-tán végezzük el a kísérleteket. A szerzõk szerintnagyon fontos, hogy kerüljük az ötvözetek em-lítését az anyagszerkezeti ismeretek tanításánál,és az egyesülési reakciók bevezetésénél. Ezekmegértéséhez szükséges lehet már a Dalton-féleatomszerkezeti modell is. A redoxireakciókat setanítsuk itt, mert ezek megértéséhez is szükségesaz atommodell részletes ismerete.

A kémia tanítását elõször kísérletekkel kellkezdeni és tapasztalatokat gyûjtetni a diákokkal,és csak késõbb tanítani számukra anyagszerke-zeti modelleket három- és kétdimenziós model-lek segítségével. Konkrét és mentális modellekhasználata is ajánlott. Erre egy érdekes mód-szert mutatnak be az ezüstkristály olvadásánakszemléltetéséhez. Ez a módszer konkrét és men-tális modellezést is igényel, viszont a halmazál-lapotváltozást jól lehet magyarázni a segítségé-vel. Pfundt anyagszerkezeti modelljében nemgömböket használt, hanem kockákat, hogy aztlássák a diákok, hogy nincs üresség. A tanulóklegalább 50%-a szerint az anyag folytonos, õksajnos a „horror vacui”-elv áldozatai.

A részecskék formációinak térszemléleti vizsgá-lata elég érdekes és ezzel kapcsolatban már magyarnyelvû cikk is jelent meg [5]. A tanulók térlátásárólis szó van, illetve elsõsorban az ennek vizsgálatáhozhasználható feladatokat olvashatunk.

A fejezet végén ismét rávezetõ, elbizonytala-nító, illetve verifikáló kísérletek részletes leírásáttalálhatjuk meg.

Az ötödik fejezet az anyagszerkezet és azanyagok tulajdonságainak összefüggéseirõl,kapcsolatairól szól. A szerzõk nagyon szépen ki-dolgozták ezt a témakört, és érdekes vizsgála-tokról, modellekrõl, mentális modellekrõl és kí-sérletekrõl olvashatunk itt. A fémek és azötvözetek anyagszerkezeti tárgyalásával indíta-nak a szerzõk. Néhány érdekes tévképzet: „avasatomok erõsek/kemények, az ólomatomokgyengék/puhák, az aranyatomok sárga színû-ek”, amelyek kialakulását elkerülhetjük, ha úgykezdjük az anyagszerkezeti ismeretek tanítását,hogy például: „a grafit és gyémánt is ugyanúgyszénatomokból áll, ellenben a tulajdonságaik-ban eltérõek. Tehát az egyes szénatomoknaknincs saját tulajdonságuk, mint szín, kemény-ség, sûrûség, csak az általuk felépített anyagihalmaznak lesz.” A szerzõk a fémek kristályait(például ezüstkristályok elektrolízis közben) és a sók kristályszerkezetét tárgyalják, részletesenismertetve a lehetséges rácsszerkezeteket. Majdtörténeti példát is állítanak elénk a rács lehetsé-ges tökéletesítésére, a vas kovácsolásának törté-netét, amikor is a vörösre izzított vasat (γ-vas)kovácsolták a szerkezeti hibák kijavítása céljá-ból, majd hirtelen lehûtve (α-vas) ismét keménylett. Persze ennél keményebb vasat csak a vas-szén ötvözet széntartalmának 2 százalék alácsökkentésével érhetnek el, ezt nevezzük acél-nak. A továbbiakban az ionok létezését és a sókszerkezetét tárgyalja a fejezet. A tévképzetekmindenhol jelen vannak a világban, erre azegyik bizonyíték, hogy többek között oroszor-szági diákokkal is végeztek vizsgálatokat: ViktorDavydow a Herzen Pedagógiai Egyetemrõl aztgondolta, hogy az orosz diákok eredményeseb-bek lehetnek a kérdések megválaszolásában.Azt állapították meg a tesztek során, hogyugyanolyan tévképzeteik vannak az orosz diá-koknak, mint a német diákoknak.

A szerzõk tanítási javaslata egy új periódu-sos rendszer (PSE = Periodic System of Ele-ments, Fig. 5.10) ábrázolási módszer az atomokés ionok számára. A többféle iont képezni tudó

MOZAIK KIADÓ 25


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 25

atomoknál is csak 1 lehetséges iont tüntettek fel,viszont az jól látszik, hogy a kationok általábankisebbek, mint az atomjaik, az anionok viszontnagyobbak, mint az atomjaik. A szaggatott vo-nalon pedig a félfémek szerepelnek.

A továbbiakban a só kristályrácsával és azionkötés mentális modelljeivel ismerkedhetünkmeg. A könyvben minden fejezethez tartoznak(általában a fejezet végén) képregények, ame-lyeken a lehetséges tévképzetek szerepelnekegy-egy, a fejezetekben tárgyalt kérdéssel kap-csolatban (Fig. 5.15).

A fejezet végén ismét kísérleteket találunk,de ezek inkább mentális modellek megalkotásá-ról és használatáról szólnak, mintsem elvégzen-dõ laboratóriumi kísérletek lennének.

A hatodik fejezetben a szerzõk a kémiaiegyensúllyal foglalkoznak. A fejezet elején egy

10 problémafeladatos empirikus kutatást mutat-nak be; a feladatok között egyszerû választásosfeladat és indoklást igénylõ feladatok is vannak.Minden eredményt oszlopgrafikonokkal értékel-tek ki. Általában a diákok körülbelül 1/3-a tu-dott helyes választ adni. A kérdésekben azegyensúlyi kémiai reakciókkal kapcsolatos kér-dések között voltak az egyensúly eltolására, el-tolódására vonatkozó kérdések is. A kutatók a Le Chatelier-Braun-elv ismeretét és helyeshasználatát is mérték.

A tanítási javaslatok között a szerzõk több le-hetséges módszert ismertetnek. Közöttük a di-namikus egyensúly tanításához használható „al-maháborús” mentális modellt találtam a legérdekesebbnek és a diákokhoz közelállónak.

Az „almaháború'” egy öregember és aszomszéd fiú között zajlik, ez egy modellkísérlet

MOZAIK KIADÓ26


Fig. 5.10PSE-ábrázolása az atomoknak és ionoknak, illetve a szférikus modelleknek

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 26

lehet a dinamikus egyensúly tanításához. A fiúúgy gondolja, hogy az õ kertjükbe lepotyogottrohadt almákat átdobálja a szomszéd öregúrkertjébe. A szomszéd ezt az ablakból észrevesziés reagál az eseményre, kimegy visszadobálniazokat a kertjébõl, ahol már egyébként is sok al-ma van (nagy koncentráció). Ahol a fiú sietsé-gében össze akarja gyûjteni a rossz almákat, ottkevés alma van (kis koncentráció). Az öregúrugyanannyi almát gyûjt össze, mint a fiú és visz-szadobálja azokat. Végül hat almát dob át a fiú ésezzel egy idõben hat repül vissza hozzá – a kétkertben lévõ különbözõ mennyiségû alma ellené-re (eltérõ koncentráció) beáll az egyensúly, mertegyik oldalon se nõ az almák száma. (Fig. 6.4)

A hetedik fejezet a sav-bázis reakciókrólszól. Mint tudjuk, a sav („acid”) kifejezést elõ-ször Boyle használta a 17. században. Ezt a ne-vet azon anyagok kapták, amelyeknél megfi-

gyelte, hogy megváltoztatják egyes növényi ki-vonatok színét és feloldják a mészkövet.Glauber, Lavoisier, Liebig és Davy Arrheniuskésõbb továbbfejlesztették ezt a sav-bázis elmé-letet. 1923-ban Brönsted fejlesztette ki az elsõolyan sav-bázis elméletet, amiben a sav megne-vezés nem anyagokat jelölt, hanem egy részecs-ke reakcióban betöltött szerepére utalt. A továb-bi elméletek nem játszanak fontos szerepetjelenleg a közoktatásban, ezért ebben a könyv-ben sincsenek középpontban, de esetleg azemelt szintû érettségire készülõ diákoknak érde-mes pár szót ejteni Lewis, Pearson, Lux,Usanovich elméleteirõl is.

A 7.2 alfejezetben a szerzõk a sav-bázis el-méletekbõl következõ, azokkal kapcsolatos tév-képzeteket gyûjtötték össze. Ezek többsége a ta-nítás során alakul ki, hiszen mi adjuk a diákokszájába azt a „nyelvezetet”, amit a kémiaórán

MOZAIK KIADÓ 27


Fig. 5.15Empirikus eredmények a tanulóknak az ionos kötéssel kapcsolatos tévképzeteinek kutatásából

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 27

használnak a savak és bázisok témakörben.Sebastian Musli kutatásáról olvashatunk, aki100 német diáknak adott kérdõívet, hogy meg-tudja, mit tudnak, gondolnak a savakról és bá-zisokról. A kérdések között voltak a sav és bázisfogalmára, erõsségére (gyenge sav – erõs sav), a tiszta savak és savas oldatok közötti különbsé-gekre, a közömbösítésre vonatkozó kérdések.

Megdöbbentõen csak a savakat ruházták felaz „aggresszív hatású” jelzõvel, holott a bázisok-ra ez éppúgy igaz. „A savak megeszik”, „a sa-vak elpusztítják”, „az ecetsav egy pusztító és ve-szélyes anyag a kémiában”, „nem használják a normális mindennapi életben.”

Hasonló állításokat találhatunk Barker kuta-tásában is. „A sav valami olyan, ami »megeszi«az anyagot vagy ami téged meg tud égetni; egysav tesztelhetõ, ha megpróbálunk »megetetni«vele valamilyen anyagot, a különbség az erõs ésgyenge savak között az, hogy milyen gyorsaneszik meg az anyagot”. Barker úgy kommentál-ta ezeket a tanulói állításokat, hogy „nem hasz-nálták a részecskeszemléletet; a tanulók állításai

leíró jellegûek, a folyamatos, nem-részecskék-bõl álló sav és bázis modellt hangsúlyozva, né-hány aktív, emberi cselekvéssel felruházva eze-ket, úgymint »a sav valami olyan, ami ‘megeszi’az anyagot« (…)”.

Arra a kérdésre válaszolva, hogy „Mit értünka sav vagy bázis fogalmán?”, a legtöbb diák a pH-értékkel válaszol: „a savaknak alacsony a pH-értéke”. Eltérõ válaszokat is kaphatunk,például: „a sav kitartóan mar”, „a sav veszé-lyes”, „a sav sárga”, a „sav piros”, a „sav sava-nyú”. Ezeken kívül a válaszok sav-bázis elméle-teket adnak vissza: 15%-ban Arrhenius („a savhidrogénionokat tartalmaz”), 30%-ban Brönst-ed („a sav protont ad le”). Ezzel az a lehetségesgond, hogy visszaismételt tudás és nem biztos,hogy a diák érti is a savak fogalmát, és részecs-ke szintû értelmezését. A sav szó többféle jelen-tésével Victor András is foglalkozott egyik cikké-ben [6]. Az alfejezet további részében a közömbösítésrõl, a pH-értékrõl, a gyenge-erõssavakról és bázisokról szóló tévképzetekrõl tud-hatunk meg érdekes információkat.

MOZAIK KIADÓ28


Fig. 6.4Egy „almaháború”, mint a dinamikus egyensúly mentális modellje

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 28

MOZAIK KIADÓ 29


Fig. 7.2 Történeti sav-bázis elméletek

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 29

A 7.3-as alfejezetben tanítási javaslatokat ol-vashatunk. A szerzõk azt javasolják, hogy indul-junk ki a tapasztalati megfigyelésekbõl, majdszépen lassan vezessük be a részecskeszemléle-tet. Kezdetben a fejezet végén található kísérle-teket végezzük el, majd pedig el kell döntenünk,hogy mi a legjobb stratégia: az Arrhenius-féleelmélet tanítása vagy a Brönsted-féle elméleté.Esetleg mindkettõ tanítása a sav-bázis elmélet ge-netikus fejlõdését bemutatva. (Fig. 7.2.) Erõs sa-vak és bázisok vizes oldatának elektromos vezetõ-képesség-mérése után bizonyíthatjuk, hogy a savak hidrogénionokat, a bázisok hidroxidiono-kat tartalmaznak. Ezen ionok létezésének bizonyí-tását követõen elkezdhetjük modellek rajzolását éshangsúlyozzuk azt, hogy az (aq) szimbólum azt je-lenti, hogy ezek az ionok a hidratáció során telje-sen szétválnak. (Fig.7.10) Aztán a közömbösítést iselmagyarázhatjuk a modell segítségével. (Fig.7.14.) Végül összehasonlíthatjuk a teljesen disszo-ciáló erõs sósavat és két gyenge savat. (Fig. 7.16)

A 8. fejezetben a redoxireakciók tárgyalásá-val folytatják a szerzõk. A történeti áttekintésbõltermészetesen nem maradhat ki Scheele „gyú-

lékony levegõje”, Pristley „deflogisztonizált le-vegõje” és Lavoisier „oxigénje”. Az oxigén felfe-dezése Scheele és Pristley, az elnevezése, azégés folyamatának tisztázása, Stahl flogisztonel-méletének megdöntése Lavoisier pontos mérle-gelésének és a tömegmaradás törvényének kö-szönhetõen történt meg. 1897-ben Thomsonfelfedezte az elektronokat, ezt követõen megvál-tozott az oxidáció és redukció értelmezése elekt-ronleadásra és elektronfelvételre. Ezt követõen,amikor bevezették az oxidációs számok fogal-mát, akkor alakult ki a redoxireakciók harmadikdefiníciója.

A redoxireakciók értelmezését három külön-bözõ definíció alapján mutatják be:

A továbbiakban a témához kapcsolódó na-gyon bõséges kutatási anyagot, és a témábanfolytatott vizsgálatokat, empirikus kutatásokatismerhetjük meg, többek között egy 10 problé-mafeladatot tartalmazó vizsgálat kiértékelésétis. A fejezet végén pedig az elektrokémiai részttalálhatjuk. Mentális modelleket láthatunkgalváncellára, Leclanché-elemre és ólomakku-mulátorra.

A kilencedik fejezet a komplex vegyületekrõlszól. A komplexkémia a kémia egyik sokat kuta-tott ága, melynek szervetlen, biokémiai és ana-litikai vonatkozásai is vannak. Az emelt szintûérettségizõknek nem árt, ha van fogalmuk

MOZAIK KIADÓ30


Fig. 7.14A sósav nátrium-hidroxid oldattal történõ

semlegesítésének mentális modellje

Fig. 7.16Két gyengesav mentális modelljénekösszehasonlítása az erõs sósavéval

Fig. 7.10Savas és lúgos oldatok mentális modelljei

Megha-tározás Oxidáció Redukció

1. Oxigénfelvétel Oxigénleadás

2. Elektronleadás Elektronfelvétel

3. Oxidációs számnövekedés

Oxidációs számcsökkenés

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 30

a komplexekrõl, hiszen a követelményrendszertartalmazza ezen ismereteket, illetve egyesemelt szintû kémiai kísérletekben megfigyelhetõa komplexképzõdés.

A komplexképzõdés a donor-akceptor reak-ciók harmadik típusa. Ha a világoskék réz-szul-fát vizes oldatához tömény sósavat adunk, a kék színû oldat zöldre változik. A kék színû ol-dat komplexionokat tartalmaz, amit hexakva-réz(II)ionoknak nevezünk és a következõ szim-bólummal jelölünk: [Cu(H2O)6]

2+(aq). A komplex

szerkezete oktaéderes és a Cu2+-iont központiionnak nevezzük, a 6 H2O molekulát pedig li-gandumnak. A reakció során a komplex egyikligandumja (vízmolekula) helyet cserél a klorid-ionnal.

[Cu(H2O)6]2+

(aq; kék) + Cl–(aq) →[CuCl(H2O)5]

+(aq; zöld) + H2O

Ha vizet adunk a zöld oldathoz, akkor a szí-ne újra kék lesz, a [monokloro-pentakva-réz(II)]-komplexion eltûnik, és újra [hexakva-réz(II)]-komplexion jön létre. A kémiaiegyensúly jelen van a komplexeknél is, ezért a különbözõ stabilitású komplexeknél figyelem-be kell venni, és kiszámolható a stabilitási állan-dók segítségével. A réz akvakomplexionjai nemtúl stabilak. A haladók már úgy írják fel, hogy[Cu(H2O)4]

2+(aq), mert négy vízmolekula hoz

létre viszonylag stabil szerkezetet a réz(II)-ionkörül, esetleg használhatják a [Cu(H2O)6]

2+(aq)

felírást is, mert további két vízmolekulával torzoktaéder képzõdhet a réz(II)-ion körül…

Többféle kémiával kapcsolatos könyvet ismegnézhetünk, ahol a szerzõk átlagosan 10–20oldalon át foglalkoznak a komplexek bemutatá-sával, kiemelve az ezüst-, réz-, alumínium- éskobaltionokat, mint központi ionokat; a víz- ésammóniamolekulákat, illetve a kloridiont, mintligandumokat.

A fejezet további részeiben a komplexekkelkapcsolatos tévképzetek vizsgálatáról olvasha-tunk. Fõiskolás hallgatók körében végzett fel-mérések eredményei azt mutatták, hogy na-gyon rosszak a hallgatók komplex reakciókra

vonatkozó ismeretei, nagyon kevés memorizáltformulát tudnak visszaidézni az felsõfokú tanul-mányaikból, de semelyikben nem jelenik meg a komplex részecskékre vonatkozó mentálismodellek egyike sem.

A hallgatók látták a szögletes zárójelbe tettszimbólumokat, mint például a [Cu(H2O)4]

2+,de elképzelni nem tudták, valódi ötleteik nemvoltak arra vonatkozóan, hogy ezek a komplexrészecskék léteznek, és a szilárd, kék színûréz(II)-szulfát kristályban vagy ennek oldatábanhogyan rendezõdnek el. A hallgatók látták a komplex formulákat a szilárd alumínium-hid-roxid oldódásánál – jól ismert reakció! –, denem tudták megérteni ezeket a képleteket.

Úgy tûnik, hogy egyenletek felírása nem ele-gendõ a kémiaoktatásban: a makroszkopikusszintrõl a szimbólum szintre történõ átmenet túlbonyolult. Ha bemutatjuk a szubmikroszkopikusszintet modellek rajzolásával, ahol az érintettmolekulákat mutatjuk meg a tanulóknak, sokkaleredményesebbek lehetünk a mentális modellekkialakításában, a kognitív struktúrájukban éskönnyebben emlékezni fognak a bemutatott ösz-szetett, komplex részecskékre.

A szerzõk javasolják a molekula modellek2D-s és 3D-s változatainak használatát azegyenletek felírása után. Vezessük be a koordi-nációs számot és a komplex stabilitási állandó-kat. Utána rajzoljunk mentális modelleket a komplexionok vizes oldatokban való elõfor-dulásáról. Ezt követõen tanítsuk meg a komplexegyensúlyokat. Végül a diákok saját komplexstruktúra elképzeléseit, prekoncepcióit is megte-kinthetjük, ami után érdemes történeti ismerte-tõt is csinálnunk (Jorgenson, Werner). Alakítsa-nak csoportokat és egy-egy korabeli kémikusbõrébe bújva, minden csoportból egy-egy tanu-ló védje meg a csoport elképzeléseit!

A tizedik és egyben utolsó fejezetre egy na-gyon izgalmas témát hagytak, az energiát.Ahogy azt a fejezet bevezetõ részében említik:az „energia” egy olyan tapasztalat, ami száza-

MOZAIK KIADÓ 31


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 31

dokon keresztül érdekelte az embereket, éstöbbféle energia típust írtak le, úgymint helyzetienergia, kinetikai energia, hõenergia, fényener-gia, elektromos energia, nukleáris energia vagykémiai energia. A kétség megmaradt: „Van-eolyan elfogadható oktatási módszer az energiabemutatására, van-e olyan fogalom, ami egy-

részt a tanulók számára is elfogadható és nemütközik a korábbi tapasztalataikkal, másrészt pe-dig a modern fizika és kémia is el tudja fogad-ni?” A szerzõk Feynman szavaival válaszolnakDuit kérdésére: „Azt fontos észrevennünk, hogya modern fizikában mi nem is igazán tudjuk,hogy mi az energia valójában”. Mindazonáltalmi meg tudjuk határozni és mérni tudjuk azenergiát. Történeti szempontból a mérés a hõ-energiára vonatkozik, aminek a mértékegységeaz 1 kalória (1cal).

1 kalória pedig az ahhoz szükséges energianagysága, hogy 1 g 14,5°C-os vizet 15,5°C-ramelegítsünk, tehát 1°C-kal növeljük a hõmér-sékletét. Az SI mértékegységrendszert használva1967-tõl a Joule lett az energia mértékegysége,ahol 1 kalória = 4,18 J. Az energia nem vész elés nem is teremtõdik a semmibõl. Általábancsak átalakul egyik energiafajtából a másikenergiafajtába. Mondjuk, hogy biciklizünk, ak-kor a dinamó a kerekek mozgása által megter-melt mechanikai energiát elektromos energiáváalakítja. Amikor felkapcsoljuk a lámpát, akkor a villanykörte az elektromos energiát hõenergi-ává és fényenergiává alakítja…

Olyan tévképzetekkel lehet itt számolni,hogy pl. „a nagyobb jégkocka hidegebb, mint

MOZAIK KIADÓ32


Fig. 10.1Négy olyan vízkeveréses kérdés, amelyeknél

szükséges kvalitatív és kvantitatív válaszadás is

Fig. 10.2A tanulók eredményessége a két feladattípusnál korosztályos bontásban

Típus 1kezdeti hõmérsékletek azonosak

Típus 2kezdeti hõmérsékletek eltérõek

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 32

a kisebb jégkocka és lassabban is olvad el...”,„ha gyapjúba csomagolok ugyanannyi jégkoc-kát, mint amennyit alufóliába, akkor a gyapjú-ban hamarabb elolvad…”, „a nagyobb, forrótest több meleget tartalmaz, tehát melegebb…”.

A Fig.10.1 ábrán Erickson és Tiberghien ku-tatási eredményeit láthatjuk, akik meg akartákvizsgálni a diákok vízkeverésrõl alkotott elkép-zeléseit. Két fõ szituációt választottak: (1)ugyanolyan vízmennyiségeket ugyanazon a hõ-mérsékleten kevertek össze és (2) ugyanolyanés eltérõ mennyiségû vizet kevertek össze eltérõhõmérsékleteken. Az eredményeket a Fig.10.2diagramokon láthatjuk. A kvalitatív esetben sokdiák a korábbi tudása alapján legalább annyitmeg tudott mondani, hogy a végsõ hõmérsékletvalahol a két kezdeti között lesz, de a kvantita-tív számolások késõbbi korosztálynál jelentekmeg: „12 vagy 13 éves kornál korábban a »d«feladatot nem tudták megoldani”. Errõl a vizs-gálatról és még sok más érdekességrõl is többettudhatnak meg, ha elolvassák Barke professzorés szerzõtársai könyvét.

Zárszó

Albert Einstein és a szerzõk szavaival búcsú-zom:

„Nem érthetsz igazán valamit addig, amígazt nem tudod elmagyarázni akár a nagyma-mádnak is.” (Albert Einstein)

„Ez nemcsak egy ravasz és érdekes állítás,hanem igaz is. Reméljük, hogy ennek a könyv-nek a tartalmával még több nagymama kaphattiszta és valós magyarázatot és kevesebb lesz a kémiai tévképzet.” (A könyv szerzõi)

Összegzés

Ha elolvassák Barke professzor és szerzõtár-sai nagyszerû könyvét, nagyon sok min-

dent tudhatnak meg a kémiaoktatásról és a tév-képzetekrõl. A tíz kiemelt téma, amirõl a könyvben olvashatunk, lefedi a jelenlegi ké-

miaoktatás tantervét. Minden fejezet végén ta-lálhatunk kapcsolódó tanítási stratégiákat, ötle-teket, kísérleteket, elvégezhetõ vizsgálatokat.Összességében a könyvrõl elmondható, hogy a szerzõk nagyon sok érdekes tévképzetet gyûj-töttek össze, köztük olyanokat is, amelyek léte-zésére lehet, hogy eddig még álmainkban semgondoltuk volna, mint például a tanári tévkép-zetek. Ahogy a könyvbõl kiderül: a diákok (éstanáraik) prekoncepciói, saját és didaktogéntévképzetei minden témakörben határtalanok.Ez a könyv ebben a zûrzavaros, hibáktól és fél-reértésektõl hemzsegõ világba kalauzol el ben-nünket, kémiatanárokat, illetve minden kémiairánt érdeklõdõt. Mindenkinek szívesen aján-lom, aki tud angolul vagy németül és szeretnebiztos lenni abban, hogy valóban jól tanít, illet-ve azoknak is, akik nem értik, hogy a tanulóikmiért mondanak furcsa, „kémia-idegen” mon-datokat. Talán ebben a könyvben megtaláljákvégre a választ a tévképzetek kialakulásánakokaira és elolvasása után valódi „tévképzet-doktorokként” korrigálhatják, „meggyógyíthat-ják ezt a betegséget”, illetve a következõ gene-rációk számára hatékony tévképzet-prevencióslépéseket tehetnek.

Hivatkozások[1]Szöveg és kép forrása: amazon.com, fordítot-

ta: Kapitány János

[2]Kapitány János, Tóth Zoltán: „Számomra a kémiadidaktikának leginkább a kémiávalvaló kapcsolata a legfontosabb”. BeszélgetésHans-Dieter Barke professzorral, Magyar Ké-mikusok Lapja (2012) LXVII. (4) 115–117.

[3]Ludányi Lajos: Tanári tévképzetek kémiából.Iskolakultúra (2009/7–8) 26–35.

[4]Kapitány János szakmódszertani javaslata

[5]Tóth Zoltán, Kiss Edina, Hans-Dieter Barke:Egy kémiatanításban használható térszemlé-leti teszt hazai adaptációja. Magyar Pedagó-gia (2003) 103 (4) 459–479.

[6] Victor András: Sav, avagy egy szó százféle je-lentése. A Kémia Tanítása (2005) 13 (2) 6–10.

MOZAIK KIADÓ 33


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 33

Budapest, 2012. október 15. – Tizennegye-dik alkalommal adták át a „Magyar Kémia Oktatásért-díjat” annak az öt ké-

miatanárnak, akik kiemelkedõ szakmai mun-kásságukkal és elhivatottságukkal hozzájárultaka jövõ nemzedékének magas szintû szakképzés-éhez, felkarolják és tudásukkal támogatják a te-hetséges diákokat.

A Richter Gedeon Alapítvány a Magyar Kémia Oktatásért kuratóriuma évek óta ítéli odaa rangos elismerést, a személyenként 400 ezerforintos díjat. Az ünnepélyes díjátadóra idén is a Magyar Tudományos Akadémián került sor.

A 2012. évi díjazottak:

• Nagy Mária, Kodály Zoltán Gimnázium,Pécs

• Sipos Judit, Vegyipari Szakközépiskola,Debrecen

• Horvát József, Kiss Bálint Református Álta-lános Iskola, Szentes

• Dr. Kiss Szilvia, Szabó Gyula Alapiskola,Dunaszerdahely

• Halusz Magdolna, Munkácsi Szent IstvánKatolikus Líceum

Richter Gedeon Alapítvány a MagyarKémia Oktatásért

Az alapítvány 1999-ben a Richter Gedeongyógyszercég kezdeményezésével jött létre

azzal a szándékkal, hogy a vezetõ hazai gyógy-szergyártó vállalat a magyarországi kémiaokta-tásban és az azzal kapcsolatos ismeretterjesztés-ben közvetlenül vállalhasson támogató szerepet.Az alapítvány feladatai közé tartozik többek kö-zött a kémia oktatásában kiemelkedõ eredmé-nyeket elérõ tanárok elismerése és díjazása. Az alapítvány „A Magyar Kémia Oktatásért-díj-jal” közép- és általános iskolai kémiatanárok ki-emelkedõ munkáját jutalmazza. Az alapítványcéljainak megvalósítása érdekében három tag-ból álló kuratórium mûködik. A kuratórium

a díjazottak kiválasztásához szükséges adatokatpályázati formában szerzi be.

A Richter Gedeon Nyrt. társadalmi felelõs-ségvállalása jegyében kötelességének érzi, hogylehetõségeihez mérten támogassa a közösségicélokat: tevékenységéhez kapcsolódóan az ok-tatást és az egészségügyet támogatja.

A hazai gyógyszergyártó stratégiájábanmeghatározó a kutatás-fejlesztési tevékenység,amelyhez elengedhetetlen a jövõ szakemberei-nek képzése, az utánpótlás-nevelés támogatása.A Társaság pályázatokon és alapítványokon ke-resztül évente több millió forinttal segíti a fiatalvegyészmérnökök és gyógyszerészhallgatók to-vábbképzését, valamint az oktatásban kimagas-ló szerepet betöltõ tanárokat. A vegyész szak-emberek képzésének támogatása mellett jelenvan a mûszaki, az orvosi, valamint a közgazda-ságtudományi egyetemek támogatói között is.

A 2012. évi díjazottak életrajza

Nagy Mária

Nagy Mária tanárnõ 1980-ban kémia és fizi-ka szakon szerzett diplomát a Kossuth Lajos Tu-dományegyetemen. Az egyetem elvégzése utánegy évig Siklóson tanított, majd volt kémiataná-ra, Kromek Sándor hívó szavára 1983-ban visz-szatért az Alma Materba, a pécsi Nagy LajosGimnáziumba. Nagy lelkesedéssel vetette belemagát a munkába, tanítványai rajongtak érte.Rengeteget foglalkozott diákjaival, akik közül mamár sokan elismert kémikus szakemberek. Tehetséggondozó munkájának köszönhetõenszámos tanítványa jutott az Országos Középisko-lai Tanulmányi Verseny, illetve az Irinyi JánosOrszágos Középiskolai Kémiaverseny döntõjébe.

1989-ben a Baranya Megyei Pedagógiai Intézetpályázatán I. díjat nyert a „Kémia feladatok és meg-oldások” címû munkájával. Ezt a szakmai és mód-szertani füzetet azóta is használják az Irinyi JánosKözépiskolai Kémiaversenyre való felkészülésben.

MOZAIK KIADÓ34


Átadták a Magyar Kémia Oktatásért-díjakat

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 34

Kiemelkedõ szakmai és pedagógiai munká-ja eredményeként az iskolavezetés KromekSándor mellett õt bízta meg a kémia tagozat irá-nyításával. 1993-tól az iskola kémikus munka-közösségének vezetõje lett, így már nemcsak di-ákjainak, hanem közvetlen munkatársainak isszakmai irányítójává vált.

Az 1998/99-es tanévben iskolát váltott, maa Kodály Zoltán Gimnáziumban tanít, ahol a mûvész, valamint zenész fiatalok között misz-sziós szerepet tölt be. Azóta azon munkálkodik,hogy hogyan lehet e tanulókkal megszerettetnia kémiát. Sikeres pályázataival igyekszik tanuló-it is hozzájuttatni a legmodernebb technikai esz-közökhöz, tanulókísérletekkel pedig a tapaszta-latszerzés öröméhez.

Évente több alkalommal szervez bemutatóórákat, továbbképzéseket.

A '90-es évek második felétõl az Irinyi JánosKémiaverseny megyei fordulójának szervezõjeés lebonyolítója, az utóbbi években pedig az or-szágos versenybizottságnak is tagja. Még a nyá-ri szabadsága alatt is aktívan munkálkodik, ké-mikus táborokat szervez nagy sikerrel.

Sipos Judit

Sipos Judit tanárnõ diplomáját 1991-ben a debreceni Kossuth Lajos TudományegyetemTermészettudományi Karán matematika-kémiatanári szakon szerezte. Az ötödéves gyakorló ta-nítását kémia tantárgyból már jelenlegi iskolájá-ban, a Vegyipari Szakközépiskolában végezte.

Tanári pályáját az intézmény kollégiumábannevelõtanárként kezdte. A kollégiumi évek alattis tanított kémiát, majd két év múlva az iskolá-ban folytatta munkáját. Azóta matematikát éskémiát oktat, mindemellett laboratóriumi gya-korlatokat is vezet.

Tanítványainak pályakezdõ kora óta, tanításiórákon túl is rendszeresen segít a felkészülésben,legyen az korrepetálás vagy versenyfelkészítés.Munkája során tanulói elméleti tudását és gya-korlati feladatmegoldó készségét is kiváló peda-gógiai érzékkel fejleszti. Számos tanítványa kerültbe, és szerzett értékes helyezést az OKTV, OSZTV,SZÉTV és az Irinyi János Középiskolai Középis-kolai Kémiaverseny országos döntõjében.

Folyamatosan magas színvonalon, nagyszakmai igényességgel dolgozik, fiatalabb kollé-gáival empatikus, munkájukat rendszeresen fi-gyelemmel kíséri, támogatja. Pályája során szá-mos iskolai és városi szintû elismerésbenrészesült.

Horvát József

Horvát József tanár úr a horvátországiVörösmarton született. Az általános iskolát szü-lõfalujában, a középiskolát Létamonostoron végezte. 1982-ben fizika-kémia szakos tanáridiplomát szerzett a szegedi József Attila Tudo-mányegyetemen. Az egyetem elvégzése utánabban a gimnáziumban helyezkedett el kémia-és fizikatanárként, ahol középiskolai tanulmá-nyait végezte. 1991-ben, a délszláv háború ide-jén családjával együtt Magyarországra költözött,s itt kezdett tanítani.

1996 szeptembere óta tagja a Kiss Bálint Re-formátus Általános Iskola tantestületének.2003-ban a városban elsõk között szakvizsgá-zott „Pedagógiai mérés és értékelés” szakon a Szegedi Tudományegyetemen. Az iskolábanfolyó mérési és értékelési feladatok egyik fõszervezõje és irányítója. Kiváló képességû, in-novatív tanár. Rendszeresen részt vesz képzése-ken, tanfolyamokon. A tehetséggondozás terü-letén kitûnõ eredményekkel büszkélkedhet.Tanítványai évek óta a legjobbak között szere-pelnek a legrangosabb kémiaversenyeken: a Hevesy György Kémiaversenyen, a CurieEmlékversenyen, a Református KözépiskolákOrszágos Kémiaversenyén, a Melegh István Ké-miaversenyen.

Diákjaival sikerül megszerettetnie a termé-szettudományokat, egyre több tanítványa foly-tatja tanulmányait kémia tagozaton a középis-kolákban, majd az egyetemeken. Hetenteegy-egy szakkört vezet a hetedik és nyolcadikosztályosoknak, de a versenyre készülõ tanulók-kal naponta gyakorolnak. Évente két-három al-kalommal látványos kémiai kísérleti bemutatótszervez az alsóbb évfolyamok számára, hogykedvet kapjanak a kémiatanuláshoz. Személyi-sége, nyitottsága, érdeklõdése az új és korszerûiránt példaértékû.

MOZAIK KIADÓ 35


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 35

Dr. Kiss Szilvia

Dr. Kiss Szilvia tanárnõ Dunaszerdahelyenszületett, az alapiskolát szülõhelyén, a középis-kolát Pozsonyban, a Duna utcai Magyar Tan-nyelvû Gimnáziumban végezte. 1995-ben ma-tematika-kémia szakos tanári diplomát szerzetta Nyitrai Pedagógiai Fõiskolán. 2008-ban véd-te meg doktori értekezését a nyitrai KonstantinFilozófus Egyetemen, 2009-ben tett 2. kvalifiká-ciós vizsgát a Selye János Egyetemen, Komá-romban.

Kiss Szilvia tanárnõ, aki az elsõ öt végzõsmagyar kémiatanár közé tartozik, a mai napighû maradt hivatásához és a dunaszerdahelyiKodály Zoltán Magyar Tannyelvû Alapiskolá-ban tanít. Számos kémiaversenyre készítette földiákjait, akik a szlovákiai versenyeken kívüleredményesen vettek részt a Marosvásárhelyenszervezett 6., és a Pécsett szervezett 7. Nemzet-közi Kémikus Diákszimpóziumon. A 8. KémikusDiákszimpóziumot 2013-ban Dunaszerdahe-lyen tartják a tanárnõ vezetésével.

Halusz Magdolna

Halusz Magdolna tanárnõ 1957-ben azUngvári Állami Egyetemen szerzett kémikus, ké-miatanári diplomát. Magyarul, németül, ukrá-nul, oroszul beszél. 1957–1960 között Dolhán,1960–1966 között a Munkácsi 2. sz. középisko-lában, 1966–1998 között a Munkácsi 20. sz. kö-zépiskolában, 1998–2003 között a Munkácsi II.Rákóczi Ferenc Középiskolában, 2003-nap-jainkig a Munkácsi Szent István Líceumban dol-gozik. Jelenleg is tanít. Tanári fokozata „sztarsijvcsétely”, kiváló pedagógus. Több tucat tanít-ványa választotta a kémikusi hivatást, a SzentIstván Líceumból is már ketten. Kilenc éven ke-resztül osztályfõnökként is kitûnõ nevelõmunkátvégzett.

Tanítványai jó eredménnyel vesznek részt a tantárgyi vetélkedõkön. Rendszeresen küldrésztvevõket a KMPSZ által rendezett kémiave-télkedõkre is, ahol eddig már 1., 2., és 3. helye-zést is nyertek.

MOZAIK KIADÓ36


A képen balról jobbra: Sipos Judit, Vegyipari Szakközépiskola, Debrecen; Halusz Magdolna,Munkácsi Szent István Líceum; Horvát József, Kiss Bálint Református Általános Iskola, Szentes;

Dr. Kiss Szilvia, Szabó Gyula Alapiskola, Dunaszerdahely; Nagy Mária, Kodály ZoltánGimnázium, Pécs

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 36

Budapest, 2012. november 21. – A Ma-gyar Tudományos Akadémián adták át a 2012. évi Rátz Tanár Úr Életmûdíjakat.

Az Ericcson, a Graphisoft és a Richter GedeonNyrt. által létrehozott Alapítvány a MagyarTermészettudományos Oktatásért 2001 óta ítélioda a Rátz Tanár Úr Életmûdíjakat, amely máraa hazai természettudományos oktatás, és egy-ben a közoktatás egyik legrangosabb elismeré-sére lett.

A személyenként 1,2 millió forintos RátzTanár Úr Életmûdíjat évente két-két matema-tika, fizika, kémia és 2005 óta két biológia sza-kos tanárnak ítélik oda, akik kimagasló szerepettöltenek be tárgyuk népszerûsítésében és a fiataltehetségek gondozásában. A három vállalatezzel a díjjal járul hozzá a magyarországi ter-mészettudományos oktatásban végzett tanárimunka rangjának, erkölcsi és anyagi megbecsü-lésének növeléséhez.

„Hogy ne csak a világhírû tudósok, hanemtanáraik nevét is ismerjük...” – így szól a RátzTanár Úr Életmûdíj mottója. Mikor világhírû,magyar származású tudósainkkal büszkélke-dünk, kevés szó esik tanáraikról. Rátz tanár úr a legendás Fasori Gimnázium tanára volt éstöbbek között Neumann Jánost és Wigner Jenõtis tanította. Az alapítvány az õ nevét választotta,hogy adózzon nagy múltú és kiváló oktatási kul-túránk elõtt és méltányolja azon pedagógusa-inkat, akik ma is áldozatos szakmai munkájuk-kal és kiemelkedõ eredménnyel képzik a jövõtehetségeit.

2012. díjazott tanárai

• Dr. Kovács László (fizika) – Nagykanizsa,Batthyány Lajos Gimnázium

• Õsz György (fizika) – Ács, Jókai Mór Általá-nos Iskola

• Pogáts Ferenc (matematika) – Budapest,Fazekas Mihály Fõvárosi Gyakorló ÁltalánosIskola és Gimnázium

• Róka Sándor (matematika) – Nyíregyháza,Nyíregyházi Fõiskola

• Dr. Harka Ákos (biológia) – Tiszafüred, Kos-suth Lajos Gimnázium

• Dr. Borhidi Attiláné (biológia) – Budapest,ELTE Apáczai Csere János Gyakorlógimná-zium és Kollégium

• Dr. Forgács József (kémia) – Debrecen,Vegyipari Szakközépiskola

• Prókai Szilveszter (kémia) – Szeged, RadnótiMiklós Kísérleti Gimnázium

„A tudásalapú társadalomban a leg-fontosabb infrastruktúra az oktatás"

Mi, magyarok többnyire jók vagyunk mate-matikából, ezt szinte közhelyként hisszük éstudják rólunk a világban. Büszkék vagyunk aBolyai-féle geometriára, a Puskás-féle telefon-központra, a digitális számítástechnika Neumann-féle alapjaira, a Rubik-kockára vagy a Polgárlányok sakk-zsenialitására és hogy az egy fõrejutó Nobel-díjasok számában talán világelsõkvagyunk. Tényleg jók vagyunk a természettudo-mányokban, de miért?

Genetikus predesztináltság helyett inkábbkulturális gyökerekben hihetünk. Természettu-dományos kultúránk talán Amerika felfe-dezésével, sõt a megszállásokkal is összefügg.Tegyük fel, hogy matematika (ami a természet-tudományok alapja) zsenijelölt gyerek hasonlóarányban születik Angliában, Hollandiában,mint Magyarországon. De míg ott a szülõkilyenkor leginkább kereskedõnek nevelik a gye-reket (hiszen ahhoz nagyon kell tudni számolni),nálunk erre nincs sok esély, így marad a tudo-

MOZAIK KIADÓ 37


Tizenkettedik Rátz Tanár Úr Életmûdíj

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 37

mány. A megszállásokkal is összefügg a termé-szettudományok becsülete. Ezek ugyanis füg-getlenek a hatalomtól és a politikai rendszertõl,ezért a gyermeke sorsát féltõ szülõ igyekszik erreorientálni. Tehát amíg kereskedelmi és politikaikultúránk elsorvadt (kell ezt ma bizonyítani?),addig (ezek helyett is) mûszaki-tudományoskultúránk fejlõdött.

A kulturális értékek alapvetõen határozzákmeg nemzetek sorsát. A 15. században Angliahátrébb állt a fejlõdésben, mint Magyarországés sokkal hátrébb, mint az akkori kereskedõnagyhatalom, Spanyolország. De miután a ke-reskedõ spanyolok felfedezték Amerikát, azangolok hajózási kultúrája felértékelõdött. Egykalóz mozgékony hajóival megverte a Legyõz-hetetlen Armadát és az akkor még viszonylagkis Anglia átvette a vezetést.

Ma az a kérdés, hogy a Cyberspace-ben kitud jobban hajózni, mely nemzetnek van ebbentöbb száz éves kulturális elõnye, honnan jönneka gyors kalózok, akik legyõzhetik a még nagyonfiatal informatikai ipar elsõ generációs gigászait.Persze ha Sír Francis Drake kalóz marad,Erzsébet nem civilizálja, és nem építteti meg a hajóhadat, amely az új kor infrastruktúrájátjelentette, Anglia sem válik azzá, ami lett.

Nekünk is szükségünk van „hajókra”, azazaz infrastruktúrára, amit az államnak kell meg-teremtenie. De ez ma nem fizikai infrastruktúrátjelent. A tudásalapú társadalomban a legfon-tosabb infrastruktúra az oktatás. Ma az oktatásolyan érték, mint a nagy felfedezések korában a hajók, az ipari forradalom korában pedig a szén, az olaj vagy a vas voltak. Angliát, Ame-rikát, Németországot az ipari forradalombannyersanyaga tette gazdaggá. A tudásalapúgazdaságban Magyarországot oktatási kultúrájaemelheti fel. És ebben minden újabb keletûromlás ellenére még mindig maradt elõnyünk.Nobel-díjasaink zöme egyetemet már külföldönvégzett, de többen ugyanabba a középiskolába,sõt, néhányan ugyanabba az osztályba jártak.

Ennyi múlik egy jó tanáron. Hogy a tehetségelkallódik, vagy kifejlõdik, az a középiskolábandõl el, ezt kellene tehát sokkal jobban megbe-csülnünk. Ez nem csak pénz, hanem társadalmiértékítélet kérdése is. Nobel-díjasaink nevétszinte mindenki ismeri, de ki ismeri tanáraikét?Azt is tudjuk, ki volt az Aranycsapat edzõje, dedíjunk névadóját, Rátz Tanár Úr nevét, akiNeumann Jánost és Wigner Jenõt is a FasoriEvangélikus Gimnáziumban tanította, sokkalkevesebben ismerik, mint tanítványai nevét.Ennek a megbecsülés deficitnek a részlegeskompenzálására alapítottuk a Rátz Tanár ÚrÉletmûdíjat.

A díjazott kémiatanárok rövidszakmai életrajza

DR. FORGÁCS JÓZSEF – Debrecen, VegyipariSzakközépiskola

Dr. Forgács József 1962 júniusában végzettokleveles vegyészként a Kossuth Lajos Tudo-mányegyetemen. 1978 júniusában elvégezte a pedagógia szakot, majd 1984-ben doktorifokozatot szerzett. Egykori iskolájában, a deb-receni Vegyipari Szakközépiskolában, kezdtemeg tanári pályáját, ahol egészen nyugdíjbavonulásáig az intézmény egyik legkiemelke-dõbb pedagógusaként tevékenykedett.

Egész életét a tanítás, a tehetséges diákokoktatása, nevelése töltötte ki, amely a kiválóversenyeredményekben is megmutatkozott.Egykori tanítványai közül ma többen akadémi-kusok, vállalatvezetõk, illetve a vegyipar meg-határozó dolgozói. Tanári munkáját mindig ma-gas szintû szakmai felkészültség és pedagógiaitudatosság jellemezte. A vegyipar fejlõdését fo-lyamatosan követte, és gyakorlatioktatás-veze-tõként ehhez igazította az iskola laboratóriu-mainak fejlesztését. Munkájának köszönhetõenaz iskola laboratóriumi felszereltsége kiváló volt.

Az iskola megbízott igazgatójaként is tevé-kenykedett, mely munkája során precizitását,

MOZAIK KIADÓ38


Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 38

emberségét kollégái is érzékelhették. Dr. For-gács József azon pedagógusok közé tartozik,akit munkaszeretete, pontossága, segítõkész-sége és kiváló pedagógiai érzéke miatt nemcsaktanítványai, hanem kollégái is tisztelnek, szeret-nek.

Szakmai munkásságához tartozik tantervek,vizsgáztatási követelményrendszerek tananyag-tartalmainak kidolgozása, felvételi, verseny ésképesítõ feladatsorok készítése, illetve szakértõiés vizsgaelnöki feladatok ellátása is.

PRÓKAI SZILVESZTER – Szeged, RadnótiMiklós Kísérleti Gimnázium

Prókai Szilveszter 35 éve kezdte pályafutásátMakón a Juhász Gyula Szakközépiskolában.1978-tól Szegeden a Fodor József Szakközép-iskolában tanított, majd 1989-ben kezdett a szegedi Radnóti Miklós Kísérleti Gimnázium-ban tanítani. Döntõ szerepet játszott a Radnóti-

ban az országosan egyedülálló biokémia tagozatkémia tantervének kialakításában. Vezetéséveltöbb mint 10 éve olyan kémia munkaközösségdolgozik, amely az ország egyik legeredménye-sebb kémiai tehetséggondozó programjátmûködteti. Döntõ szerepe van abban, hogy a kémia iránt érdeklõdõ diákok mindegyikemegtalálja a maga számára a legmegfelelõbbformát tehetségének kibontakoztatásában. Min-den évben heti 8-10 szakköri órát tart, diákjaitöbb mint egy évtizede egyetlen évben sem hiá-nyoztak az Irinyi János Középiskolai Kémiaver-seny és az OKTV döntõjébõl, valamint rend-szeresen részt vesznek rangos nemzetköziversenyeken is. Prókai tanár úr jelentõs szerepetjátszott az új típusú érettségi lebonyolításábanés a vizsgarendszer meghonosításában az érett-ségi minden szintjén. Tagja a tételkészítõ bizott-ságnak és gyakran a feladatsor ellenõrzési mun-káit is õ végzi.

MOZAIK KIADÓ 39


A képen balról jobbra hátsó sor: Osz György, Róka Sándor, Dr. Harka Ákos, Dr. Kovács László,Prókai Szilveszter,elsõ sor: Pogáts Ferenc, Dr. Borhidi Attiláné, Dr. Forgács József

Kem12_4.qxd 2012.12.15. 9:25 Page 39

Documents

TANÍTÁSA KÉMIA · kat! Miért is? Szénbõl bizony bõven akad egy peptidben vagy fehérjében, és minél több szén-atomunk van, annál bizonyosabb, hogy akad közöttük a