Először azt kérdezd: mit szeretnél megmérni?
„Meleg vízben gyorsabban oldódik a cukor” ellenőrizhető állítás. „Ez a víz jobb” önmagában nem az: meg kell adni, mit jelent a jobb, és milyen mérés dönt róla. A hipotézis vizsgálható feltevés; a mérés eredménye támogathatja vagy cáfolhatja. Egyetlen sikeres mérés nem igazol minden lehetséges körülményt.
A megfigyelés: a kristály eltűnik, a hőmérő értéke csökken, csapadék jelenik meg. A magyarázat: oldódás történt, az oldódás hőt vett fel, rosszul oldódó vegyület keletkezett. Az ionokat a kémcsőben rendszerint nem látod közvetlenül; a részecskemodell értelmezi a tapasztalatot.
Feltevés, modell, törvény, elmélet
A hipotézis vizsgálható feltevés: például azonos egyéb körülmények között a melegebb vízben rövidebb lesz a cukor feloldódási ideje. Előre megmondjuk, milyen adat támogatná, és mi mondana neki ellent. Egy ellentétes eredménynél a mérés hibáját és a feltevést egyaránt megvizsgáljuk; nem hagyjuk ki egyszerűen a kellemetlen adatot.
A modell a valóság célhoz illeszkedő, egyszerűsített leírása. A részecskemodell megmagyarázza a keveredést, de az ábrán a nagy színes golyók nem valódi méretarányú részecskék. A modell feltételei és érvényességi határai a magyarázathoz tartoznak.
A törvény megfigyelt összefüggést fogalmaz meg meghatározott feltételekkel: az ideális gáz p+ · V = n · R · T kapcsolata ilyen. Az elmélet több megfigyelést és összefüggést összefogó, ellenőrizhető magyarázó rendszer. Nem egyszerűen „még be nem bizonyított ötlet”, és nem úgy fejlődik, hogy idővel törvénnyé válik.
Kérdéstől a következtetésig
Ábra szöveges leírása
| Lépés | Magyarázat |
|---|---|
| Kérdés és előrejelzés | Mit változtatok, és milyen hatást várok? |
| Összehasonlítható minták | Egyszerre egy tervezett tényezőt változtatok. |
| Mérés és ismétlés | Azonos módszerrel, egységgel rögzítem az adatokat. |
| Értékelés | A mért eltérést a bizonytalansághoz hasonlítom. |
Cukoroldódás két különböző hőmérsékleten
| Szerep | Ebben a kísérletben |
|---|---|
| Független változó | A víz hőmérséklete. |
| Függő változó | A teljes feloldódásig eltelt idő. |
| Rögzített körülmények | Cukor tömege és szemcsemérete, víz térfogata, keverés módja, edény. |
| Kontroll / viszonyítás | Azonos módon mért szobahőmérsékletű minta. |
| Ismétlés | Több azonos mérés; a szóródás és a kivételes mérés felismerése. |
Kidolgozott példa: mit állíthatunk három ismétlésből?
Feladat: Kitalált mérési adatok: 20 °C-on 120, 118 és 122 s;
40 °C-on 60, 62 és 58 s a cukor teljes feloldódási ideje.
Minden mintában azonos a cukor tömege és szemcsemérete, a víz térfogata, az edény és a keverés.
A víz mindkét hőmérsékleten elegendő a cukor teljes feloldásához.
Értékeld az eredményt!
A hőmérséklet a független, a feloldódási idő a függő változó.
A többi körülményt rögzítettük.
A 20 °C-os minta viszonyítás, mindkét feltételt háromszor mérjük.
Az átlagos idő (120 + 118 + 122)3 = 120 s, illetve (60 + 62 + 58)3 = 60 s.
A két átlag eltérése sokkal nagyobb az itt látott, ±2 s-os szóródásnál.
Ez támogatja a feltevést az alkalmazott feltételek között;
a ±2 s itt a megfigyelt eltérések tartománya, nem teljes mérési bizonytalanság.
A melegebb mintában a feloldódás átlagosan feleannyi ideig tartott.
Ebből nem következik, hogy minden újabb 20 °C melegítés felezi az időt, vagy hogy kétszer annyi cukor oldódhat fel.
Az oldódás ideje és az adott hőmérsékleten elérhető oldhatóság külön kérdés.
Melyik eszköz mire való?
A főzőpohár reakcióedény és közelítő térfogatjelzést ad. A mérőhenger pontosabb térfogatmérésre, a pipetta meghatározott térfogat átvitelére, a büretta szabályozott adagolásra szolgál. A mérőlombik egy jelölt végtérfogatú oldat készítésére való: az oldott anyagot előbb feloldjuk, szükség esetén lehűtjük, majd a jelre töltött oldatot homogenizáljuk.
A víz homorú meniszkuszának alját szemmagasságban olvasd le. A büretta skálája lefelé nő: a kiadagolt térfogat a végső és a kezdeti leolvasás különbsége. Titráláskor az indikátor színváltozását és a mérőoldat fogyását külön adatként rögzítjük.
Kidolgozott példa: két leolvasásból fogyás
Feladat: A büretta kezdetben 0,00120 dm3-t, a végén 0,01865 dm3-t mutat.
Mennyi oldat fogyott?
A kiadagolt térfogat: 0,01865 − 0,00120 = 0,01745 dm3.
Az oldat nem 0,01865 dm3-es adag volt: az első leolvasás nem nulla.
A fogyást ezután lehet anyagmennyiséggé alakítani.
Büretta kezdeti és végső leolvasása a meniszkusz alján
Ábra szöveges leírása
| Leolvasás | Térfogat |
|---|---|
| Kezdet | 1,20 cm3 |
| Vég | 18,65 cm3 |
| Fogyás | 17,45 cm3 |
Biztonságos megfigyelés a laborban
Vegyszert nem kóstolunk, szájjal nem pipettázunk; védőszemüveget és az előírt további védőfelszerelést használjuk. Melegített kémcső nyílását emberektől elfordítjuk. Éghető oldószer közelében nincs nyílt láng. A vegyszermaradékot az előírt hulladékgyűjtőbe tesszük. A gázok kimutatása sem jelent közvetlen szagolgatást.
Tömény sav hígításakor a savat adagoljuk a vízhez, lassan és keverve, mert az elegyedés hőfejlődéssel jár. A címke veszélyjelzése a veszély jellegét jelzi; a tényleges kockázatot a koncentráció, mennyiség és használat módja is befolyásolja.
Pontosság, szóródás és megismételhetőség
A véletlen eltérés ismétlésenként más irányú lehet; a szisztematikus hiba minden eredményt azonos irányban tolhat el. Egy rosszul kalibrált mérleggel kapott, egymáshoz közeli számok jól ismételhetők, mégis pontatlanok. Az átlagolás nem javítja ki automatikusan a szisztematikus hibát.
A következtetéshez gondold végig a felbontást, leolvasást, mintavételt és veszteséget. Ha 0,1 g-os felbontású mérlegen mérsz, ne közölj indok nélkül ezredgrammos eredményt. A számolás közben megtartott több számjegy csökkenti a kerekítési hibát; a végeredmény pontosságát az adatok korlátozzák.
Mérési eredmények szóródása és eltérése az ismert referenciaértéktől
Ábra szöveges leírása
| Adatsor | Eredmények |
|---|---|
| Kicsi szóródás, jó egyezés | 9,98; 10,00; 10,02 g |
| Kicsi szóródás, eltolódás | 10,48; 10,50; 10,52 g |
| Nagy szóródás, jó átlag | 9,60; 10,00; 10,40 g |
Mit jelent, hogy ellenőrizhető a mérés?
A mérés empirikus: tapasztalati adatot ad, nem puszta következtetést. Leírásában szerepeljen a mért mennyiség, módszer, eszköz, egység és körülmény. Az ismert referenciával való összehasonlítás segít ellenőrizni a mérőrendszert; a módszer és az adatok közlése pedig másoknak teszi ellenőrizhetővé az eredményt.
Ismételhetőség: rövid időn belül, ugyanazzal a módszerrel, eszközzel és vizsgálóval mennyire egyeznek a mérések? Reprodukálhatóság: más vizsgáló, eszköz vagy laboratórium mellett is összhangban van-e az eredmény? A megváltoztatott és változatlan feltételeket ilyenkor is megadjuk. Az egyezés a bizonytalanság figyelembevételével értendő, nem az összes utolsó tizedesjegy azonosságával.
A precizitás az ismételt eredmények egyezésére, kis szóródására utal; a pontosság a referenciaértékkel való egyezés kérdését is magában foglalja. A fenti ábra második sora lehet precíz, miközben eltolódása miatt pontatlan. A jó átlag önmagában sem elég: a harmadik sor nagy szóródását is közölni kell.
Kidolgozott példa: reklámállítás ellenőrzése
Feladat: Egy tisztítószer „kétszer hatékonyabb”.
Milyen adatok nélkül értelmezhetetlen az állítás?
Mi a hatékonyság mérőszáma: folteltávolítás, szükséges idő vagy felhasznált tömeg?
Mivel hasonlították össze, azonos volt-e a koncentráció, vízkeménység és hőmérséklet?
Hány ismétlés, milyen szóródás és ki végezte a vizsgálatot?
A meggyőző személyes történet nem helyettesíti ezeket.
Az értékelő várakozása is torzíthat
Ha színváltozásokat hasonlítunk össze, a mintákról készített képeket kódolhatjuk, hogy az értékelő ne tudja, melyik kezelést kapta a minta. Így kevésbé befolyásolja az előzetes várakozása. A vak elrendezés lényege az információ elrejtése a résztvevő vagy az értékelő elől; nem pusztán az, hogy kontrollcsoport is van. Kettős vak elrendezésben a vizsgálat közben mindkét érintett kör számára rejtve marad a besorolás.
Forrásértékeléskor keresd meg az eredeti állítást és adatot, a módszert, az összehasonlítást, a bizonytalanságot és a szerző érdekeltségét. Egy szakmai hangzású szó vagy sok megosztás nem pótolja ezeket. Az állítás tudományosságát az ellenőrizhető vizsgálat és bizonyíték alapján ítéljük meg; attól, hogy valami új vagy szokatlan, még nem áltudomány.
Felidéző gyakorlás
A hőmérséklet hatását vizsgálod az oldódás idejére. Mi legyen azonos?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Források
Tankönyvi kapcsolódás
Oktatási Hivatal: Kémia 9–10., I. kötet, 9. nyomtatott oldal; biztonsági bevezető. lecke. A PDF-ben a nyomtatott oldalszámhoz 1-et adj hozzá.
Oktatási Hivatal: Kémia 9–10., II. kötet, 196–197. nyomtatott oldal; 94. lecke. A PDF-ben a nyomtatott oldalszámhoz 1-et adj hozzá.
A magyarázatok, hasonlatok és feladatok önálló feldolgozások. A közép- és emelt szintű követelmények ellenőrzésének alapja az Oktatási Hivatal részletes követelményrendszere.