Pálenie záhy
Oblasť výskumu
Pálenie záhy je zdravotný problém, ktorý postihuje až 50% ľudí. prejavuje sa pálením za hrudnou kosťou, ktoré niekedy vystupuje až k hrdlu a kyslým pocitom v ústach. V zriedkavých prípadoch môže byť bolesť taká silná, že sa zamieňa za srdcový infarkt.
Pálenie záhy začne, ak je funkcia dolného pažerákového zvierača narušená a kyselina zo žalúdka sa vracia späť do pažeráka. Sliznica pažeráka, na rozdiel od sliznice žalúdka, nie je chránená proti pôsobeniu kyselín, v dôsledku čoho dochádza k podráždeniu pažeráka.

Obr. 1 Vznik pálenie záhy
Teoretická časť
Kyslosť a zásaditosť (bazickosť) sú vlastnosti látok, ktoré určujú, ako sa správajú vo vodnom roztoku. Na ich rozlíšenie a meranie používame stupnicu pH.
1. Čo sú kyseliny? (Kyslosť)
Kyseliny sú látky, ktoré majú vo vodnom roztoku kyslú chuť a uvoľňujú katióny vodíka (𝐻+)
- Vlastnosti: Často sú žieravé, chutia kyslo (ako citrón).
- Príklady z kuchyne: ocot (kyselina octová), citrón (kyselina citrónová), kyslé mlieko (kyselina mliečna).
- Príklady z chémie: kyselina chlorovodíková, kyselina sírová.
2. Čo sú zásady? (Zásaditosť)
Zásady sú látky, ktoré majú opačné vlastnosti ako kyseliny. Vo vodnom roztoku uvoľňujú hydroxidové anióny (𝑂𝐻−).
- Vlastnosti: Často sú klzké na dotyk (ako mydlo) a majú horkú chuť. Silné zásady (hydroxidy) sú nebezpečné žieraviny.
- Príklady z domácnosti: Mydlo, čistiace prostriedky na odpad, sóda bikarbóna, vápenná voda.
- Príklady z chémie: Hydroxid sodný, hydroxid draselný.
3. Stupnica pH
Stupnica pH nám hovorí, či je látka kyslá, neutrálna alebo zásaditá. Má rozsah od 0 do 14.
- pH < 7 (0 až 6): Látka je kyslá. Čím nižšie číslo, tým silnejšia kyselina (napr. žalúdočná kyselina má pH okolo 1-2).
- pH = 7: Látka je neutrálna. Nie je ani kyslá, ani zásaditá (napr. čistá destilovaná voda).
- pH > 7 (8 až 14): Látka je zásaditá. Čím vyššie číslo, tým silnejšia zásada (napr. čistič potrubia má pH 13-14).

Obr. 2 Stupnica pH
4. Ako zistíme či sa jedná o kyslý ale zásaditý roztok?
1. Použitie indikátorov – látky, ktoré menia farbu podľa pH:
- Lakmusový paierik: V kyseline sčervenie, v zásade zmodrie.
- Univerzálny indikátorový papierik: Zmení farbu na celú škálu od červenej (kyselina) cez zelenú (neutrálne) až po tmavomodrú/fialovú (zásada).
- Prírodný indikátor: Šťava z červenej kapusty (v kyslom prostredí sčervenie, v zásaditom zozelenie až zožltne).

Obr. 3 Lakmusový papierik

Obr. 4 Univerzálny indikátorový papierik

Obr. 5 Prírodný indikátor - šťava z červenej kapusty
2. použitie meracích prístrojov - pH metrov.

Obr. 6 Digitálny pH meter
Experimentálna časť
Ciele
- Zoznámiť sa s metódou stanovenia pH vodných roztokov využitím digitálneho pH senzora.
- Experimentálne zistiť pH hodnoty minerálnych vôd, ktoré sú odporúčané lekármi a lekárnikmi pri problémoch s pálením záhy.
Úlohy
1. Odmerajte pH vybraných minerálnych vôd pomocou digitálneho pH senzorom.
Roztoky, prístroje a zariadenie
Vzorky minerálnych vôd napríklad: Fatra, Zaječická hořká, Šaratica, Cigeľská. Bezdrôtový pH senzor Pasco, kadičky, destilovaná voda, tablet/mobil s nainštalovaným voľne dostupným softvérom SPARKvue (Pasco).
Pracovný postup
Do čistých kadičiek nalejte vzorky minerálnych vôd.
Kadičky si označte, aby ste vedeli, aká minerálna voda sa v danej kadičke nachádza a zapíšte ich do prvého stĺpca tabuľky, v poradí, v akom ich budete testovať.
Pripravte si kadičku s destilovanou vodou, ktorá bude slúžiť na oplachovanie pH senzora.
Pripravte si pH senzor na meranie a spárujte ho bezdrôtovo (cez bluetooth) s tabletom/mobilom cez softvér SPARKvue (Pasco) .
Senzor na meranie ph hodnoty vodných roztokov vložte do kadičky č.1.
Stlačením štart spustíte meranie.
Merajte, až kým sa hodnota pH neustáli. Potom ukončite merania príkazom stop pre zapísanie hodnoty.
pH senzor vyberte so vzorky minerálnej vody, opláchnite ho v kadičke s destilovanou vodou a umiestnite ho do ďalšej kadičky. Postup merania pH opakujte pri všetkých vzorkách.
Samotné meranie realizujete v softvérovom prostredí SPARKvue. Otvorte si pracovný list s názvom „Meranie“ a postupne vkladajte obrázky svojho merania do vášho iPracovného listu.
Analýza výsledkov
- Aké výsledky pH ste získali u meraných minerálnych vodách? Čo vyplýva z nameraných hodnôt pH ?
- Zhodujú sa s tými , čo ste predpokladali?
Návod pH meter Pasco
Bezdrôtový pH meter slúži na stanovenie pH roztokov. Samotný pH meter sa skladá zo sklenej kombinovanej elektródy a senzora spojenej s elektródou BNC konektorom- Senzor komunikuje s obslužným programom SPARKvue bezdrôtovo cez rozhranie Bluetooth. Program SPARKvue je voľne dostupný v AppStore a v GooglePlay.

Bezdrôtový pH meter Pasco
Súbor na stiahnutie
Navod pH meter PascoMetodika pre učiteľa - Pálenie záhy
Experimentálnu hodinu je vhodné zaradiť až po vysvetlení základných pojmov - pH, pH stupnica, kyselina, zásada a neutralizácia.
Výskumná otázka

Obr. 1 Pálenie záhy
Žiakov treba pripraviť, ako pracovať so softvérom SPARKvue (Obrázok 2), pripomenúť im, aby si nezabúdali, každú stránku na ktorej aktívne pracujú a každé meranie zachytiť pomocou ikony fotoaparátu do e-protokolu) a tiež, aby si svoju prácu v prostredí Sparkvue priebežne ukladali.

Obr. 2 Úvod
Teoretický úvod
Žiaci si samostatne prečítajú krátky text (Obrázok 3) k páleniu záhy. Po oboznámení sa žiakov s problematikou, môže nastať krátka diskusia (vlastné skúsenosti žiakov a pod.)

Obr. 3 Teoretický úvod
Motivácia
Motivácia (Obrázok 4) žiakov prostredníctvom motivačnej otázky: Ako by ste zmiernili nepríjemné pocity pri pálení záhy? Žiakom nechať čas na krátku diskusiu a spontánne nápady.

Obr. 4 Motivačná otázka
Zadanie
Žiaci majú z ponúknutých možností (Obrázok 5) vybrať, ktorá z ponúknutých látok by mohla zmierniť pálenie záhy. Z bežného života vedia, že pikantné jedlo, káva a čokoláda, spôsobujú v ústach kyslý, nepríjemný pocit. Jedinou správnou možnosťou je preto minerálna voda. Správnu odpoveď je potrebné označiť.

Obr. 5 Zadanie
Problémová úloha
Po prekliknutí sa na stránku 6 (Obrázok 6) si žiaci overia, či bol ich predpoklad správny. Po prečítaní krátkeho textu zistia, že jedným z možných riešení problému pálenia záhy je vypitie minerálnej vody. Vzápätí majú porozmýšľať, prečo práve minerálna voda zmierňuje pálenie záhy. Žiaci by mohli uvažovať, že nepríjemný pocit, ktorý je v ústach pri pálení záhy je kyslý, preto by sme mali organizmu dodať zásadu. Práve minerálna voda môže mať zásaditý charakter a teda to bude súvisieť s pH. Žiaci pracujú v skupinách a svoje odpovede vpisujú do vyznačeného priestoru.

Obr. 6 Problémová úloha
Teória
Po krátkej úvahe na predchádzajúcej stránke mali žiaci prísť na to, že problém pálenia záhy súvisí s pH. Na stránke 7 (Obrázok 7) si žiaci zopakujú, čo už vedia o pH, ako sa vyjadruje pH na stupnici a ako delíme roztoky podľa hodnoty pH.

Obr. 7 Teória
Predpoklad
Na experimentálnej hodine budú žiaci merať pH vybraných minerálnych vôd (Obrázok 8) - Fatra, Zaječická hořká, Šaratica a Cigeľská. Predtým ako začnú merať, skúsia odhadnúť, aké môže byť pH minerálnych vôd, ktoré budú skúmať. Mali by predpokladať, že minerálne vody budú zásadité. Keďže aj príliš zásadité látky sú pre ľudský organizmus nebezpečné, pH týchto minerálnych vôd by malo byť mierne zásadité a to cca v rozmedzí od 7,5 - 8.

Obr. 8 Predpoklad
Experimentálna časť - materiál a pomôcky
Nasledujúce dve stránky (Obrázok 9, Obrázok 10) zobrazujú, aké digitálne prostriedky a pomôcky budú použité pri experimentálnej práci. Žiaci si skontrolujú, či majú všetko nachystané na stoloch a v prípade, že niečo chýba, nahlásia to učiteľovi.

Obr. 9 Pomôcky

Obr. 10 Materiály
Experimentálna časť - postup práce
Žiaci si v skupinách prečítajú podrobný postup (Obrázok 11) ako majú merať so senzorom pH. Po prečítaní postupu môžu prejsť na ďalšiu stránku.

Obr. 11 Postup práce
Meranie pH minerálnych vôd - tabuľka
Meranie pH jednotlivých vzoriek minerálnych vôd a zaznamenávanie nameraných údajov do tabuľky (Obrázok 12). Žiaci pracujú samostatne, v prípade potreby im pomôže učiteľ.

Obr. 12 Namerané hodnoty pH zaznamenané v tabuľke
Meranie pH minerálnych vôd - graf 1
Zopakovanie merania pH minerálnych vôd a zaznamenávanie nameraných hodnôt pH do grafu (Obrázok 13). Žiaci pracujú samostatne podľa pokynov v pravom hornom rohu stránky. Učiteľ žiakom zdôrazní, aby si nezabudli nastaviť vzorkovací režim na periodicky (1s).

Obr. 13 Namerané hodnoty pH minerálnych vôd
Analýza výsledkov
Porovnanie (Obrázok 14) predpokladaných hodnôt pH minerálnych vôd s nameranými hodnotami pH. Zhodnotiť, či bol predpoklad správny. Vysvetliť prípadné odchýlky.
Pozn.: Niektoré zásadité minerálky sú príliš sýtené a zvýšený obsah CO2 spôsobí, že pH danej minerálky bude nižšie, ako sme očakávali. Preto je dobré žiakom navrhnúť, aby zbavili vzorku minerálnej vody bubliniek a opäť zmerali jej pH (Obrázok 21).

Obr. 14 Analýza výsledkov
Záver
Sumarizovanie získaných výsledkov a formulácia záveru (Obrázok 15). Na základe svojich vedomostí a získaných výsledkov žiaci určia, aká chemická reakcia prebehne v organizme po požití minerálnej vody, ktorej pH merali.
Pozn.: Žiakov upozorniť na to, že by nemali piť sýtené minerálne vody kvôli zvýšenému obsahu CO2, a teda aj kyslejšiemu pH. Aby teda zásadité minerálne vody naozaj pomohli zmierniť pálenie záhy, musíme ich pred požitím zbaviť CO2 (bubliniek).

Obr. 15 Záver
Návrh experimentu pre dôkaz účinku minerálnych látok pri pálení záhy
Samostatná tvorivá činnosť žiakov - z uvedeného dostupného materiálu a pomôcok navrhnúť experiment, ako dôkaz účinku minerálnych vôd na pálenie záhy. Na tejto stránke si postup experimentu len premyslia, na ďalšej stránke svoje nápady zapíšu.

Obr. 16 Návrh experimentu
Postup práce
Do vyznačeného priestoru (Obrázok 17) stručne v bodoch napísať postup práce pri realizácii experimentu.
Pozn.: Pracujeme s veľmi zriedenou kyselinou chlorovodíkovou (0,3%), preto môžu žiaci realizovať experiment.

Obr. 17 Postup práce
Graf 3 - zmena hodnoty pH v priebehu reakcie HCl a minerálnej vody
Po vložení pH senzora do kadičky a spustení merania žiaci zaznamenávajú a sledujú vývoj grafu (Obrázok 18). Po postupnom prilievaní minerálnej vody do roztoku HCl sledujú ako pH roztoku HCl začína stúpať. V prevedení do praxe to znamená, že kyslosť, ktorú pri pálení záhy pociťujeme v ústach, sa po požití zásaditej minerálnej vody zmierňuje.

Obr. 18 Zmena hodnoty pH v priebehu reakcie HCl a minerálnej vody
Analýza výsledkov
Zhodnotenie výsledkov (Obrázok 19), porovnanie očakávaných výsledkov s reálnymi, vlastné postrehy žiakov. Je dôležité, aby žiaci nielen získavali výsledky, ale vedeli ich aj správne interpretovať. K tomu slúži dôkladná analýza nameraných dát a potrebné vedomosti o pH roztokoch.

Obr. 19 Analýza výsledkov 2
Záver
Vyvodenie záveru experimentu (Obrázok 20). Podarilo, alebo nepodarilo sa žiakom dokázať pozitívny účinok skúmanej minerálnej vody na pálenie záhy?

Obr. 20 Záver 2
Otázky na zamyslenie
V závere experimentálnej hodiny sú pre žiakov pripravené dve otázky na zamyslenie (Obrázok 21). V prvej majú porozmýšľať, akým spôsobom by riešili problém pálenia záhy, ak by nemali k dispozícii zásaditú minerálku. V druhej úlohe vyhľadajú na internete, pri akých ďalších zdravotných ťažkostiach sa používajú minerálne vody. Zároveň majú uviesť aj zdroje, z ktorých čerpali. Učiteľ upozorní žiakov, aby si dávali pozor na to, z ktorých zdrojov čerpajú informácie (napr. spomenie internetové stránky, v ktorých nie je uvedený autor a pod.).

Obr. 21 Otázky na zamyslenie