อะตอมและโมเลกุล (+ของเล่นนักดำน้ำสำหรับเด็กอนุบาล)

 

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ

(คราวที่แล้วเรื่องอุณหภูมิ อะตอม และของเล่นคอปเตอร์กระดาษอยู่ที่นี่ครับ)

วันนี้ผมไปสอนเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรม กลุ่มบ้านเรียนภูมิธรรม และอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เรื่องอะตอมและโมเลกุลสำหรับเด็กประถม และทำของเล่นนักดำน้ำสำหรับเด็กอนุบาลครับ

คราวที่แล้วคุยกับเด็กๆไปว่าเวลาเราบอกว่าของอะไรร้อน ของอะไรเย็นนั้น เรากำลังวัดว่าอะตอมหรือโมเลกุลในของนั้นๆเคลื่อนที่ไปมาเร็วแค่ไหน ถ้าเคลื่อนที่เร็วหรือสั่นเร็วก็จะร้อน ถ้าเคลื่อนที่ช้าหรือสั่นช้าก็จะเย็น วันนี้เราเลยมาคุยกันต่อให้มีความเข้าใจอะตอมและโมเลกุลมากขึ้น

ผมเริ่มโดยถามเด็กๆว่าอะตอมคืออะไร เพื่อดูว่าเด็กๆเข้าใจอะไรบ้างจากสัปดาห์ที่แล้ว เด็กโต(ป.4)ตอบได้ว่าเป็นส่วนประกอบเล็กๆ เล็กที่สุด ถ้าทำให้เล็กไปกว่านั้นจะเปลี่ยนชนิด ผมก็ยกตัวอย่างเสริมว่าถ้าเราเอาทองมาตัดเป็นชิ้นเล็กๆไปเรื่อยๆ มันจะถึงจุดหนึ่งที่ชิ้นทองเล็กมากจนถ้าเราพยายามแบ่งแยกมัน ชิ้นส่วนที่ได้จะไม่ใช่ทองอีกต่อไป เราเรียกเจ้าชิ้นทองที่เล็กที่สุดว่าอะตอมของทอง ในแบบคล้ายๆกัน เราพบว่ามีชิ้นเหล็กที่เล็กที่สุดที่เรียกว่าอะตอมของเหล็ก คือถ้าเราพยายามตัดอะตอมของเหล็กให้เล็กลงไปอีก ผลลัพธ์ที่ได้จะไม่ใช่เหล็กอีกต่อไป เช่นเดียวกันชิ้นอลูมิเนียมที่เล็กที่สุดก็เรียกว่าอะตอมของอลูมิเนียม ชิ้นเล็กสุดของออกซิเจนเรียกว่าอะตอมออกซิเจน นักวิทยาศาสตร์พบว่าวัสดุต่างๆจะประกอบด้วยอะตอมชนิดต่างๆเรียงต่อๆกัน และจำนวนชนิดของอะตอมที่เรารู้จักจะมีประมาณร้อยกว่าชนิด เราเรียกอะตอมแต่ละชนิดว่าธาตุ

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ มิตริ อิวานโนวิช มินดีลีฟ (Dmitri Ivanovich Mendeleev) พบว่าธาตุหลายๆชนิดมีคุณสมบัติไปในทางเดียวกันและเขาได้จัดเรียงธาตุเป็นตารางธาตุ (Periodic Table of Elements) เมื่อร้อยกว่าปีที่แล้ว ธาตุที่อยู่ในคอลัมน์เดียวกันของตารางธาตุจะมีคุณสมบัติไปในทางเดียวกัน ในวันนี้ผมเอาตารางธาตุที่ทำโดยคุณ Theodore Gray ที่ทำเป็น App บน iPad มาให้เด็กๆดู

ตัวอย่าง App:

สำหรับท่านที่ไม่มี App นะครับ ท่านสามารถไปดูเว็บ http://periodictable.com/ ที่คุณ Gray ทำเอาไว้ ก็จะได้ดูรูปและข้อมูลคล้ายๆกัน

เว็บ http://periodictable.com/

ผมให้เด็กๆดูข้อมูลและรูปภาพของธาตุสามธาตุคือ ไฮโดรเจน (H), ออกซิเจน (O), และคาร์บอน (C)  เรื่องหลักๆก็คือไฮโดรเจนมีเยอะมากที่สุด นับเป็น 3/4 ของธาตุทั้งหมดในจักรวาล ส่วนใหญ่อยู่ในดาวฤกษ์และในอวกาศ การเปลี่ยนแปลงจากธาตุไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมเป็นขบวนการสำคัญที่ทำให้ดาวฤกษ์ร้อนและเปล่งแสงออกมาได้ ไฮโดรเจนในรูปก๊าซบนโลกมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศ ถ้าไปใส่ลูกโป่งก็จะลอย แต่อันตรายเพราะติดไฟได้ ถ้าโดนเปลวไฟก็จะระเบิดเป็นลูกไฟได้ (แต่ผลที่ได้คือน้ำเพราะไปรวมกับออกซิเจนเป็นน้ำ H2O) ตอนนี้ลูกโป่งเลยใช้ก๊าซฮีเลียมใส่แทนเพราะไม่ติดไฟ ถ้าดูปริมาณไฮโดรเจนในร่างกายเราจะพบว่ามีไฮโดรเจนอยู่ประมาณ 10% โดยน้ำหนัก (เช่นถ้าเราหนัก 50 กิโลกรัม เราจะมีไฮโดรเจนอยู่ในร่างกายประมาณ 5 กิโลกรัม)

ส่วนออกซิเจนนั้น ในรูปแบบก๊าซเป็นสิ่งสำคัญที่เราต้องใช้ในการหายใจ ออกซิเจนชอบรวมกับธาตุอื่นๆแล้วปล่อยพลังงานออกมา ถ้ารวมแล้วปล่อยพลังงานออกมามากๆเร็วๆเราก็จะเห็นเป็นเปลวไฟ ถ้าออกมาช้าๆเราก็จะรู้สึกถึงความร้อน เช่นตัวเราอุ่นๆเพราะร่างกายเราเอาอาหารที่ทานเข้าไปรวมกับออกซิเจนแล้วร่างกายก็เอาพลังงานไปใช้ทำนู่นทำนี่ ในร่างกายเรามีออกซิเจนอยู่ประมาณ 61% โดยน้ำหนัก (เช่นถ้าเราหนัก 50 กิโลกรัม เราจะมีออกซิเจนอยู่ในร่างกายประมาณ 30.5 กิโลกรัม)

คาร์บอนเป็นธาตุที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก ส่วนประกอบต่างๆในร่างกาย ในเซลล์ ใน DNA ในโปรตีน ฯลฯ ล้วนต้องใช้คาร์บอนเป็นส่วนเชื่อมโยงอะตอมประเภทอื่นๆให้เหมาะสมทั้งสิ้น ร่างกายเราประกอบด้วยคาร์บอน 23% โดยน้ำหนัก  นอกจากนี้ถ้าอะตอมคาร์บอนจับตัวกันแบบที่ว่าแต่ละอะตอมจับกับสี่อะตอมเราจะได้คาร์บอนในรูปเพชรซึ่งแข็งมาก ถ้าจับตัวกันแบบแต่ละอะตอมจับกับสามอะตอมเราจะได้คาร์บอนในรูปกราไฟท์ซึ่งเป็นแผ่นแบนซ้อนกันอยู่เป็นชั้นๆ แต่ละชั้นจะลื่นออกจากกันได้ง่ายทำให้กราไฟท์เป็นสารหล่อลื่น และใช้ทำไส้ดินสอที่เราใช้เขียนกัน (เวลาเราเขียนหนังสือด้วยดินสอ ชั้นนอกสุดของกราไฟท์จะลื่นหลุดออกจากไส้ดินสอแล้วไปติดอยู่บนกระดาษ กลายเป็นตัวหนังสือ)

คาร์บอนจับตัวกันแบบด้านซ้ายกลายเป็นเพชร จับตัวกันแบบด้านขวาเป็นกราไฟท์
ผมสมมุติว่าตัวเองเป็นอะตอมคาร์บอนในเพชร

จากนั้นผมก็บอกว่าวัตถุต่างๆที่เรารู้จักประกอบด้วยอะตอมชนิดต่างๆมาต่อกัน เวลาอะตอมมากกว่าหนึ่งอันมาต่อกันเป็นของชนิดต่างๆเราเรียกว่าของชิ้นนั้นว่าโมเลกุล เช่นก๊าซออกซิเจนที่เราหายใจก็คืออะตอมออกซิเจนสองอันมาต่อกัน (O2)  น้ำที่เราดื่มก็ประกอบด้วยโมเลกุลน้ำที่เกิดจากไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมมาจับคู่กับออกซิเจนสองอะตอม (H2O)  เวลาเราหายใจออกมาเราก็จะหายใจเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ประกอบไปด้วยคาร์บอนหนึ่งอะตอมรวมกับออกซิเจนสองอะตอม (CO2) ออกมา

เพื่อให้เด็กๆเข้าใจมากขึ้น เราจึงแบ่งกลุ่มเด็กๆเป็นกลุ่มไฮโดรเจน กลุ่มออกซิเจน กลุ่มคาร์บอน โดยเอากระดาษเขียน H, O, หรือ C แล้วแปะหน้าอกไว้  แล้วก็ให้จับกลุ่มกันเป็นโมเลกุลต่างๆ

ก๊าซไฮโดรเจน H2
ก๊าซออกซิเจน O2
โอโซน O3
คาร์บอนเกาะกันเป็นกราไฟท์
น้ำ H2O
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H2O2 ที่ใช้ฟอกสีผมและฆ่าเชื้อโรค
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2ที่เราหายใจออกมา
มีเธน CO4 ที่เราได้จากการหมักขยะและกลั่นน้ำมัน ใช้เป็นเชื้อเพลิง เป็นก็าซเรือนกระจกที่ร้ายแรงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์เยอะ

จากนั้นผมก็บอกเด็กๆว่าเวลาอะตอมมาต่อกัน มันไม่ได้ต่อกันมั่วๆ มันจะต่อกันแบบมีรูปแบบ มีรูปร่างที่เฉพาะเจาะจง แล้วผมก็ให้เด็กๆเอาดินน้ำมันมาปั้นเป็นแบบจำลองโมเลกุลต่างๆ โดยให้สีดำเป็นคาร์บอน สีแดงเป็นไฮโดรเจน สีฟ้าเป็นออกซิเจน รูปแบบก็ดูตามวิกิพีเดียครับ (เช่นน้ำก็ดูรูปที่ http://en.wikipedia.org/wiki/Water#Chemical_and_physical_properties)

โอโซน O3
น้ำ H2O
น้ำ H2O
คาร์บอนไดออกไซด์ CO2
มีเธน CO4
น้ำ H2O โอโซน O3 คาร์บอนไดออกไซด์ CO2
 
 
คาร์บอนจับตัวแบบเพชร
คาร์บอนจับตัวแบบเพชร
DNA
กำไลเพชร

เมื่อเด็กได้ทำแบบจำลองของโมเลกุลง่ายๆแล้วผมก็บอกเด็กๆว่าโมเลกุลส่วนใหญ่จะดูยุ่งยากกว่าเยอะ แล้วผมก็เอารูปแบบจำลองน้ำตาลกลูโคส และหน้าตา DNA ให้เด็กๆดู

น้ำตาลกลูโคส
DNA

นี่คือตัวอย่างการสรุปงานของเด็กๆครับ:

 
 
 
 
 
 
 

 ภาพอื่นๆอยู่ที่อัลบั้มการเรียนการสอนที่นี่ครับ

สำหรับเด็กๆอนุบาล ผมเข้าไปทำของเล่นนักดำน้ำ (Cartesian Diver) เพราะได้ข่าวว่าเด็กๆพยายามทำกันเองแล้วไม่สำเร็จ จึงเข้าไปทำให้ดู รายละเอียดการสร้างและคำอธิบายเคยบันทึกไว้แล้วเมื่อปีกว่าๆมาแล้วนะครับ หรือดูวิดีโอคลิปวิธีทำข้างล่างนี้ก็ได้:

ภาพบรรยากาศที่เด็กๆเล่นบีบขวดครับ:

 
 
 
 
 
 
 

เข้าไปดูภาพอื่นๆอยู่ที่นี่ได้ครับ

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *