Kaedah saintifik dalam kimia

Halaman ini merangkumi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: kaedah saintifik dalam kimia. Ia menjadi idea pertama dalam keseluruhan sukatan pelajaran atas sebab yang kukuh, setiap eksperimen yang anda temui dalam Tingkatan 4 dan Tingkatan 5 dirancang dan ditanda mengikut rangka kerja yang sama ini. Kuasainya sekarang, maka anda akan mengaut markah dalam setiap soalan amali yang menyusul.

Apa itu kaedah saintifik

Kaedah saintifik ialah cara teratur dan logik seorang ahli kimia menyiasat masalah supaya jawapannya boleh dipercayai dan diulang. Anda dijangka tahu langkahnya mengikut urutan dan menerapkannya pada eksperimen yang diterangkan. Urutan biasa ialah:

1. Pemerhatian, anda perasan sesuatu di sekeliling (contohnya, gula seolah-olah melarut lebih cepat dalam minuman panas).
2. Soalan / masalah, anda menukar pemerhatian menjadi soalan yang jelas (“Adakah suhu mempengaruhi kelajuan gula melarut?”).
3. Hipotesis, pernyataan yang boleh diuji yang meramalkan hubungan (“Semakin tinggi suhu air, semakin singkat masa yang diambil untuk gula melarut”).
4. Eksperimen, ujian adil yang mengubah satu perkara pada satu masa dan mengawal yang lain.
5. Mengumpul dan menganalisis data, merekod ukuran dengan unit yang betul dan, jika berguna, melukis graf.
6. Kesimpulan, pernyataan yang menyatakan sama ada data menyokong atau menolak hipotesis, dan sebabnya.

Tiga jenis pemboleh ubah

Hampir setiap soalan pada standard ini menguji sama ada anda boleh mengenal pasti pemboleh ubah. Hafal tiga jenis ini:

• Pemboleh ubah dimanipulasi (pemboleh ubah tak bersandar) ialah yang anda ubah dengan sengaja.
• Pemboleh ubah bergerak balas (pemboleh ubah bersandar) ialah yang anda ukur untuk melihat kesannya.
• Pemboleh ubah dimalarkan ialah kuantiti yang anda kekalkan tetap supaya ujian adil dan hanya pemboleh ubah dimanipulasi boleh menyebabkan perubahan.

Definisi utama. Hipotesis ialah pernyataan boleh diuji yang meramalkan hubungan antara pemboleh ubah dimanipulasi dan pemboleh ubah bergerak balas. Ia mesti sesuatu yang boleh disokong atau ditolak oleh eksperimen, bukan pendapat yang kabur.

Perhatikan bahawa hipotesis yang baik sudah pun menamakan kedua-dua pemboleh ubah. Jika anda boleh menulis hipotesis, anda hampir pasti boleh membaca kedua-dua pemboleh ubah terus daripadanya, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah semua perkara lain yang mesti kekal sama.

Contoh penyelesaian

Soalan. Seorang pelajar menyiasat bagaimana suhu air mempengaruhi kelajuan seketul gula 5.0 g melarut. Dia menggunakan 100 cm³ air pada 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C dan 70 °C, mengacau pada kadar yang sama setiap kali, dan merekod masa yang diambil untuk ketulan itu hilang sepenuhnya. Kenal pasti pemboleh ubah dimanipulasi, bergerak balas dan dimalarkan, dan nyatakan hipotesis yang sesuai.

Langkah 1, Cari apa yang diubah dengan sengaja. Pelajar menetapkan air pada lima suhu berbeza (30–70 °C). Suhu dipilih dengan sengaja, jadi pemboleh ubah dimanipulasi ialah suhu air, diukur dalam °C.

Langkah 2, Cari apa yang diukur sebagai kesan. Dia merekod berapa lama ketulan mengambil masa untuk melarut. Hasil itu diukur, jadi pemboleh ubah bergerak balas ialah masa yang diambil untuk gula melarut, diukur dalam saat (s).

Langkah 3, Cari apa yang mesti kekal sama. Supaya ujian adil, semua yang lain mesti malar: jisim gula (5.0 g), isipadu air (100 cm³), kadar mengacau, dan saiz ketulan gula. Inilah pemboleh ubah dimalarkan.

Langkah 4, Tulis hipotesis. Nyatakan hubungan boleh diuji: “Semakin tinggi suhu air, semakin singkat masa yang diambil untuk gula melarut.” Ini menamakan kedua-dua pemboleh ubah dan meramalkan arah kesan.

Jawapan. Dimanipulasi: suhu air (°C). Bergerak balas: masa melarut (s). Dimalarkan: jisim gula (5.0 g), isipadu air (100 cm³), kadar mengacau, saiz ketulan. Hipotesis: apabila suhu meningkat, masa melarut berkurang.

Soalan latihan

Soalan. Seorang pelajar ingin mengetahui sama ada kepekatan asid hidroklorik mempengaruhi kelajuan tindak balasnya dengan ketulan marmar. Dia mengukur isipadu gas karbon dioksida yang terkumpul dalam 30 saat pertama menggunakan asid pada 0.5 mol dm⁻³, 1.0 mol dm⁻³ dan 2.0 mol dm⁻³, sambil mengekalkan jisim ketulan marmar dan suhu sama. Namakan pemboleh ubah dimanipulasi, pemboleh ubah bergerak balas dan dua pemboleh ubah dimalarkan, dan tulis hipotesis yang sesuai.

Jawapan. Pemboleh ubah dimanipulasi: kepekatan asid hidroklorik (mol dm⁻³). Pemboleh ubah bergerak balas: isipadu gas karbon dioksida yang terkumpul dalam 30 s (cm³). Pemboleh ubah dimalarkan (mana-mana dua): jisim ketulan marmar, suhu, isipadu asid, dan saiz ketulan marmar. Hipotesis: “Semakin tinggi kepekatan asid, semakin banyak isipadu gas yang terkumpul dalam 30 saat”, iaitu, semakin cepat tindak balas.

Petua peperiksaan

Apabila soalan menerangkan eksperimen, gariskan kuantiti yang muncul dalam senarai nilai berbeza, itu hampir pasti pemboleh ubah dimanipulasi. Kemudian cari kuantiti yang diukur atau ditimbang masanya, itu pemboleh ubah bergerak balas. Semua yang lain yang dinyatakan “sama” atau “dikekalkan malar” ialah pemboleh ubah dimalarkan. Tulis hipotesis anda sebagai “Semakin tinggi/banyak [pemboleh ubah dimanipulasi], semakin tinggi/rendah [pemboleh ubah bergerak balas]”, kerana hipotesis yang dibingkai begini jelas menamakan kedua-dua pemboleh ubah dan meramalkan arah, tepat seperti yang dihargai oleh skema pemarkahan. Jangan sekali-kali mengelirukan kedua-duanya: pemboleh ubah yang anda ubah bukan yang anda ukur.

Kaitan dengan bab

Standard ini membuka bab Pengenalan kepada Kimia dan menjadi asas kepada setiap eksperimen dalam Kimia SPM. Untuk mengulang kajinya bersama bab yang lain, gunakan nota ulang kaji; untuk melihat lebih banyak soalan pengenalpastian pemboleh ubah diselesaikan langkah demi langkah, kerjakan contoh penyelesaian. Dalam kelas dalam talian satu-ke-satu Kimia SPM kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami menyemak bahawa pengenalpastian pemboleh ubah anda tepat dan hipotesis anda sentiasa menamakan kedua-dua pemboleh ubah, kerana inilah markah mudah yang paling kerap tercicir. Kuasai ujian adil di sini, maka kerja amali dalam bab kemudian, seperti Kadar Tindak Balas dan Asid, Bes dan Garam, menjadi jauh lebih mudah.

Imbasan pantas

• Kaedah saintifik berjalan: pemerhatian → soalan → hipotesis → eksperimen → data → kesimpulan.
• Hipotesis ialah ramalan boleh diuji yang menamakan kedua-dua pemboleh ubah.
• Dimanipulasi = diubah dengan sengaja; bergerak balas = diukur; dimalarkan = dikekalkan malar untuk ujian adil.
• Rekod data dengan unit yang betul dan tulis kesimpulan yang merujuk kembali kepada hipotesis.