Měření a modelování pH jako propojení středoškolské chemie a matematiky

Abstrakt

Investigating the acidity and alkalinity of solutions is linked to understanding the pH of solutions. At the secondary school level, this also means understanding the concept of the logarithmic function, which is a suitable topic for developing mathematical literacy. The objective was to design a laboratory activity in which students would not only measure solutions with the expected pH, but also construct a graph from the measured values without being aware of the dependence of pH on H₃O⁺ concentration. This would enable them to identify the function that best fits the obtained curve. The problem presented discusses the limitations of the design and provides teachers with a basis for preparing the laboratory exercise, including a worksheet for students. The validation of the laboratory activity demonstrates that during the implementation of the exercise, students are able to construct a graph from the measured values and solve application problems related to understanding the concept of a logarithmic function.

Zkoumání kyselosti a zásaditosti roztoků je spojeno s pochopením problematiky pH roztoků. Na středoškolské úrovni to znamená chápat rovněž koncept logaritmické funkce, a tím pádem je toto téma vhodné pro rozvíjení matematické gramotnosti. Cílem proto bylo navrhnout takovou úlohu, ve které žáci nejen proměřují roztoky o očekávaném pH, ale navíc bez znalosti závislosti pH na koncentraci H₃O⁺ sami z naměřených hodnot sestavují graf, ve kterém hledají/modelují funkci, která nejlépe odpovídá získané křivce. Představená úloha diskutuje limity provedení a učitelům poskytuje podklady pro přípravu laboratorního cvičení, včetně pracovního listu pro žáky. Ověření úlohy ukázalo, že během realizace cvičení jsou žáci schopni sestavovat graf z naměřených hodnot a řešit aplikační úlohy spojené s pochopením konceptu logaritmické funkce.