Johdanto

pH Scale
Public Domain: https://openclipart.org/detail/302548/ph-values-chart
Tieteilijät - etenkin kemistit - työskentelevät monien eri yhdisteiden ja kemikaalien parissa. Eri aineiden happamuutta mitataan pH-asteikolla.
Aineen pH-arvo saadaan joko suoraan numeerisena arvona käyttämällä pH-mittaria tai jonkin indikaattorin avulla, jolloin pH-arvon pystyy näkemään esimerkiksi indikaattorin väristä.
pH-asteikko
- pH-asteikon numerot ulottuvat yleensä nollasta neljääntoista. Asteikko kertoo, kuinka hapanta tai emäksistä jokin aine on.
- Vesiliuos saadaan, kun aine liuotetaan veteen.
- Aineet voidaan luokitella happamiksi, neutraaleiksi tai happamiksi riippuen siitä, mihin ne pH-asteikolla sijoittuvat.
- Neutraalien aineiden pH-arvo on 7,
- Aineet, joiden pH on alle 7, ovat happamia. Mitä pienempi arvo on, sitä happamempi se on.
- Aineet, joiden pH on yli 7, ovat emäksisiä. Mitä korkeampi pH on, sitä emäksisempää aine on.
Yleisindikaattoriksi kutsutaan sellaista ainetta, joka reagoi pH-arvoon. Tällaisia yleisindikaattoreita löytyy myös luonnosta (esimerkiksi punakaalimehu). pH-arvon yleisindikaattorille haettiin kaupallista patenttia ensimmäisen kerran vuonna 1933.
Yleisindikaattorin avulla voidaan osoittaa tarkasti, kuinka hapanta tai emäksistä jokin aine on. Yleisindikaattoreissa on eri värejä, jotka määräytyvät aineen pH-arvon mukaan: punainen väri viittaa happamuuteen, vihreä neutraaliuteen ja sininen tai violetti emäksisyyteen. pH-arvon mittaamiseen on olemassa myös sähköisiä laitteita, kuten Arduinon pH-mittari: https://create.arduino.cc/projecthub/atlasscientific/arduino-ph-meter-e94fb4.
Tehtävä

Logo graphics
Public Domain: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/KochTurtleAnim.gif
Tehtävä on monitahoinen ja ylittää eri oppiaineiden rajoja. Opit piirtämään kuvia käyttäen Pythonia: tällaista piirtämistä kutsutaan LOGO-ohjelmoinniksi. LOGO oli alun perin suurelle paperille piirtävä robotti, joka pystyi tekemään helposti suoria ja kauniita viivoja.
Voit piirtää minkä tahansa kuvan missä tahansa väreissä hyödyntämällä LOGO-grafiikkaa. Python-kielessä LOGOn nimi on Turtle. Voit löytää inspiraatiota ja ideoita tutustumalla LOGOn selainversioon (https://www.transum.org/software/Logo/) tai katsomalla ohjevideon LOGO-grafiikkojen luomisesta.
Lisäksi opimme tuntemaan pH-asteikon, ja katsomme, mihin eri aineet sijoittuvat pH-asteikolla. Lue linkistä siitä, miten värit liittyvät pH-arvoon: https://www.thespruce.com/ph-levels-for-common-cleaning-supplies-1900473. Voit myös pohtia, miten pH-arvo liittyy vetyioneihin. Pystyisitkö tekemään pH-indikaattorin myös kotona?
Miten määritellään väri ja mitä se tarkoittaa? Tietojenkäsittelytieteessä värit määritellään usein käyttämällä kolmea numeroa: yksi punaisen, yksi vihreän ja yksi sinisen sävyille. Musta on esimerkiksi 0 0 0, punainen on 255 0 0, vihreä on 0 255 0 ja valkoinen 255 255 255. Eräät värit ja niiden nimet on esitelty level 1- pH-asteikko.pdf -dokumentin sivuilla 12 ja 13, ja RGB-värit selitetään 30 sekunnissa tällä videolla.
Dokumentin sivulla 33 on listattu joitakin aineita ja niiden pH-arvoja. Löydätkö nämä aineet kotoasi? Osaatko selittää, miksi ruokasooda poistaa kahvitahrat niin tehokkaasti? Kotona voit kokeilla, mitä tapahtuu, kun sekoitat ruokasoodaa ja etikkaa tai sitten voit vain katsoa videon. Mitä tapahtuu ja miksi?
pH liittyy myös tämän kurssin muihin aihepiireihin, kuten veden kiertokulkuun. Miksi vesi on hapanta? Jos merien happamuus lisääntyy, mitä tapahtuu koralleille ja simpukoille? Linkistä Average pH Levels of Common Cleaning Supplies löydät lisää tietoa puhdistusaineista ja niiden pH-arvoista.
Alla on kuva pH-asteikosta, jonka luomme.
* Tehtävä edistyneille: Etsi aine, jonka pH on suurempi kuin 14. Millä aineella on pienempi pH kuin 0? Hyödynnä linkkiä https://www.sciencefocus.com/science/could-a-ph-greater-than-14-exist/
* Tehtävä edistyneille: pieni p sanassa pH tarkoittaa 10-kantaista logaritmia ja iso H tarkoittaa vetyä, kuten kemiasta on tuttu.
Prosessi
Avaa ensin Python: https://trinket.io/turtle
- Lue Python-kirjastoja käsittelevät sivut 7-9. Python on monikäyttöinen ohjelmointikieli. Eri koodauslohkojen tai funktioiden kokoelmia kutsutaan kirjastoiksi, ja erilaisia mahdollisia kirjastoja on valtavasti.
- Luo omat funktiosi tai aliohjelmasi. Tästä saat tietoa sivulta 11.
- Lisää toimintoja eriväristen suorakulmioiden piirtämiseen vaiheissa 3-18 (sivut 14-29) kuvatulla tavalla. Voit helposti kopioida ja liittää sekä muokata näitä funktioita käyttämällä edellisessä vaiheessa luotua toimintoa.
- Huomaa, että vain väri muuttuu aliohjelmien kutsussa. Edistyneemmällä tasolla voit luoda yhden funktion, joka ottaa syötteenä myös värin.
- Luo vaiheessa 19 kuvattu pääfunktio (sivu 30). Se kutsuu jokaista funktiotamme. Rivit 172-200 voidaan korvata taulukko- ja silmukkamenetelmällä.
- Lisätehtävä: Online-LOGO on loistava työkalu LOGO-kielen harjoittelemiseen. Muista kokeilla myös sitä.
Loppusanat
- Tutustut massan, tiheuden ja tilavuuden käsitteisiin.
- Osaat nimetä happamia ja emäksisiä yhdisteitä ja aineita.
- Voit piirtää suorakulmioita ja lähes minkä tahansa (yksinkertaisen) kuvan Pythonin Turtle-kirjaston avulla.
- Tiedät, miten tietokoneet kuvaavat ja käyttävät värejä.
Seuraavaksi:
- Luo oma piirustuksesi Pythonin Turtle -kirjaston avulla.
- Siirry tason 2 Python-aktiviteettiin tai kokeile anatomiatietokilpailua.
Arkipäivän elämässä
- pH on olennainen asia monissa kotitaloustarvikkeissa, kuten puhdistusaineissa, siivousvälineissä sekä leivonnassa ja ruoanlaitossa.
- Meriemme happamoituminen liittyy ilmastonmuutokseen.
- Joitakin luonnontuotteita - kuten punakaalia -voi käyttää myös pH-indikaattoreina.
Arviointi
QUEST_LO
- Tiedät, mitä pH-tarkoittaa ja miten sitä mitataan.
- Osaat hyödyntää Python-kirjastoa Turtle-grafiikoiden luomiseen.
- Osaat nimetä kolme asiaa, joiden pH on pienempi kuin 7.
- Voit määrittää ja kutsua aliohjelmia.
- Osaat nimetä 5 asiaa, joiden pH on suurempi kuin 7.
- Ymmärrät Pythonin värikirjaston ja osaat valita sopivat värit pH-asteikolle.
- Tiedät, miten värit määritellään tietokoneissa.
- Osaat käyttää silmukoita (loops).
- Tiedät, miten ruokasoodaa ja etikkaa käytetään siivouksessa.