O σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των ηλεκτροχημικών στοιχείων, των μεθόδων ηλεκτροχημικής ανάλυσης, των εφαρμογών τους καθώς και η παρουσίαση διδακτικής πρότασης για τη διδασκαλία μέρους αυτού του πλαισίου στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση.
Η εργασία ξεκινά με την παρουσίαση βασικών προκαταρκτικών γνώσεων, οι οποίες συντελούν στην κατανόηση του κυρίως γνωστικού αντικειμένου. Το πρώτο κεφάλαιο ξεκινά με την ανάλυση των χημικών αντιδράσεων, δίνοντας έμφαση στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. Έπειτα γίνεται αναφορά στον κλάδο της Ηλεκτροχημείας- πλαίσιο του οποίου αποτελεί το γνωστικό αντικείμενο της εργασίας- καθώς και στα βασικά στοιχεία που πρέπει να γνωρίζει κάποιος ώστε να κατανοήσει τη δομή και τη λειτουργία των ηλεκτροχημικών στοιχείων, όπως τα ηλεκτρολυτικά διαλύματα, τα ηλεκτρόδια, το πρότυπο δυναμικό κ.α.
Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτενής ανάλυση της δομής και του τρόπου λειτουργίας των ηλεκτροχημικών στοιχείων μακροσκοπικά και μικροσκοπικά. Έπειτα, έχουμε πλήρη περιγραφή των γαλβανικών στοιχείων καθώς και του πιο διαδεδομένου γαλβανικού στοιχείου, του στοιχείου Daniell, καθώς και οι πιο γνωστές εφαρμογές τους. Στη συνέχεια, γίνεται αναλυτική περιγραφή και παρουσίαση των ηλεκτρολυτικών στοιχείων. Για καλύτερη κατανόηση των ηλεκτρολυτικών στοιχείων γίνεται η παρουσίαση του ανάστροφου στοιχείου Daniell καθώς και μελέτη της Ηλεκτρόλυσης- της σημαντικότερης εργασίας του κλάδου της Ηλεκτροχημείας, η οποία στηρίζεται στην αρχή λειτουργίας αυτών καθώς και οι πιο γνωστές εφαρμογές τους.
Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής ανάλυση των ηλεκτροχημικών μεθόδων ανάλυσης. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση των ηλεκτροχημικών μεθόδων ελεγχόμενου δυναμικού, με αναφορά των κυριότερων χαρακτηριστικών και εφαρμογών των μεθόδων αυτής της κατηγορίας, παρουσιάζοντας αναλυτικά τη λειτουργία της δημοφιλέστερης μεθόδου- της Πολαρογραφίας. Έπειτα, παρουσιάζονται οι ηλεκτροχημικές μέθοδοι ελεγχόμενου ρεύματος, με αναφορά των χαρακτηριστικών και των εφαρμογών των πιο γνωστών μεθόδων αυτής της κατηγορίας.
Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μεταφορά της επιστημονικής γνώσης σε επίπεδο Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, στηριζόμενοι στα όσα αναφέραμε στα προηγούμενα κεφάλαια, μέσω αναλυτικής παρουσίασης διδακτικού σεναρίου για μαθητές Γ’ Λυκείου, το οποίο περιλαμβάνει δύο Σχέδια Μαθημάτων και ένα Σχέδιο Εργαστηριακής Άσκησης.
The purpose of the present dissertation is to study the electrochemical cells, the methods of electrochemical analysis and their application as well as to present a teaching proposal that has to do with teaching a part of this context in the Secondary Education.
The paper begins with the presentation of basic, preliminary knowledge which contribute to understanding the dissertation subject. In the first chapter there is an analysis of the chemical reaction, laying emphasis on the oxidation and reduction reactions. Then, there is a reference to the discipline of Electrochemistry- the context of which consists the main subject of the dissertation as well as a reference to the basic knowledge that someone needs to have in order to comprehend the structure and function of the electrochemical cells such as the electrolytic solutions, the electrodes, the reduction potential etc.
In the second chapter there is an elaborate analysis of the structure and function of the electrochemical cells macroscopically and microscopically. Then, there is a detailed description of galvanic cells and the most popular applications of them as well as a description of the most well-known galvanic cell, the Daniell cell. Next, there is a thorough description and presentation of electrolytic cells. There is also a presentation of the reverse Daniell cell in order to comprehend the electrolytic cells better. Then, there is a study of Electrolysis which is based on the function of electrolytic cells and a presentation of their most well-known applications accordingly.
In the third chapter there is an extensive presentation of electrochemical analytical methods. At first, there is a presentation of potentiostatic electrochemical methods with a reference to the main features and applications of them and a detailed analysis of the function of the most popular method that of Polarography. Then, the galvanostatic electrochemical methods are presented referring to the characteristics and the applications of the most well-known methods of the category.
Finally, in the fourth chapter, scientific knowledge is transferred to secondary education level supported by the theoretical background mentioned in the previous chapters. To achieve this, there is a step-by-step presentation of a teaching model addressed to 3rd grade senior high school students which involved two lesson plans and a laboratory exercise.
ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ∙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ∙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΓΝΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ