ahorn.dk             du er på Danmarks største web-sted for fysik/kemi og natur/teknik              ahorn.dk


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Et nyt koncept | Udstyr og teknikker til dråbekemi | Første skridt - dråbekemiKan stofferne lede strøm | Syrer og baser | Klor affarverVands egenskaber | Salte og ioner | Elektrolyse af saltvand |

I de følgende måneder kommer der en mængde mindre artikler om Grøn Kemi.


Et nyt koncept for kemi i grundskolen
Af Ivan Andersen

Med denne serie af oplæg og uv-materialer til kemi lægger jeg i al ubeskedenhed op til en kraftig revision af kemiundervisningen i grundskolen - den skal være GRØN. De tre store affaldsbøtter til kemisk affald skal væk - der bliver ikke brug for dem, når vi går over til Grøn Kemi.

Hvad er Grøn Kemi

Grøn Kemi hviler på to søjler:

Dråbekemi. Når eleverne laver kemieksperimenter er det overvejende i mikroformat. Stort set alle reaktioner foregår i bittesmå dråber, og apparaturet er sugerør og plastpipetter, mens laboratoriet er en plastlomme, som de kan sidde med ved et almindeligt skolebord. Har du én gang prøvet den arbejdsform, vil du falde for dens mange stærke sider.

Husholdningskemi. Vi har ikke mange skrupler ved at hælde et glas saltvand i vasken. Når vi for fremtiden arbejder mere traditionelt i laboratoriet, bruger vi kun kemikalier, vi sindsroligt kan hælde i vasken - måske efter en "afsyring". Eksempler på sådanne kemikalier er bordsalt, natriumhydroxid, en række gængse fortyndede syrer, rengøringsmidler, salmiakspiritus og soda. Og der er mange flere kemikalier, vi kan hælde direkte ud. Vi skal naturligvis have en positivliste over anvendelige kemikalier.

En tredje søjle med stimulerende virkning:

Kemi-events. Der er en forventning til kemi, som i hvert fald ikke bliver tilfredsstillet i Dråbekemi: Elevernes - især drengenes - tilbagevendende spørgsmål: "Skal vi ikke lave noget, der eksploderer i dag?". 
Forsøg, hvor der sker noget vil blive et savn! Vi kunne også blive i den gamle fysiktradition og kalde dem for "juleforsøg". Men et nyt navn giver en vis frihed, så derfor Kemi-events. Det uddyber jeg senere.

 

Fordele ved Grøn Kemi

  •  Forbruget af kemikalier bliver reduceret med faktor 100 eller mere.
  • Sikkerheden bliver stærkt forbedret - der bliver stort set ingen risiko for farlige eksplosioner eller for øjenskader eller andre læsioner fra arbejdet med glas og kemikalier. 
  • Sundhedsrisikoen bliver reduceret til nær nul. Kemikalier forekommer i så små mængder, at de er harmløse - og tilsvarende med eventuelle giftige dampe.
  • Grøn Kemi kræver mindre plads - ja, egentlig slet ikke et laboratorium.
  • I tilgift kan eleverne virkelig følge de kemiske reaktioner.
  • De kan lave mange, mange flere forsøg og dermed langt bedre se ideen og systematikken i kemien.
  • Deres laboratorieteknik bliver stærkt forbedret

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De første skridt - dråbekemi
Prøv selv at lege lidt med dråbekemi, før du laver et færdigt undervisningsmateriale. 
Til dette indledende eksperiment skal du bruge to dråber CuSO4-opløsning og to dråber NaCO3-opløsning.

Resultatet viser sig straks. I den midterste dråbe går fældningsprocessen straks i gang, og du kan endog se grænsen mellem de to væsker, hvor processen foregår. Med en billig lup kan du følge det hele nøje.

Ved at lægge dråberne på hvid baggrund ser du dråbernes transparens, og med sort baggrund ser du det reflekterede lys fra dråben og processerne i den.

Dråbe-processen er nem og lynhurtig at udføre, den sviner og forurener stort set ikke, og den viser tydeligt, hvad der foregår.

Men rigtigt imponerende folder dråbekemien sig først ud, når du på 10 minutter kan udføre 48 fældningsforsøg, og du snart efter har et skema med fuldstændig oversigt over alle forsøgene!

I løbet af en enkelt lektion kan du studere, notere, fotografere og filosofere.

Bagefter kan du så selv vælge, hvor meget du vil fordybe dig i de enkelte processer.

Dryp to dråber CuSO4-opløsning og én dråbe NaCO3-opløsning på en OH-transparent.

Tilsæt en dråbe NaCO3-opløsning til midterste dråbe CuSO4-
opløsning.

 

Kan stofferne lede strøm?
Med LED-indikatoren Ugens Lyse Ide uge 5 2007 vil vi nu lave en serie af undersøgelser over væsker/opløsningers ledningsevne.

Procedure:

  1. Print et Word-dokument med testskemaet til hver elev (ret det evt. til først).

  2. Hver elev får et ark, og over det øverste skema lægger de et rent transparent.

  3.  Alle testene foretages nu transparentet over øverste skema, og resultaterne skrives i det nederste skema, hvor papiret ligger frit.

  4. I denne testserie kan det være praktisk at bruge en glasstang til at docere dråber med i stedet for en pipette. Stangen er nemmere at gøre ren.

  5. Det, der skal i vand, kan vi putte direkte i dråberne - evt. med den lille spatel klippet af et sugerør (se billedet)

Husk at skylle pipetter og spatler grundigt før de bruges til en ny væske - skyl først i et glas postevand og dernæst i et lille glas demineraliseret vand!

Husk almindelig laboratorie-sikkerhed - lav fortyndede opløsninger af "de stærke sager"! 

 

Her finder du et Word-dokument lige til at hente og eventuelt revidere, før du printer det ud.

 

Prøv også med regnvand og dug på et koldt reagensglas!

 


LED-indikatoren


Spatel af sugerør


Arbejdsarket halvt afdækket af transparent.

 

 

Syrer og baser

På et enkelt ark får eleverne oversigt over en række syrer og baser ved at lave 10-15 tests.

Opgaven er stort set selvinstruerende ud fra teksten på arket:

Brug små stumper pH-papir for at undersøge, om opløsningerne er sure eller basiske.

  • Læg en oh-transparent over dette ark eller put arket i et klart chartek
  • Put en dråbe af hver opløsning i de rigtige felter
  • Test opløsningerne i hvert felt for syre/base med en stump pH-papir

Beskriv hvad du ser og måler.

Hvert hold får en strimmel pH-papir på 4-5 cm og klipper det op som vist på fotoet herunder i cirka 1 cm strimler.

Her kan du hente Word-dokumentet med arbejdsarket.

 

Klor affarver

Klor er en meget giftig gas, og eleverne fremstiller normalt ikke klor. Men når vi arbejder på dråbeniveau, er det forsvarligt.

  • Læg henholdsvis et lille stykke pH-papir og et stykke blåt lakmuspapir i hver sin side af petriskålen.
  • Midt i skålen placeres én dråbe Klorin og oveni én dråbe 2M saltsyre, og låget sætte straks på.
  • Iagttag og beskriv hvad der sker de næste 20 minutter.

Blandingen bobler, og efter cirka et kvarter er pH-papiret hvidt og lakmuspapiret gulligt.

Forsøget viser: 

  • Blandingen af Klorin og saltsyre afgiver klor
  • Klordampene fordeler sig i løbet af 15-20 minutter i hele petriskålen.
  • Klor affarver.

 

Vands egenskaber
Vand har vi nok af, så der er vel ingen ide i at nøjes med Dråbekemi, når vi undersøger det? Jo, der er faktisk god ide i også at bruge dråbekemi.

Du skal bruge vand fra så mange forskellig steder som muligt: fjorden (havet), vandhanen, destilleret vand, demineraliseret vand, vandpyt, flaskevand, regnvand, sne.....
I Word skal du lave en tabel, og i hvert felt skriver du en type vand. Du kan fx bruge dette dokument og ændre på det:

Word-dokument

Måske kan du ikke finde alle "slags vand", så det hele kan klares i én runde, men så er det let gøre arbejdet færdigt senere og bare notere det, du allerede er nået frem til.

Lav disse undersøgelser på en dråbe vand fra hvert sted:

  • Leder dråben strøm (brug LED-indikatoren)

  • Er dråben sur, basisk eller neutral (brug pH-papir)

  • Lad dråberne dampe ind, så der er tørt i alle felter 

  • Resultatet af dine undersøgelser kan du skrive på

Hvad er rent vand?

  • Kemisk rent er vandet, hvis der kun er H2O-molekyler i det.

  • Rent nok til at drikke, hvis mængden af bestemte stoffer ikke overskrider visse fastsatte grænser.

  • Rent nok til at bade i, hvis det ikke overskrider andre grænser.

  • Rent nok til strygejernet, hvis det er demineraliseret.

  • Rent nok til at skylle gylletank i hvis.....

Sådan kunne vi blive ved. Vi vurdere, om vand er rent, ud fra det, vi ønsker at bruge det til, eller ud fra, hvilken funktion det har i natur og andre omgivelser.


 

Salte og ioner
  1. På en lille glasplade, fx et objektglas, anbringer du nogle få krystaller af fx fem forskellige letopløselige salte - vælg salte, der i de ubetydelige mængder må skylles ud i vasken.
  2. Med LED-indikatoren undersøger du, om de tørre salte leder strøm.
  3. En dråbe destilleret vand dryppes på hvert salt (pas på, at pipetten slipper dråben, før den når saltet, så du ikke flytter saltene rundt). Undersøg ledningsevnen.
  4. Inddamp saltene ved at anbringe dem i en ovn ved 100 grader eller på anden måde ved forsigtig opvarmning. Undersøg igen ledningsevnen.
  5. Tilsæt atter en dråbe vand til hvert salt og undersøg ledningsevnen.
  6. På en helt tør plade anbringer du nogle få krystaller af de samme letopløselige salte.
  7. Dryp en dråbe husholdningssprit på hvert salt og undersøg ledningsevnen.
  8. Undersøg tilsvarende med rensebenzin i stedet for sprit.
  9. Opstil resultaterne i en tabel.

Husk at rense LED-indikatorens elektroder grundigt før hver måling - ellers kan du ikke regne med dine resultater!

 

Brug sugerørs-spatel til at tage saltene med - én spatel til hvert salt!

Hvad er det, der får saltene til at lede strømmen?

Måske kan sprit i nogle tilfælde gøre saltene ledende? Kunne noget af forklaringen være at finde på spritflaskens etiket: Hvor mange procent sprit er der i indholdet? 

 

Elektrolyse af saltvand

Med denne lille serie af eksperimenter har vi forladt dråbekemien og er i nogen grad ovre i husholdningskemien. I hvert fald er almindeligt bordsalt eller maskinopvask-salt udgangspunktet (NaCl). Alligevel holder vi os til beskedne mængder af "kemikaliet", for eksperimenterne virker lige så godt i mini-skal som i traditionel version.

Bægerglasset er til 50 ml, kulstængerne er kraftige blyantstifter, opløsningen består af  ½ teskefuld salt i 50 ml postevand.

 

Første eksperiment
Tilslut 8-10 volt jævnspænding og følg udviklingen nøje i glasset. Bemærk forskellen i luftudvikling ved de to elektroder. Hvor kommer der mest? 

Hvad sker der ved minus-elektroden?
Fyld et mini-reagensglas halvt op med vand og vend det på hovedet over minus-elektroden. Opfang de opstigende bobler. Når glasset er fuldt, tager du det op og antænder indholdet. Hvad er det for en gasart, vi fik ved minus-elektroden? 
Stik et stykke rødt lakmus-papir ned langs minus-elektroden. Er væsken sur eller basisk?

Hvad sker der ved plus-elektroden?
Kulstangen (blyantstiften) går tydeligvis i opløsning, og "kul-fniller" breder sig omkring elektroden. Der stiger ikke så mange bobler op. Lugt forsigtigt med næsen 10 cm over glasset. Hvad lugter det af?
Stik et stykke lakmus-papir ned langs plus-elektroden og lad den blive der en minuts tid. Hvordan bliver strimlen?

Et par vigtige betragtninger: Vi har følgende slags atomer/ioner til vores rådighed:

Na+, Cl-, H, O og C

ALTSÅ kommer der kun stoffer, som består af disse fem atomer/ioner som resultat af elektrolysen. Kullet fra elektronerne blander sig ikke i processen - bortset fra, at de smuldrer noget. Tilbage er altså fire slags atomer/ioner.
Med elektrisk energi "ødelægger" vi det klare saltvand, og ud af det får vi H2 og Cl2. Al brint bobler op, men klor opløses let i vand, så en stor del af det når aldrig op. Men det afbleger til gengæld lakmuspapiret.

Andet eksperiment
Erstat plus-elektroden med en lille zinkplade. Iagttag og notér, hvad der sker i væsken og efterhånden med zinkpladen. Forsøg at forklare.

 

 

 

 

 

Tredje eksperiment
Erstat plus-elektroden med en lille kobberplade. Iagttag og notér, hvad der sker. Forsøg at forklare.

 

 

Forenklede reaktioner:
Ved pluselektroden dannes klor, fordi Cl- afgiver sin overskydende elektron og bliver til Cl. To og to slår de sig sammen og bobler og som den gul-grønne giftige gas: klor, Cl2.

Ved minus-elektroden dannes natrium, som straks går i forbindelse med vand og danner Na++OH- (natriumhydroxid) og frit brint, som bobler op.

 

 

To bægerglas med saltvand og en snoet bomuldsvæge vædet i saltvand, så kan vi lave elektrolyse på mere raffineret vis. Forsøget virker bedst med 20-30 V jævnspænding.

Fjerde eksperiment
Med et system med saltvandsbro og to kulstænger (fx fra gamle batterier) kan vi nu gentage elektrolyse af saltvand. Der bobler masser af hydrogen (H2) fra minus-elektroden, og fra plus-elektroden bobler en del klor (Cl2) op, mens en del opløses i vandet. Det er tydeligt, at klorlugten kommer fra glasset med pluselektroden. Da vi lavede forsøget i ét glas, var det næsten umuligt at spore, om klorlugten kom fra plus- eller minus-elektroden.

 

 

 

 

Femte eksperiment
Vi gentager eksperimentet med to kobberelektroder (kobbertråd, ø 1,5 mm) i stedet for kul-elektroder.

 

 

 

 

 

Straks efter, vi sætter spænding på, kan vi se, at der synker "noget" ned fra plus-elektroden, mens hydrogen stiger op fra minus-polen.

 

 

 

 

 

 

Efter nogen tid er det tydeligt, at "skyen" fra plus-elektroden er grøn - ir-grøn. Det må være en sky af et kobbersalt.

Det lugter overhovedet ikke af klor over pluselektroden, og der kommer heller ingen bobler op fra den.

 

 

Efter en times tid er væsken ved plus-elektroden ret så ir-grøn, og pludselig stopper elektrolyse-processen???...

 

 

....plus-elektroden er "tæret over" lige i væskeoverfladen!

 

Nu har vi vished for, at bundfaldet er et kobbersalt, for kobberet går i hvert fald i opløsning i væsken.
Da intet er boblet op og forsvundet i plus-glasset, må der i hvert fald være  Cl-, Na+, Cu+ og/eller Cu2+.

Er bundfaldet CuCl2 (kupriklorid) - farven tyder på det. Egentlig er det ret let opløseligt, men på grund af den store saltkoncentration bundfældes det.

 

 

 

I glasset med minus-elektroden er intet synligt sket med væsken, men test med en indikator-strimmel viser at væsken er stærkt basisk. Vi har fået vandet spalte  2H2O > 2OH- og H2. Hydrogen er boblet op og tilbage i væsken er blevet OH- - ioner - og så er der naturligvis stadigvæk Na+-ioner og Cl--ioner.

 

 

 

 

 

 

Nu ville det være fristende at blande indholdet i de to bægerglas sammen i ét glas. Så får vi en meget kraftig bundfældning af en gul-grønt substans, som givetvis indeholder det tungtopløselige stof CuOH. Men da dette salt er blåt, må vores bundfald være en blanding af flere kobbersalte.

 

 

 

 

Har du tilstrækkelig tålmodighed - nogle timers - opdager du, at du har to slags bundfald: Det gul-grønne "slam" lægger sig først som brunligt bundfald, og ovenpå blåt bundfald. Vandet beholder sig blå-fnuggede udseende et par dage.

 

 

 

 

 

Udgangspunktet var to kobbertråde og saltvand - slutresultatet et broget bundfald - undervejs mange interessante og markante processer!