Naturfagsrapport 2. Destillasjon

Transkript

1 Naturfagsrapport 2. Destillasjon Innledning: Dette forsøket gjorde vi i en undervisnings økt med kjemi lab øvelser, onsdag uke 36, med Espen Henriksen. Målet med forsøket er at vi skal skille stoffene i blandingen med Coca cola. Vi vet på forhånd ikke hva som vil bli destillert? Men vi tror det er vannet som har lavest kokepunkt og vil fordampe og kondensere først, og dermed gå over til det andre glasset. Men om det er noe annet som har samme kokepunkt enn vann vet vi ikke på forhånd. Læreplanmål som passer til dette forsøket er: Fra 7. trinn: Beskrive sentrale egenskaper ved gasser, væsker og faste stoffer og faseoverganger ved hjelp av partikkelmodellen. Fra 10. trinn: Kunne planlegge å gjennomføre et forsøk der de skal separere stoffer i en blanding. Planlegge å gjennomføre undersøkelser for å teste holdbarheten til egne hypoteser og velge publiseringsmåte. Demonstrere verne- og sikkerhetsutstyr og følge grunnleggende sikkerhetsrutiner i naturfagundervisningen. Skrive logg ved forsøk og feltarbeid og presentere rapporter ved bruk av digitale hjelpemidler. (Utdanningsdirektoratet, u.å) Denne aktiviteten går spesielt inn på læreplanmålet fra 7. trinn om faseoverganger. Vi får se at væsken går over fra væske til gass og over til væske igjen. Samtidig får elevene se hvordan man kan separere stoffer som et av målene fra 10. trinn. 1

2 Teori: Destillasjon er en metode som brukes for å skille flyktige stoffer med ulike kokepunkter. Flyktige stoffer vil si stoffets evne til å gå over i dampform. Desto lettere stoffet går over i dampform, jo mer flyktig er stoffet. Flyktighet er proporsjonal med stoffenes damptrykk, det vil si at flyktighet og damptrykk varierer slik at forholdet mellom dem er konstant. (Store norske leksikon, 2009) (Wikipedia, 2011) Dette skjer ved hjelp av fordampning og kondensering. Fordampning er den prosessen som skjer når en væske går over i gassform når den mottar nok energi. Kondensering er det motsatte av fordampning, der gassen går over til væskeform. Teoriforståelsen vi vil at elevene skal sitte igjen med etter dette forsøket er at ulike stoffer har ulike kokepunkt og hvordan fordamping og kondensering av ulike stoffer skjer. Ifølge et av kompetansemålene skal de også kunne separere ulike stoffer i en blanding. Når vann koker og blir til vanndamp vil vanndampen stige oppover, fordi den er lettere enn luft. (Store norske leksikon, 2009) I dette forsøket ser man at når væsken (i dette tilfellet Coca cola) koker, stiger vanndampen oppover gjennom røret og kondenserer, og blir til væskeform igjen. Partikkelmodellen er også noe elevene bør bli bedre kjent med i et slikt forsøk. Partikkelmodellen er en enkel modell for å beskrive stoffer. Den tar utgangspunkt i at: 1. Alle stoffer er bygd opp av molekyler, 2. Mellom partiklene er det tomrom (vakuum), 3. Partiklene er alltid i bevegelse og 4. Bevegelsen til partiklene øker med temperaturen (Store norske leksikon, 2009). Gjennomsnittshastigheten for partiklene har sammenheng med temperaturen de blir utsatt for. Partikkelmodellen forteller oss også hvordan partiklene i stoffet ligger når de befinner seg i de ulike formene. Når er stoff er i fast form slik som en isbit ligger partiklene i stoffet tett i et fast mønster og partiklene har liten fart. Her er det krefter mellom partiklene som holder dem fast på sine plasser. Når temperaturen når smeltepunktet for stoffet går det over til væskeform. Når stoffet er i væskeform legger partiklene i et mønster, men de har ikke lenger symmetriske faste plasser. De ligger forholdsvis nært hverandre og har middels fart. Væsken kan formes etter beholderen væsken er oppi. Når temperaturen når stoffets kokepunkt går stoffet over i gass form. Når stoffet er i gassform er det størst avstand mellom partiklene og de beveger seg raskt i rette linjer. Partiklene er ikke bundet til hverandre de beveger seg fritt i alle retninger. 2

3 Helena, Katrine og Jeanette Utstyret: Kolbe Kork med glassrør Reagensrør Begerglass med kaldt vann Gassbrenner Stativ med trånett Fyrstikker Coca cola Utstyret til dette forsøket koster nok en del, men dette er stort sett standard utstyr man har tilgang til på skolen. Framgangsmåte: Vi startet med å lete fram utstyret vi trengte til forsøket. Så satt vi opp utstyret slik vi var blitt fortalt og slik instruksjonen forklarte. Vi fylte først et begerglass med kaldt vann, og satt et tomt reagensglass ned i begerglasset. Så satt vi fram gassbrenneren gassbrenneren og satt et stativ med trådnett over, og plasserte en kolbe oppå. Kolben fylte vi med Coca cola,, og så lukket vi kolben med en kork som har et glassrør i midten. Den ene enden av glassrøret gikk ned i kolben, og den andre enden la vi oppi det tomme tomme reagensglasset som stod i begerglasset med vann i. Da alt var på plass, tente vi på gassen og varmet opp colaen. 3

4 Hvis man skal utføre et slikt forsøk i skolen, er det viktig at elevene har fått beskjed på forhånd hva de skal gjøre, hvordan de skal oppføre seg inne på laben, og hva som er hensikten med forsøket. Elevene bør være delt opp i grupper, slik at alle elevene får prøvd å gjøre forsøket selv, og at læreren ikke gjør alt. Gjerne 2-3 elever pr gruppe, dersom det skal være flere e elever på gruppen, er det stor sannsynlighet for at noen elever ikke får gjort så mye på forsøk. Det man bør være obs på, er at elevene vet hvordan forsøket skal gjennomføres og spesielt hvordan man bruker en gassbrenner. En gassbrenner kan være veldig farlig å bruke. Man kan lett få brannskader, og er man ikke forsiktig nok, kan man være så uheldig å velte gassbrenneren. Det er viktig at denne står stødig og at man er forsiktig når man bruker denne. Med tanke på at vi holder på med sterk varme er det nødvendig å ha vernebriller og hansker. Det er også viktig at elevene ikke har på seg klær som er sterkt brannfarlig, evt. å ha på seg frakker. Det må vær umiddelbar tilgang til vann, brannslukningsapparat, brannteppe og lignende. En bør også unngå at elevene drikker eller smaker på stoffene vi har destillert. Selv om ikke akkurat disse stoffene er direkte farlig, er det viktig å huske på at man aldri skal smake på noe på kjemilabene. Reagensrørene og glassene vi bruker kan ha rester på seg fra andre stoffer som er farlige. 4

5 Resultater: Coca cola inneholder: Kullsyreholdig vann. Fargestoffer Karamell (E150d) Surhetsregulerende middel Naturlige aromaer Koffein. Da vi hadde fått satt sammen alle komponentene og fått helt litt coca cola i kolben satte vi den på nettingen over gassbrenneren. Da temperaturen steg inni kolben begynte vannet å fordampe. Dampen gikk så gjennom glassrøret og ned i reagensglasset som stod oppi et begerglass med vann. Her ble dampen avkjølt og ble kondensert. Etter at colaen hadde kokt en stund stod vi igjen med masse klart vann i begerglasset, men det luktet fortsatt coca cola. Grunnen til at vi bare fikk vann i begerglasset er fordi vannet har lavere kokepunkt enn resten av ingrediensene i colaen. Grunnen til at det luktet coca cola av det vi mener er vann, er fordi aromastoffene mest sannsynlig har samme kokepunkt som vann. Så når vannet begynner å fordampe, vil også aromastoffene fordampe samtidig. Etter hvert som temperaturen i blandingen ville blitt høyere, ville alt vannet først fordampet og deretter ville andre stoffer i blandingen begynne å koke. I Coca cola er det en del sukker som er bygd opp av grunnstoffene hydrogen, oksygen og karbon. Hadde vi fortsatte å koke blandingen ville nok det meste av væsken fordampet. Men vi vet at sukkeret har en høy koketemperatur, og vi tror at bare hydrogenet og oksygenet i sukkeret ville fordampe, mens karbonet ville lagt igjen i bunnen av glasset til slutt. Men det vi også lurer på er om det er noen mulighet for å destillere vannet slik at en får bort aromastoffene, slik at man bare sitter igjen med vann? 5

6 Dette forsøket kunne man gjort i de største klassene på barneskolen, men man bør være forsiktig med gassbrenneren da det er lett å brenne seg på enten den eller kolben med den kokende væsken i. Her bør læreren ha god kontroll på elevene og hva de holder på med. En ide er kanskje stasjonsarbeid, der elevene holder på med ulike oppgaver. Og denne praktiske oppgaven kan være lærerstyrt, der en og en gruppe gjør dette forsøket sammen med læreren. Gruppene kan for eksempel også få velge mellom ulike væsker, som for eksempel saft eller brus eller andre blandede væsker. Om man har nok gassbrennere, kan man i tiende klassetrinn la elevene jobbe i grupper, men her bør man også være konsekvent å ha ganske god kontroll på hva elevene gjør. Det er fortsatt lett å brenne seg og det kan også være fristende å bruke gassbrenneren til andre ting enn det en skal. En bør i forkant også være sikker på at elevene vet hvordan en bruker gassbrennere, konsekvenser ved brudd på regler, og resultatet av hva som skjer om de ikke hører etter og gjør feil. Det bør være klare rutiner på forsøk i kjemilaben. Naturfagvitenskapelig drøfting: Resultatet vårt ble som forventet med utgangspunkt i teori delen. Vannet fordampet, og kondenserte igjen, slik at vi satt igjen med vann i reagensglassrøret. Noe som kan være en påvirkning på resultatet, er at man kan ha for svak varme når man varmet opp blandingen. Dette kan føre til at ingen av stoffene kondenserer. En annen feilkilde kan være at man koker blandingen for lenge. Dette kan føre til at flere stoffer kanskje kondenserer over samens med vannet. Hvis røret ikke er rent, kan det komme andre stoffer samens med vannet, for eksempel fargestoffer fra tidligere forsøk. Naturfagdidaktisk drøfting Sjøberg (2009) skriver; Gjennom naturvitenskapelig metoder, teknikker og prosedyrer kan man finne svar på nye spørsmål. Ofte vil svar på et spørsmål lede til flere nye spørsmål. Ved at et spørsmål kan lede til flere nye spørsmål kan dette bidra til at elevene får større motivasjon for å lære mer, og engasjementet til å gjøre oppgaven kan bli større. Derfor mener vi at førsøket kan være med på å både gi forståelse og motivasjon for oppgaven og faget for 6

7 øvrig. Elevene har noen spørsmål fra før, og får kanskje svar på dem og kommer med nye spørmål underveis. Sjøberg (2001) skriver også: En hver konstruksjon av ny kunnskap skjer ved endring (eller forkastning) av den som allerede finnes. Man må bygge på elevenes erfaringer, og man må bygge på deres kunnskaper. Men problemet er at elevenes hverdagsforestillinger ofte er helt annerledes enn de vitenskapelige. Noen forestillinger kan man `bygge på`, andre kan man ikke bygge videre på Her må man som lærer bli kjent med elevenes forutsetninger og tidligere kunnskaper, slik at man kan hjelpe elevene til å lære mer. Hverdagsforestillinger elevene kan ha i forbindelse med dette forsøk er at all væske som inneholder vann vil koke på 100 grader. Altså siden coca cola inneholder vann vil alle stoffene som væsken er sammensatt av ha samme koketemperatur. En må som lærer prøve å få deres hverdagsforestillinger fram i lyset ved hjelp av diskusjon og la barna bli bevisst på egen tankegang, og fungere som stillas for å få dem til forstå den naturfagvitenskapelige forklaringen på fenomener. (Sjøberg:2001:115) For at elevene skal komme videre i læringsprosessen må læreren stille gode spørsmål å la elevene komme frem til svaret selv. Da man snakker med elevene og stiller spørsmål for å hjelpe dem videre, finner man også ut mer om hvilken forforståelse og forestillinger de har fra før av, og hva de må ha hjelp til videre. For at elevene i det hele tatt skal lære, må lærerne vite hva de kan fra før og hva de mangler av forkunnskaper. Dette hører også under tilpasset opplæring. Mange elever får mer motivasjon ved å gjøre forsøk, enn ved å lese fra boken og gjøre oppgaver. Ved å gjøre et forsøk først, får elevene en introduksjon til temaet, og samtidig kan de knytte teorien til noe de faktisk har sett og opplevd selv. Konklusjon: Aktiviteten er god for å kunne oppnå målet ved destillasjon. Samtidig gir den en varierende arbeidsmåte, og elevene får trene på å samarbeide i grupper. Hvis man skulle ha gjort dette forsøket på nytt med en annen klasse, ville vi ha prioritert å ha litt mer teori før man begynner med forsøket. Dette fordi at elevene bør ha noen forkunnskaper å knytte forsøkene til. Noen 7

8 kan sikkert noe fra før, mens andre kanskje husker lite fra tidligere. En liten oppdatering og repetering før forsøket kan derfor vøre nødvendig. 8

9 KILDER: Sjøberg,Svein (2001) Natur- og miljøfag. I: S. Sjøberg (red.) Fagdebaktikk- fagdidaktisk innføring i sentrale skolefag. Gyldendal Akademisk, Oslo. Sjøberg, Svein (2009) Naturfag som allmenndannelse- en kritisk fagdidaktikk. 3. utgave. Gyldendal Akademisk, Oslo Store norske leksikon (2009, 15. februar) Flyktighet. Hentet 5. august 2011 fra: Store norske leksikon (2009, 15. februar) Partikkelmodellen. Hentet 5. august 2011 fra: Store norske leksikon (2009, 15. februar) vanndamp. Hentet 5. august 2011 fra: Utdanningsdirektoratet (u.å) Læreplan i fordypning i naturfag. (Kunnskapsløftet) Hentet 5. august 2011 fra: Wikipedia (17. september 2011) proporsjonalitet. Hentet 5. august 2011 fra: 9