Eksperimentering med CO 2 Erik Fooladi, Høgskulen i Volda Øystein Foss, Universitetet i Oslo
Hva er CO 2? Kullsyre Karbondioksid En gass eller? Består av to ulike grunnstoff: et atom karbon; C to atomer oksygen; O karbondioksid: CO 2
En klassiker: «Bakepulverbomben» Versjon 1 1 stk boks/egg Natron Eddik Versjon 2 http://school.chem.umu.se/experiment/list.html (se «Koldioxidutveckling med syra») 1 stk boks/egg Bakepulver Vann
Svensk-norsk kjemiordliste Svensk Syra Syre Väte Kol Norsk Syre Oksygen Hydrogen Karbon (Kväve Nitrogen)
Natronbomben: forstår vi hva vi gjør? Faglige tema i kjemien som er nødvendig i dette forsøket Kjemisk notasjon; symboler og formler (Kjemien stemmer kap. 3) Kjemiske reaksjoner (Kjemien stemmer kap. 5) Kjemisk likevekt (Kjemien stemmer kap. 7) Syrer og baser (Kjemien stemmer kap. 8) (Stoffmengde og konsentrasjon, Kjemien stemmer kap. 4)
Må operere på alle tre nivåer Makronivå Kjemiske stoffer Beskrivelser Mikronivå Atom, molekyl, struktur Forklaringer Representasjon Symboler, formler, reaksjonsuttrykk/lign. Beregninger,
To sentrale begreper og ett verktøy Mol («hvor mye stoff») Molmasse («hva veier stoffet i seg selv») også omtalt som molar masse, atommasse, molekylmasse eller formelmasse, alt avhengig av sammenhengen Periodesystemet (nødvendig for å finne ut hva «stoffet» veier) (Kjemien stemmer kap. 4)
Mol Et mengdemål på kjemiske stoffer Tallet kalles Avogadros tall, N A N A = 6.022 x 10 23 pr. mol (noteres ofte mol -1 ) = 602 200 000 000 000 000 000 000 = 0.6022 millioner milliarder milliarder = 602.2 trilliarder Symbol: n Henspeiler på antall «partikler», dvs. molekyler, atomer eller formelenheter Utfordrende fordi det er ulikt mengdebegreper vi vanligvis bruker masse måles vanligvis i g eller kg volum måles vanligvis i ml, dl eller l
Molar masse Så mange gram veier ett mol av stoffet og så mye veier ett molekyl (da er enheten u) Enhet g/mol («gram per mol») Ulike navn molekyler molekylmasse salter formelmasse grunnstoffer og metaller atommasse Eksempler Vann, H 2 O, har molar masse 18.02 g/mol Salt (bordsalt, koksalt), NaCl, har molar masse 58.44 g/mol Sukker (sukrose), C 12 H 22 O 11, har molar masse 342.3 g/mol
Periodesystemet En måte å ordne alle kjente grunnstoffer på en ryddig måte, og som samsvarer med stoffenes egenskaper. Finnes en hel haug på nett: WebElements (University of Sheffield) Visual Elements Periodic Table (Royal Chemical Society) www.periodesystemet.no (Kjemisk institutt, UiO)
Lag ditt eget brus-/lavapulver En kjemisk reaksjon mellom to stoffer: natron og en syre Samme som natronbomben, men både syren og basen er faste stoffer. Trenger bare tilsette vann Kan lage farget «lava» til natronvulkan eller bruspulver Oppskrift fra «Kjemi på boks 2» (samling 1) natron sitronsyre (hvis bruspulver: tilsett sukker etter smak, hvis lava: uten sukker) Trenger begrepene mol og molmasse for å finne mengdeforhold mellom natron og sitronsyre
Regneeksempel - vulkanpulver Natron = NaHCO 3 (natriumhydrogenkarbonat) atommasser fra periodesystemet: Na = 22.99 g/mol H = 1.01 g/mol C = 12.01 g/mol O = 16.00 g/mol molmasse = 22.99 + 1.01 + 12.01 + (3 x 16.00) = 84.01 g/mol Sitronsyre = C 6 H 8 O 7 atommasser: se over molmasse = (6 x 12.01) + (8 x 1.01) + (7 x 16.00) = 192.13 g/mol Masseforhold Sitronsyre Natron = 192.13 84.01 2.3 For hvert gram natron må vi altså ha 2.3 g sitronsyre!
Vulkanpulver - revidert oppskrift 5 g natron 11.5 g sitronsyre VIDEO: www.youtube.com/watch?v=aiuaa9wqioc Noen dråper rød konditorfarge Fremgangsmåte: lag skjelettet/lokket til en vulkan med plastilina, plasser på en asjett bland sitronsyre og natron bland to spiseskjeer vann med noen dråper konditorfarge fyll vulkanen med pulverblandingen og hell på det fargede vannet
Brus som dør og våkner igjen Hell litt brus i et glass det bruser (naturlig nok) Tilsett salmiakk, 1-2 pipetter. Rør om Tilsett sitronsaft eller eddik, litt om gangen regn med at det går 3-4 ganger så mye eddik vs. salmiakk (det går enda mer sitronsaft) Dette kan kjøres fram og tilbake en del ganger (Kjemien stemmer kap. 5, 7, 8)
Kjemisk likevekt Naturen «søker å oppheve» ubalanse Le Chateliers prinsipp Dersom et system i likevekt utsettes i for en ytre påvirkning, vil likevekten forskyves slik at den ytre påvirkningen motvirkes Karbonatlikevekten:
Karbonatlikevekten i praksis Før (1908) Etter (1968) Sur nedbør: kalkstein er karbonatbaserte salter, sur nedbør reagerer med karbonatsaltene og løser dem opp
Tørris CO 2 fryser ved -78 ºC Ved denne temperaturen (og atmosfæretrykk) sublimerer CO 2 sublimere = å gå direkte fra fast stoff til gass smelte = å gå fra fast stoff til væske Kald tørris + varm bordplate null friksjon Kan spille curling eller tørrishockey
Tørriscurling VIDEO: www.youtube.com/watch?v=ekcowbdmptm Det samme som når vanndråper danser på en varm kokeplate
De tre aggregattilstandene Fast stoff (s) Solid Væske (l) Liquid Gass (g) gas CO 2 Smelte(-punkt) Koke(-punkt)
Sikkerhet og faremomenter VIDEO: www.youtube.com/watch?v=l_2-8whcdb8 ALDRI SKRU FLASKA TETT IGJEN MED TILSATT MENTOS!!! Husk vernebriller dersom kork med hull brukes i stedet for åpen flaske
Colafontene årsak til brusing 1. Overmettet løsning av CO 2 i «vann» 2. Ru overflate på Mentos startpunkter for bobledannelse bobler dannes lettere på ujevne overflater (ref. brus i urene glass) 3. Aspartam i lettbrus 4. Gummi arabicum i Mentos 200 μm 100 μm 20 μm 20 μm Coffey, T. S. Am. J. Phys. 2008, 76, 551-557
Forskerspirevarianter Teste ut ru overflate-hypotesen Ubehandlet Mentos vs. Mentos som er gnidd med vaselin (glatter til overflaten) Teste ut aspartamhypotesen Cola light vs. vanlig cola vs. mineralvann/«farris» Størrelse på hull («håndverksvariant») bore hull i korker og Mentos tre fem Mentos + kork på et fiskesnøre og skru på korken slippe fiskesnøret
Ressurser og forklaringer Forklaringer http://blog.khymos.org/2008/06/19/soda-fountain-science-explained http://eriks-food-ucation.blogspot.com/2008/07/can-dry-ice-befood.html (inkl. lenker til forhandlere mm.) Ressurser Cola-fontene www.eepybird.com (generell side) www.eepybird.com/how-to.html (oppskrifter og fremgangsmåter) Vist video Cola-fontene (flere hos eepybird) http://revver.com/video/27335/extreme-diet-coke-mentos-experiments
Leverandører av tørris i Norge Yara Praxair Forhandlere: www.yarapraxair.no/no/locations/dealers/more_og_romsdal.html Informasjon om tørris fra Yara Praxair: www.yarapraxair.no/no/products_services/gas/industry_gases/co2_dryi ce/index.html AGA Forhandlere: www.aga.no/international/web/lg/no/likelgagano.nsf/(agentslocator)?s earchview&searchorder=4&query=[regioncode]=26 Informasjon om tørris fra AGA: www.aga.no/international/web/lg/no/likelgagano.nsf/docbyalias/nav_pro ducts_torris
Litteratur Fagstoff Grønneberg, T. m.fl. (2007). Kjemien stemmer Kjemi 1 kap. 3 (ikke avsnitt 3.2) kap. 4 kap. 5 (s. 79-87) kap. 7 (s. 115-120) kap. 8 (s. 133-154, ikke utregninger) Sum: 64 sider