og noen didaktiske problemstillinger i den forbindelse Erik Fooladi, HVO Øystein Foss, UiO

Lag ditt eget kjemishow og noen didaktiske problemstillinger i den forbindelse Erik Fooladi, HVO Øystein Foss, UiO Oppdraget Samle dere i grupper på 3, helst med en gang for å kunne diskutere underveis Velg ut 3-5 forsøk dere ønsker å bruke blant de 12-13 som blir presentert Lag en samlende historie/fortelling der disse skal inngå som effekter/del av historien folkeeventyr? annen type fortelling? undervisningsøkt? annet? Tidsomfang for «showet» er 5-7 minutter 10 minutter totalt pr. gruppe 60 minutter for alle seks gruppene Framføres i plenum som underholdningsinnslag Kriterier for vurdering helhet, flyt og sammenheng kreativitet (faglig?) utbytte for publikum mengde applaus sikkerhet 1

Disposisjon demonstrasjoner 1. Karbidlampe 2. Lycopodium 3. Blue bottle 4. Kollapsende brusboks 5. Legering (forsinke kobbermynt, varme opp til messing) 6. Polystyren (isopor + aceton) 7. PAA bleiepolymer 8. Såpekanon 9. Brenne hundrelapp 10."Nordlyseffekten (Borsyre + MeOH + H 2 SO 4 ) 11. BTB i svakt basisk løsning, blåse nedi til fargeforandring 12.Jodklokke Sikkerhet og labvett Labfrakk bør absolutt ha Vernebriller alle må ha (foran øynene, ikke panna) Hansker avhenger av forsøket Les på flaska/boksen hver gang du tar noe Labvett og praktiske momenter Veie tørre stoffer på papir er praktisk Tøm aldri kjemikalier tilbake på boksen/flaska 2

Forsøk Karbidlampe Skål med flat bunn og lav kant (f.eks. petriskål i glass) Glasstrakt som passer oppi skåla Filterpapir Fyrstikker Spatel/skje Kalsiumkarbid (CaC 2 ), «passelig klump» Spruteflaske med vann Kalsiumkarbidklump legges på filterpapir i petriskål. Glasstrakt settes over. Filterpapir fuktes. Vent noen minutter etter at vannet har nådd kalsiumkarbidet før du antenner gassen som kommer ut på toppen av glasstrakten. Etter bruk: hell på mer vann og la karbiden reagere ferdig før det helles over i et begerglass med mer vann Forklaring Karbidlampe Kalsiumkarbid reagerer med vann og danner etyngass (acetylen): CaC 2(s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2(aq) + C 2 H 2(g) Etyngassen er svært brennbar Brannfare (CaC 2 og etyn) Kan virke irriterende og etsende på hud/øyne (CaC 2 ) 3

Forsøk Lycopodiumpulver/heksemel Lycopodiumpulver (heksemel) Fås hos kjemikalieleverandør eller apotek Er sporer fra kråkefotplanten Fyrstikker Hold venstre hånd fram som om du skulle mate en hest (flaten opp). Stikk en fyrstikk med tennsatsen opp, ned i sprekken innerst mellom langfinger og ringfinger. Plasser ca en teskje lycopodiumpulver i en haug midt i handflata. Tenn fyrstikken med en annen fyrstikk. Kast lycopodiumpulveret opp i lufta slik at støvskyen, som derved oppstår, antennes av fyrstikken. Forklaring Lycopodiumpulver/heksemel Lycopodiumpulver forstøvet i luft brenner meget bra. Prøver du å tenne på pulveret når det ligger i en haug, brenner det dårlig. Hva kan grunnen være? Stoffet har en liten overflate. Luften (oksygenet) som skal til for at forbrenningen skal skje, slipper ikke til. En parallell til dette forsøket er eksplosjonsartede støvbranner i siloer Brannfare 4

Forsøk «Blue bottle» Glukose ( «glukose D+») Metylenblått (indikator) Natriumhydroksid (NaOH) eller kaliumhydroksid (KOH), evt. 0,5 mol/l løsning 1 l erlenmeyerkolbe med tett propp Vekt, noe å veie i Fyll kolben med 300 ml vann, tilsett NaOH (5,7 g) eller KOH (8 g). Alternativt, bruk 0,5 mol/l løsning direkte Avkjøl. Tilsett 10 g glukose og noen få dråper metylenblått Sett på proppen og rist Forklaring «Blue bottle» Reaksjonen går fram og tilbake, over fire trinn: 1. O 2(g) O 2(aq) Rister: oksygen løses i vannet 2. fargeløs metylenblått + O 2(aq) blå metylenblått metylenblått oksideres 3. glukose + OH - glukosid glukose oksideres 4. blå metylenblått + glukosid fargeløs metylenblått reaksjonene 2 og 3 i revers Lenke http://www.youtube.com/watch?v=a_4luaal6fu Etsende (NaOH og KOH) 5

Forsøk Brusboks kollapser Tom brusboks i aluminium Kokeplate (gassbrenner går, men er noe mer risikabelt) Kar/bolle med vann Digeltang Brusboksen fylles med en liten mengde vann, f.eks. 10-20 ml (1-2 ss). Boksen settes på kokeplata og varmes kraftig opp slik at vannet koker. La det koke i ca. 30 s. Grip boksen med digeltanga og dytt den raskt, men forsiktig(!), opp-ned i karet med vann. Boksen vil kollapse Forklaring Brusboks kollapser Når vannet koker vil lufta i den tomme boksen erstattes av vanndamp fra vannet som koker. Når boksen settes opp-ned i vannet blir boksen avkjølt og vannet kondenserer svært raskt. Volumet til boksen er ca. 4 dl. Formelen for en ideell gass (pv = nrt) sier at 0,4 l gass ved 100 ºC => ca. 0,013 mol damp. 0,013 mol vann i væskefase => 0,24 g => 0,24 ml => en volumreduksjon på 0,4/0,00024 = ca. 1700 Varme Lenke http://www.youtube.com/watch?v=skhsffz28g0 R = 0,0822 l atm/k mol T = 373 K V = 0,4 l p = 1 atm M m (H 2 O) = 18,02 g/mol 6

Forsøk Bronse-sølv-gull Kobberplater (Cu), «medaljer» Sink (Zn), finfordelt Natriumhydroksidløsning (NaOH), 6 mol/l 500 ml begerglass Kokeplate eller gassbrenner Rørestav Digeltang/pinsett Tilsett 1 ts sink til 100 ml natriumhydroksidløsning i et begerglass. Rør om under oppvarming nesten til kokepunktet. Bronse sølv: Legg i kobberplata, sørg for at den er i kontakt med sinkpulver. Sølv gull: Ta ut plata og skyll den i vann. Legg den på den varme kokeplata Forklaring Bronse-sølv-gull Bronse til sølv: forsinke kobber Trinn 1: sink reagerer med basen samt vann og oksideres til sinkoksid Zn (s) + 2 OH - (aq) ZnO 2 2- (aq) + H 2(g) Trinn 2: oksidert sink reagerer tilbake til metallisk sink med metallisk sink via kobber (i realiteten et batteri) på overflaten av kobberet Sølv til gull: messinglegering av sink og kobber Når sink og kobber varmes opp sammen dannes legeringen messing Brannfare (sinkpulver i kontakt med brennbart materiale kan selvantenne) Etsende (NaOH) Lenker http://wiki.answers.com/q/a_copper_penny_was_added_to_a_sodium_hydroxide_soluti on_with_granulated_zinc_in_it_and_turned_silver_then_turned_gold_after_heating_and _i_need_to_know_what_is_the_chemical_equation_of_this_reaction http://www.chymist.com/copper%20silver%20gold%20expl.pdf 7

Elevforsøk hensikt? Motivere Øve praktiske ferdigheter, håndtere utstyr Lære fagstoff Praktisk erfaring med fenomener Lære seg flid og nøyaktighet i praktisk arbeid Øve seg i rapportskriving Lære naturvitenskapelige arbeidsmåter (arbeide med kompetansemål i forskerspiren) Annet? Demonstrasjoner hensikt? Det vi gjør når det ikke er tid til elevforsøk? Eller er det noe helt annet enn elevforsøk? Demonstrasjoner Inspirere Skape nysgjerrighet/interesse, fange oppmerksomhet Illustrere og undervise fagstoff/fenomen Vise metode/fremgangsmåte (instruere, demonstrere) Mer moro å være lærer og elev Annet? Hva forventer vi av resultat etter en demonstrasjon? Hvilken hensikt er viktigst? Hvilken hensikt mer mest vanlig? (møter vi oftest) 8

En liten undersøkelse Ranger punktene fra forrige lysark i prioritert rekkefølge etter kriteriene a) ønsket hensikt med demonstrasjonsforsøk i egen undervisning b) egen (evt. observert/erfart) praksis med hensikt med demonstrasjonsforsøk i egen undervisning Observasjon Betinget av rammer hvem som spør mottaker hvilke «briller» mottaker har valgt å ta på seg Har vi spesifikke ønsker til hvordan elever (studenter) skal oppfatte ting vi demonstrerer? Innspill? 9

Litteratur Sjøberg. Naturfag som allmenndannelse, s. 394-406 (13 s.) Dolin. Fra oplevelse og iakttagelse til læring. I Henriksen/Ødegaard (red.): Naturfagenes didaktikk en disiplin i forandring? Høyskoleforlaget 2004 (13 s.) Kind. Praktisk arbeid og naturvitenskapelig allmenndannelse. I Bungum/Jorde (red.): Naturfagdidaktikk perspektiver, forskning, utvikling. Gyldendal akademisk 2003 (17 s.) Ringnes/Hannisdal. Kjemi fagdidaktikk, kap. 6 (23 s.) Demonstrasjonsforsøkene her (1 s. per forsøk 13 s.) Sum: 79 sider Forsøk Aceton og polystyren (isopor) Begerglass Isopor, helst tynne flak Aceton fylles ned i et (lite) begerglass Polystyren (isopor) skjæres til slik at den kan dyttes ned i glasset Isoporen dyttes ned i glasset og «forsvinner» 10

Forklaring Aceton og polystyren (isopor) Isopor kalles også ekspandert polystyren. Polystyren er en plastpolymer som er delvis løselig i enkelte organiske løsemidler slik som aceton. Isoporen er et skum som består av stor andel luft (volumet er i stor grad luft). Når den kommer i kontakt med aceton vil den gå delvis i oppløsning, og strukturen kollapser. Formalnavnet til aceton er 2-propanon (aceton) Brannfare Unngå innånding og gjentatt påvirkning Forsøk Bleiekollaps (polyakrylsyre) Polyakrylsyre 1 g (PAA) eller bleie Vann CuSO 4 (kobbersulfat) «lett mettet» løsning Spissformet glass En bleie fylles med 0,5 1 l vann. Vannet holdes på plass av polyakrylsyren. Tilfør CuSO 4 -løsningen, vri opp bleia, og vannet vil strømme ut igjen. Kan også fylle opp et spissformet glass med ca 1 g PAA + vann. Etter noen minutter har det dannet seg en gel. Gelen vil ikke kollapse selv om glasset snus på hode. Tilfør CuSO 4 - løsning 11

Forklaring Bleiekollaps (polyakrylsyre) Polyakrylsyre er en polymer av akrylsyre og kan absorbere mange ganger sin egen vekt av vann. I vannløsning med nøytral ph=7 vil PAA miste protoner og bli negativt ladet. PAA har blitt en polyelektrolytt, og bindes sammen av vannets hydrogenbindinger. Ved å tilføre CuSO 4 vil Cu 2+ ionene blokkere syregruppene, og vannet frigjøres Lenker http://pslc.ws/macrog/acrylate.htm Polymer science learning center: http://pslc.ws/ Helseskadelig, miljøskadelig (CuSO 4 ) Forsøk Såpeskumkanon H 2 O 2 30-33% (hydrogenperoksid) Oppvaskmiddel (billig type, helst ikke Zalo) KI (kaliumjodid) Stor målesylinder el. (f.eks. 1 l) Morter, skje Stor balje (evt. fyrstikker) Finmal ca ½ ss KI i morteren. Bland 100 ml H 2 O 2 med 50 ml såpe i målesylinderen, plasser sylinderen i balja. Slipp finmalt KI nedi sylinderen En stor «pølse» av såpeskum kommer opp av sylinderen. Kan evt. slippe en brennende fyrstikk nedi skummet og den vil flamme opp 12

Forklaring Såpeskumkanon KI fungerer som katalysator for spalting av H 2 O 2 til oksygengass og vann. Stor og rask gassutvikling gir mye bobler/skum: H 2 O 2(aq) O 2(g) + H 2 O (l) Gulfargen: en liten del av iodiden oksideres til elementært jod (H 2 O 2 er et oksidasjonsmiddel, ref. rengjøringsmidler med «aktivt oksygen») H 2 O 2(aq) + 2 I - I 2(aq) + 2 OH - (aq) Lenke (NB: ikke kvalitetssikret) www.using-hydrogen-peroxide.com/elephant-toothpaste.html Etsende (33% H 2 O 2 ) Forsøk Brennende seddel «Seddel» av avispapir eller en ekte seddel Skål med plass til seddelen Klype eller stor pinsett Etanol (evt. rødsprit), helst 78% (må lages på gruppa) Fortynn etanolen til 78% og hell det over i ei flat skål. Legg seddelen i skåla og fukt hele. Ta opp seddelen med klypa/pinsetten, la den dryppe av seg litt. Tenn på seddelen, vift litt på den mens den brenner. 13

Forklaring Brennende seddel Etanolen inneholder en viss mengde vann (78% etanol, 22% vann). Etanolen brenner, vannet brenner ikke. Fordampningen av vann tar opp energi og seddelen blir derfor ikke blir varm nok til å antennes. Når andelen etanol blir for lav til at blandingen ikke lenger er brennbar slukker flammen med en litt fuktig seddel som resultat. Lenke http://www.kjemi.uio.no/skolelab/forsok/kjemiboks/brennende_seddel. html Brannfare Enkelte salter kan være giftige (sjekk datablad) Forsøk «Nordlyseffekt» med ester 5 l erlenmeyerkolbe med kork 25 ml målesylinder vekt fyrstikker dråpetellere (og smukker) Borsyre (B(OH) 3 ), 10 g Metanol, CH 3 OH, 20 ml (etanol kan også brukes) Kons. svovelsyre, H 2 SO 4, 5-6 dråper Borsyre, metanol og svovelsyre blandes godt sammen i korket erlenmeyerkolbe. Korken vippes av og tent fyrstikk kastes oppi. Pass på fingrene og snu kolben bort fra sidemannen! 14

Forklaring «Nordlyseffekt» med ester Borsyre reagerer med metanol og danner en ester: trimetylborat. Syren er katalysator i reaksjonen: Farge: avgis ved forbrenning av trimetylborat Sterkt etsende (H 2 SO 4 ) Brannfare (CH 3 OH) Meget giftig (CH 3 OH) Forklaring «Nordlyseffekt» med ester Borsyre reagerer med metanol og danner en ester: trimetylborat. Syren er katalysator i reaksjonen: Farge: avgis ved forbrenning av trimetylborat Sterkt etsende (H 2 SO 4 ) Brannfare (CH 3 OH) Meget giftig (CH 3 OH) 15

Forsøk BTB og sugerør BTB (bromtymolblått, indikator) Litt fortynnet base dersom vannet er surt (NH 3 eller NaOH) Sugerør Glass (evt. ph-papir/ph-strips) Sørg for at vannet er svakt basisk ved å justere med fortynnet base. Tilsett noen dråper BTB, vannet blir blått. Blås nedi med sugerør. Vannet vil gå fra blått, via grønt, til gult Forklaring BTB og sugerør BTB er en indikator som har omslagspunkt på ph = ca. 7. Basisk løsning blir blå, sur løsning gul, nøytral løsning grønn Begynner med svakt basisk løsning. Man puster ut CO 2 som i vann danner karbonsyre ph avtar (løsningen blir surere). Unngå å suge inn BTB-løsningen 16

Forsøk Jodklokkevariant (del 1) Stivelse 35% eddik Natriumacetat (CH 3 COONa) Kaliumjodid (KI) Natrium tiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ) Hydrogenperoksid (H 2 O 2 ), 3% løsning (kan lages ved å fortynne 30%) Na 2 S 2 O 3 H 2 O 2 Noe å veie i 2 stk 2-3 l erlenmeyerkolber eller lignende 1 l begerglass 2 stk 250-500 ml målesylindere Flasker til oppbevaring Stoppeklokke Forsøk Jodklokkevariant (del 2) Løsning A: Kok opp 100 ml vann og løs 0,2 g stivelse i dette. Varm, men ikke kok, i 3-4 min. Fortynn til 750 ml. Tilsett 85 ml eddik Tilsett 4,1 g natriumacetat, 50,0 g kaliumjodid og 4,7 g natriumtiosulfat Avkjøl og fortynn til 1 l Løsning B: 3% hydrogenperoksid (kan lages ved å fortynne 30% løsning med vann i forhold 1:9) Hell 100 ml av hhv løsning A og B i hver sin kolbe. Bland ved å helle fram og tilbake mellom de to kolbene to ganger. Varianter øk/senk temperaturen (økt temp. kortere reaksjonstid) fortynn løsning B (redusert kons. lengre reaksjonstid) 17

Forklaring Jodklokkevariant (del 1) Trinn 1 jodid oksideres til jod av hydrogenperoksid Trinn 2 jod reduseres tilbake til jodid av natriumtiosulfat Trinn 3 jod og jodid trijodid. Trijodid gir blå farge i reaksjon med stivelse Forklaring Jodklokkevariant (del 2) Hvordan kan reaksjonene i jodklokkeforsøket konkretiseres? Eks.: dramatisering Trinn 1 jodid oksideres til jod av hydrogenperoksid 18

Forklaring Jodklokkevariant (del 3) Hvordan kan reaksjonene i jodklokkeforsøket konkretiseres? Eks.: dramatisering Trinn 2 jod reduseres tilbake til jodid av natriumtiosulfat Forklaring Jodklokkevariant (del 4) Hvordan kan reaksjonene i jodklokkeforsøket konkretiseres? Eks.: dramatisering Trinn 3 jod og jodid trijodid. Trijodid gir blå farge i reaksjon med stivelse 19