Polære og ikke polære væsker

Viborg Private Realskole 10. årgang Polære og ikke polære væsker Side -1-

En model af et vandmolekyle SIDE 2 1021 At forstå et vandmolekyles opbygning Blyant/kuglepen Molekylesæt Teori Vi ser på en tegning Der er flere måder at tegne et vandmolekyle på. De har hver deres fordele og ulemper. Her tager vi den model, der viser atomkernen og elektronerne. Først tager vi et iltatom, som har 8 elektroner i alt. Dernæst skal vi have to brintatomer, som jo kun har én elektron hver. Man skulle tro, at når de to brintatomer binder sig til iltatomet, så ville de sætte sig på hver sin side. Det ville have set pænt og symmetrisk ud. Men iltatomets elektroner i yderste skal tillader kun at brintatomerne sætter sig lige ved siden af hinanden. Derfor kommer et vandmolekyle til at se skævt ud. De to brintatomer sidder med en vinkel på 105 o og er bundet til iltatomet med en kovalent binding. Brintatomerne har nu hver 2 elektroner i yderste skal, og iltatomet har fået 8 som er det maximale i skal nr. 2. 8 + + + + 8 + Iltatom Kernen indeholder 8 protoner og 8 neutroner. Brintatomer Kernen indeholder én proton. Vandmolekyle Ilt og brint er bundet i en kovalent binding. Vi beregner atomvægten Vand er en kemisk forbindelse mellem to hydrogenatomer og ét oxygenatom, dvs. H 2 O. Denne forbindelse er afgørende for, hvordan vand opfører sig med hensyn til... massefylde smeltepunkt kogepunkt Vi prøver først at sætte fokus på spørgsmålet ved at finde atomvægten for et vandmolekyle og sammenligne det med alm. gas og benzin (alkaner), vi kender fra hverdagen. Udfyld skemaet her nederst på siden. Brug f.eks. et skema med det periodiske system, når du skal finde atomvægten. Ud fra dine beregninger og sammenligninger er der ingen logisk forklaring på, hvorfor vand opfører sig så forskelligt fra alkanerne. Svaret skal nemlig ikke findes i vandmolekylets atomvægt, men i den måde, molekylet er sat sammen på. Denne forskel er også afgørende for, hvordan vand opfører sig sammen med f.eks. olie og fedt. Det får betydning for at forstå spørgsmålene omkring sæbe og opløsningsmidler. Almindelig atmosfærisk luft har atomvægten 29. Vand har atomvægten 18, og kan derfor som damp svæve rundt i luften. Når der bliver tilstrækkeligt meget vand i luften, kan vandet fortættes og blive til dug, regn, sne eller slud. Stof Kemisk formel Et vandmolekyle er svagt positivt til den side, hvor brintatomkernerne sidder. På den anden side af molekylet er det negativt pga. elektronerne. To molekyler vil tiltrække hinanden; vi har en brintbinding. Det er årsagen til vands overfladespænding. + Atomvægt Smeltepunkt Kogepunkt Vand H 2 O 0 o C 100 o C + 8 + 8 + + + + Vi leger med molekylesæt Lav de 5 molekyler med et molekylesæt; tegn molekylerne. Kulstof er de sorte kugler Ilt er de røde kugler Brint er de hvide kugler Metan, naturgas Ethan, naturgas Butan, lightergas Heptan, benzin CH 4-182 o C -164 o C C 2 H 6-183 o C -88 o C C 4 H 10-138 o C -1 o C C 7 H 16-90 o C 98 o C Side -2-

Elektrolyse af vand SIDE 3 1022 At adskille vand i dets bestanddele ved hjælp af elektrisk energi Elektrolyseapparat 2 mikro-reagensglas Fortyndet svovlsyre Træpinde Tændstikker Strømforsyning Ledninger Tegning Fyld elektrolyseapparatet med vand. Fyld derefter de to mikro-reagensglas med vand og anbring dem som vist på tegningen. Tip: Hold en finger for reagensglassets åbning, vend det rundt og anbring det over en af elektroderne i elektrolysekarret. Slip først fingeren, når glassets åbning er under vand. Tilsæt lidt fortyndet svovlsyre. Svovlsyren gør vandet i stand til at lede elektricitet. Slut strømmen. Du skal bruge jævnstrøm, 15-30V=. + - Resultater Hvad sker der ved de to elektroder? Svar: Går elektrolysen hurtigere, når der skrues op for spændingen? Bliver de to reagensglas fyldt lige hurtigt? Undersøg hvilken luftart der er dannet ved minuselektroden? Brug en brændende tændstik. Husk formel. Undersøg hvilken luftart der er dannet ved pluselektroden? Brug en glødende træpind. Husk formel. Der dannedes en lille smule vanddamp på indersiden af glasset, da du antændte gassen. Forklar hvorfor! Konklusion Vand består af... 2 dele og 1 del Formlen for vand er derfor... Side -3-

Vand er polært SIDE 4 1023 1. At undersøge vand med hensyn til overfladespænding, samt reaktion over for statisk elektricitet 2. At undersøge om vand kan blandes med benzin Et glas vand Papirclips Sæbe Stang til forsøg med statisk elektricitet Renset benzin Tændstikker Keramisk skål Forsøg 1 Vands overfladespænding Fyld et glas med vand. Prøv at se, hvor mange papirclips du kan få til at flyde på overfladen. Prøv at komme lidt opvaskemiddel i vandet; bare én dråbe. Hvad sker der med vandets overfladespænding? Forsøg 2 Den bøjede vandstråle Tænd for en vandhane og lad vandet løbe i en ganske tynd stråle. Gnid en plasticstang så den bliver opladet med statisk elektricitet. Hold den opladede genstand hen til vandstrålen - så højt oppe som muligt. Forklar hvad der sker. Vil det samme ske, hvis man laver forsøget med renset benzin? Forsøg 3 Resultater Benzin flyder oven på vand Hæld noget renset benzin op i et keramikskål. Antænd benzinen og prøv at slukke den ved at komme vand på. Find en god måde at slukke ilden på. Side -4-

Vi ser på nogle Polære og ikke polære væsker SIDE 5 1024 At undersøge forskellige vand- og oliebaserede væsker Reagensglas Vand Sprit Rensebenzin Acetone Salt Opvaskemiddel (vælg evt. flere/andre væsker: madolie, eddike) Forsøg 1 Hæld væskerne op i hvert sit reagensglas, se på dem og beskriv dine observationer. Kom salt i og se, om væsken kan opløse salt. Skriv resultaterne i skemaet længere nede på siden. Tegning Forsøg 2 Prøv forsigtigt at hælde to væsker sammen og se, hvordan de reagerer med hinanden. Prøv at ryste blandingen og observer resultatet. Prøv at afgøre, hvilke væsker der er vandopløselige, og hvilke der er olie/fedtprodukter. Forklar, hvorfor der er denne forskel. Lav selv et resultatskema på bagsiden og udfyld det. Resultater, forsøg 1 Væske Udseende Lugt Overflade Saltopløselig Polær/ikke polær Side -5-

Når gas, acetone og benzin brænder SIDE 6 1025 At påvise vand ved afbrænding af gas og benzin Sprit, ethanol Rensebenzin, heptan Acetone Pyrexglas, lille Keramikskål Teori Når ethanol / sprit brænder, er reaktionen: C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O + E Når acetone brænder, er reaktionen: C3H6O + 4 O2 3 CO2 + 3 H2O + E Når heptan / benzin brænder, er reaktionen: C7H16 + 11 O2 7 CO2 + 8 H2O + E Resultater 1. Sprit Tænd en lighter og hold et lille Pyrexglas ovenover; glasset skal have åbningen nedad Påvis dug inden i glasset Forklar reaktionsligningen for forbrændingen Forklar hvor varmeenergien kommer fra 2. Acetone Gentag forsøget med acetone, evt. samtidig med at sprit brænder Hvordan ser ilden ud i forhold til spritflammer? Hvorfor brænder acetone anderledes end sprit? 3. Benzin Gentag forsøget med heptan/rensebenzin Der kommer en let, sort røg, når benzin brænder. Hvad er det? Hvordan kan røgen undgås? Hvordan slukker man lettest brændende benzin? Hvorfor dør ilden hurtigt? Væske Flammernes udseende Bemærkninger Sprit Acetone Benzin Side -6-

Simpel analyse af væsker SIDE 7 1026 At benytte den grundlæggende viden om væsker 7 forskellige væsker i reagensglas, i tilfældig orden, udvalgt blandt følgende: Vand Benzin Sprit Eddikesyre Acetone Afløbsrens Spiseolie Opvaskemiddel Saltsyre Barbersprit Dagens QUIZ. Hvad er der puttet i glassene? Hvad er placeret hvor? Analyser - efter behov - væskerne i forhold til følgende: Væskens udseende? Har væsken overfladespænding? Hvordan lugter den? Er væsken vand eller fedtopløselig? Saltopløselig? Hvilken ph-værdi har væsken? Kan væsken brænde? Resultater Væske nr. 1 2 3 4 5 6 7 Udseende Overfladespænding Lugt Vand- eller fedtopløselig Saltopløselig ph-værdi Brændbar Navn Side -7-

Vi bruger sæbe SIDE 8 1028 At forstå hvordan man laver sæbe At lære om dosering af sæbe i en vaskemaskine Vaskepulver Teori Opvaskemiddel Vand fra vandhanen indeholder kalk. Derfor skal vi bruge mere sæbe end hvis vandet var helt rent. Noget af sæben bruges derfor ikke til at vaske med, men til at binde kalken; der dannes kalksæbe. Det er altså nødvendigt at finde ud af, hvor meget kalk, der er i vandet. Vi måler vandets hårdhed Man kan altid ringe til sit vandværk og få oplyst om drikkevandet indhold af kalk og mineraler. Ethvert vandværk skal flere gange om året sende vandprøver til et laboratorium, så forbrugerne kan være sikre på rent vand. Vi kan teste vandets hårdhed med nogle prøvestrimler, som på engelsk kaldes sticks. Det er nemt og sikkert. Resultatet opgives i o dh. Når man skal vaske sit tøj, er det vigtigt at følge doseringsvejledningen. Det kan godt overraske, at man skal bruge meget mere sæbe, hvis man har hårdt vand i vandhanen. Nogle møntvaskerier har installeret udstyr til at blødgøre vandet. Teknikken kaldes for ionbytning. Denne teknik gør, at man kan spare meget på sæben. Opgave Find frem til, hvor meget sæbe der skal bruges til opvask og tøjvask, når du bruger vand fra skolens vandhaner. Kommentér varedeklarationen på vaskepulveret. Der skal bruges mere vaskepulver, hvis vandet indeholder meget kalk; se doseringsvejlednin gen her til højre. Når du vasker op, tænker du sikkert ikke så meget på problemet med kalksæbe. Froggy er et opvaskemiddel, der er ikke skader miljøet med næringsstoffer. Side -8-

Oplæg til disposition: Vandmolekylet Vand er polært, fordi Fortæl om vands -tilstandsformer -massefylde -smeltepunkt -kogepunkt -overfladespænding Elektrolyse af vand Benzin er ikke polært, fordi Sprit, acetone er polære/ikke polære fordi Hvad sker der når benzin, acetone og sprit brænder? Hvad gør sæbe ved vand og olie? Side -9-