Navn: Dato:.. STUDERENDES ØVELSESARK TIL EKSPERIMENT B: FLYDENDE KRYSTALLER MÅL: - Forstå selv-samlingskonceptet. - Forstå måden et materiale opfører sig på, på makroskala, er afhængig af dets struktur på nanoskalaen. - Lære om flydende krystaller og hvordan de virker. - Undersøge en rigtig termotropisk flydende krystal og se hvorledes dens farve skifter ved temperaturændringer. FØR DU UDFYLDER DETTE ARK: - Læs baggrundslæsningen til øvelse B. - Stil din lærer et spørgsmål hvis du er i tvivl om noget. MATERIALER: - 4 hætteglas med de fire forskellige flydende krystalmiksturer. - Et vandbad (kogeplade, Pyrex glas fyldt halvt med vand, termometer) - 1 stykke klart kontaktpapir - 1 tøjklemme - 1 spatel - 1 par sakse - 1 stykke sort karton (A4 størrelse) - 1 skumpapir (A4 størrelse) - Handsker - Beskyttelsesbriller - Papir - Termometer Side 1 af 9
ANSVARSFRASKRIVELSE: De beskrevne eksperimenter i dette dokument gør brug af kemikalier som skal bruges I henhold til deres MSDS specifikationer og i henhold til skolens sikkerhedsreglement. Personlig beskyttelse skal benyttes som indikeret, ligesom alle kemikalier skal behandle med forbehold. Faste stoffer bør ikke smages på og kontakt med hud, øjne eller tøj bør undgås. Vask hænderne efter kontakt med kemikalierne og afskaf dem som anvist. Alle forsøg må kun foretages ved deltagelse af en underviser med viden om naturvidenskabelige forsøg. Alle forsøg udføres på egen risiko. Aarhus Universitet (inano) og hele NANOYOU konsortiet tager ingen ansvar for eventuelle følgeskader ved at udføre forsøgene beskrevet her. FREMGANGSMÅDE 1. Fremstil fire forskellige flydende krystal miksturer Følg synteseproceduren som den er beskrevet i dokumentet syntese af flydende krystalmiksturer og fremstil fire forskellige flydende krystal miksturer jf. tabellen nedenfor. Hver mikstur forventes at være følsom overfor forskellige temperaturintervaller. Hvis ikke i selv foretager syntesen få da de fire hætteglas med miksturerne fra din underviser. Indhaler ikke noget af indholdet af hætteglassene. Flydende Krystal Cholesteryl oleyl carbonate Cholesteryl pelargonate Cholesteryl benzoate Temperatur ( C) Type 1 0.65 0.25 0.10 17-23 Type 2 0.45 0.45 0.10 26.5-30.5 Type 3 0.40 0.50 0.10 32-35 Type 4 0.30 0.60 0.10 37-40 2. Fremstil fire forskellige flydende krystal plader Skær to stykker af det transparente kontaktpapir ud (omkring 10x10cm) og pil bagsiden af og placer det på laboratoriebordet. Med en spatel placeres noget af Type 1 flydende krystalmasse op midten af papiret. Hvis væsken er meget kold og er på fast form, varm da hætteglasset med en føntørrer (konsistensen skal være ligesom honning). Du får brug for 2-3 spatelfulde materiale. Placer det andet stykke kontaktpapir oven på det første, således at de to klistrende sider klister til hinanden. Pres arkene sammen ved at trykke let på midten således at de flydende krystaller distribueres jævnt mellem arkene. Side 2 af 9
Du skal fremstille et tyndt lag af flydende krystaller på omkring 4x4cm. Tryk ikke for hård da materialet da presses ud af siderne. Skær arket rundt om hjørnerne. Skriv med en tusch på hjørnet det nummer der stemmer overens med den type flydende krystal opløsning du brugte (1 for Type 1 osv.) Gentag den samme procedure for alle 4 typer af flydende krystaller. Spørgsmål 1. Hvad er temperaturen i lokalet?. Spørgsmål2. Kan nogen af de fire flydende krystal miksturer du har fremstillet bruges til at vurdere hvad temperature er i rummet du befinder dig i? Hvis ja hvilken?. 3. Test nu de fire forskellige flydende krystal plader! Placer de fire flydende krystalplader du lige har fremstillet på et stykke hvidt A4 papir. Vent et par sekunder. Hvad ser du? Tryk med en finger (brug hansker) mod hver af de flydende krystalplader. Gentag forsøget, men denne gang kommer du pladerne på et stykke sort A4 karton. For at sammenligne de forskellige plader bør du holde en finger på hver plade på samme tid. Skriv dine observationer ned i tabellen her. Hvidt papir Sort papir Plade 1 (Type 1) Plade 2 (Type 2) Plade 3 (Type 3) Plade 4 (Type 4) Side 3 af 9
Spørgsmål 3. Hvorfor fik du forskellige resultater da du testede de flydende krystaller plader på hvidt og sort papir? Spørgsmål 4. Udviste alle pladerne farver? Hvis ikke, hvorfor så? Hvad kan du gøre for at få disse plader til at udvise en farveændring? Gnid nu hænderne mod hinanden og prøv igen med hver af pladerne. Ser du en forskel?. Tænd nu for vandbadet og indtil temperaturen til 15 C. For at kunne se farveændringen placer et stykke sort karton I sikker afstand til vandbadet. OBS: papiret og kartonen må ikke røre varmepladen Hold den første flydende krystalplade Plade 1 (type 1) med en tøjklemme og dyb det ned I vandbadet (se figuren). Se du en farveændring? Forøg nu temperaturen på varmepladen således vandet når 23 C. Nedskriv farveændringerne som du observerer som temperature forøges: Side 4 af 9
Plade 1 (Type 1) Temperatur (C) Farve Kommentarer 16 17 18 19 20 21 22 23 Spørgsmål 5. Ved hvilken temperatur begynder du at se farveændringen (plade 1)? Passer det sammen med den forventede temperatur (ifølge tabel 1)?. Spørgsmål 6. Passer farveskalen du har nedskrevet med den tilsvarende lysspektreskala? Hvorfor?. Spørgsmål 7. Når du tager din flydende krystalplade ud af vandbadet skifter dens farve så med det samme? Hvis ikke, hvorfor tror du så det er tilfældet? Side 5 af 9
Spørgsmål 8. Forestil dig at komme Plade 1 (Type 1) af din flydende krystal i et vandbad som du ikke kender temperaturen på. Pladen bliver da orange. Hvilken temperatur har vandbadet? Fortsæt eksperimentet med at teste de andre flydende krystaller som du har fremstillet. - Placer Plade 2 i vandbadet som du lige har brugt (nu på 23 C) og forøg temperature således at vandet gradvist rammer over 30 C. Hvad sker der? Skriv dine observation ned (i tabellen nedenfor). Plade 2 (Type 2) Temperatur (C) Farve Kommentarer 22-23 23-24 25 26 27 28 29 30 - Når temperature af vandet rammer 30 C, test således Plade 1 (Type 1) igen. Spørgsmål 9. Kan plade 1 detektere temperature omkring 30 C? Hvorfor?... Fortsæt eksperimentet med at teste de andre flydende krystaller som du har fremstillet. Side 6 af 9
- Test Plade 3 (Type 3): Placer Plade 3 i vandbadet som du lige har brugt (nu ved 30 C), og forøg temperature gradvist til vandet rammer 35 C. Hvad sker der? Skriv dine observationer ned (i tabellen nedenfor). Plade 3 (Type 3) Temperatur (C) Farve Kommentarer 30 31 32 33 34 35 - Test Plade 4 (Type 4): Forøg temperature af varmepladen således at temperature af vandet forøges fra 35 til 40 C. Skriv dine observationer ned i tabellen nedenfor. Plade 4 (Type 4) Temperatur (C) Farve Kommentarer 35 36 37 38 39 40 Side 7 af 9
Spørgsmål 10. Var farvesekvensen som du observerede for Plade 3 og Plade 4 de samme som for Plade 1? Hvorfor/Hvorfor ikke? Spørgsmål 11. Når du tager de flydende krystaller Plade 3 eller Plade 4 ud af vandbadet, opfører de sig så som Plade 1? Hvad er forskellen? Hvorfor? Spørgsmål 12. Hvilken type af flydende krystaller blandt disse fire typer ville du selv bruge til at undersøge om du har feber? Hvorfor? 3. Fremstilling af et flydende krystal stuetermometer Nu kan du selv fremstille et flydende krystal stuetermometer. Du kan bruge de flydende krystalplader du har fremstillet i de tidligere dele af eksperimentet. Sikkerhedsinformation: benyt handsker I fremstillingen af termometret. Vær forsigtig ikke at trykke på de flydende krystalprøver så krystallerne mases ud af pladerne. Hvis det alligevel sker, så tør dem op med et stykke papir. - Skriv NANO på det hvide stykke skum. Fyld derefter hvert bogstav ud med en af de flydende krystalplader, så husk at lave hvert bogstav stort nok (se billedet). - Med en saks klipper du de fire bogstaver ud af skumpladen. - Klistrer hvert af de fire flydende krystal plader på hvert deres bogstav I denne rækkefølge: N Type 1 A Type 2 N Type 3 O Type 4 Side 8 af 9
- Klistrer hvert bogstav på, et af gangen, med et langt stykke gennemsigtigt kontaktpapir. Alternativt kan du prøve gennemsigtig tape. Vær opmærksom på bag bogstaverne. Ideen er nu at hvert bogstav kun indeholder en plade af en flydende krystal type. - Når du har klistret alle de flydende krystal plader på, klistrer så den hvide skum på et sort stykke karton (med pladerne ind mod kartonen). - Nu har du et stuetermometer! Spørgsmål 13. Udviser dit stuetermometer nogle farver? Hvis ikke, hvorfor så?.. Hvis du ikke ser noget respons fra termometret prøv da at placere det oven på en bærbar computer. Det vil vise os, hvad vi allerede ved, at de blive varme! - Du kan bruge dit termometer gennem skoleåret. Prøv om sommeren at tage det med ud I solen, eller du kan placer det I et af klassens vinduer.. ANERKENDELSE: Dette eksperiment er adapteret fra aktiviteten Preparation of Cholesteryl Ester Liquid Crystals der er tilgængelig på http://mrsec.wisc.edu/edetc/nanolab/lc_prep/index.htm og fra Exploring materials: Crystal Liquids aktiviteten der er udviklet af NISE netværket (Creative Commons Attribution ShareAlike 3.0). Aktiviteten var udviklet hosnnise Netværket med midler fra National Science Foundation under Cooperative Agreement #ESI-0532536. Alle holdninger, opdagelser, konklusioner og anbefalinger der gives udtryk for I denne rapport tilhører afsenderen og reflekterer ikke nødvendigvis NSF s holdning. Side 9 af 9