Månadstema Mars: Klimat och Energi
Laborationer för 7-9
Se även laborationsförslag för åk F-6
Laborationerna 7-9 kan även användas i gymnasiet
Innehåll:
Att bryta isen
Surt regn
Grönt är skönt
Finns det energi i Ahlgrens bilar (socker)? Demonstration
Koppling till kursplaner 7-9:
s. 1
s. 2
s. 3
s. 5
s. 6
Att bryta isen
Teori: I medierna har det diskuterats om samhällen inom en överskådlig framtid kommer att
översvämmas p.g.a. höjd havsnivå, orsakad av den globala uppvärmningen. Vad är det i så
fall som gör att havsnivån stiger?
Växthuseffekten avser uppvärmning av jordytan och beror på att en del av den värme som
strålar ut från jordytan strålar tillbaka och fångas upp av luften. Jordytan blir på detta vis
varmare än den skulle ha varit utan atmosfär. Detta gör vår planet beboelig. Vissa gaser t.ex.
CO2 och vattenånga bidrar till att öka växthuseffekten. En alltför stor växthuseffekt kan dock
leda till exv. extremt väder och en ökad medeltemperatur på jorden. En ökad medeltemperatur
på jorden kan få isberg och glaciärer att smälta med svåra följder för många djur i Arktis och
Antarktis, men även i våra låglänta samhällen kan översvämningar bli följden.
Risker: Dessa två delexperiment innehåller inga riskfyllda kemikalier eller utförandemoment.
Del 1: Vad händer med havsytan om isbergen smälter?
Kan dina elever planera ett experiment för att undersöka vilka de bakomliggande fenomenen kan vara?
Hur vet man t.ex. om smältande isberg höjer vattennivån? Blir det samma effekt av smältande
glaciärer? Den globala uppvärmningen gör att havsvattnen också blir varmare, hur påverkar det
vattennivån? Starta gärna med en diskussion och låt eleverna ställa hypoteser och planera försök.
Material: Djup skål, litet modell lera, vatten, 2-3 iskuber, plastfolie
Utförande: Dela in klassen i grupper. Varje grupp får en flatbottnad skål och en klump lera.
Forma leran till en ”kontinent” och slå i vatten så den delvis täcker leran.
Sätt 2-3 iskuber i skålen för att simulera isberg och markera ursprungsnivån med tuschpenna.
Täck skålen med plastfilm för att hindra avdunstningen av vatten. Vad simulerar plastfilmen?
Observera vad som händer och förklara varför eller varför inte det förväntade hände.
1
Del 2: Vad händer om glaciärerna smälter?
Material: Likadan som i del 1
Utförande: Placera ett par iskuber på leran som ”glaciärer”.
Observera vattennivån på likadant sätt som i laborationen ovan
Till Läraren: Experimentet visar på en av vattnets mycket speciella egenskaper. Densiteten
är som bekant högst vid fyra grader, den minskar vid temperaturer både över och under. Men
minskningen är större i fast tillstånd (is) och när isen smälter minskar volymen. Därför ger
smältande isberg inte högre vattennivå. Smältande glaciärer höjer vattennivån, eftersom de
ökar på vattenmängden i haven. OBS! största delen av flytande isberg befinner sig UNDER
havsytan. Att vatten expanderar när det fryser beroende på vattenkristallens konfiguration.
När vattnet fryser bildar det en kristallstruktur där varje vattenmolekyl försöker skjuta ifrån
sig de omkringliggande vattenmolekylerna
Temperatur
(°C)
30
20
10
4
0
-10
-20
Densitet
(g/cm3)
0,9957
0,9982
0,9997
1,0000
0,9998
0,9982
0,9935
Densiteten för rent vatten vid
olika temperaturer. Notera
0
skillnaden mellan 0 och 4 C
Denna effekt gör densiteten lägre för vatten i fast form än i andra former vilket har en oerhört
stor betydelse för ekosystemen. Om vatten skulle ha högre densitet i fast form skulle alla sjöar
frysa från ytan till botten. Uppvärmningen sommartid kunde inte heller ske, eftersom det
varmare ytvattnet skulle ha lägre densitet och stanna på ytan. Expansionen
av nedkylt vatten mellan + 4 °C och fryspunkten gör att kallare vatten på ytan (=med högre
densitet) sjunker och ger upphov till strömmar som kyler av hela vattenmassan. När
temperaturen blir 4 °C minskar densiteten för vattnet på ytan och det stannar på ytan, som så
småningom fryser till is. Det innebär att varje sjö med färskt vatten kommer att ha det kallaste
vattnet mot ytan och sjöbottnen skyddas.
Surt regn
Teori: Surt regn beror främst på utsläpp av svaveloxider och kväveoxider (SOx och NOx) till
atmosfären. Dessa reagerar med vatten i molnen och bildar syror som alla har ett pH rejält
under 7. Syrorna kan transporteras långa sträckor i molnen och falla ned som surt regn eller
snö över skog och sjöar. Surt regn bidrar till försurning med yttersta konsekvens att fiskar dör
och trädens blad torkas ut. Den sura nederbörden kan även laka ut ämnen från jorden som
normalt är hårt bundna till marken. Det gäller t.ex. tungmetaller som Pb, Cd och Hg. Surt regn
bidrar även till korrodering av olika material. Många (gamla) byggnader och (antika) statyer
har tagit skada när det sura regnet reagerat med kalciumet i material som kalksten och
marmor.
2
Svaveldioxid som reagerar med vatten bildar först svaveltrioxid, SO3 sedan bildas svavelsyra,
H2SO4 med vatten.
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
På analogt sätt bildar kvävedioxid salpetersyra när det reagerar med vatten.
2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
Normalt har regn ett pH-värde kring 5,6 vilket redan det är surt. Detta har att göra med att
vattnet reagerar med koldioxid i luften och bildar kolsyra.
CO2 + H2O → H2CO3
För att testa pH på en lösning kan man använda sig av s.k. indikatorer, ämnen som ger olika
färgutslag beroende på om lösningen är sur, neutral eller basisk. Vi använder här BTB samt
fenolftalein. Det går även att testa pH med pH-papper och Lackmuspapper.
Indikator
Surt, pH 1,0-6,9
BTB
rött –gult
Fenolftalein
ingen färg
Neutralt, pH 7,0
grönt
ingen färg
Basiskt, pH 7,1-14.0
blått
rosa
Risker: Laborationen kan anses vara relativt riskfri en fullständig riskbedömning skall dock göras av
undervisande lärare
Material: Bägare, snö eller regn, BTB, fenolftalein, pH-papper, lackmuspapper
Hypotes: 1. Vad tror du att ditt vatten har för pH? surt? neutralt eller basiskt?
2. Varför tror du just detta på detta värde?
Utförande: 1. Fyll olika bägare med lite snö/regnvatten/sjövatten/havsvatten/kranvatten.
Droppa på litet BTB, kontrollera färgen, vad blir pH?
3. Testa pH med hjälp av pH-papper och lackmuspapper
Frågor att besvara: 1. Vad är pH på dina olika vatten prover?
2. Vad är orsaken till att ditt vatten inte har pH 7,0?
3. Hur påverkar vi människor vattens pH värde?
Grönt är skönt
Teori: Under sommarmånaderna är trädens löv gröna av klorofyll. Klorofyll är nödvändigt för
fotosyntesen, då växterna utnyttjar solenergi för att omvandla koldioxid och vatten till syre
och energirika kolhydrater. Klorofyllet, som finns i bladens kloroplaster, absorberar röd och
blå energi från solen och reflekterar grönt ljus. Chloros är det grekiska ordet för gulgrön.
Det finns olika former av klorofyll, men alla är kelat, dvs. en central metalljon bunden till en
stor organisk molekyl. Klorofyllets centraljon är magnesium och den stora organiska
molekylen kallas porfyrin.
3
Klorofyll a (1) finns i alla fotosyntetiserande organismer. Växter innehåller även klorofyll b
(2). Klorofyll b samlar upp ljusenergi som avges till klorofyll a som avger elektroner i en
inledande reaktion till fotosyntesen.
CH3
CH2CH3
O
R
N
N
1 R=CH3, klorofyll a
2 R=CHO, klorofyll b
Mg
H2C CH
N
C OCH3
N
O
CH3
CH3
CH3
O
CH3
CH3
CH3
CH3 O
När grönsaker kokas byts magnesiumjoner i klorofyll ut mot vätejoner. Den vackra gröna
färgen försvinner och förändras till smutsbrunt. Det är feofytin som ger den bruna färgen.
Andra exempel på molekyler med strukturer som liknar klorofyll är hemoglobin i blodet.
Hemoglobin har järn som centraljon och porfyrin som organisk del. Dessutom finns fyra
proteinkedjor kopplade till molekylen.
I kloroplasterna finns också karotenoida pigmenten, xantofyll (lutein). De absorberar energi
som kan föras vidare till klorofyllet. Absorbans av blågrönt ljus ger karotenoider en gul färg,
som syns i t.ex. höstlöven.
Under sommaren är produktionen av klorofyll så stor att den gula färgen inte syns. När hösten
kommer med kortare dagar och längre, kalla nätter avtar produktionen av klorofyll.
Klorofyllet bryts också ner i löven och dras tillbaka in i grenar och stammar. Trädet börjar
lagra magnesium och kväve i stam och rötter. Den gula färgen hos löven framträder alltmer
p.g.a. lägre halter klorofyll.
Materiel: Mortel, sax, filterpapper, bägare, mätglas, E-kolv, tratt och provrör
Kemikalier: Aceton, sand och bladspenat
Risker: Aceton är lättflyktigt och brandfarligt. En riskbedömning ges av undervisande lärare
Utförande: Finklipp bladen från bladspenat, så att du får ungefär 50 ml. Lägg dem i en
mortel och mortla klippet tillsammans med lite sand och 40 - 50 ml aceton. Se till att mortla
ordentligt. Filtrera lösningen genom ett filterpapper. Om lösningen blir mycket ljus måste du
börja om med mer blad. För att få en något starkare lösning kan du även indunsta en del av
acetonet. Häll en del av filtratet i en bägare och sätt försiktigt ned en remsa med
kromatografipapper (filterpapper). Låt stå en stund.
Vad finns i den gröna färgen? Hur fungerar pappersremsan?
Har man tillgång till en spektrofotometer kan man testa filtratets absorbans vid absorbera 430,
453, 642 och 663 nm, som är klorofyllets absorbansmaxima.
Vad händer med ett blad (en växt) om man begränsar tillgången på solljus?
4
Resultat: Låter man kromatografipapperet stå en stund (30 min)
kommer den gröna färgen att dela upp sig i färgstråk, beroende på
de olika ämnenas polaritet. Xantofyll (lutein) är mest opolärt och
följer helst med elueringsmedlet och vandrar snabbast. Klorofyll b
är polärast och vandrar långsammast.
Om man bara ska utföra en papperskromatografi, kan man sätta ned
papperet direkt i morteln och hoppa över filtreringen.
Absorberade
våglängder, nm
400 - 424
424 - 491
491 - 575
575 - 585
585 - 647
647 - 700
Absorberad
färg
violett
blå
blågrön
grön/gul
orange/röd
röd
xantofyll (lutein)
klorofyll a
klorofyll b
Komplementfärg,
för ögat synlig färg
gul/grön
Gul
röd/purpur
violett/blå
grön/blå
Blågrön
Finns det energi i Ahlgrens bilar (socker)?
DEMONSTRATION
Teori: De flesta elever vet att man äter kolhydrater för att få i sig energi. Ändå kan det vara
svårt att få en uppfattning om hur mycket energi kolhydrater som t.ex. socker innehåller.
Ännu svårare kan det vara att förstå att de flesta kolhydrater förbränns i kroppen. Det här är
en demonstration som visar att socker innehåller mycket energi.
Material: Provrör (av värmetåligt glas), Ahlgrens skumbilar, kaliumnitrat (KNO3), stativ och
muff med klämma.
Riskbedömningsunderlag: Laborationen kan anses utgöra liten risk, under förutsättning att
demonstrationen utförs i dragskåp med angivna mängder.
Kaliumnitrat har riskfraserna R 8 och 50 och skyddsfras S 17.
Utförande: Sätt kaliumnitrat till c:a 1 cm höjd i ett provrör. Fäst provröret i stativet och värm
med en brännare under provröret tills all kaliumnitrat smält. Tag bort brännaren och släpp ner
en skumbil i provröret. Vad sker?
Till Läraren: När skumbilen kommer i kontakt med det smälta kaliumnitratet så förbränns
sockret i bilen. Vid bildandet av koldioxid, vatten och kol (samt lite andra mindre fullständigt
förbrända produkter), avges stora mängder energi. Detta medför att temperaturen stiger.
Vi har inte analyserat produkterna, men nedan finns ett förslag på en av flera troliga
reaktionsformler, vid fullständig förbränning.
8 K+ + 8 NO3- + C6H12O6 → 8 K+ + 8 NO2- + 4CO2 + 6H2O + 2C
Ett lysande ögonblick när skumgodiset upphör att existera!.
OBS! ha bara i en Ahlgrens bil, det kan annars bli en allt för häftig
förbränning…
5
Koppling till kursplaner 7-9:
Centralt innehåll:
Kemin i naturen
• Partikelmodell för att beskriva och förklara materiens uppbyggnad, kretslopp och
oförstörbarhet.
• Partikelmodell för att beskriva och förklara fasers egenskaper, fasövergångar och
spridningsprocesser för materia i luft, vatten och mark.
• Vatten som lösningsmedel och transportör av ämnen, till exempel i mark, växter och
människokroppen. Lösningar, syror och baser samt pH-värde.
• Några kemiska processer i mark, luft och vatten ur miljö-och hälsosynpunkt.
• Fotosyntes och förbränning samt energiomvandlingar i dessa reaktioner.
Kemin i vardagen och samhället
• Innehållet i mat och drycker och dess betydelse för hälsan. Kemiska processer i
människokroppen, till exempel matspjälkning.
• Aktuella samhällsfrågor som rör kemi.
Kemin och världsbilden
• Historiska och nutida upptäckter inom kemiområdet och deras betydelse för världsbild,
teknik, miljö, samhälle och människors levnadsvillkor.
• De kemiska modellernas och teoriernas användbarhet, begränsningar, giltighet och
föränderlighet.
Kemins metoder och arbetssätt
• Systematiska undersökningar. Formulering av enkla frågeställningar, planering, utförande
och utvärdering.
• Separations-och analysmetoder, till exempel destillation och identifikation av ämnen.
• Sambandet mellan kemiska undersökningar och utvecklingen av begrepp, modeller och
teorier.
• Dokumentation av undersökningar med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter.
• Källkritisk granskning av information och argument som eleven möter i olika källor och
samhällsdiskussioner med koppling till kemi.
6
