Månadstema December: Kemins historia och Alfred Nobel
Vi har valt ut några av Nobelpriserna i kemi för att koppla till olika experiment, men fokus är
på experimentet och inte på de viktigaste Nobelprisen.
Laborationer för åk 7-9
Se även laborationer för gymnasiet
Innehåll:
Svante Arrhenius- Zink elektrolys
Wilhelm Ostwald - Diskmedelsormen
Richard Willstätter - Grönt är skönt
Kary B Mullis, Michael Smith extraktion av DNA ur munepitel
Kopplingar till kursplanens centralt innehåll
sin
s. 1
s. 2
s. 4
s 6
s. 7
Svante Arrhenius; Nobelpristagare i Kemi år 1903
Svante Arrhenius (1859-1927) var en svensk kemist och fysiker som 1903
belönades med Nobelpriset i kemi för upptäckten av hur kemiska
föreningar i lösning kan leda elektrisk ström. Han fick priset för sin
”elektrolytiska dissociations teori”. Med det avses att föreningar, som
sönderfaller i elektriskt laddade joner, därmed kan fungera som
elektrolyter i lösningar och leda elektrisk ström.
Zink-elektrolys
Teori: Detta är ett experiment som är lämpligt att använda som demonstration på en OH projektor. Zink renas genom elektrolys. Reaktionen är tydligare och snabbare än den klassiska
elektrolytiska rening av koppar på kolelektroder. Ett ”zinkträd” växer fram från katoden på
några minuter.
Material:
Elektrolyt: 0,5-1M ZnSO4, elektroder två putsade Zn-bleck, kristallisationsskål, elkub med
sladdar och krokodilklämmor.
Utförande:
Plåtremsor av zink böjs, så att de kan klämmas fast runt kanten på en kristallisationsskål. Sätt
på kuben på likström, låg strömstyrka (ca 0,2 A) och mellan 10-20 volt.
Riskbedömning: Om experimentet utförs av elever, bör man påpeka att elkuber ska hanteras
med aktsamhet. En fullständig riskbedömning ges av undervisande lärare.
ANOD
-
+
KATOD
Resultat:
Under elektrolysen växer ett ”zinkträd” ut från katoden. Strömstyrkan är från början låg,
medan spänningen är konstant hög. Strömstyrkan höjs när zinkträdet närmar sig anoden. Flera
zinkgrenar och minskat avstånd till anoden höjer strömstyrkan (ca 4 A). När sedan trädet
kommer i kontakt med anoden börjar det knastra och fräsa. Sulfatlösning blir varm.
Katodreaktion: Zink faller ut
Zn2+ + 2e- → Zn(s)
Anodreaktion: Zink går i lösning
Zn(s) → Zn2+ + 2e-
Till läraren:
Riskbedömningsunderlag:
Zink R 50, 53 och S (2), 43, 46, 60, 61
Zinksulfat R 22 och S (2), 20, 46 och S (2), 22, 26, 39, 46, 60, 61
som 1909
och
Wilhelm Ostwald; Nobelpristagare i Kemi år 1909
Wilhelm Ostwald (1853-1932) var en balttysk fysiker, kemist och filosof
belönades med Nobelpriset i kemi för hans arbete med katalys och för hans
undersökningar om de fundamentala principerna som styr kemisk jämvikt
reaktionshastigheter. Under sin livstid hann han skriva 45 böcker, 500 u
uppsatser och närmare 5000 recensioner om vitt skilda ämnen.
Diskmedelsormen
Teori: En katalysator kan vara fast, gasformig eller flytande. Den är ett ämne som ökar en
kemisk reaktionshastighet utan att själv förbrukas. Katalysatorer har stor betydelse för kemisk
industri och många av kroppens reaktioner. De möjliggör processer som annars inte hade varit
ekonomiskt utförbara. I denna laboration används en katalysator.
Materiel och kemikalier:
Stor plastduk eller plåtbricka som underlagsskydd, 1L skakcylinder med trång öppning,
Diskmedel, ca 40 cm3 30%-ig väteperoxid, ca 2 cm3 kaliumjodid
Riskbedömning
Torka omedelbart bort skum, som hamnar utanför underlaget. Annars finns risk för
gulfärgning. Skakcylindern blir het. Vänta med disken, tills den har svalnat. En fullständig
riskbedömning ges av undervisande lärare.
Utförande:
Häll i lite diskmedel i skakcylindern, så att bottnen nätt och jämnt täcks. Tillsätt ca 40 cm3
30%-ig väteperoxid. Blanda inte! Häll därefter i en stor sked kaliumjodid. Skum väller ut!
Förklaring:
Väteperoxid sönderdelas spontant långsamt till vatten och syre. Reaktionen påskyndas med
en katalysator, t.ex. kaliumjodid.
KI
2H 2 O 2 (aq)
2H 2 O(l) O 2 (g)
belönades
särskilt ämnet
Grönt är
skönt
Richard Willstätter; Nobelpristagare i Kemi år 1915
Richard Willstätter (1872-1942) var en tysk-judisk kemist, som 1915
fick Nobelpriset i kemi för för sin forskning rörande växters pigment och
klorofyll. 1905 syntetiserade han även prokain, ett lokalbedövningsmedel
likt kokain, men som saknar kokainets vanebildande egenskaper. Genom en
mycket komplicerad procedur lyckades han 1924 också syntetisera ämnet
kokain.
CH2CH3
CH3
1 R=CH3, klorofyll a
2 R=CHO, klorofyll b
O
Teori: Under
R
N
N
sommaren är
trädens löv
Mg
C OCH3
CH3
CH3
CH3
CH3
gröna av
N
N
O
H2C CH
klorofyll.
CH3
O
Klorofyll är
O
CH
3
CH3
nödvändigt för
fotosyntesen, då växterna utnyttjar solenergi för att omvandla koldioxid och vatten till syre
och energirika kolhydrater. Klorofyll, som finns i bladens kloroplaster, absorberar rött och
blått ljus från solen, och reflekterar grönt ljus. Chloros är det grekiska och betyder gulgrön.
Det finns olika former av klorofyll, men alla är kelat. Ett kelat har en central metalljon bunden
till en stor organisk molekyl, som är består av kol, väte, syre och kväve. Klorofyllets
centraljon är magnesium och den stora organiska molekylen kallas porfyrin. Klorofyll a (1)
finns i alla organismer som utvecklar syrgas genom fotosyntes. Växter innehåller även
klorofyll b (2). Klorofyll b samlar upp ljusenergi som avges till klorofyll a, som i en
inledande reaktion till fotosyntesen avger elektroner.
När gröna grönsaker kokas byts magnesiumjoner i klorofyll ut mot vätejoner. Den vackra
gröna färgen försvinner och förändras till smutsbrunt.. Andra exempel på molekyler med en
struktur som liknar klororfyll är hemoglobin i blodet. Den har järn som centraljon, och
porfyrin som organisk del. Dessutom finns fyra proteinkedjor kopplade till molekylen.
I kloroplasterna finns också de karotenoida pigmenten, xantofyll (lutein). De här pigmenten
absorberar energi som kan föras vidare till klorofyllet. Absorbans av blågrönt ljus ger
karotenoiderna 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, kallare nätter avtar produktionen av klorofyll. Klorofyllet bryts ner i löven (dras
tillbaka) och trädet börjar lagra magnesium och kväve i stam och rötter. Den gula färgen hos
löven framträder då alltmer pga. av klorofyllsönderfallet och den minskade
klorofyllproduktionen.
Materiel:
Mortel, sax, filterpapper, bägare, mätglas, E-kolv, tratt och provrör
Kemikalier:
Aceton, sand och bladspenat
Att tänka på:
Aceton är ett lättflyktigt, brandfarligt ämne. En fullständig riskbedömning ges av
undervisande lärare.
Utförande:
Finklipp bladen från bladspenat, så du får ungefär 50 ml. Lägg dem i en mortel och mortla
klippet tillsammans med lite sand och 40 - 50 ml aceton. Mortla ordentligt så massan blir
riktigt finfördelad. Filtrera lösningen genom ett filterpapper. Om lösningen blir för ljus måste
du börja om med mer blad. Häll en del av filtratet i en bägare och sätt försiktigt ned en remsa
med kromatografipapper (filterpapper). Låt stå tills provet sugits upp nära övre kanten.
Vad finns i den gröna färgen?
Hur fungerar pappersremsan?
Har man tillgång till en spektrofotometer kan man använda
resten av filtratet för att kontrollera absorberade våglängder.
Klorofyll absorberar vid våglängderna 430, 453, 642 och 663
nm.
Vad skulle hända med ett blad (en växt) om man begränsade
tillgången på solljus?
xantofyll (lutein)
klorofyll a
klorofyll b
Resultat:
Låter man kromatografipapperet stå en stund (30 min)
kommer den gröna färgen att dela upp sig i olika färgstråk,
beroende på 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 papperskromatografin, kan man sätta ned papperet direkt i morteln
och hoppa över filtreringen.
Absorberade
Absorberad Komplementfärg,
Våglängder, nm
färg
för ögat synlig färg
400 - 424
violett
gul/grön
424 - 491
blå
gul
491 - 575
blågrön
röd/purpur
575 - 585
grön/gul
violett/blå
585 - 647
orange/röd
grön/blå
647 - 700
röd
blågrön
Kary B Mullis, Michael Smith ; Nobelpristagare i Kemi år 1993
Amerikanen Kary B Mullis (1944) och kanadensaren Michael Smith
(1932-2000) fick 1993 motta Nobelpriset i kemi för sitt bidrag till
utvecklingen av metoder inom DNA kemin.. Genom detta nobelpris
uppmärksammades Mullis uppfinning - PCR-metoden (Polymerase
Chain Reaction) och Smith för sina studier kring bl.a. proteiner.
DNA extraktion ur munepitel
Teori: DNA är det kemiska ämne som arvsmassan består av. DNA finns i alla celler med en
cellkärna. DNA står på svenska för deoxiribonukleinsyra och är en lång trådlik molekyl som
är uppbyggd av kvävebaser på en socker- och fosfatkedja. DNA kan extraheras från en mängd
olika vävnader och celltyper, både från djur och växter och i denna laboration ska du få vara
med om att titta på ditt egna DNA.
Material:
NaCl, vatten, plastmugg, sked, provrör 98% kall etanol, diskmedel med mörk färg (Yes
fungerar bra), tandpetare.
Riskbedömning:
En fullständig riskbedömning ges av undervisande lärare
Utförande:
Häll lite salt i plastmuggen, ca 2 cm2. häll i ca 2 dl vatten, rör om. Ta sedan en klunk av
vattnet och gurgla runt med detta i munnen i drygt en minut. Spotta ut vattnet i ett provrör.
Tillsätt ca 10 droppar Yes-diskmedel. Skaka! Häll sedan försiktigt! i ca 10.15 ml kall 98%
etanol längs provrörets kant. Ta en tandpetare och se om du försiktigt kan ”virvla upp” några
vita trådar i gränsskiktet mellan diskmedlet och etanolen. Håll provröret mot en mörk
bakgrund för att se utfällningen bättre, de vita trådarna är ditt DNA.
Till läraren:
Då eleven kan ha ätit precis innan laborationen kan det tänkas att även ex ”skink-DNA”
kommer med i provröret och inte endast elevens DNA.
Koksaltet fäller ut proteinerna Diskmedlet löser ut fett från cellernas membran vilket innebär
att cellerna öppnas och frilägger cellkärnan mer. Iskall etanol fäller ut DNAt
Kopplingar till kursplanens centrala innehåll:
Kemin i naturen
• Partikelmodell för att beskriva och förklara materiens uppbyggnad, kretslopp och
oförstörbarhet. Atomer, elektroner och kärnpartiklar.
• Kemiska föreningar och hur atomer sätts samman till molekyl-och jonföreningar genom
kemiska reaktioner.
• Partikelmodell för att beskriva och förklara fasers egenskaper, fasövergångar och
spridningsprocesser för materia i luft, vatten och mark.
• 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
• Kemiska processer vid framställning och återvinning av metaller, papper och plaster.
Livscykelanalys av några vanliga produkter.
• Olika faktorer som gör att material, till exempel järn och plast, bryts ner och hur nedbrytning
kan förhindras.
• 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.
