exercise/slimproduksjon.tex

   1 % category: green
   2 \chapter{Vi lager slim}
   3 \label{Slim}
   4 \index{Lage slim|textbf}
   5
   6
   7 \section*{Innledning}
   8 \index{Slim}\index{Dannelse av gele med polyvinylalkohol og Borax}
   9
  10 Morsomt og enkelt forsøk som lar elevene selv lage en «leke» som
  11 ellers kan kjøpes på en hvilken som helst lekebutikk.
  12
  13 To klare og fargeløse væsker blandes og går umiddelbart over i
  14 gelform. Gelen kan formes til for eksempel en ball, men vil etter
  15 hvert sige utover.
  16
  17 \section*{Framgangsmåte}
  18
  19 Hell 50 ml destillert vann i et 250 ml begerglass. Sett begerglasset
  20 på en røreplate med varme (her kan en selvfølgelig bruke en vanlig
  21 gassbrenner for å varme opp vannet og røre rundt med en trepinne).
  22 Varm vannet opp, men ikke over 90\celcius.
  23
  24 \begin{figure}[h]
  25  \centering
  26 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/brenner}
  27 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/rorer}
  28 \caption{Tillaging av polymerløsningen tilsatt grønn
  29 kondittorfarge.} \label{polyvinylalkohol2}
  30 \end{figure}
  31
  32 Mens en rører rundt i det varme vannet, tilsett forsiktig 2 gram med
  33 poly\-(vinyl)\-alko\-holen (PVA) på overflaten av vannet.  Ved å spre
  34 pulveret på overflaten forhindrer en dannelsen av en illeluktende og
  35 klissete masse av polymer som det er vanskelig å løse opp.
  36
  37 Når PVA-løsningen er ferdig, hell den sammen med 5 ml av
  38 natrium\-tetra\-borat-løsningen i en plastkopp eller plastbeger og rør
  39 løsningen kraftig sammen med en rørepinne av tre.  Det blir best
  40 resultat hvis boraxløsningen blir tilført PVA-løsningen.  Dannelse av
  41 gelen begynner nesten med en gang, og resultatet er et slimliknende
  42 materiale med interessante fysiske egenskaper.
  43
  44 \index{Konditorfarge}\index{Fargestoff (E100, E120, E141, E172)}
  45
  46 I forkant av miksingen kan en tilsette fargestoff (for eksempel
  47 konditor\-farge, det vil si fargestoffene E100, E120, E141 eller E172)
  48 til PVA-løsningen, slik at vi får et «penere» slim.
  49
  50 \begin{itemize}[noitemsep]
  51   \item E100 Gul/Orange
  52   \item E120 Rød
  53   \item E141 Grønn
  54   \item E172 Brun
  55 \end{itemize}
  56
  57 \begin{figure}[h]
  58  \centering
  59 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim1}
  60 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim2}
  61 \caption{En slimklump farget rød med konditorfarge.}
  62 \label{polyvinylalkohol2}
  63 \end{figure}
  64
  65 Materialet som dannes oppviser fysikalske egenskaper som er avhengig
  66 av molekylvekten og hydrolysegraden hos PVA (som tilvirkes gjennom
  67 hydrolyse av polyvinylacetat).
  68
  69 For å få et «slim» som ikke krakelerer eller brytes lett i stykker,
  70 er det viktig å benytte en PVA som har høy hydrolysegrad og så høy
  71 molekylvekt som mulig.
  72
  73
  74 \section*{Teori}
  75
  76 PVA er en polymer med en struktur som består av gjentatte vinylalkohol
  77 enheter.
  78
  79 \begin{figure}[h]
  80  \centering
  81 \includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/slime/polyvinylalkohol_polymer}
  82 \caption{Repetisjonsenheten til poly(vinyl)alkohol.}
  83 \label{polyvinylalkohol1}
  84 \end{figure}
  85
  86 Gjennomsnittsverdien til n for PVA brukt i dette forsøket er over
  87 2300.  Natriumborat hydrolyserer i vann og danner borsyre/borat-buffer
  88 med en pH på rundt 9.
  89
  90 \begin{equation}\label{natriumborathydrolyse}
  91     B_{4}O_{7}^{2-} (aq) + H_{2}O (l) \rightleftharpoons HB_{4}O_{7}^{-} (aq) + OH^{-} (aq)
  92 \end{equation}
  93
  94 I denne øvelsen reagerer borat-ionet med hydroksyl-gruppa til
  95 polymeren og danner kryssbindinger med en mulig eliminasjon av vann.
  96 Disse kryssbindingene involverer med all sannsynlighet
  97 hydrogenbindinger som brytes og dannes på nytt under bevegelse.
  98
  99 Disse relativt svake kyssbindingene er nødvendige for at gelen skal ha
 100 de viskoelastisk egenskapene. Egenskapen som PVA har til å involvere
 101 seg i hydrogenbindinger, er sett utfra dens høye løselighet i vann.
 102
 103 \section*{Forsiktig}
 104
 105 Det finnes ingen kjente giftvirkninger fra Borax, polymeren eller
 106 selve gelen. Men i tråd med god skikk er det greit å vaske hendene
 107 godt etter at en har jobbet med disse kjemikaliene eller gelen.
 108
 109 Det finnes ingen grunn til ikke å la elevene få med seg gelen/slimet
 110 hjem hvis de ønsker dette.
 111
 112 \section*{Avfallshåndtering}
 113
 114 Mindre mengder av natriumtetraborat kan spyles direkte i avløp med
 115 rikelig vann. Tørre kjemikalier plasseres i beholderen merket
 116 avfallskjemikalier.
 117
 118 Rester av gele kan enten hives i en dunk med avfallskjemikalier eller
 119 skylles ned i vasken med store mengder vann. Geleen er vanskelig å
 120 fjerne fra tepper, men forsvinner i maskinvask hvis en har vært
 121 uheldig og griset til klærne.
 122
 123 \section*{Utstyr og kjemikalier}
 124
 125 \begin{itemize}[noitemsep]
 126
 127 \item 50 ml destillert vann
 128
 129 \item 2 gram poly(vinyl)alkohol, [CH$_{2}$CH(OH)]$_{n}$.  \index{PVA}
 130   \index{Polyvinylalkohol}
 131   (Polymeren bør være $>$99$\%$ hydrolysert med en gjennomsnittlig
 132   molar vekt på rundt 10$^{5}$ g/mol)\footnote{Vær observant på at PVA
 133   kan bestilles med forskjellig molekylær vekt. I dette forsøket
 134   lønner det seg å bruke PVA med en molekylær vekt på mellom 106.000
 135   og 110.000. Med høyere molekylær vekt vil en få et «stivere»
 136   slim, mens en lavere molekylær vekt gir et mer «væskeaktigt»
 137   slim.}
 138
 139 \item 5 ml av en 4$\%$ vandig løsning av natriumtetraborat,
 140   Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$.
 141   For å lage 100 ml løsning, løs 7.6 gram med Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$
 142   $\cdot$ 10H$_{2}$O (borax) i 100 ml med destillert vann. \index{Borax}
 143
 144 \item 100 ml engangsbeger eller plastikk kopp.
 145 \item 250 ml begerglass.
 146 \item 50 ml målesylinder.
 147 \item Flat rørestav i tre.
 148 \item Røreplate med varme evt. gassbrenner $^{m}$/stativ.
 149 \item Termometer, -10\celcius til  +110\celcius.
 150 \end{itemize}
 151
 152 \nocite{Casassa}
 153 \nocite{odian}
 154 \nocite{Pritchard}
 155
 156 \printbibliography