exercise/slimproduksjon.tex

   1 % category: green
   2 \chapter{Vi lager slim}
   3 \label{Slim} \index{Vi lager slim|textbf}
   4 \index{PVA}\index{Polyvinylalkohol}\index{Borax}
   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 natriumtetraborat-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 \marginpar{E100 Gul/Orange\\
  47   E120 Rød \\
  48   E141 Grønn \\
  49   E172 Brun}
  50
  51 I forkant av miksingen kan en tilsette fargestoff (for eksempel
  52 konditorfarge, det vil si fargestoffene E100, E120, E141 eller E172)
  53 til PVA-løsningen, slik at vi får et ``penere'' slim.
  54
  55 \begin{figure}[h]
  56  \centering
  57 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim1}
  58 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim2}
  59 \caption{En slimklump farget rød med konditorfarge.}
  60 \label{polyvinylalkohol2}
  61 \end{figure}
  62
  63 Materialet som dannes oppviser fysikalske egenskaper som er avhengig
  64 av molekylvekten og hydrolysegraden hos PVA (som tilvirkes gjennom
  65 hydrolyse av polyvinylacetat).
  66
  67 For å få et ``slim'' som ikke krakelerer eller brytes lett i stykker,
  68 er det viktig å benytte en PVA som har høy hydrolysegrad og så høy
  69 molekylvekt som mulig.
  70
  71
  72 \section*{Teori}
  73
  74 PVA er en polymer med en struktur som består av gjentatte vinylalkohol
  75 enheter.
  76
  77 \begin{figure}[h]
  78  \centering
  79 \includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/slime/polyvinylalkohol_polymer}
  80 \caption{Repetisjonsenheten til poly(vinyl)alkohol.}
  81 \label{polyvinylalkohol1}
  82 \end{figure}
  83
  84 Gjennomsnittsverdien til n for PVA brukt i dette forsøket er over
  85 2300.  Natriumborat hydrolyserer i vann og danner borsyre/borat-buffer
  86 med en pH på rundt 9.
  87
  88 \begin{equation}\label{natriumborathydrolyse}
  89     B_{4}O_{7}^{2-} (aq) + H_{2}O (l) \rightleftharpoons HB_{4}O_{7}^{-} (aq) + OH^{-} (aq)
  90 \end{equation}
  91
  92 I denne øvelsen reagerer borat-ionet med hydroksyl-gruppa til
  93 polymeren og danner kryssbindinger med en mulig eliminasjon av vann.
  94 Disse kryssbindingene involverer med all sannsynlighet
  95 hydrogenbindinger som brytes og dannes på nytt under bevegelse.
  96
  97 Disse relativt svake kyssbindingene er nødvendige for at gelen skal ha
  98 de viskoelastisk egenskapene. Egenskapen som PVA har til å involvere
  99 seg i hydrogenbindinger, er sett utfra dens høye løselighet i vann.
 100
 101 \section*{Forsiktig}
 102
 103 Det finnes ingen kjente giftvirkninger fra Borax, polymeren eller
 104 selve gelen. Men i tråd med god skikk er det greit å vaske hendene
 105 godt etter at en har jobbet med disse kjemikaliene eller gelen.
 106
 107 Det finnes ingen grunn til ikke å la elevene få med seg gelen/slimet
 108 hjem hvis de ønsker dette.
 109
 110 \section*{Fjerning av rester og avfall}
 111
 112 Mindre mengder av natriumtetraborat kan spyles direkte i avløp med
 113 rikelig vann. Tørre kjemikalier plasseres i beholderen merket
 114 avfallskjemikalier.
 115
 116 Rester av gele kan enten hives i en dunk med avfallskjemikalier eller
 117 skylles ned i vasken med store mengder vann. Geleen er vanskelig å
 118 fjerne fra tepper, men forsvinner i maskinvask hvis en har vært
 119 uheldig og griset til klærne.
 120
 121 \section*{Utstyr og kjemikalier}
 122 \begin{itemize}
 123   \item 50 ml destillert vann
 124   \item 2 gram poly(vinyl)alkohol, [CH$_{2}$CH(OH)]$_{n}$ (Polymeren
 125   bør være $>$99$\%$ hydrolysert med en gjennomsnittlig molar vekt på
 126   rundt 10$^{5}$ g/mol)\footnote{Vær observant på at PVA kan bestilles
 127   med forskjellig molekylær vekt. I dette forsøket lønner det seg å
 128   bruke PVA med en molekylær vekt på mellom 106.000 og 110.000. Med
 129   høyere molekylær vekt vil en få et ``stivere'' slim, mens en lavere
 130   molekylær vekt gir et mer ``væskeaktigt'' slim.}
 131   \item 5 ml av en 4$\%$ vandig løsning av natriumtetraborat, Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$
 132   (For å lage 100 ml løsning, løs 7.6 gram med
 133   Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$ $\cdot$ 10H$_{2}$O (borax) i 100 ml med
 134   destillert vann).
 135 \end{itemize}
 136 \textbf{Samt:}
 137
 138 \begin{table}[h]
 139 \begin{tabular}{ll}
 140  250 ml begerglass   & røreplate med varme evt. gassbrenner $^{m}$/stativ \\
 141  termometer, -10\celcius til  +110\celcius   &  100 ml engangsbeger eller plastikk kopp  \\
 142      flat rørestav i tre  &  50 ml målesylinder \\
 143 \end{tabular}
 144   \caption{Utstyr til forsøket - Dannelse av gele med Polyvinylalkohol og Borax}
 145 \end{table}
 146
 147 \nocite{Casassa}
 148 \nocite{odian}
 149 \nocite{Pritchard}
 150
 151 \printbibliography