SLSection5-kjemi.tex

   1 % category: green
   2 \section{Vi lager slim}
   3 \label{Slim} \index{Vi lager slim|textbf}
   4 \index{PVA}\index{Polyvinylalkohol}\index{Borax}
   5
   6
   7 \subsubsection{Innledning}
   8 \index{Slim}\index{Dannelse av gele med polyvinylalkohol og Borax}
   9 Morsomt og enkelt forsøk som lar elevene selv lage en $"$leke$"$ som
  10 ellers kan kjøpes på en hvilken som helst lekebutikk.\\ To klare og
  11 fargeløse væsker blandes og går umiddelbart over i gelform. Gelen
  12 kan formes til for eksempel en ball, men vil etter hvert sige
  13 utover.
  14
  15
  16 \subsubsection{Framgangsmåte}
  17 Hell 50 ml destillert vann i et 250 ml begerglass. Sett begerglasset
  18 på en røreplate med varme (her kan en selvfølgelig bruke en vanlig
  19 gassbrenner for å varme opp vannet og røre rundt med en trepinne).
  20 Varm vannet opp, men ikke over 90$^{\circ}$C.
  21 \begin{figure}[h]
  22  \centering
  23 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/brenner}
  24 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/rorer}
  25 \caption{Tillaging av polymerløsningen tilsatt grønn
  26 kondittorfarge.} \label{polyvinylalkohol2}
  27 \end{figure}
  28
  29 Mens det varme vannent blir rørt rundt, tilsett
  30 forsiktig 2 gram med poly(vinyl)alkoholen på overflaten av vannet.\\
  31 Denne måten å gjøre det på forhindrer dannelsen av en illeluktende
  32 og klissete masse av
  33 polymer som er vanskelig å løse opp.\\
  34 \newline
  35 Hell poly(vinyl)alkohol- løsningen og 5 ml av natriumborat løsningen
  36 sammen i en plastkopp/beger og rør løsningen kraftig sammen med en
  37 rørepinne av tre.\\
  38 \newline
  39 Dannelse av gelen begynner nesten med en gang, og et slim liknende
  40 materiale med interessante fysiske egenskaper er produktet.\\
  41 \newline
  42 I forkant av miksingen kan en tilsette fargestoff (konditorfarge
  43 Fargestoff (E120, E141, E172,
  44 E100)) til PVA løsningen, slik at vi får et $"$penere$"$ slim.\\
  45 \begin{figure}[h]
  46  \centering
  47 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim1}
  48 \includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/polyvinylalkoholslim/slim2}
  49 \caption{En slimklump farget rød med konditorfarge.}
  50 \label{polyvinylalkohol2}
  51 \end{figure}
  52
  53 Best resultat får vi hvis borax løsningen blir tilført PVA
  54 løsningen.\\
  55 \newline
  56 Materialet som dannes oppviser fysikalske egenskaper som er avhengig
  57 av molekylvekten og hydrolysegraden hos PVA (som tilvirkes gjennom
  58 hydrolyse av polyvinylacetat).
  59 \newpage
  60 For å få et $"$slim$"$ som ikke krakelerer eller brytes i stykker
  61 lett er det viktig å benytte en PVA som har høy hydrolysegrad og så
  62 høy molekylvekt\footnote{ Vær observant på at PVA kan bestilles med
  63 forskjellig molekylær vekt. I dette forsøket
  64      lønner det seg å bruke PVA med en molekylær vekt på mellom 106.000 og 110.000. Med
  65      høyere molekylær vekt vil en få et "stivere" slim, mens en lavere molekylær vekt gir et mer
  66      "væskeaktigt" slim.
  67 } som mulig.
  68
  69
  70 \subsubsection{Teori}
  71 Poly(vinyl)alkohol er en polymer med en struktur som består av
  72 gjentatte vinylalkohol enheter.
  73 \begin{figure}[h]
  74  \centering
  75 \includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/slime/polyvinylalkohol_polymer}
  76 \caption{Repetisjonsenheten til poly(vinyl)alkohol.}
  77 \label{polyvinylalkohol1}
  78 \end{figure}
  79 Gjennomsnittsverdien til n for poly(vinyl)alkoholen brukt i dette
  80 forsøket er over 2300.\\
  81 Natriumborat hydrolyserer i vann og danner borsyre/borat-buffer med
  82 en pH på rundt 9.
  83 \begin{equation}\label{natriumborathydrolyse}
  84     B_{4}O_{7}^{2-} (aq) + H_{2}O (l) \rightleftharpoons HB_{4}O_{7}^{-} (aq) + OH^{-} (aq)
  85 \end{equation}
  86 I denne øvelsen reagerer borat-ionet med hydroksyl gruppa til
  87 polymeren og danner kryssbindinger med en mulig eliminasjon av vann.
  88 Disse kryssbindingene involverer med all sannsynlighet
  89 hydrogenbindinger som brytes og redannes under bevegelse. \\
  90 Disse relativt svake kyssbindingene er nødvendige for at gelen skal
  91 ha de  viskoelastisk egenskapene. Egenskapen som
  92 poly(vinyl)alkoholen har til å involvere seg i hydrogenbindinger, er
  93 sett utfra dens høye løselighet i vann.
  94
  95
  96 \subsubsection{Forsiktig}
  97 Det finnes ingen kjente giftvirkninger fra Borax, polymeren eller
  98 selve gelen. Men i tråd med god skikk er det greit å vaske hendene
  99 godt etter at en har jobbet med disse kjemikaliene eller gelen.\\
 100 \newline
 101 Det finnes ingen grunn til ikke å la elevene få med seg gelen/slimet
 102 hjem hvis de ønsker dette.
 103
 104 \subsubsection{Fjerning av rester og avfall}
 105 Mindre mengder av natriumtetraborat kan spyles direkte i avløp med
 106 rikelig vann. Tørre kjemikalier plasseres i beholderen merket
 107 avfallskjemikalier.\\
 108 \newline
 109 Rester av gele kan enten hives i en dunk med avfallskjemikalier
 110 eller skylles ned i vasken med store mengder vann. Geleen er
 111 vanskelig å fjerne fra tepper, men forsvinner i maskinvask hvis en
 112 har vært uheldig og griset til klærne.
 113
 114 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 115 \begin{itemize}
 116   \item 50 ml destillert vann
 117   \item 2 gram poly(vinyl)alkohol, [CH$_{2}$CH(OH)]$_{n}$ (Polymeren
 118   bør være $>$99$\%$ hydrolysert med en gjennomsnittlig molar vekt på
 119   rundt 10$^{5}$ g/mol)
 120   \item 5 ml av en 4$\%$ vandig løsning av natrium tetraborat, Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$
 121   (For å lage 100 ml løsning, løs 7.6 gram med
 122   Na$_{2}$B$_{4}$O$_{7}$ $\cdot$ 10H$_{2}$O (borax) i 100 ml med
 123   destillert vann).
 124 \end{itemize}
 125 \textbf{Samt:}
 126 \begin{table}[h]
 127 \begin{tabular}{lll}
 128  250 ml begerglass   & røreplate med varme evt. gassbrenner $^{m}$/stativ  &    \\
 129  termometer, -10$^{o}$C til  +110$^{o}$C   &  100 ml engangsbeger eller plastikk kopp  &    \\
 130      flat rørestav i tre  &  50 ml målesylinder     &    \\
 131 \end{tabular}
 132   \caption{Utstyr til forsøket - Dannelse av gele med Polyvinylalkohol og Borax}
 133 \end{table}
 134
 135
 136
 137 \subsubsection{Referanser}
 138 \begin{description}
 139     \item[\lbrack1\rbrack]A.~M.~Sarquis E.~Z.~Casassa and C.~H.~Van Dyke.
 140 \newblock "slime": Gelation of poly(vinyl alcohol) with borax.
 141 \newblock {\em Journal of Chemical Education}, 63:57, 1986.
 142     \item[\lbrack2\rbrack]G.~Odian.
 143 \newblock {\em Principles of Polymerization}.
 144 \newblock Wiley-Interscience: New York, 1981.
 145     \item[\lbrack3\rbrack]J.~G. Pritchard.
 146 \newblock {\em Poly(vinylalcohol): Basic Properties and Uses}.
 147 \newblock Gordon and Breach: New York, 1970.
 148 \end{description}
 149
 150
 151