exercise/slimproduksjon.tex

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