Paula Kajankari LUMA-kerho Kokeellista kemiaa. Kohderyhmä 5 6 luokkalaiset. Laajuus 90 minuuttia x 5 kerhokertaa

Transkriptio

1 LUMA-kerho Kokeellista kemiaa Kohderyhmä 5 6 luokkalaiset Laajuus 90 minuuttia x 5 kerhokertaa Tavoite Tavoitteena on osoittaa oppilaille, että luonnontieteiden opiskelu voi olla muutakin kuin kirjasta lukemista ja luonnontieteet vaikuttavat joka päiväseen elämään. Tavoitteena on myös vahvistaa oppilaiden loogista ajattelua sekä ongelmanratkaisukykyä. Oppilaat tutustutetaan myös tieteellisen ajattelun perusteisiin. Ryhmäkoko 10 oppilasta / ohjaaja 1

2 TUTUSTUMINEN JA LIUKENEMINEN Ensimmäisellä kerhokerralla tutustutaan toisiin ja tehdään yhdessä kerhon säännöt. Kerholaiset luovat yhdessä ohjaajan kanssa säännöt, jotka kirjataan paperille ylös ja jokainen sitoutuu niihin. Lisäksi tutkitaan lämpötilan, sekoituksen ja sokerin koon (palasokeri ja murskattu palasokeri) vaikutusta liukenemiseen. Tarvikkeet Palasokeria Murskattuja palasokereita Kylmää ja kuumaa vettä Koeastioita (muovisia kertakäyttömukeja) Lusikoita Kello/ajastin Muistiinpanovälineet (Suolaa) Työohjeet Työssä liuotetaan sokeria veteen ja mitataan aika, joka kestää sokerin laitosta veteen siihen, että sokeria ei enää näe liuoksessa. Vesimäärä pysyy samana (esimerkiksi muovimukin ylimpään viivaan). Kuuma vesi on niin kuumaa kuin hanasta saa. 1. koe Kylmää vettä ja palasokeri 2. koe Kuumaa vettä ja palasokeri 3. koe Kuumaa vettä ja murskattu palasokeri 4. koe Kuumaa vettä, sekoitus ja palasokeri Pohdintaa Vertaa 1. ja 2. koetta. Miten lämpötila vaikuttaa liukenemiseen? Vertaa 2. ja 3. koetta. Miten sokerin murskaus vaikuttaa liukenemiseen? Vertaa 2. ja 4. koetta. Miten sekoitus vaikuttaa liukenemiseen? Kuinka saadaan sokeri liukenemaan veteen mahdollisimman nopeasti? 2

3 Lisätehtäviä Tee suolasta yltäkylläinen liuos eli liuota suolaa niin paljon veteen kuin pystyt. Sekoita liuosta, kun lisäät suolaa. Kuinka paljon suolaa liukenee? Opettajalle lisätietoa Mitä kuumempaa neste on sitä nopeammin aineet liukenevat. Sokerin murskaaminen nopeuttaa myös liukenemista. Nesteellä on suurempi pinta-ala sokeriin eikä sen tarvitse ensin rikkoa sokeripalan rakennetta. Sekoittaminen myös nopeuttaa liukenemista. Kaikista nopeimmin sokerin saa liukenemaan veteen mahdollisemman kuumalla vedellä, hienoksi murskatulla sokerilla ja sekoittamalla. Suolaa liukenee veteen noin 40 g / 100 ml. 3

4 COCA-COLA LIGHT JA MENTOS Coca-Cola light ja Mentos karkki muodostavat yhdessä reaktion, jossa syntyy paljon vaahtoa. Reaktio syntyy Mentoksen pinnan, arabikumin ja liivatteen sekä Coca-Cola lightin hiilidioksidin, aspartaamin ja kofeiinin yhteisvaikutuksesta. Tässä työssä tutkitaan kokeellisesti Coca-Cola lightin ominaisuuksien vaikutuksia reaktioon. Tarvikkeet Coca-Cola light Coca-Cola Sprite Sprite zero Vesi Hiilihapotettu vesi Kofeiinia (esimerkiksi murskaamalla kofeiinitabletteja) Aspartaamia sisältävä makeutusaine (tämäkin kannattaa murskata) Mentos karkkeja Koeastioita (muovisia kertakäyttömukeja) Permanenttitussi Muistiinpanovälineet Työohjeet Työssä nestettä on aina saman verran esimerkiksi alimpaan viivaan. Nesteeseen pudotetaan Mentoskarkki ja syntyneen vaahdon korkeus mitataan esimerkiksi piirtämällä viiva koeastiaan. Jos nesteeseen täytyy lisätä aspartaamia tai kofeiinia (kokeet 7-12), täytyy se ensimmäiseksi liuottaa kokonaan nesteeseen. 4

5 1. koe Coca-Cola light Perustilanne 2. koe Coca-Cola Ei aspartaamia 3. koe Sprite Ei aspartaamia tai kofeiinia 4. koe Sprite Zero Ei kofeiinia 5. koe Vesi Puhdas neste 6. koe Hiilihappovesi 7. koe Vesi + aspartaami 8. koe Vesi + kofeiini 9. koe Vesi + aspartaami + kofeiini 10. koe Hiilihappovesi + aspartaami 11. koe Hiilihappovesi + kofeiini 12. koe Hiilihappovesi + aspartaami + kofeiini Omatekoinen Coca-Cola light Pohdintaa Mitä eroa on Coca-Colalla ja Coca-Cola lightilla? Tapahtuuko reaktio myös muilla limsoilla? Vertaa kokeita 5 ja 6, 7 ja 10, 8 ja 11 sekä 9 ja 12. Kuinka hiilihappo vaikuttaa reaktioon? Kummasta tuli parempi reaktio Coca-Cola lightista vai omatekoisesta Coca-Cola lightista (koe 12)? Miksi? Lisätehtäviä Kokeile vaikuttaako aspartaamin ja kofeiinin määrien vaihtelu reaktioihin. Youtubesta voi etsiä videoita reaktiosta (esimerkiksi hakusanalla Soda geyser ). Opettajalle lisätietoa Coca-Colan ja Coca-Cola lightin ero on makeutusaineessa. Coca-Colassa on sokeria ja Coca-Cola lightissa on aspartaamia ja asesulfaami K:ta. Muita eroja voi löytää vertaamalla tuoteselostuksia. Reaktio tapahtuu myös muilla limsoilla, mutta ei niin rajuna. Omatekoisen Coca-Cola lightin reaktioiden rajuus voi vaihdella eri ryhmillä. Tämä johtuu aspartaamin ja kofeiinin määristä ja suhteista. 5

6 HAPPAMUUS JA EMÄKSISYYS (ph) Aineiden ph kertoo onko aine hapan, neutraali vai emäksinen. Aineen happamuutta voidaan kuvata luvulla, on neutraali. Alle 7 olevat aineet ovat happamia ja yli 7 olevat aineet ovat emäksisiä. Mitä lähempänä arvoa yksi aine on, sitä happamampi se on ja mitä lähempänä arvoa 14 aine on, sitä emäksisempi se on. Todella happamat tai emäksiset aineet ovat ihmiselle vaarallisia. Vähemmän happamat aineet tuhoavat muun muassa hampaita. Emäksisiä aineita käytetään muun muassa pesuaineina. Tässä työssä käytetään turvallista punakaalimehua osoittamaan aineiden happamuutta. Toinen tapa mitata aineiden ph on ph-paperi. Tarvikkeet Punakaalimehua Koeastioita (muovisia kertakäyttömukeja) ph-paperia Testattavia aineita (esimerkiksi sitruunamehu, pesuaine, maito) Permanenttitussi Muistiinpanovälineet Työohjeet Punakaalimehu Pilko punakaalin lehden pieniksi paloiksi. Lisää punakaalin palojen päälle vettä ja keitä seosta noin 5 minuuttia. Siivilöi punakaalin palat pois mehusta. Säilytä mehu jääkaapissa valolta suojattuna. ph mittaaminen Punakaalimehua laitetaan koeasioihin saman verran. Testattavaa ainetta sekoitetaan mehuun. Jos aine on hapanta, muuttuu se punaiseksi. Jos aine on emäksistä, muuttuu punakaalimehu vihertäväksi. Neutraali punakaalimehu on sinipunertavaa. Koeastioihin voidaan merkitä permanenttitussilla testattava aine, jolloin aineet voidaan järjestää happamuusjärjestykseen värin mukaan. Testattaviin aineisiin voidaan myös kastaa ph-paperi ja verrata väriä ph-paperin väriasteikkoon, jolloin saadaan aineen ph-arvo selville. 6

7 Pohdintaa Mitkä aineet ovat happamia, mitkä emäksisiä? Ovatko syötävät asiat happamia vai emäksisiä? Lisätehtäviä Sekoita emäksistä ja hapanta ainetta toisiinsa. Miltä ph näyttää? Youtubesta voi etsiä videoita miten vahvat hapot reagoivat (esimerkiksi hakusanalla Sulfuric Acid and sugar ). Opettajalle lisätietoa Siivouksessa käytetään emäksisiä aineita. Ruoka-aineet ovat enimmäkseen happamia. Aine ph Akkuhappo 1 Hapan Mahahappo 2 Hapan Sitruunamehu 2,4 Hapan Kolajuomat 2,5 Hapan Etikka 2,9 Hapan Appelsiini- ja omenamehu 3,5 Hapan Olut 4,5 Hapan Kahvi 5,0 Hapan Tee 5,5 Hapan Happosade Alle 5,6 Hapan Maito 6,5 Neutraali Tislattuvesi 7,0 Neutraali Veri Noin 7,4 Neutraali Merivesi 8,0 Emäksinen Käsisaippua 9,0 10,0 Emäksinen Ammoniakki 11,5 Emäksinen Pyykinpesuaine 12,5 Emäksinen Kodinputkimies 13,0 Emäksinen Lipeä 13,5 Emäksinen Kun emäksisiä ja happamia aineita sekoitetaan, neutraloivat ne toisiaan. Aineiden ph muuttuu. Täydellisessä tapauksessa ph muuttuu neutraaliksi (7). 7

8 ÖLJY JA YMPÄRISTÖ Työssä tutustutaan öljyjen ja rasvojen ominaisuuksiin. Rasvat ja öljyt liukenevat huonosti veteen, mutta esimerkiksi saippualla voidaan edes auttaa rasvojen liukenemista veteen (pesuaineet). Aineet voidaan luokitella joko vesi- tai rasvaliukoisiksi. Tämä määrittää millaiseen ympäristöön aineet päätyvät. Viimeinen työ auttaa havainnollistamaan mitä tapahtuu öljyille maassa ja kuinka maatyyppi vaikuttaa tähän. Tarvikkeet Koeastioita (muovisia kertakäyttömukeja) Vettä Rypsiöljyä Elintarvikeväriä Saippuaa Hiekkaa Multaa Muistiinpanovälineet Työohjeet Veden ja öljyn kerrostuminen Sekoita vettä ja öljyä. Seuraa kerrostumista. Lisää saippuaa. Mitä tapahtuu? Vesi- ja rasvaliukoisuus Lisää elintarvikeväriä öljyyn. Lisää vettä ja sekoita. Kumpaan kerrokseen väri päätyy? Öljy maassa Tee reikiä kertakäyttömukien pohjaan. Täytä toinen kertakäyttömuki hiekalla ja toinen mullalla. Lisää öljyä kertakäyttömukeihin. Juoksuta vettä rasioiden läpi (laita ehkä muki koeastian alle). Seuraa mitä valuu rasian läpi. Mitä eroja maiden välillä on? 8

9 Opettajalle lisätietoa Vesi ja öljy eivät sekoitu, koska toinen niistä on vesiliukoinen ja toinen rasvaliukoinen. Vesi jää pohjalle ja öljy kelluu pinnalla. Saippua on aine, jolla on vesiliukoinen pää ja rasvaliukoinen pää. Saippua ympäröi öljyn niin, että rasvaliukoinen pää on öljyyn päin ja vesiliukoinen veteen. Näin saippua auttaa öljyä sekoittumaan veteen. Elintarvikeväri on vesiliukoinen aine. Elintarvikeväri ei sekoitu öljyyn vaan jää pisaroina öljyyn. Kun öljyyn lisätään vettä, liuottaa vesi elintarvikevärin itseensä. (Öljyyn saattaa siltikin jäädä hieman elintarvikeväriä.) Suurin osa väristä päätyy vesikerrokseen. Vesi ja öljy valuvat nopeammin hiekan läpi. Multaan voi joutua lisäämään vettä, jotta öljy valuu maan läpi. Öljyä saattaa valua myös vähemmän mullan läpi. Mullassa on enemmän ainesta, johon öljy voi jäädä kiinni. Myös muita materiaaleja voi testata öljyä keräämään (turve, tupasvilla). Tupasvilla on erityisen hyvä öljyn kerääjänä. 9

10 LABORATORIO-OLYMPIALAISET Laboratorio-olympialaiset ovat leikkimielinen kilpailu, jossa kerholaiset pääsevät tutustumaan laboratoriossa tehtäviin asioihin. Lajit voidaan suorittaa pareittain tai yksin. Tarvikkeet Riisiä Suolaa Pinsettejä Lusikoita Keittiövaaka Koeastioita (muovisia kertakäyttömukeja) Muovinen mittaputki Sekuntikello Muistiinpanovälineet Työohjeet Laji 1: Siirrä 30 sekunnin aikana niin monta riisiä yksitellen kuppiin kuin ehdit pinseteillä. Laji 2: Punnitse 10 g suolaa niin tarkkaan kuin pystyt viidellä lusikallisella astiaan keittiövaa alla. Suolaa ei saa poistaa punnitusastiasta. Laji 3: Sekoita mahdollisimman paljon nestettä muovisessa mittaputkessa (ilman korkkia) läikyttämättä. Aloitetaan esimerkiksi 5 ml ja siirrytään 10 ml ja niin edelleen. Lisäämällä jotain liukenematonta ainetta veteen (esimerkiksi murskattu kuiva lehti) voidaan varmistaa tehokas sekoitus. Laji 4: Mittaa mahdollisimman nopeasti mittaputkeen esimerkiksi 25 ml vettä. Vettä ei saa kaataa pois putkesta ja jos vettä menee liikaa, hylätään tulossa. Laji 5: Yhdistä nimi laboratoriovälineeseen (Liite 1). 10

11 Liite 1. A. Automaattipipetti B. Mikroskooppi C. Oikea työasu laboratoriossa D. Mittapullo E. Koeputki F. Työasu happojen käsittelyyn G. Kasvatusmalja H. Vaaka 11

12 Opettajalle lisätietoa Oikeat vastaukset: Rivi 1. G. E. Rivi 2. B. D. A. Rivi 3. H. C. F. 12