SUPERABSORBENTIT. Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Superabsorbentit Opettajan ohje



Samankaltaiset tiedostot
Peruskoulu (demonstraatio) / lukio (demonstraatio, oppilastyö ja mallinnus)

VÄRIKÄSTÄ KEMIAA. MOTIVAATIO: Mitä tapahtuu teelle kun lisäät siihen sitruunaa? Entä mitä havaitset kun peset mustikan värjäämiä sormia saippualla?

1. Polyakrylaatti koostuu usein akryylihaposta, tai sen johdannaisista. Aluksi voidaan tarkastella akryylihapon rakennetta mallintamalla se.

TÄS ON PROTSKUU! PROTEIINIEN KEMIAA

BIOMUOVIA TÄRKKELYKSESTÄ

Tiedelimsa. Vedestä saadaan hapotettua vettä lisäämällä siihen hiilidioksidia, mutta miten hiilidioksidi jää nesteeseen?

LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

TÄS ON PROTSKUU! Missä yhteyksissä olet törmännyt sanaan proteiini tai valkuaisaine?

PULLEAT VAAHTOKARKIT

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

ALKOHOLIT SEKAISIN KOHDERYHMÄ:

Kasvien piilotetut väriaineet

KUPARIASPIRINAATIN VALMISTUS

Hiilidioksidista hiilihappoon, -tutkimuksia arkipäivän kemiasta

Limsan sokeripitoisuus

ENNAKKOTEHTÄVIÄ Mitkä ruoka-aineet sisältävät valkuaisaineita eli proteiineja? Missä yhteyksissä olet törmännyt sanaan proteiini tai valkuaisaine?

Kiteet kimpaleiksi (Veli-Matti Ikävalko)

VESI JA VESILIUOKSET

Tiedelimsa. KOHDERYHMÄ: Työ voidaan tehdä kaikenikäisien kanssa. Teorian laajuus riippuu ryhmän tasosta/iästä.

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

FOSFORIPITOISUUS PESUAINEESSA

HAPANTA HUNAJAA. KESTO: Työn teoriaosion, mahdollisten alkuvalmistelujen ja siivousten lisäksi työn suoritukseen menee noin 15 minuuttia aikaa.

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

KE1 KERTAUSTA SIDOKSISTA VASTAUKSET a) K ja Cl IONISIDOS, KOSKA KALIUM ON METALLI JA KLOORI EPÄMETALLI.

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

HAPANTA HUNAJAA POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ


Aurinkotislaus on yksi töistä, jotka kuuluvat kansainvälisen kemian vuoden 2011 aikana järjestettävään maailmanlaajuiseen kokeeseen.

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

Mahamysteeri. Mitkä ruoka-aineet sisältävät näitä aineita?

1-12 R1-R3. 21, 22 T4 Tutkielman palautus kurssin lopussa (Työ 2 ja Työ 3), (R4-R6) Sopii myös itsenäiseen opiskeluun Työ 4 R7 - R8

KOHDERYHMÄ KESTO: MOTIVAATIO: TAVOITE: AVAINSANAT: - TAUSTAA

Ionisidos ja ionihila:

Hiilidioksidista hiilihappoon, -tutkimuksia arkipäivän kemiasta

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Vinkkejä opettajille ja odotetut tulokset SIVU 1

MAALIEN KEMIAA, TUTKIMUKSELLISUUTTA YLÄKOULUUN JA TOISELLE ASTEELLE

Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Veden kovuus Oppilaan ohje. Veden kovuus

ENERGIAA TÄRKKELYKSESTÄ

KOHDERYHMÄ: Työ voidaan tehdä kaikenikäisien kanssa. Teorian laajuus riippuu ryhmän tasosta/iästä.

Liukeneminen

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

PULLEAT JA VALTAVAT VAAHTOKARKIT

FOSFORIPITOISUUS PESUAINEESSA

Vesi, veden ominaisuudet ja vesi arjessa

sivu 1/7 OPETTAJALLE Työn motivaatio

Kokeellisen työskentelyn ohjeet Kalevan lukion kemian luokassa

Alumiinista alunaa TAUSTAA

ENERGIAA TÄRKKELYKSESTÄ! NELJÄ TUTKIMUSTA

Suolapitoisuuden määritys

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

SIPSEISSÄKÖ RASVAA? KOKEELLINEN TYÖ: PERUNALASTUJA VAI JUUSTONAKSUJA? Tämän työn tavoite on vertailla eri sipsilaatuja ja erottaa sipsistä rasva.

KASVIEN VÄRIAINEIDEN UUTTAMINEN

Pehmopapereiden matematiikkaa

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

KE2 Kemian mikromaailma

JUUSTON VALMISTUS ENTSYYMIEN AVULLA

Seoksen pitoisuuslaskuja

Vesimolekyylien kiehtova maailma

ILOTULITUSRAKETTIEN KEMIAA TUTKIMUKSELLINEN OPPIMISKOKONAISUUS YLÄKOULUN KEMIAN OPETUKSEEN

TAKAVARIKKO TULLISSA

Ohjeita opettamiseen ja odotettavissa olevat tulokset SIVU 1

Verijäljet. Jenny Bergström Johannes Pernaa Ilmari Niskanen Tapani Savolainen JOHDANTO

Työ 3: Veden höyrystymislämmön määritys

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Exclusive to VAROITUS

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Workshop: Tekniikan kemia OAMK:ssa

782630S Pintakemia I, 3 op

1. Tarkista, että pullon vakuumi on kunnossa. Vihreän haitarin pitää olla lytyssä.

Kemiaa tekemällä välineitä ja työmenetelmiä

Kemia 7. luokka. Nimi

ENERGIAA! ASTE/KURSSI AIKA 1/5

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Ohjeita opettajille ja odotetut tulokset

KALKINPOISTOAINEET JA IHOMME

Arkipäivän kemiaa: kosmetiikka. Päivi Kousa Kemian ope/ajankoulutusyksikkö Helsingin yliopisto huh9kuu 2015

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

c) Nimeä kaksi alkuainetta, jotka kuuluvat jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kalsiumin kanssa.

REAKTIONOPEUS IHMISKEHOSSA TUTKIMUKSELLINEN TYÖ YLÄKOULULAISILLE

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Oppilaan tehtävävihko

KE2 KURSSIKOE 4/2014 Kastellin lukio

KOTITEKOINEN PALOSAMMUTIN (OSA II)

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

OAMK TEKNIIKAN YKSIKKÖ MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIO

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt

Transkriptio:

SUPERABSORBENTIT KOHDERYHMÄ: Soveltuu kaiken ikäisille oppilaille. Työn kemian osuutta voidaan supistaa ja laajentaa oppilaiden tietojen ja taitojen mukaisesti. KESTO: 5 15 min. MOTIVAATIO: Kosteuspyyhkeet voivat imeä runsaasti vettä itseensä. Mihin tämä perustuu? TAVOITE: Työn tavoitteena on tutustua superabsorbenttien ominaisuuksiin ja käyttökohteisiin. VINKKEJÄ: Työ voidaan tehdä demonstraationa tai oppilastyönä. Työhön voidaan yhdistää molekyylimallinnusta. Työhön liittyen löytyy videoita osoitteesta: http://www.youtube.com/watch?v=bwaivm9xpng tai http://www.youtube.com/watch?v=ydequpx2eza AVAINSANAT: Polymeerit Osmoosi Poolisuus Orgaaninen kemia Arkikemia TAUSTAA Superabsorbenteiksi (SAP) kutsutaan polymeerejä, jotka kykenevät sitomaan moninkertaisen (jopa 200-kertaisen) määrän vettä painoonsa nähden. Veden sitomiskykynsä takia niitä käytetään mm. vaipoissa ja terveyssiteissä kosteuspyyhkeissä kastelukiteissä Hygieniatuotteissa superabsorbenttiin lisätään lisäaineita, jotka estävät ikävien hajujen muodostumista. Esimerkiksi vaipoissa käytetään lisäaineita estämään urean hajoamista ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi. Ammoniakilla on voimakas ja epämiellyttävä haju, sekä se ärsyttää ihoa. POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ Mitä tarkoittaa polymeeri? Keksi esimerkki polymeeristä. Missä käytetään polymeerejä? TEORIA Superabsorbenttien rakenne Tyypillisesti ne ovat ristisidottuja polymeerejä, mikä tarkoittaa sitä, että polymeeriketjut ovat liittyneet toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla. Yleisimmin käytettyjen superabsorbenttien perustana ovat akrylaattipolymeerit. Akrylaattipolymeerit muodostuvat akryylihapoista, joiden hiili-hiilikaksoissidokset aukeavat polymerisoitumisreaktiossa.

Kuva 1. Akryylihapon molekyylimalli. Huomaa kaksoissidokset. Akrylaattipolymeereistä valmistetaan superabsorbentteja muodostamalla polymeeriketjujen välille ristisidoksia. Ristisidoksena voi toimia esimerkiksi etyyliryhmä, joka sitoutuu kahden polymeerin väliin. Ristisidosten tehtävänä on estää rakenteeltaan spiraalinmuotoisten akrylaattipolymeerien suoristuminen niiden joutuessa tekemisiin veden kanssa. Kuvassa 2 esitetään ristisidosten rakenne. Ristisidosten lisäksi akrylaattipolymeereihin lisätään superabsorbentteja valmistettaessa natriumia korvaamalla hydroksyylivety natriumionilla. Kuva 2. Ristisidotun natriumpolyakrylaatin rakenne. (M 2 Absorbent Chemistry Inc.) Superabsorbenttien toimintaperiaate Natriumpolyakrylaatin karboksyyliryhmät ovat poolisia ja siten vetävät vesimolekyylejä puoleensa. Veteen joutuessaan superabsorbentin natriumionit irtoavat polymeerin sisään, missä ne saavat aikaiseksi korkean ionikonsentraation. Tämä korkea ionikonsentraatio aiheuttaa osmoosin, jossa vesi kulkee polymeerin sisään ja sitoutuu vetysidoksilla polymeeriin.

Ristisidokset estävät polymeeriketjuja suoristumasta, mutta samalla ne huonontavat polymeerin imukykyä. Jos superabsorbentissa on paljon ristisidoksia, muodostaa se veden kanssa geelin. Mikäli ristisidoksia on vähän, muuttuu seos lopulta jauheeksi (tätä jauhetta käytetään esimerkiksi teatterilumena). Koska superabsorbentin toiminta perustuu osmoosiin, myös liuoksen ionikonsentraatio vaikuttaa imukykyyn. Esimerkiksi suolavesi tai hapot imeytyvät superabsorbentteihin huonosti. REAGENSSIT JA TARVIKKEET Vaippoja tai natriumpolyakrylaattia Ruokasuolaa Vettä (ja ruokaöljyä) TYÖTURVALLISUUS JA JÄTTEIDEN KÄSITTEY Suojatakki ja lasit. Jätteet hävitetään viemäriin. VÄLINEET 250 ml Keitinlasi 100 ml Keitinlasi tai mittalasi Lusikka TYÖOHJE Leikkaa vaippa auki saksilla tai terävällä veitsellä. Ota vaipan sisältä superabsorbentti materiaalia esimerkiksi 1 g ja laita se 250 ml:n keitinlasiin. Kaada keitinlasiin vettä esimerkiksi 100 ml (materiaalin ja veden suhde on tällöin 1:100). Dramatiikkaa materiaalin vedensitomiskyvyn demonstroimiseen saadaan kääntämällä dekantterilasi ylösalaisin jonkun oppilaan päänpäällä. (Huom. Testaa aina etukäteen, että absorbentti ja seos suhde toimii.) Lisää polymeeriseokseen reilusti ruokasuolaa ja sekoita. Suolan lisäämisen seurauksena materiaalin vedensitomiskyky laskee.

VAIHTOEHTOINEN TYÖOHJE Tässä työssä tutkitaan miten superabsorbentti imee erilaisia nesteitä. Työssä käytetty superabsorbentti on polymeeri, jonka toiminta perustuu kahteen periaatteeseen: - Kykyyn sitoa vesimolekyylejä vetysidoksilla. - Osmoosiin. Miettikää ryhmässänne vastaukset seuraaviin kysymyksiin ennen työn suorittamista. Millainen molekyyli superabsorbentin täytyy olla, jotta se pystyy vuorovaikuttamaan poolisen vesimolekyylin kanssa? Molekyylillä täytyy olla ioninen tai poolinen osa. Esimerkiksi hydroksyyli- tai karboksyyliryhmä ovat poolisia ja vetävät vettä puoleensa. Natriumpolyarkylaatin karboksyyliryhmät voivat myös luovuttaa vetyioninsa, jolloin niistä tulee ionisia. Tällaiset molekyylit ovat hydrofiilisiä, sillä ne pystyvät sitomaan vettä. Mitä osmoosilla tarkoitetaan? Miten se eroaa diffuusiosta? Osmoosia esiintyy, kun kahden toisiinsa puoliläpäisevän kalvon kautta liittyvän nesteen ionikonsentraatiot ovat erisuuruiset. Tällöin vesi virtaa kalvon läpi matalammasta ionikonsentraatiosta suurempaan. Diffuusiossa konsentraatio tasoittuu puolestaan siten, että ionit (tai muu liuoksessa oleva aine) tasoittuu nesteeseen. Ryhmän tehtävänä on selvittää, miten hyvin superabsorbenttina käytettävä natriumpolyakrylaatti imee itseensä vettä, etikka/sitruunahappoa ja ruokaöljyä. Pohtikaa miten hyvin superabsorbentti imee itseensä eri aineita? Mitä nesteistä imeytyy eniten ja mitä vähiten? Miksi? Puhdasta (mielellään tislattua) vettä imeytyy eniten. Happo ei imeydy yhtä hyvin, sillä se estää polymeerin karboksyyliryhmää luovuttamasta vetyioniaan ja siten vähentää superabsorbentin hydrofiilisyyttä. Ruokaöljy taas on pooliton molekyyli, eikä siksi sitoudu vahvasti pooliseen superabsorbenttiin. Tehtyänne arvion superabsorbentin kyvystä imeä eri nesteitä, miettikää miten voitte testata tekemäänne oletusta käytännössä. Ottamalla kolmeen astiaan yhtä suuret tilavuudet eri nesteitä, voidaan testata kuinka suuren tilavuuden kutakin tietty massa superabsorbenttia imee itseensä. Tilavuuden sijaan voidaan myös tutkia esim. ainemääriä tai massaa. Esitettyänne tutkimussuunnitelmanne opettajalle, toteuttakaa työ ja kirjatkaa ylös tulokset, sekä niiden vastaavuus hypoteesinne suhteen.

POHDITTAVAKSI TYÖN JÄLKEEN Miten luulette suolan lisäämisen vaikuttavan eri aineiden imeytymiseen? Tehkää oletus ja testatkaa se käytännössä. Suolan lisääminen veteen tai happoon vapauttaa osan natriumpolyakrylaattiin imeytyneestä nesteestä. Tämä johtuu siitä, että osmoosi toimii nyt toiseen suuntaan absorbentin ulkopuolisen ionikonsentraation kasvaessa. Ruokaöljyn tapauksessa muutosta ei tapahdu. Selittäkää havaintonne.