MAALIEN KEMIAA, TUTKIMUKSELLISUUTTA YLÄKOULUUN JA TOISELLE ASTEELLE Riitta Latvasto 1 & Päivi Riikonen 1 1 Kemian opettajankoulutusyksikkö, Helsingin yliopisto Aihe: Tässä laboratoriotyössä tutustutaan erilaisiin maaleihin. Työssä tehdään punamultamaalia ja tarkastellaan eri maaleilla maalattuja pintoja. Tavoite: Työn tavoitteena on kehittää laboratoriotyöskentely- ja yhteistyötaitoja sekä harjoitella tutkimuksen tekemistä. tarkoituksena on antaa merkitystä kemian osaamiselle oppilaiden omassa elämässään tutustumalla maalin valmistukseen, maalin sisältämiin komponentteihin ja maalikalvon tunnistamiseen. Kohderyhmä: Yläkoulu, ammattikoulu ja lukio. Ohjeistus: Oppilaille on hyvä varata työaikaa 2-3 h, riippuen oppilaiden harjaantuneisuudesta laboratoriotyöskentelyssä. Laboratoriotyöskentely etenee neljässä eri vaiheessa. Punamultamaalin teossa on yksi 20 minuutin sekoitus hetki ja toinen 25 minuutin sekoitus hetki, joiden aikana tehdään seuraavat tutkimukset: 1. Perinteisen punamultamaalin teko 2. Tutkitaan eri maalipintojen ulkonäköä. 3. Tutkitaan miten maalipinta käyttäytyy taivutettaessa. 4. Tutkitaan erilaisten kuivien maalipintojen liukoisuutta. Punamultamaalin aineosien merkitys maalissa on seuraavanlainen: Punamultamaalissa vesi toimii liuottimena. Rautasulfaatti (FeSO4) toimii lahonsuoja-aineena. Rautaoksidi (Fe2O3) määrittää maalin tulevan värin. Maalin sideaineina toimivat ruisjauhot sekä pellavaöljyvernissa. Punamullan sijasta voidaan käyttää keltamultaa, jolloin myös rautasulfaatin sijasta käytetään sinkkioksidia, näin saadaan tehtyä keltamultamaalia. (Keltamulta on kidevedellistä punamultaa, kun sitä kuumennetaan n. 150 asteeseen, vesi irtoaa ja mullan väri muuttuu punaiseksi.) (Kemian laitos, 2016.) Laboratoriotyöskentelyn turvallisuus Yleisesti laboratoriossa työskennellessä on käytettävä työtakkia, suojakäsineitä ja suojalaseja. Maalipintoja spriillä pyyhkiessä on huomattava, että suuret määrät etanolia 1
huoneilmassa voivat helposti syttyä ja siksi pintojen pyyhkiminen kannattaa tehdä vetokaapissa. (Etanolin käyttöturvallisuustiedote, 2008.) Punamultamaalin teossa käytetään kiinteää rautasulfaattia FeSO4 ja punamultaa Fe2O3. Rautasulfaatti ärsyttää silmiä ja ihoa, joten on käytettävä työtakkia, suojakäsineitä ja suojalaseja. On vältettävä hengittämästä rautasulfaatista mahdollisesti lähtevää pölyä, joten punamultamaali on valmistettava vetokaapissa. Aine on myös myrkyllinen eliöstölle, siksi sitä ei pidä päästää ympäristöön. Punamulta puolestaan ei yleensä aiheuta ärsytystä iholla tai hengityselimistöön joutuessaan. Sen käsittely on kuitenkin aiheellista tehdä myös vetokaapissa, koska suuret määrät voivat muodostaa ilman kanssa räjähtävän seoksen tuulettumattomissa tiloissa. (Pajutex Oy verkkokauppa; Punamullan käyttöturvallisuustiedote, 2006.) Pellavaöljyvernissan käsittelyssä normaalisti ei tarvita hengitysuojaimia tai työtakkiakaan. Tarvittaessa voidaan käyttää suojakäsineitä. Työtilassa on huolehdittava riittävästä ilmanvaihdosta, joten käsittely on tehtävä silti mieluiten vetokaapissa. (Pellavaöljyvernissan käyttöturvallisuustiedote, 2015.) OPPILAAN TYÖOHJE 1. Punamultamaalin valmistaminen Valmista punamultamaalia annetun ohjeen mukaisesti. Oppilaat pohtivat: mikä merkitys punamultamaalin komponenteilla on maalissa ja mikä on liuotin, sideaine ja pigmentti. Keittoastiaksi soveltuu 1 litran dekantterilasi. Välineet: 1000 ml dekantterilasi keittolevy lasisauva, lusikoita 250 ml mittalasi 25 ml mittalasi suppilo 3 kpl 100 ml dekantterilaseja Kannellinen lasitölkki esim. 3 dl Maalarinteippiä ja tussi Aineet: 2 dl kylmää vettä 12 g FeSO4 rautasulfaattia 16 g hienoja ruisjauhoja 2
20 ml pellavaöljyvernissaa 52 g Fe2O3 punamultaa (rautaoksidia) Työohje: Liuosta sekoitetaan säännöllisesti lasisauvalla koko työn ajan. 1. Mittaa ja punnitse kaikki aineet, merkitse teipillä asiaan, mitä astioissa on ja vie ne työpisteelle. a) Mittaa 250 ml mittalasiin 200 ml vettä. b) Mittaa 25 ml mittalasiin suppilon avulla 20 ml pellavaöljyvernissaa. c) Punnitse 100 ml dekantterilasiin 12 g FeSO4. d) Punnitse 100 ml dekantterilasiin 16 g ruisjauhoja. e) Punnitse 100 ml dekantterilasiin 52 g Fe2O3. 2. Kaada vesi 1000 ml dekantterilasiin ja laita keittolevylle kiehumaan. 3. Rautasulfaatti (FeSO4) liuotetaan kiehuvaan veteen. 4. Lisätään ruisjauhot pieneen tilkkaan kylmää vettä ja sekoita huolellisesti, lisää sitten seos kiehuvaan seokseen ja anna kiehua 20 min välillä sekoittaen. Tutki tehtäviä 2 ja 3 samalla, maalipinnan tarkastelua. 5. Lisätään punamulta (Fe2O3) ja annetaan kiehua 25 min välillä sekoittaen. Tutki tehtävää 4 samalla, maalien liukoisuutta. 6. Lisää vernissa valmiiseen maaliin. 7. Kaada valmis maali puhtaaseen lasitölkkiin. 8. Maali on valmista käytettäväksi, kun se on jäähtynyt. (Kemian laitos, 2016.) 3
2. Maalipinnan ulkoinen tarkastelu Vesiohenteisenmaalin pinta on liuskemainen ja öljymaalin krokotiilinnahkamainen. Punamultamaalien ja kuullotteiden pinnassa ei ole yhtenäistä maalikalvoa. Kuullotteen läpi näkyy puun pinta syineen. Tarkastele neljää eri maalipintaa ja kirjoita ylös havaintosi, miltä maalit näyttävät. Voiko maalityypin tunnistaa jo maalikalvon ulkonäöstä? Havainto 3. Maalipintojen käyttäytyminen taivuttaessa Vesiohenteisen maalin pinta on joustava ja se ei katkea taivutettaessa. Öljymaalipinta puolestaan on kova ja se murenee taivutettaessa. Ota maalipinnasta pieni pala ja taivuta sitä. Kirjaa ylös havaintosi. Huomaatko maalien kovuuksissa ja haurauksissa eroja? (kovapehmeä, sitkeä-hauras) Ominaisuudet 4
4. Maalipinnan liukoisuus Maalipintojen liukoisuutta tutkitaan: kuumaan veden ja etanolin avulla. Öljymaali ei juurikaan liukene etanoliin, mutta vesiohenteinen maali puolestaan liukenee. Punamultamaalit liukenevat jossain määrin jo pelkkään kuumaan veteenkin. Kostuta kangaspala kuumalla vedellä ja pyyhi sillä maalipintoja. Mitä havaitset? Kirjaa ylös. Kostuta kangaspala etanolilla ja pyyhi sillä maalipintoja. Mitä havaitset? Kirjaa ylös. Pystytkö kokeiden avulla tunnistamaan vesiohenteisen maalin, öljymaali, punamultamaali ja kuullotteen toisistaan? Välineet: 2 kangaspalaa 100 ml dekantterilasissa n. 30 ml kuumaa vettä 100 ml dekantterilasissa n. 30 ml etanolia Tutkittava maalattu puukappale Kuuma vesi Etanoli 5