Kategori: Kemi

Introduktion

Har du någonsin undrat varför man använder salt för att avisa vägar? Visste du att snö lättare fastnar på vägbanor som har behandlats med salt? Varför skulle det vara så? I den här aktiviteten kommer du att använda samma principer för att lyfta iskuber med ett snöre. Är det möjligt att göra detta utan att få kalla händer? Prova aktiviteten och se vad en nypa salt kan göra!

Material

• Fyra glas
• Kallt vatten
• Isbitar
• Salt
• Fyra snörbitar, vardera cirka 20 centimeter långa (garn fungerar också bra).
• Två klisterlappar
• En klocka eller timer
• Termometer (valfritt)

Förberedelser

1. Samla allt material på en arbetsyta som tål spill.
2. Fyll alla fyra glasen med kallt vatten.
3. Lägg några isbitar i varje vattenglas. De kommer att flyta eftersom is är mindre kompakt än vatten.

Förfarande

1. Hitta en isbit med en yta i vattennivå. Lägg ena änden av ett snöre över iskuberna.
   Tror du att isen kommer att fastna på snöret?
2. Lyft upp snöret.
   Håller iskuberna fast vid snöret? Varför tror du att så är fallet? Kan du komma på ett sätt att lyfta iskuberna med snöret utan att röra vid iskuberna?
3. Försök igen med det andra glaset, men strö nu lite salt över snöret och iskuberna. Märk det här glaset med en klisterlapp.
   Tror du att isen kommer att fastna på snöret om du lyfter den?
4. Lyft upp snöret.
   Håller iskuberna fast vid snöret? Vad tror du skulle hända om du lät iskuberna ligga framme i några minuter med snöret ovanpå?
5. Ta de andra två glasen som är fyllda med vatten och isbitar.
6. För båda glasen lägger du den ena änden av ett snöre över en iskupa med en yta ungefär i vattennivå; låt den andra änden av snöret hänga över kanten av glaset.
7. Strö salt över snöret och iskuberna i ett av glasen och märk detta glas med en klisterlapp. Vänta två till tre minuter.
   Tror du att isen kommer att fastna på snöret efter att du har gett den lite tid? Kommer båda iskuberna, bara en iskuber eller inga iskuber att fastna? Varför?
8. Efter ungefär två till tre minuter lyfter du upp ett snöre i taget.
   Kan något av strängarna ta upp iskuberna? Kan du förklara vad du ser?
9. Om du inte kan plocka upp någon isbit, försök igen, men vänta lite längre den här gången.

Vad hände?

Kunde du lyfta den isbit  som du hade bestrött med salt och lämnat orörd i några minuter? Lyckades du inte lyfta upp iskuberna i alla andra fall? Varför händer detta? För det första smälter isen runt snöret när du strör salt över det. Sedan fryser snöret fast vid iskuberna.

När du strör salt över is löser det sig i det tunna vattenskiktet ovanför isen. Eftersom saltvatten fryser vid en lägre temperatur än rent vatten, får tillsatsen av salt en del is att smälta och absorbera värme i processen. Området runt omkring kyls därigenom och fryser vattenmolekyler till iskuberna, vilket också fryser snöret på kuben. Utan saltet håller vattnet och isen samma temperatur och snöret fryser inte fast på isen. I båda fallen smälter iskuberna gradvis när de absorberar värme från luften runt omkring, men utan salt kan snöret inte frysa fast på iskuberna.

Om du använde socker skulle du se samma effekt: kuben fastnar på snöret. Om man löser upp andra ämnen i vatten kan man också sänka fryspunkten och få samma effekt.

Tillbehör

• Grund form (vi använde en pajplatta)
• Liten form (bara tillräckligt stor för att rymma lite diskmedel)
• Topz
• Mjölk (prova en mängd olika fettinnehåll mjölk och grädde för att se hur det påverkar dina reaktioner)
• Diskmedel (vi använde Dawn)
• Hushållsfärg (se till att det är flytande)

Tillvägagångssätt

Fyll din skål med mjölk tills den är cirka 1 – 2 cm djup.

Häll lite diskmedel i din lilla skål och ställ den åt sidan.

Tillsätt sedan droppar hushållsfärg runt tallriken. Vi använde en mängd olika blås, en lila och en droppe gul (för att göra stjärnor och göra det mer som bilder av nebulosor vi har sett). Vi tycker att det är bäst att göra detta i slumpmässiga cirkelliknande mönster runt mittpunkten.

Nu är det dags för den stora reaktionen!

Doppa en tops i diskmedel. Lägg den sedan i mitten av skålen och se reaktionen! Du kan ta bort topsen efter några sekunder så att du kan njuta av explosionerna av färger.

När reaktionen fortsätter kan du lägga till mer diskmedel eller mer hushållsfärg.

Vilka typer av mjölk är bäst?

Som vi lärde oss med vår tidigare Magiska mjölk-studie beror svaret på denna fråga på reaktionen du vill se. Först försökte vi detta experiment med 2% mjölk, men reaktionen var mycket snabb och varade inte så länge. Så andra gången tillsatte vi lite grädde. Vi ville inte bara använda grädde eftersom vi visste att det skulle resultera i fraktaler och vi skulle inte få den spridning av färg vi letade efter för att skapa vårt Galax-inspirerade utseende. Att lägga till bara lite kräm var perfekt och gav oss några riktigt coola färgspridningar. Helmjölk gav ett liknande resultat.

Vetenskapen bakom en mjölk- och diskmedelreaktion

Med vårt Magiska mjölk projekt kunde vi studera effekten fetthalten hade på färgens rörelse när en droppe diskmedel tillsattes. Tänk på att mjölk består av mineraler, proteiner och fetter. Proteiner och fetter är mottagliga för förändringar, som vi ser i denna reaktion.

Ytspänning

Vätskor har något som kallas ytspänning. Vatten, mjölk och grädde består av molekyler som har positiva och negativa laddningar på ytan. Precis som magneter tillåter dessa laddningar dem att locka och avvisa andra molekyler. När mjölk eller grädde är för sig själv är dess molekyler omgivna av samma typ av molekyler, vilket skapar ett snyggt balanserat tryck och drag. Undantaget är toppen som utsätts för luft som trycker ner på vätskan, vilket skapar ytspänning på toppen av vätskan. Denna ytspänning av mjölken påverkar vår explosion av färg.

Ytfaktor

Det finns ett ämne som påverkar en vätskas ytspänning, det kallas ytfaktorn. Diskmedel består mestadels av ytaktiva ämnen. Den har en hydrofil del som lockas till vattnet och en hydrofob del som vill interagera med fettmolekylerna och stöter bort vatten.

Att trycka och dra i fett- och vattenmolekylerna i mjölken separerar dem, vilket resulterar i en minskning av ytspänningen.

Inverkan av förhållande

Vi ser en stor skillnad mellan vår mjölk av olika fetthalt på grund av de olika förhållandena mellan fett och vatten i vätskorna. Mjölken med högre fetthalt är mycket tjockare. Vi kan se detta innan vi lägger till diskmedel om vi bara tittar på matfärgsdropparna. Matfärgen sprider sig betydligt i 2%, sprider sig lite i 18% och rör sig inte alls i 33%.

Det betyder att i vår 33% grädde finns det mindre vatten för den hydrofila delen att locka och alldeles för mycket fett för den hydrofoba delen att interagera med. Ytfaktorn (diskmedel) har mycket begränsad effekt på ytspänningen, som förblir en ganska viskös, stabil vätska. Detta leder till fraktalstilen, mycket begränsad spridning av färg som vi ser i mjölk med hög fetthalt.

I 2% mjölk har vi mycket vatten och lite fett, vilket gör att ytspänningen lätt kan påverkas. Detta resulterar i en dramatisk färgdans men det varar inte så länge.

Tipset är hämtat från SteamPoweredFamily.com

Trixa med julljusen.

Material

• ljus
• tändstickor
• kanna,
• ättika
• bikarbonat (bakningssoda)

Genomförande

• Steg 1: Tänd ljuset.  Häll några deciliter ättika i kannan.
• Steg 2: Sätt några teskedar bikarbonat och rör om.
• Steg 3: Luta kannan försiktigt mot ljuset, utan att vätskan kommer ut.  Lyckas du släcka ljuset?

Vad hände?

Då du tillsätter sodan i ättikan händer det en kemisk reaktion. Reaktionen bildar vatten och koldioxid gas. Gasen är tyngre än luft och sjunker neråt. Vi kan inte se gasen, vilket får det att se magiskt ut. Då du lutar kannan mot ljuset kommer en del av gasen ut, eftersom gasen är tyngre än luft så trycker den ner luften och kväver lågan. Koldioxidgas är en produkt av förbränning, därför brinner inte koldioxidgas, utan klarar av att släcka ljuset. Andra gaser, liksom syre har en egenskap att få elden att leva. T.ex. då du blåser på en brasa så brinner den bättre för att du tillför syre i elden.
Luften innehåller 21% syre och den luft vi andas ut 16% syre.

Tips från Heurekas Experimentfabrik

Ett enkelt experiment hur färgen från M&M:s blandar sig i vatten. Enkelt, snabbt, billigt och vackert gör det till ett intressant experiment. Få barnen att fundera först vad de tror kommer att hända. Frågor är en viktig del av den vetenskapliga metoden, tillsammans med observation och undersökning.

Vetenskapen bakom

Vetenskapen bakom varför färgerna inte blandas är känd som vattenskiktning. Varje färg på godisen har en något annorlunda kemisk sammansättning som, när den löses upp, skapar en vattenlösning som har lite olika egenskaper, t.ex. densitet, salthalt eller syrehalt. Detta skapar en barriär som hindrar vattnet från att blandas precis som varför saltvatten och sötvatten inte blandas.

En annan vetenskaplig egenskap som är aktuell här kallas koncentrationsgradient. Enkelt uttryckt är detta den process där molekyler rör sig från områden med hög koncentration till områden med lägre koncentration. Vi ser detta när färgerna rör sig genom vattnet.

GENOMFÖRANDE

Ställ fram förnödenheterna

Du behöver en stor vit tallrik, massor av M&M och vatten. Se till att du ställer upp i ett område där tallriken inte kommer att störas. Alla vibrationer eller rörelser kan påverka dina resultat.

Ordna M&M:en

Fundera på hur du vill att din konst ska se ut och börja arrangera dina godisar i ett mönster runt tallriken som du tror fungerar bäst för din färgglada konstskapelse med käglor.

Tillsätt vatten

Häll försiktigt upp vattnet på tallriken.

Vänta och titta

Mycket snabbt kommer du att börja se hur färgerna rör sig. Titta för att se hur de rör sig runt tallriken och vad som händer när de möter andra färger. Beroende på hur stor din skapelse är tar detta ungefär 10 minuter.

Upprepa

Vår favoritdel av detta experiment var att skapa en mängd olika konstverk.

Analysera resultaten

Ett sätt att analysera är att göra en time-lapse film. Det vill säga sätta upp en iPad så att den tar en bild med ett givet mellanrum och sedan gör bilderna till en film. Jag använde iMotion för mina filmer.

Två inspirationsfilmer: Film 1 och Film 2

FLER IDÉER

• Vad händer om du använder vatten med olika temperaturer?
• Vad händer om du använder olika typer av vätskor? Vatten, vinäger, juice, läsk?
• Vi använde M&M, men vad skulle hända om du provade annat godis?