Gummibandets elasticitet

Tillhör kategori: energi, organisk kemi, kolföreningar

Författare: Marcus Handler

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 40 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Ofarligt

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Gummi besitter den speciella egenskapen, som kallas elasticitet, i en utsträckning som inget annat ämne uppvisar. I den här laborationen får eleverna undersöka elasticiteten hos gummi på egen hand, för att se hur mycket ett gummiband kan förlängas.

Riktlinjer

Experimentet ska helst utföras av eleverna själva, så att de verkligen får tillfälle att testa elasticiteten.

Experimentet är lämpligt från mellanstadiet och upp till högstadiet.

Säkerhet

Experimentet är alldeles ofarligt att utföra, och rester i form av trasiga gummiband slängs i närmaste skräpkorg.

Materiel

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

  1. Fäst ena änden av gummibandet i något fast föremål på bänken.
  2. Fäst dynamometern i gummibandets andra ände.
  3. Anteckna gummibandets ursprungliga längd.
  4. Dra i dynamometern tills gummibandet förlängts två cm.
  5. Anteckna vad dynamometern visar och gummibandets förlängning.
  6. Upprepa punkterna 4 och 5 tills gummibandet inte kan töjas mer.
  7. Plotta förlängning mot kraft i ett diagram.
  8. Hur många ggr sin ursprungliga längd har gummibandet när det är maximalt uttöjt?

Variation

Man kan fortsätta experimentet till dess man är nära att slita av gummibandet. Mät sedan krafterna när gummibandet förkortas igen. Plotta denna kurva i samma diagram, men med en annan färg, och jämför med den första kurvan. Vad beror skillnaden på?

Förklaring

Gummibandet är elastiskt, dvs återtar sin form när man släpper det, därför att de långa molekylkedjor det är uppbyggt av ligger hopslingrade och kan sträckas ut en del. Här och var finns bindningar mellan de olika kedjorna. Kedjorna kan sträckas ut till en viss gräns, men om man drar för hårt sliter man av bindningarna mellan kedjorna. Så länge som dessa bindningar är hela så återtar gummibandet sin form när man släpper det. Men om bindningarna slitits av så kan gummibandet inte återfå sin ursprungliga form. Det finns alltså en sträckgräns som, om den överskrids, gör att gummit förlorar en del av sin elasticitet.

Det elastiska området kännetecknas av att, för en måttlig sträckning, kraften är proportionell mot förlängningen. När man närmar sig sträckgränsen har gummibandet svårt att förlängas mera och kraften ökar snabbt med för varje liten förlängning.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Polymeren

Naturligt gummi består huvudsakligen av polyisopren av cis-form. Denna har formeln (C5H8)n, där n står för att det är flera stycken isoprenmolekyler som sitter ihop, och därför heter det också "poly-" som betyder flera.
R = ställen där andra molekyler kan fästas till molekylen.


Om man sätter ihop flera sådana molekyler kommer man att få det som vi kallar naturligt gummi. Dessa kedjor kommer då att få utseendet som illustreras nedan.

När molekylkedjan är fullständig kommer den att få ett veckat utseende.


I gummi finns det givetvis inte bara en enda sådan kedja, utan gummit består av många sådana kedjor som ligger huller om buller om varandra. De får då för enkelhetens skull utseendet till höger.

Denna form av gummi är tyvärr inte användbar i så stor utsträckning, eftersom den lätt deformeras vid kraftpåverkan. Detta beror på att det mellan kedjorna existerar endast svaga krafter som håller ihop dem. Om man då påverkar gummit med en kraft, trycker på den, drar i den o.s.v., kommer dessa molekylkedjor att glida ifrån varandra.

Detta var ett problem som Charles Goodyear löste 1839, genom att tillsätta svavel (S) till gummit under upphettning. Denna process kallas vulkanisering, och gör att starka bindningar mellan molekylkedjorna och svavlet bildas. Detta gör att gummit blir elastiskt och återgår till sitt ursprungliga läge, efter det att kraften som den påverkats av slutat att verka.

Om man nu utsätter det vulkaniserade gummit för en kraft kommer gummit efter påverkan att återfå sin ursprungliga form. Förmågan hos gummi att återgå till sitt ursprungliga läge efter påverkan, kallas elastiskt minne.

Halten av svavel kan varieras från 1 % - 35 % beroende på hur hårt gummi man vill ha. Genom olika tillsatser kan man också få gummit att ändra sin struktur för att kunna användas inom många olika områden. Man kan t.ex. göra gummi mer beständigt mot åldring, värme, köld, kemikalier, ozon, gaser, vattenabsorbation, oxidation etc. beroende på användningsområde.

Fördjupning

Litteratur

  1. Natural rubber, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Natural_rubber (2016-11-01)
  2. Synthetic rubber, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_rubber (2016-11-01)
  3. Donald J.Cram and George S. Hammond, "Organic Chemistry", Second edition, McGraw-Hill Inc., 1964.
  4. "Rubber" i Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry.
  5. "Rubber" i McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology.
  6. The Rubber Band Experiment, Arachnoid
    http://www.arachnoid.com/sky/rubberband.html (2003-08-14)
  7. Macrogalleria Main Directory,
    https://www.pslc.ws/macrog/maindir.htm (2019-10-21)
  8. Crosslinking, Macrogalleria
    https://www.pslc.ws/macrog/xlink.htm (2019-10-22)
  9. Elastomers, Macrogalleria
    https://www.pslc.ws/macrog/elas.htm (2019-10-22)

Fler experiment


energi
Badbomber
Citronbatteri
Den brinnande sedeln
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Tillverka fotopapper
Visa ytspänning med kanel

organisk kemi, kolföreningar
Framställ väldoftande luktämnen
Frigolit i aceton
Hur kan man göra kläder av plast?
Identifiera plasten
Kan man tapetsera med abborrar?
Permanenta håret
Undersök en- och flervärda alkoholer