Frigolit i aceton

Tillhör kategori: fysikalisk kemi, kemisk bindning, kemisk struktur, organisk kemi, kolföreningar

Författare: Anneli Andersson

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

Frigolit i aceton

Brandfarligt Irriterande 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 10 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Experimentet går ut på att studera hur frigolit ändrar utseende och egenskaper då det sätts i aceton. Från att tidigare varit en porös lätt chips, till att likna ett använt tuggummi, både i färg, form och egenskap. Dessa egenskaper förändras när den tuggummiliknande massan tas upp ur acetonen, till att likna ett torkat tuggummi. Hur hänger detta ihop?

Riktlinjer

Laborationen lämpar sig som demonstration. Alternativt får eleverna själva laborera.

Säkerhet

Tänk på att aceton är brandfarligt och inte får hanteras i närheten av öppen eld. Aceton kan vara farligt vid inandning efter ofta upprepad exponering, kan orsaka huvudvärk. Det är även uttorkande på huden.

Om du skulle komma på att utföra detta experiment hemma så se till att akta mammas vaxdukar och annat som kan ta skada av acetonen.

Överbliven aceton kan vid små mängder spolas ned i avloppet med stora mängder vatten, eller avdunsta i en skål i dragskåpet eller utomhus. Rör det sig om stora mängder lämnas avfallet in till destruktion. I övrigt kan aceton återvinnas eller återanvändas.

Frigolitklumpen kastas i soporna sedan den torkat.

Materiel

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

  1. Lägg ett par frigolitchips i glasbägaren.
  2. Tillsätt aceton rör om med glasstaven.
  3. Sätt eventuellt till flera frigolitchips.
  4. Vänta ett par minuter och studera hur frigolitchipsen ändrar både form och konsistens.
  5. Efteråt kan den tuggummiliknande massan tas upp och studeras hur egenskaperna ändras vid kontakt med luft.

Förklaring

Frigolit är skummad polystyren och innehåller stora mängder luft. Polystyren är en plast, dvs polymer. Mellan molekylerna i plasten verkar Van der Vaals-bindningar. När aceton tillsätts bryts dessa svaga intermolekylära bindningar. Attraktionen mellan molekylerna är ändå så pass stor att lösligheten för polystyren är liten. Därför löses inte massan upp helt och hållet.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Polymerer är monomerer som kopplats samman i långa kedjor, i detta fall genom en friradikal polymerisation. I experimentet använder vi oss av polystyren, en polymer som är uppbyggd av lång kolvätekedja som har en fenyl-grupp bunden till vart annat kol. För bildandet av polystyren se fig.

Reaktionsmekanism för bildning av polystyren

Polystyren är en vida använd plast. Styren är en petroleumprodukt som började att användas kommersiellt under 1940-talet. Under andra världskriget hade det en stor betydelse för produktionen av syntetiskt gummi. Styren förekommer naturligt i många födoämnen [7]. Polystyren upfanns 1930 [8]. Numera används polystyren i allt möjligt: i CD-fodral, plastglas yogurtburkar till köttförpackningar, förpackningsmaterial ("snöflingor") och matlådor. Orsaken till de många användningsområdena är att polystyren kan anta flera olika former.

Skummad polystyren

polystyrenceller
Celler av skummad polystyren.
Bilden återgiven med tillstånd av Sundolitt
I detta experiment använder vi oss av skummad polystyren som består till 95% av luft och endast 5% polystyren. Tidigare användes ibland klorfluorkarboner (CFC) vid framställningen av skummad polystyren som "blowing agent", men sedan slutet av 80-talet har detta upphört. Numera används pentan och koldioxid. Pentan är en gas som inte påverkar ozonlagret, däremot kan det bidra till smogbildning. Koldioxid är varken giftig eller smogbildande. Liksom pentan påverkar den inte ozonlagret. Koldioxid tillhör de sk växthusgaserna men vid tillverkningen av polystyren produceras ingen koldioxid utan de använder sig av redan existerande koldioxid. Förpackningar av skummad polystyren blir vattenbeständiga, håller varmt resp kallt beroende på innehåll samt har en låg vikt. Förpackningar av denna typ, sk. cellplast, är det enda isolermaterial som får användas i direktkontakt med livsmedel [11].

Frigolit är ett annat namn för expanderad polystyren (EPS). EPS framställs genom att låta polystyrengranulat expandera 50 gånger genom tillförsel av het vattenånga. Det används för värmeisolering i väggar och i s.k. markskivor som man kan lägga kring huset. EPS-skivor läggs också ned i marken under vägbanan för att förhindra tjälskjutning. De leder värme dåligt eftersom de innehåller så mycket luft [10]. Genom det stora gasinnehållet blir också EPS väldigt lätt (10-150 g per liter). Den används därför som flytelement i båtar, flytvästar och bryggor. Man kan bygga varmkomposter med hjälp av EPS-plast.

polystyrenceller
Olika användningsområden för styrenplast.
Foto: Ó Anneli Andersson

Icke skummad polystyren

Icke skummad polystyren, solid polystyren är istället hård och kan som tidigare nämnts användas till t.ex. plastbestick, plastglas videoband, modellbilar mm. Polystyren har en lång beständighet och klarar av många vattenlösningar, däremot är löses det i många aromatiska och halogenerade lösningar. Polystyren klarar av temperaturer upp emot 60-70 °C. P.g.a. den långa beständigheten hos polystyren är det viktigt att den inte kastas i naturen.

Lösningsmedlet aceton

Aceton [Propanon; (CH3)2CO)] är den enklaste av ketonerna (R-CO-R). I USA är ligger det på plats 41 över de mest producerade kemikalierna och är därmed även den viktigaste ketonen. Aceton är en lättflyktig vätska och som de flesta ketoner har den en aromatisk lukt. Aceton används bl.a. som lösningsmedel i lacker, gummi och plaster. Aceton användes förut som nagellacksborttagare, numera är det vanligare att använda sig av mindre starka lösningsmedel för att ta bort nagellack.

Aceton kan bildas i vår kropp vid svält och otillfredsställande behandling av diabetes, detta tillstånd kallas acetonemi [9].

Det finns flera olika sätt att framställa aceton tex genom oxidation av propen och dehydrering av isopropanol. Aceton erhålls även som biprodukt vid framställning av fenol och glycerol. Aceton klassas av kemikalieinspektionen i klass 1, d.v.s. måttligt hälsoskadligt. Som tidigare nämnt så är det brandfarligt och verkar uttorkande på huden. Inandning av aceton kan medföra huvudvärk.

Fördjupning

Löslighet

När atomer eller molekyler av ett ämne blandas på atom-/jon-/molekylnivå med ett annat ämne, så säger man att ämnet löser sig. Både fasta, flytande och gasformiga ämnen kan gå i lösning på detta sätt. Ämnet som tar emot partiklarna som löser sig, och som förekommer i större mängd, kallas lösningsmedel.

Exempel på lösningar är:

En lösning behöver alltså inte vara en vätska. Det finns både fasta, flytande och gasformiga lösningar.

Begränsad löslighet

Ofta är lösligheten begränsad. Det har att göra med den jämvikt som uppstår mellan ämnet i lösning och samma ämne i ren form. Till exempel löser sig koksalt i vatten upp till 36 g per 100 ml (motsvarande 26 vikts-%) vid 20 °C.

Jonerna i den fasta natriumkloriden löser sig med jämn hastighet, vilket tenderar till att öka koncentrationen av löst ämne. Men den motsatta reaktioner sker också. Natrium- och kloridjonerna i lösningen faller ut som fast natriumklorid. Den hastighet med vilken saltet faller ut beror på hur ofta natrium- och kloridjoner stöter på varandra i lösningen. Därför ökar utfällningen av salt med koncentrationen i natriumkloridlösningen. Vid 26 vikts-% NaCl är utfällningen lika snabb som upplösningen av koksaltet. Då sker ingen nettoförändring. Man har en dynamisk jämvikt där lösningen är mättad, dvs. innehåller maximal mängd koksalt.

Obegränsad blandbarhet

Ibland är lösligheten obegränsad och det lösta ämnet och lösningsmedlet är fullständigt blandbara i alla koncentrationer. Exempel på detta är etanol i vatten. Vilken proportion av etanol och vatten du än blandar, så kommer du att få en homogen lösning, dvs. en enda fas. Du kommer inte att se någon fasgräns mellan ämnena.

Lösning av gasformiga partiklar i en annan gas har alltid obegränsad blandbarhet. Det beror på att i en gas så är partiklarna så långt ifrån varandra att de inte påverkas av några attraktionskrafter som tenderar att klumpa samman ämnena i aggregat. Alla atomer/molekyler rör sig helt fritt i gaslösningen.

Bindningskrafterna avgör lösligheten - "Lika löser lika"

När det finns ett löst ämne och ett lösningsmedel, så finns det tre alternativa bindningar som kan uppstå mellan partiklarna (atomerna/molekylerna/jonerna):

Man brukar använda en tumregel: "Lika löser lika". Det syftar på polariteten, dvs. laddningen hos partiklarna. Ämnen löser sig lättast i varandra om de är ungefär lika polära. Vi ska förklara hur detta kommer sig.

Vatten är en starkt polärt ämne. Visserligen är molekylen som helhet oladdad, men det finns en laddningsförskjutning så att syreatomen är negativ och väteatomerna positiva. Två vattenmolekyler binder varandra ganska starkt genom att syret i den ena molekylen lägger sig nära vätet i den andra vattenmolekylen. Den negativa och positiva laddningen attraherar varandra. Vatten binder alltså varandra ganska starkt.

Kolvätena i bensin är ett mycket opolära. Kolvätena är oladdade molekyler som inte heller har någon laddningsförskjutning inom sig i molekylen. Det gör att kolväten bara binder varandra svagt med hjälp av Londonkrafter (Van der Waals-krafter).

Ju starkare bindningen är, desto större chans är det att partiklarna ska klumpa sig samman. Vatten i blandning med bensin ger mycket dålig löslighet. Vattenmolekylerna klumpar samman sig med sina starka krafter och bildar en egen fas. Kolvätemolekylerna blir över och bildar en annan fas. Kolvätena bildar inte en egen fas på grund av attraktion mellan kolvätena, utan därför att de inte få vara tillsammans med vattnet. De blir så att säga ratade av vattenmolekylerna.

Om två ämnen inte har samma polaritet, men ändå inte skiljer sig åt alltför mycket, så får de en god löslighet även om den är begränsad. En möjlighet att lösa ett ämne är därför att använda lösningsmedel i flera steg. Om du till exempel har fått smutsig motorolja på händerna, så är det svårt att tvätta bort med tvål. Motoroljan är alltför opolär för att tvålen riktigt ska kunna lösa den. I ett första steg kan du då smörja händerna med margarin, som är opolärt. Oljan löser sig i margarinet. I nästa steg tvättar du bort margarinet med hjälp av tvål och vatten. Oljan som är löst i margarinet följer då med margarinet när det tvättas bort med vatten.

Litteratur

  1. Varuinformationsblad: Aceton, Swed Handling AB
    http://www.swedhandling.com/pdf/332.pdf (2002-12-03)
  2. Polystyren, Macrogalleria
    http://www.psrc.usm.edu/macrog/styrene.html (2002-12-03)
  3. Polymer crystallinity, Macrogalleria
    http://www.psrc.usm.edu/macrog/crystal.htm (2002-12-03)
  4. Physical Properties and Resistance of Plastics, Bibbi Sterlin
    http://www.bibby-sterilin.co.uk/internet/download.nsf/7abdce199749fe9880256b1f0050d088/
    460009338fcede8280256ce100569d39/$FILE/_7a1k7isr9cdgmo82ge9nn0pbiehkmasp04og46q
    35dlkm6obc4196asr9edq62rj3ckg6uph0a1m62srkd5hn6_.pdf (2003-08-18)
  5. Use and Care of Plastics, Bibbi Sterlin
    http://www.bibby-sterilin.co.uk/internet/download.nsf/7abdce199749fe9880256b1f0050d088/
    7a29113b0abd75f380256ce1005592b5/$FILE/Use%20and%20Care%20of%20Plastics.pdf (2003-08-18)
  6. Polystyrene packaging, Polystyrene Packaging Council (PSPC)
    http://www.polystyrene.org/ (2003-08-18)
  7. Aceton, KomVux, Bollnäs
    http://www.komvux.bollnas.se/users/b/bas9802/baskemikalier/aceton.html (2003-08-18)
  8. History of Polymers, University of Illinois, Urbana/Champaign
    http://matse1.mse.uiuc.edu/~tw/polymers/time.html (2003-08-18)
  9. Scientific Principles (polymers), University of Illinois, Urbana/Champaign
    http://matse1.mse.uiuc.edu/~tw/polymers/prin.html (2003-08-18)
  10. EPS-cellplast, Dorocell AB
    http://www.dorocell.se/dorocell/eps.htm (2003-08-18)
  11. Cellplast, Sundolitt
    http://www.sundolitt.se/cellplast/cellplast1.htm (2003-08-18)
  12. EPS, Plastics in New Zealand
    http://www.plastics.org.nz/eps/index.htm (2003-08-18)

Fler experiment


fysikalisk kemi
Avdunstning och temperatur
Bestäm CMC för diskmedel
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blandningar av lösningsmedel
Blå himmel och röd solnedgång
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
Den tunga koldioxiden
Diffusionshastigheten hos ammoniak respektive väteklorid - en jämförelse
Diska med äggula
En märklig planta
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Ett glas luft
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Flaskor mun mot mun
Flyter isen i matoljan?
Fryspunktsnedsättning
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gelégodis i vatten
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Identifiera plasten
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Klorofyllets röda fluorescens
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Ljuset under glaset
Lödtenn 60
Löslighet och pH - En extraktion
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Molnet i flaskan
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Osynlig gas
pH i kokt mineralvatten
Platta yoghurtburkar
Salta isen
Saltat islyft
Se genom papper
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Såpbubblor
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Trolleri med vätskor
Undersök en- och flervärda alkoholer
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenrening
Vattenvulkan
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Värmeutvidgning
Åka hiss
Ägget i flaskan
Älskling, jag krympte ballongen

kemisk bindning
Att vara kemisk detektiv
Bestäm CMC för diskmedel
Blandningar av lösningsmedel
Diska med äggula
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Färga ullgarn med svampar
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör hårt vatten mjukt
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Kemisk vattenrening
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
Permanenta håret
Slime
Studsboll
Såpbubblor
Tag bort rostfläcken med det ämne som gör rabarber sura
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka papperslim
Trolleri med vätskor
Tvätta i hårt vatten
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför färgas textiler olika?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

kemisk struktur
DNA ur kiwi
Doft och stereoisomeri
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Hur kan man göra kläder av plast?
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
När 1 plus 1 inte är 2
Platta yoghurtburkar
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Studsboll

organisk kemi, kolföreningar
Framställ väldoftande luktämnen
Gummibandets elasticitet
Hur kan man göra kläder av plast?
Identifiera plasten
Kan man tapetsera med abborrar?
Permanenta håret
pH-beroende avfärgning av rödkål
Platta yoghurtburkar
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?