Studsboll

Tillhör kategori: aggregationsformer, kemisk bindning, kemisk struktur

Författare: Lotta Kvick

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

Studsboll

Brandfarligt Irriterande Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 10 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Blanda två ganska lika vätskor blandas med varandra. De reagerar med varandra och ger upphov till ett nytt material, en gummiliknande polymer.

Riktlinjer

Elevförsök, viktigt att ha förberett allt noggrant.

Säkerhet

Etanol

Ett annat namn för etanol är etylalkohol. Den är mycket brandfarlig. Inandning eller förtärning av stora mängder kan ge yrsel, huvudvärk, illamående och t.o.m. medvetslöshet. Viktigt att kemikalien hålls väl avskiljd från värmekällor. Vid stänk i ögonen är det viktigt att skölja ögonen i ögondusch, använd skyddsglasögon och skyddskläder samt vid hudkontakt skyddshandskar.

Överbliven etanol kan spolas ut i vasken

Natriumsilikat

En vattenlösning av natriumsilikat kallas vattenglas. Det är en hälsoskadlig, ganska tungflytande vätska. Viktigt är att skyddsglasögon används och vid hudkontakt skyddshandskar.

Viktigt att man inte häller ut natriumsilikat direkt i vasken utan har ett uppsamlingskärl. Natriumsilikat faller lätt ut till fast ämne och kan täppa till avloppet.

Materiel

Förarbete

Inget förarbete

Utförande

  1. Mät upp 20 mL vattenglaslösning och häll detta i en pappersmugg.
  2. Mät upp 5 mL etanol och häll detta i en annan pappersmugg.
  3. Häll över alkoholen till vattenglaslösningen.
  4. Rör försiktigt runt med glasstav till dess att lösningen har blandats och är fast.
  5. Ta på skyddshandskar och placera polymeren i ena handflatan och pressa försiktigt med andra handflatan och forma massan till en boll. Var tålamodig!
  6. Fukta bollen med vatten under tiden som du formar den.
  7. Studsa din färdiggjorda boll.
  8. Förvara bollen i en liten plastpåse. Om den skrumpnar ihop kan du bara forma om den.
Foto: © Svante Åberg

Förklaring

Vattenglas och etanol reagerar med varandra. Det som händer är att etylalkoholen binder in till kislet där syret tidigare satt. Detta ger upphov till en lång kedja av en polymer. Detta är ett sätt att illustrera vad en polymer är och hur man från två ganska likartade vätskor kan få en kemisk reaktion som ger upphov till denna polymer.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Kemikalier i experimentet

Vattenglas

Det mer kemiska namnet på denna kemikalie är natriumsilikat och den går att köpa i en vanlig färghandel. Vattenglas är en vattenlösning av natriumsilikat. Den kemiska formeln är Na2[SiO2(OH)2]·4 H2O. Vattenglas användes förr ofta som ett konserveringsmedel för ägg. Vad kemikalien gör med ägget är att det täpper till porerna i äggskalet genom att utfällda silikat hamnar i porerna.

Etanol

Etanol kallas ibland etylalkohol och är en alkohol. Karakteristiskt för alla alkoholer är att de har en OH-grupp (hydroxigrupp) bunden till sig. Etanols kemiska formel är C2H5OH.

Etanolen är en färglös vätska med karaktäristisk lukt. Den är blandbar med vatten och är en mycket brandfarlig vätska.

Etanol har många skiftande användningsområden, såsom lösningsmedel, desinfektionsmedel, som motorbränsle, njutningsmedel och antifrostmedel för att nämna några.

Etanol kan framställas med hjälp av jästsvampar och detta innebär att socker (sackaros) genom en jäsningsprocess omvandlas till etanol. Den kemiska reaktionsformeln för denna process är:

 C1H12O6   2 C2H5OH   + 2 CO2 

Det finns även syntetisk framställning som främst används inom industrin och denna process går till enligt så att vatten anlagras katalytisk till eten:

 C2H4   + H2  C2H5OH 

Denna reaktion går till så att komponenterna leds över fosforsyraimpregnerad kiselgur vid en temperatur på 300 °C under tryck. Etanolen separeras därefter via kylning.

Kisel

Kisel är ett grundämne som har atomnummer 14 i det periodiska systemet. Man säger att kisel är det åttonde vanligaste grundämnet i universum och faktiskt det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan. Kisel har den kemiska beteckningen Si och förekommer nästan aldrig i fritt tillstånd utan mestadels är kislet bundet till syre i kiseldioxid och andra silikater. Kisel binder, precis som kol, till andra atomer med fyra bindningar.

Kisel är en icke-metall och en egen halvledare. Själva kiselpulvret är svart. Detta grundämne upptäcktes och namngavs år 1824 av J.J. Berzelius.

Kisel har liksom grundämnet germanium, diamantstruktur. Varje kiselatom är tetraedriskt omgiven av fyra grannar. (referensnr. 4).

Kemin bakom experimentet + reaktionsformler

I kemikalien vattenglas är kiselatomen bunden till fyra syreatomer och är inte sammankopplad i någon kedja. När man blandar vattenglas med alkoholen etanol så börjar kiselpartiklarna att ställa sig på rad med varandra för att forma långa kedjor. Etylgrupperna (R) tar syrets plats vid kiseljonerna. Några blir sammankorsade mellan kedjorna. Vattenmolekylerna är sidprodukter vid polymeriseringsbindningarna. Den stora molekylen som bildas är i fast form.

 2 C2H5OH   + Na2[SiO2(OH)2]·4 H2  [-OSiR2-]n 

Bild: © Lotta Kvick

Polymerer

En polymer är uppbygda av stora molekyler som är i sin tur är uppbyggda av en massa små molekyler som man kallar monomerer. Exempel på olika polymerer är proteiner och cellulosa. Proteiner som finns ibland annat vår kropp och i även i mat är uppbyggd av en massa aminosyror. Cellulosa är i stället uppbyggd av en massa sockermolekyler som har bundit in på ett speciellt sätt för att bilda cellulosa.

Bild: © Svante Åberg

Historik om "super ball"

Uppfinnaren av de små studsbollarna var en kemist från Kalifornien vid namn Norman Stingley. Dessa studsbollar hade form och färg som ett plommon och kunde studsa upprepande gånger. Dessa leksaker var av högsta modet i USA vid sommaren och hösten år 1965.

Stingley fick patent för sin uppfinning i mars 1966 och då avslöjades det mer ingående vilka kemikalier som ingick i. Den primära kemikalien var polybutadien men även små substanser av svavel ingick för att förstärka materialet och vidare för att fungera som en vulkaniserande verkningsmedel. När man pratar om vulkaniserande så menar man i det här fallet att man vill få korsande sammankopplingar mellan polybutadien kedjorna. De korsande sammanbindningarna mellan polybutadien är viktigt för att optimera studsen och livslängden hos bollarna. Det syntetiska gummimaterialet pressades under 3500 pounds/ kvadrattum vid en temperatur av 160 °C och fick dessa fantastiska egenskaperna.

Att tillägga är att sex månader från dess att försäljningen började så hade man sålt runt sju miljoner "super balls".

Constituent Preferred, parts by wgt. Range, parts by wgt.
Polybutadiene 100.00 3-5
Zinc oxide 4.0  
Stearic acid 2.0 0.5-3
N-oxydiethylene benzothiazole 2 sulfenamide (AMAX) 1.75 0.5-2.5
Di-ortho-tolylguanidine (DOTG) 1.00 0.5-2.5
Bismuth dimethyldithio-carbonate (Bismate) 0.35 0.25-0.75
4 methyl-6 tertiary-butyl phenol 1.00 0.5-2
Hydrated silica 7.5 5-15
Sulfur 5.25 0.5-15

Här ovan är ingredienserna till den kommersiella varianten av studsboll, medan den du gör är en enklare version, med mindre antal kemikalier.

Fördjupning

Litteratur

  1. Christie L. Borgford, Lee R. Summerlin, Chemical Activities, 1988, p. 89, American Chemical Society, Washington, DC.
  2. Super Ball, Virtual Chembook, Elmhurst College
    http://www.elmhurst.edu/~chm/demos/labsuperball.htm (2004-10-08)
  3. Nationalencyklopedin, 1994, Bra böcker AB, Höganäs.
  4. J. McMurry, Fundamentals of organic chemistry, 4th ed., kap 8, 1988, Brooks/Cole Publishing Company, Californien.
  5. P. Enghag, Jordens grundämnen och deras upptäckt, 2000, MediaPrint, Uddevalla.
  6. Fascinating facts about the invention of Super Ball by Norman Stingley in 1965, The Grea Idea Finder
    http://www.ideafinder.com/history/inventions/superball.htm (2003-06-12)
  7. Highly Resilient Polybutadiene Ball, United States Patent Office
    http://www.superballs.com/patent.htm (2003-06-12)
  8. Chemistry in the Toy Store Part II: Ballons, Rubber, Shrinky Dinks, Silly Putty, Slime and Related Polymeric Materials, chymist.com, David A. Katz
    http://www.chymist.com/Toystore%20part2.pdf (2003-10-17)

Fler experiment


aggregationsformer
Avdunstning och temperatur
Badbomber
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
En märklig planta
Ett glas luft
Exempelfil_Försvinnande bläck (Erik Lövbom)
Fryspunktsnedsättning
Förtenning
Gore-Tex, materialet som andas
Gör ditt eget läppcerat
Gör ett avtryck från papper till stearin
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Kemi i en brustablett
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Molnet i flaskan
Myggmedel - hur funkar det?
Osynlig gas
Platta yoghurtburkar
Popcorn
Salta isen
Saltat islyft
Slime
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Syrehalten i luft
Tillverka en parfym och gör doftande skraplotter
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenvulkan
Ägget i flaskan

kemisk bindning
Att vara kemisk detektiv
Bestäm CMC för diskmedel
Blandningar av lösningsmedel
Diska med äggula
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Frigolit i aceton
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
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
Frigolit i aceton
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