Gummi och lösningsmedel

Tillhör kategori: fysikalisk kemi, jämvikt, kemisk bindning, kemisk struktur

Författare: Maria Mäkitalo

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

Gummi och lösningsmedel

Brandfarligt Irriterande 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 10 minuter

Antal tillfällen: 2

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Gummi är en grupp polymerer med elastiska egenskaper som är användbara till mycket. Men en del gummisorter tål inte organiska lösningsmedel. I experimentet får du se vad som kan hända.

Riktlinjer

Experimentet lämpar sig som elevförsök gärna i grupper om minst två per grupp.

Säkerhet

T-grön är brandfarlig. Om den skulle fatta eld ska elden släckas genom kvävning. Försök aldrig släcka brinnande lampolja med vatten. Vid hudkontakt, tvätta genast med tvål och vatten. T-grön kan ge lungskador vid förtäring. Förvara därför T-grön utom räckhåll för små barn.

Gummirester från experimentet kan kastas med vanligt avfall. Gummirester från experimentet kan kastas med vanligt avfall. Lampolja räknas som farligt avfall och ska lämnas till miljöstation.

Materiel

Förarbete

Införskaffa gummiband och T-grön (eller annat liknande organiskt lösningsmedel).

Utförande

  1. Väg två likadana gummiband och mät längden. Notera vikt och längd.
  2. Placera det ena gummibandet i lampolja så att det är helt täckt.
  3. Placera det andra gummibandet på liknande sätt i en bägare med vatten.
  4. Låt stå på detta vis i minst ett par timmar, gärna ett dygn. Torka av gummibanden och notera skillnad samt väg dem och mät längden.

Variation

Man kan göra försöket med en gummihandske, typ diskhandske. Det är väldigt fascinerande att se den svälla och bli minst dubbelt så stor.

Den avklippta fingertoppen på gummihandsken har legat ett par timmar i T-grön och blivit dubbelt så stor. Jämför även de två likadana gummibanden, där det ena legat i T-grön.
Foto: © Svante Åberg

Förklaring

Gummi är uppbyggt av kolvätekedjor med tvärbindningar av svavelbryggor. T-grön innehåller också kolväten. Lampoljans kolvätemolekyler "löser" sig i gummit enligt principen "lika löser lika" eftersom kolvätekedjorna i både gummit och lampoljan är opolära. Lampoljan som tränger in får gummit att svälla. Vätskor som är polära, t ex vatten, löser sig inte i gummi.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Gummi är en polymer

Gummi består kemiskt av kedjor av kolväten, polymerer. Ordet polymer härstammar från grekiskan: poly betyder "många" och mer "delar", polymer således "många delar".

Man skiljer mellan två huvudtyper av polymerer - styva och elastiska. Elastanerna kan indelas i termoelaster och gummi. Gummimaterial har stor elastisk återfjädring.

En översikt över polymera material ges i dessa två tabeller.

Elaster
Termoelaster TPE Gummi
Amidbaserade
Esterbaserade
Olefinbaserade
Uretanbaserade
Styrenbaserade
Akrylgummi
Butylgummi
Epiklorhydringummi
Etengummi
Fluorgummi
Kloroprengummi
Klorsulfonerad polyeten
Naturgummi
Nitrilgummi
Norborengummi
Silikongummi
Styrengummi
Uretangummi

 
Plaster
Termoplaster Härdplaster
ABS: poly-akrylnitril-butadien-styren
PA: amidplast
PC: karbonatplast
PE: etenplast
PEEK: polyeterketon
PES: polyetersulfon
PET: termoplastisk polyester
PMMA: akrylplast
POM: acetalplast
PP: propenplast
PPO: polyfenyloxid
PPS: fenylsulfidplast
PS: styrenplast
PSU: sulfonplast
PTFE: polytetrafluoretylen
PVC: vinylkloridplast
SAN: poly-styren-akrinitril
SB: slagtålig polystyren
DAP: diallylftalat
EP: epoxiplast
Esterplaster
MF: melaminplast
PF: fenolplast
PI: imidplast
PUR: uretanplast
SI: silikoner
UF: ureaformaldehydplast

Framställning

Gummi som tas från gummiträdet används industriellt vid tillverkning av olika material. Gummi från vissa andra växter används som livsmedelstillsats (tex gummibjörnar) och som klister. Gummi går också att tillverka på syntetisk väg genom att många små molekyler, monomerer, polymeriseras till långa polymerkedjor. Beroende på hur kedjorna är hopfogade och vilka andra kemiska grupper de kan binda till sig får gummit olika egenskaper. Det vetenskapliga namnet för gummi är polyisopren.

Vulkanisering gör gummit användbart

Vulkanisering (vulkning) är en process där rågummi omvandlas från en klibbig och formbar massa till ett formstabilt och elastiskt material med hög draghållfasthet. Detta sker genom att värma rågummi tillsammans med finfördelat svavel. Då uppstår tvärbindningar mellan polymererna. Detta gör gummit elastiskt, men om man tillför alltför många tvärbindningar så blir gummit hårt.

Vulkanisering av gummi
Bild: © Wikipedia

Vanliga produkter av, eller med beståndsdelar av, gummi är däck, gummilister, gummisnoddar, hårband, leksaker, maskinremmar, radergummin, fjäderelement, vibrationsdämpare, slangar, packningar, transportband, stövlar, gasmasker och mycket annat.

Gummi sväller i organiska lösningsmedel

När gummi kommer i kontakt med vissa kolväten, som finns i t ex organiska lösningsmedel, sväller det. Vatten är ingen kolväteförening så gummit förblir opåverkat. Alla gummimaterial, även de som betecknas som oljebeständiga, påverkas i högre eller lägre grad av oljor. Kolvätena i oljan varken attackerar eller reagerar med gummimolekylerna utan tränger helt enkelt in i gummit, vars volym ökar med den oljemängd som det tagit upp- gummit sväller. Effekten ökar med bl a stigande temperatur. Svällningen är reversibel och återgår om vätskan får avdunsta.

Det har stor praktisk betydelse eftersom man måste välja rätt gummikvalitéer i packningar, slangar osv. för motorbränslen och oljor. Man nyttjar också tekniken för att förstora små detaljer till stora modeller. Då gör man en avgjutning av föremålet i t.ex. gips. Denna får bli form för en kopia i gummi (eller plast). Man låter kopian svälla i organiskt lösningsmedel, använder denna för att gjuta en ny större form i gips, och så vidare.

Svavelhaltiga oljor har förutom svällande effekt vid temperatur över 100° C, även den effekten att gummi som vulkats med svavel hårdnar kraftigt. Det beror på att svavlet bildar nya tvärbindningar i gummit, dvs en vulkanisering.

Elasticiteten hos gummi beror på entropin

Entropi är ett mått på graden av oordning. Den naturliga tendensen är att förändringar går mot ökad oordning, dvs ökande entropi.

Gummi består av kolvätekedjor som med ganska stora mellanrum är tvärbundna till varandra via disulfidbindningar. I områdena mellan tvärbindningarna har kolvätekedjorna stor rörelsefrihet. Det medför att monomererna är fria att rotera kring sina bindningar och det finns en ganska våldsam och kaotisk molekylrörelse i materialet. Gummit har alltså lagrat en stor inneboende kinetisk energi.

När gummit sträcks tvingas kedjorna att lägga sig raka och friheten för monomererna att rotera kring bindningarna minskar. Det finns inte längre utrymme att lagra den kinetiska energin i materialet och gummit måste göra sig av med energin i form av värme. Man kan faktiskt känna på ett gummiband att det bli en aning varmare när det sträcks.

Men denna sträckning innebär en entropiminskning därför att oordningen minskar, ordningen ökar. Det är en förändring tvärt emot den naturliga. Gummit tenderar därför att åter igen öka sin entropi, vilket det gör genom att dra ihop sig igen. När gummit drar ihop sig finns återigen möjlighet att lagra kinetisk energi som rotationsenergi hos monomererna. Denna energi tas från "omgivningen" och gummit blir därför kallare. Man kan känna att ett gummiband som varit utsträckt ett tag och sedan får dra ihop sig blir något kallare, särskilt om man sätter gummibandet mot läpparna som är temperaturkänsligare.

Omvänt är kan man påverka gummits sammandragande kraft genom att värma eller kyla. Ett gummiband blir kortare när det värms, vilket är förbluffande när man tänker på att nästan alla material utvidgas när temperaturen ökar.

Gummiband som ozonindikator

Ozon gör gummi skört och minskar dess livslängd. Man kan kontrollera om det finns mycket ozon i luften med hjälp av ett gummiband. Detta kan göras genom att spänna upp ett gummiband mellan spikar på ett bräde och placera det på platser där man vill mäta ozon. Där gummibandet slits eller går sönder snabbast är ozonhalten hög. Platser där kopieringsapparater, laserskrivare och elmotorer finns bör det finnas högre halt ozon så även utomhus på platser med mycket luftföroreningar (placera den då regn- och solskyddat). Som referens kan ett bräde med gummiband placeras i en burk med tätt lock.

Gummi åldras och blir skört även av solljus, och speciellt UV-strålningen. För att experimentet med gummiband som ozonindikator inte ska ge felaktiga resultat är det viktigt att gummibandet ligger skyddat från solljus.

T-grön, lampolja, lysfotogen

T-grön är ett kallavfettningsmedel som innehåller nafta, det vill säga en blandning av kolväten. Kolvätena i T-grön har kokpunkter mellan 200-250 °C. Flampunkten, den lägsta temperatur som ger antändbara mängder ångor, är 61 °C. För att det ska fungera som avfettningsmedel måste det vara opolärt enligt principen "lika löser lika". Fett är nämligen opolärt, liksom kolväten.

Lampolja, lysfotogen, tändvätska och så vidare är andra lösningsmedel med ungefär samma innehåll som T-grön.

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. Rubber band experiment, Newton, Ask A Scientist
    http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/gen01/gen01545.htm (2007-05-14)
  4. Gör en egen ozonindikator, Skogsreflexen
    http://www.skogsreflexen.net/index.cfm?docID=2222 (2007-05-28)
  5. Main page, Wikipedia
    http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page (2007-05-14)
    • Rubber
      http://en.wikipedia.org/wiki/Rubber (2007-05-14)
    • Isoprene
      http://en.wikipedia.org/wiki/Isoprene (2007-05-14)
    • Elastomer
      http://en.wikipedia.org/wiki/Elastomer (2007-05-14)
    • Thermoplastic elastomer
      http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic_elastomer (2007-05-14)
    • Thermoplastic
      http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic (2007-05-14)
    • Thermosetting plastic
      http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoset (2007-05-14)
    • Vulcanization
      http://en.wikipedia.org/wiki/Vulcanization (2007-05-14)
    • Cross-link
      http://en.wikipedia.org/wiki/Crosslink (2007-05-14)
    • Plastic
      http://en.wikipedia.org/wiki/Plastic (2007-05-14)
  6. Plastskolan, Plastinformationsrådet
    http://www.plastinformation.com/2006_PDF/Plastskolan.pdf (2007-05-14)
  7. Tiram, Ziram, Kemikalieinspektionen
    http://apps.kemi.se/flodessok/floden/kemamne/tiram.htm (2007-05-14)
  8. Industrigummi - slang, Grunda
    http://www.luna.no/portalshare/katalog/gemensam/v50/tekniskinfo_pdf/no/139657.pdf (2007-05-14)
  9. Polymerer, Konstruktörslotsen, IVF
    http://lotsen.ivf.se/?path=/KonsLotsen/Bok/Kap2/Materialkategorier/Polymerer.html (2007-05-14)
  10. Reagents for swelling rubber and method of using - Abstract, Patent Storm LLC
    http://www.patentstorm.us/patents/6569977.html (2007-05-14)
  11. Main Directory, Macrogalleria
    http://www.pslc.ws/mactest/maindir.htm (2007-05-14)
  12. Sökerhetsdatablad T-grön, Kemetyl
    http://www.kemetyl.se/Produkter/filer/Sverige/Konsument/Fritid/T-Gr%C3%B6n/T-Gr%C3%B6n%20-%20S%C3%A4kerhetsdatablad.pdf (2007-05-29)

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?
Frigolit i aceton
Fryspunktsnedsättning
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gelégodis i vatten
Gore-Tex, materialet som andas
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

jämvikt
Anden i flaskan
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Avdunstning och temperatur
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Flaskor mun mot mun
Framställ väldoftande luktämnen
Fryspunktsnedsättning
Färgämnen i M&M
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur smakar salmiak?
Innehåller koksaltet jod?
Kemi i en brustablett
Kemi i en plastpåse
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Luftfuktighet och rostbildning
Löslighet och pH - En extraktion
Maskrosen som krullar sig
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Molnet i flaskan
När flyter potatisen?
Osmos i potatis
pH i kokt mineralvatten
pH-förändringar vid fotosyntes
Principen för dynamisk jämvikt
Reaktionshastighet med permanganat
Saltat islyft
Superabsorbenter i blöjor
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför äter vi Samarin?
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
Frigolit i aceton
Färga ullgarn med svampar
Gore-Tex, materialet som andas
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
Frigolit i aceton
Gore-Tex, materialet som andas
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