Studsboll

Kemisk bakgrund

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