Laborationer i mikroskala

Material sammanställt under kursen
Experimentell kemi för grundskolan och gymnasiet, 10p, ht01-vt02
av Annika Wikman, Komvux, Västerås

Att laborera i mikroskala
Mikroskalelab: Undersökning av starka syror
Mikroskalelab: Jämviktsförsök med NOx
Leverantör av mikroskaleutrustning

Att laborera i mikroskala
Jag kom först i kontakt med mikroskale-laborationer under min utbildning i pedagogik för tre år sedan. Sedan dess har jag varvat laborationer i mikroskala med laborationer i fullskala i min kemiundervisning på gymnasienivå. Med mikroskale-laborationer menar jag laborationer som görs i mindre provbehållare och där mindre mängd kemikalier används. Jag ser flera fördelar med mikroskale-laborationer, både för eleverna och för mig som lärare.

Många elever (i alla fall inom vuxenutbildningen) tycker det är krångligt att välja och sätta ihop rätt laborationsmaterial. Detta måste givetvis eleverna träna på i fullskalelaborationer, men i vissa laborationer vill jag att deras fokus ska ligga mer på kemin än materialet. Då passar mikroskale-laborationer bra. Enkla försöksuppställningar med enkelt material ger mer energi och mer tid kvar till reflektion kring resultatet och kemin. Dessutom ger de enkla försöksuppställningarna en lugnare miljö i klassrummet eftersom eleverna inte behöver hämta lika mycket material.

Materialet till laborationerna är litet så labbuppsättningar till en hel klass ryms i en förvaringslåda på ca 25x35 cm. När lådan väl är iordningställd ger det en tidsbesparing för mig som lärare. Jag vet att allt material finns samlat till den labb som ska utföras, så när det är dags för laborationen tar jag bara fram lådan. I och med att mängden kemikalier som förbrukas är små behöver inte lådorna fyllas på särskilt ofta. Eftersom en mindre kemikaliemängd används innebär det också en mindre risk för skador eller tillbud i samband med hanteringen. Det blir även mindre avfall i samband med laborationerna. Ytterligare en fördel är att kostnaderna för laborationerna minskar.

De nackdelar jag ser med mikroskalelaborationer är att noggrannheten i laborationerna minskar. I vissa laborationer spelar det inte någon roll, men de laborationer där hög noggrannhet eftersträvas bör utföras i fullskala. Eleverna får inte samma vana att handskas med glasvaror, något jag anser ska ingå i en kemiutbildning. En liten risk finns också för att eleverna tappar respekt för kemikalier när de handskas med dem i så små mängder. På grund av ovanstående varvar jag laborationer i mikroskala och fullskala under kursen.

Det finns mycket material som kan användas i mikroskalelaborationer, både speciell laborationsutrustning och vanligt kontorsmaterial som overheadfilm (OH-film) och blyertsstift. OH-filmen använder jag istället för provrör. När två lösningar ska blandas för att undersöka om det sker en reaktion eller ej fungerar den alldeles utmärkt. I stället för att blanda flera kubikcentimeter av vardera lösningen blandas några droppar. För att hålla ordning på vilka lösningar som blandats är det bra att göra ett rutsystem på ett vanligt papper och lägga under OH-filmen.

 HCl H2SO4HNO3
BTB   
AgNO3 (aq)   
Ba(NO3)2 (aq)   

I stället för OH-film kan en 24- eller 96-brunnsplatta användas. Det är en plastplatta ca 8x12 cm stor med 24 lite större eller 96 mindre fördjupningar på ca 1 cm. Dessa finns också att köpa som remsor med 8 eller 12 brunnar som sitter ihop på rad. Dessa plattor/remsor fungerar bra att använda istället för provrör i ganska många laborationer.


Bild 1. 96-brunnsplatta och remsa med 12 brunnar.
Foto:
Ó Svante Åberg, Umeå Universitet

För att få plats med en hel klassuppsättning med laborationsmaterial i en låda måste kemikalierna förvaras i relativt små kärl. Det finns plastpipetter som lämpar sig bra för kemikalieförvaring (för de flesta kemikalier). Dessa pipetter kan med fördel förvaras stående i tomma kassettbandsfodral vilket gör att god ordning hålls.


Bild 2. Plastpipetter i kassettbandsfodral.
Foto:
Ó Svante Åberg, Umeå Universitet

En elektrolys kan göras antingen i u-rör i mikroskalestorlek, på en OH-film eller i en petriskål. Det går bra att använda blyertsstift som kolelektroder eller en bit metalltråd om annan elektrod önskas. Som spänningskälla räcker det med ett vanligt 9 V batteri. Batteriet och elektroderna kopplas ihop med sladdar och krokodilklämmor. Exempel på elektrolyser som kan utföras är:

Jag bifogar handledningar till två laborationer som går bra att utföra i mikroskala.


Mikroskalelab: Undersökning av starka syror
Syfte: Att undersöka utspädda lösningar av saltsyra, svavelsyra och salpetersyra och se vilka reaktioner de ger med BTB, silvernitratlösning, bariumnitratlösning och magnesium.
Kemikalier: HCl, H2SO4, HNO3, BTB, AgNO3 (aq) ca 0,1 mol/dm3, Ba(NO3)2 (aq) ca 0,1 mol/dm3, magnesiumband.
Material: OH-film alternativt 24- eller 96-brunnsplatta, pipetter, provrör, provrörsställ, tändstickor, skyddsglasögon.
Riskbedömning: Måttligt riskfyllt. Då syror är frätande ska skyddsglasögon användas under hela laborationen. Om någon lösning fås på händerna skölj omedelbart med rikligt med vatten.

Utförande:

  1. Häll 4-5 droppar HCl på OH-filmen alt. i en av brunnarna i provplattan.
  2. Tillsätt 1 droppe BTB. Notera färgen.
  3. Upprepa med de andra syrorna.
  4. Undersök reaktionen mellan syrorna och AgNO3 resp. Ba(NO3)2 genom att blanda 4-5 droppar syra med 1 droppe av silver- respektive bariumlösningen. Notera de kombinationer där du ser någon form av reaktion.
  5. Häll HCl i ett provrör till ca 3 cm höjd. Lägg i en 2 cm lång bit magnesiumband. Sätt tummen för provrörsöppningen och håll tätt. När reaktionen avstannat, för en brinnande tändsticka till provrörsmynningen samtidigt som du tar bort tummen. Vilken gas har bildats?

Anm. Vid undersökning av syrorna med BTB och de två reagensen bör en större mängd syra än BTB/AgNO3/Ba(NO3)2 användas, då icke önskvärda fällningar kan erhållas då för stor mängd lösning används i förhållande till mängden syra. För att konstatera att knallgas bildas behövs ett kärl som kan täppas igen, och då är provrör lämpligt. Om undersökningen sker på OH-film eller i en provplatta kan endast gasutveckling konstateras.




Mikroskalelab: Jämviktsförsök med NOx
Syfte: Att studera hur jämvikten 2 NO2 « N2O4, DH<0, kan förskjutas med temperaturförändringar.
Kemikalier: Koncentrerad HNO3 , kopparmetall.
Material: Liten bägare, urglas, jumbopipett av plast, brännare, plattång eller degeltång, bägare med varmt respektive kallt vatten, skyddsglasögon.
Riskbedömning: Riskfyllt. Koncentrerad salpetersyra är starkt frätande och luktar stickande. Hanteringen av syran ska inte utföras av elever. Använd skyddsglasögon! Kväveoxiden som bildas är giftig och framställandet av gas måste därför ske i dragskåp. Hanterandet av pipetten kan ske av elever. Tömmandet av pipetten ska också ske i dragskåp.

Utförande:


Bild 3. NOx-generator och jumbopipett
i vilken gaserna innesluts.
Foto:
Ó Svante Åberg, Umeå Universitet

  1. Framställ NO2 genom att lägga en bit koppar i koncentrerad salpetersyra i en liten bägare. Placera ett urglas över bägaren för att få en mer koncentrerad gas. Detta moment utförs av lärare i dragskåp.
  2. Samla upp den brunaktiga gasen i pipetten. Förslut pipetten genom att smälta mynningen en kort stund i brännarens låga och kläm därefter ihop mynningen med plattången.
  3. För ner pipetten omväxlande i varmt och kallt vatten. Hur påverkas jämvikten vid temperaturförändringarna? Notera färgförändringarna.
  4. Klipp upp pipettspetsen och avlägsna gasen. Pipetten kan återanvändas. Titta på pipetten en stund efter att du tömt den. Varför har innehållet blivit färgat igen?


Leverantör av mikroskaleutrustning
Det laboratoriematerial som nämnts kan beställas från flera olika firmor. Skolan där jag arbetar har beställt materialet från Kreativ Kemi AB. De säljer även materialsats till 12 olika laborationer i mikroskala inklusive handledningar (kemikalier ingår ej).

Kreativ Kemi AB går att nå på
Tel:035-173 137, Fax: 035-173 138,
gruvberg@kreativkemi.se
Hemsida: www.kreativkemi.se