Hagyományos tanulói munkafüzet Kémia kísérletekhez Az általános iskolák számára A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
Tartalomjegyzék 7. évfolyam 100 fokon forr a víz?... 3 Meddig fő a bab?... 5 A diffúzió hőmérsékletfüggése... 7 Tisztítsunk sót!.... 9 Egyszínű a tinta?... 13 Vigyázzunk a borospincében!... 15 Fényes gyertyaláng... 17 Jön a víz!... 19 Hogyan kerül szárazra a szög?.... 21 Tegyük be a tojást az üvegbe!.... 23 A tömegnek meg kell maradnia... 25 Mégsem kell a tömegnek megmaradnia?.... 27 Készítsünk színes habot!... 29 Miért nem barnul meg az alma?... 31 Főzzük vagy ne főzzük?... 33 8. évfolyam Lehet-e kék a vörös lilakáposzta?... 35 Mire jó a szódabikarbóna?... 39 Titrálás... 41 Készítsünk pezsgőtablettát!... 45 Egy meg egy az kettő?... 47 Liftező spagetti.... 49 Mire jó a sütőpor?........................................................................... 51 Mit tegyünk a kelt tésztába?... 53 Mi a majonéz?... 55 Víz és olaj együtt: a margarin.... 57 Mivel érdemes ablakot tisztítani?... 59 Mézes tea torokfájásra?.... 61 Kémia a bűnüldözésben... 63 A süllyedő rongy... 65 Védelem a víz ellen... 67
1. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam 100 fokon forr a víz? Szükséges eszközök nagyméretű (kb. 1 literes) gömblombik, jól záró dugóval, Bunsen-állvány fogóval, Bunsen-égő, vas háromláb agyagos dróthálóval, polietilén zacskó Szükséges anyagok csapvíz, jég, horzsakő Kísérletleírás 1. Tölts csapvizet a lombikba, kb. a harmadáig-feléig, és dobj bele kevés horzsakövet. 2. Tedd a vas háromlábra helyezett dróthálóra, Bunsen-égővel kezdd melegíteni. 3. Pár perc forralás után szüntesd meg a melegítést, erősen dugaszold be gumidugóval, majd fejjel lefelé helyezd el az állványra rögzített fogóba. 4. Tedd a lombikra a jeget (egy zacskóban), majd figyeld a változást! Ezután fordítsd vissza a lombikot, és mérd meg a víz hőmérsékletét. Ügyelj rá! Óvatosan bánj a forró vízzel telt lombikkal, miközben rögzíted! Vigyázz, hogy a dugó biztosan jól zárjon, mert ellenkező esetben kifolyhat a forró víz a lombikból. Tapasztalat Magyarázat A folyadékok forráspontja függ a külső nyomástól. Minél kisebb a külső nyomás, annál alacsonyabb a forráspont értéke. A kísérletben a hűtéssel azt értük el, hogy a lombik belsejében lecsökkent a nyomás, ezért a víz annak ellenére felforrt, hogy a hőmérséklete már jóval 100 C alá került. Ezt a hőmérővel is ellenőrizhettük. 3
Tudáspróba 1. Miért marad abba a víz forrása egy idő után? 2. Eltérhet-e a víz forráspontja a 100 C-tól? Ha igen, hogyan? Kapcsoltál? Fizika: Nyomás; Halmazállapot-változások Mindennapi tudomány A laboratóriumi gyakorlatban elterjedt művelet a vákuumdesztilláció, amikor is egy anyagot a légkörinél alacsonyabb nyomáson forralnak fel. Így olyan anyagok is gőzzé alakíthatók, amelyek normál nyomáson nem, mert pl. elbomlanának a normál forráspontjuk közelében. Az iparban pl. a pakura desztillációjánál is ezt az eljárást használják. 4
2. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Meddig fő a bab? Szükséges eszközök főzőpohár, Bunsen-égő, vas háromláb agyagos dróthálóval, nagyobb műanyag fecskendő Szükséges anyagok csapvíz Kísérletleírás 1. Főzőpohárban forralj vizet. Ha felforrt, hagyd kissé lehűlni. 2. Egy fecskendőbe szívj fel ebből a valamivel a forráspontja alatti hőmérsékletű vízből. 3. Fogd be a fecskendő nyílását, majd határozott mozdulattal húzd ki a dugattyút. Ügyelj rá! A fecskendőt és a melegítéshez használt főzőpoharat óvatosan kezeld, nehogy megégesd magad! A fecskendőből célszerű eltávolítani a levegőbuborékokat, mielőtt elkezdenéd a kísérletet. Tapasztalat Magyarázat A dugattyú kihúzásával csökkentettük a nyomást a víz fölötti légtérben, ezzel csökkent a forráspont is, vagyis felforrhatott a mindössze 80 90 C-os víz is. 5
Tudáspróba 1. Miért nem sikerülne a kísérlet akkor, ha levegő jutna a fecskendőbe? 2. Milyen anyag van a forrás során megjelenő üregekben (buborékokban)? Kapcsoltál? Fizika: Nyomás; Halmazállapot-változások Mindennapi tudomány A tengerszinttől távolodva, felfelé haladva, egyre kisebb a légnyomás, így egyre alacsonyabb a víz forráspontja. Nagy magasságokban már jelentős a különbség, a Csomolungmán 8848 m-es magasságban pl. már csak 71 C. Ha a víz ilyen alacsony hőmérsékleten felforr, akkor bizonyos vízben főzendő ételek elkészítése nem javasolt, hiszen pl. a bab megpuhulásához 100 C-on is hosszú idő kell, 71 C-on pedig lényegében szinte lehetetlen is, de legalábbis nagyon sokáig tartana. 6
3. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam A diffúzió hőmérsékletfüggése Szükséges eszközök kémcső, Bunsen-égő, vas háromláb agyagos dróthálóval, kristályosító csésze, cseppentők Szükséges anyagok desztillált víz, ólom-nitrát-oldat, kálium-jodid-oldat Kísérletleírás 1. A kémcsőben ólom-nitrát-oldathoz cseppents kálium-jodid-oldatot. 2. A kristályosító csészébe tölts desztillált vizet 0,5 cm magasságig. 3. A csésze két átellenes pontján (lehetőleg egyszerre) lassan, óvatosan juttass a vízbe 6-8 csepp kálium-jodid-, ill. ólom-nitrát-oldatot. 4. Az 1-3. pontot ismételd meg melegebb (kb. 50 C-os) desztillált vízzel is. Ügyelj rá! Az oldatok bejuttatása során igyekezz minél óvatosabban eljárni, a csésze fala mentén lassan adagold az oldatokat, hogy a víz minél kevésbé keveredjen fel! Tapasztalat Magyarázat A két anyag sárga, vízben oldhatatlan ólom-jodid keletkezése közben reagál egymással. Ehhez természetesen a két anyagnak találkoznia kell. Amikor a csésze két oldalán óvatosan bejuttatjuk az oldatokat, és nem keverjük meg a vizet, a részecskék hőmozgására bízzuk a találkozást. Az egyes anyagok részecskéi tehát mindenféle külső hatás nélkül is eljuthatnak a csésze közepéig, ami jól megfigyelhető a sárga csapadék képződésével. A jelenséget diffúziónak nevezik. A második kísérletben azt is megfigyelhettük, hogy magasabb hőmérsékleten a diffúzió gyorsabb, hiszen a részecskék hőmozgása is gyorsabb. 7
Tudáspróba 1. Miért nem képződik azonnal sárga csapadék, amikor a csészébe bejuttatjuk a két oldatot? 2. Mit állapíthatunk meg a diffúzió sebességéről magasabb hőmérsékleten? 3. Jéghideg vízben mit tapasztaltunk volna? Kapcsoltál? Fizika: Hőmozgás Biológia: Diffúzió (légzés, ingerületátvitel) Mindennapi tudomány Folyadék- és gázhalmazállapotban is lejátszódik a diffúzió, amely a részecskék hőmozgásán alapul. Így a só akkor is egyenletesen oszlik el a levesben, ha csak beleszórjuk, de nem keverjük meg, igaz, jóval több idő szükséges így a koncentráció kiegyenlítődéséhez, mint ha kevernénk is. Minél melegebb a leves, annál gyorsabb diffúzióra számíthatunk. 8
4. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Tisztítsunk sót! Szükséges eszközök 2 db főzőpohár, Bunsen-égő, üvegbot, üvegtölcsér, szűrőpapír vas háromláb agyagos dróthálóval, Bunsen-állvány szűrőkarikával, Szükséges anyagok desztillált víz, konyhasó, homok Kísérletleírás Egy főzőpohárba szórj 3-4 vegyszeres kanálnyit a kevés homokkal összekevert sóból. Adj hozzá kb. 50 cm 3 desztillált vizet. Szűrőpapírból készíts akkora tölcsért, hogy illeszkedjen az üvegtölcsérbe (ne lógjon túl a peremén). A szűrőkarikába helyezett üvegtölcsérbe tedd bele a papírtölcsért, alá pedig egy főzőpohár kerüljön. Miután az összes só feloldódott ezt kevergetéssel gyorsíthatod, öntsd a folyadékot több részletben a tölcsérbe (lásd következő oldal fenti kép). Várd meg, amíg a szűrlet teljes mennyisége lecsöpög. A homokot, ami fennmarad a szűrőpapíron, kevés vízzel öblítsd át. Párold be az összegyűjtött sóoldatot (lásd következő oldal lenti kép). Ügyelj rá! Ha túl sok folyadékot öntesz egyszerre a tölcsérbe, előfordulhat, hogy kiömlik. Ne próbáld a szűrést gyorsítani azzal, hogy üvegbottal nyomkodod a szűrőpapírt, mert kiszakadhat! A bepárlás során fontos, hogy akkor szüntesd meg a melegítést, amikor még egy kevés nedvességet tartalmaz a só, mert ellenkező esetben a pohár eltörhet. Tapasztalat 9
Magyarázat Mivel a só vízben oldódik, a homok pedig nem, az első lépésben a sót oldatba vihetjük a homok mellől. Ezt az oldatot szűréssel elválasztjuk a homoktól, hiszen a homokszemcsék túl nagyok ahhoz, hogy átjuthassanak a szűrőpapír pórusain. Ezután elpárologtatjuk a vizet a sóoldatból, a só pedig visszamarad a pohárban: ennek az az oka, hogy a víz forráspontja sokkal alacsonyabb, mint a sóé. Tudáspróba 1. Milyen problémát okozna, ha nem 50 cm 3, hanem 150 cm 3 vizet használnánk az oldáshoz? 2. A homokkal szennyezett cukrot is megtisztíthatnánk ezzel a módszerrel? Kapcsoltál? Földrajz: Sólepárlás 10
Mindennapi tudomány Ha a só bármilyen vízben oldhatatlan szennyezést tartalmaz, ezzel a módszerrel megtisztíthatjuk, akár otthon is. Szűrőpapír helyett valamilyen sűrű szövésű, több rétegű tiszta szövet is megteszi. Ipari méretekben végzik a sólepárlást tengerpartokon, ahol a cél vagy a só kinyerése a tengervízből, vagy éppen a víz sómentesítése, ivóvíz előállítása. 11
5. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Egyszínű a tinta? Szükséges eszközök színes filctollak, főzőpohár, szűrőpapír Szükséges anyagok csapvíz, különböző színekből előállított tintakeverék Kísérletleírás Vágj ki egy 2-3 cm széles, 10-15 cm hosszú szűrőpapírcsíkot. A hosszát úgy válaszd meg, hogy ha az egyik végét kb. 1 cm-re behajtjuk, akkor a másik vége éppen nem éri el a kiválasztott szűrőpapír alját. Tegyél egy kis tintacseppet a papírcsík alsó végétől kb. 2 cm-re. A főzőpohárba tölts kevés csapvizet úgy, hogy ha beletesszük a szűrőpapírt, a tintafolt a víz szintje fölött legyen. Akaszd fel a papírcsíkot a pohár peremére, és figyeld meg a változásokat! Próbáld ki az előzőeket tintacsepp helyett különféle színű filctollakkal rajzolt foltokkal is. Ügyelj rá! A tintacsepp, ill. a filctollal rajzolt pötty mindenképpen a vízfelszín fölött helyezkedjen el a szűrőpapír behelyezésekor! Célszerű minél kisebb tintacseppet felvinni a papírra, akkor lesz szép a kísérlet eredménye. Tapasztalat Magyarázat A festékek gyakran sokféle színes összetevőt tartalmaznak, így állítják elő a kívánt színt. Ezzel az egyszerű eljárással meg is győződhettünk erről. Azért sikerülhetett a szétválasztás, mert a vízzel együtt felfelé haladó tinta egyes összetevői eltérő mértékben kötődnek a szűrőpapír anyagához, így adott idő alatt eltérő távolságra jutnak el az eredeti folttól. 13
Tudáspróba 1. Miért emelkedik a víz fölfelé a szűrőpapír csíkon? 2. Melyik összetevő kötődik a legkevésbé a szűrőpapírhoz? Kapcsoltál? Fizika: Hajszálcsövesség Mindennapi tudomány Ezt a módszert ma már számos, tökéletesített formában használják folyadék-, sőt gázkeverékek elválasztására, nem is csak színes összetevők esetén. (A kromatográfia elnevezés ami a megjelenő színekre utal azonban megmaradt eme eljárások gyűjtőneveként.) A modern laboratóriumi munka alapvető jelentőségű módszeréről van szó. 14
6. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Vigyázzunk a borospincében! Szükséges eszközök három különböző magasságú gyertya, üvegkád, főzőpohár Szükséges anyagok kalcium-karbonát, 1:1 hígítású sósav Kísérletleírás 1. Három eltérő magasságú gyertyát helyezz az üvegkádba. A legkisebb legfeljebb 2-3 cm magas legyen. 2. Tegyél mészkődarabokat a főzőpohárba, majd helyezd el az üvegkádban a legnagyobb gyertya mellett. 3. Sorra gyújtsd meg a gyertyákat. 4. Önts a mészkődarabokra sósavat. Szükség szerint pótold majd a sósavat vagy a mészkőt, ha a gázfejlődés lassulna. 5. Figyeld meg, mi történik! Ügyelj rá! Az 1:1 hígítású sósav maró hatású. Egyszerre ne önts túl sok sósavat a pohárba, nehogy a túl heves gázfejlődés miatt kifusson! Ha a legkisebb gyertya túl nagy, akkor sokat kell várni arra, hogy kialudjon. Tapasztalat Magyarázat A mészkő reakcióba lép a sósavval: CaCO 3 + 2 HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 A képződő szén-dioxid felhalmozódik az üvegkádban, mégpedig először a kád alján gyülemlik fel, mert sűrűsége nagyobb, mint a levegőé. Ezért a legkisebb gyertya alszik el elsőként, holott a gáz a legnagyobb gyertya mellett jut ki a főzőpohárból. 15
Tudáspróba 1. A nitrogén a szén-dioxidhoz hasonlóan nem táplálja az égést. Ugyanezt tapasztalnánk, ha szén-dioxid helyett nitrogént juttatnánk az üvegkádba? 2. Honnan tudhatjuk, hogy a gázfejlődés a sósav elfogyása miatt maradt abba? Kapcsoltál? Fizika: Sűrűség Mindennapi tudomány Rosszul szellőző borospincékben a must erjedése során szén-dioxid halmozódik fel, a kísérlethez hasonlóan alulról megtöltve a pincét. Ez életveszélyt is jelenthet, ezért fontos ellenőrizni a széndioxid jelenlétét. Ezt legegyszerűbben egy alacsonyan tartott gyertyával tehetjük meg. 16
7. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Fényes gyertyaláng Szükséges eszközök gyertya, főzőpohár, befőttesüveg teteje Szükséges anyagok 30%-os hidrogén-peroxid-oldat, 20%-os kénsavoldat, kálium-permanganát Kísérletleírás 1. A gyertyát helyezd a főzőpohárba, és szórj köré 2-3 vegyszeres kanálnyi kálium-per manganátot. 2. Gyújtsd meg a gyertyát. 3. Tedd a tetőt a pohárra és figyeld meg, hogy mennyi idő alatt alszik el a gyertya! 4. A tető eltávolítása után ismét gyújtsd meg a gyertyát. 5. Készíts keveréket kb. 20 cm 3 30%-os hidrogén-peroxid-oldat és kb. 40 cm 3 20%-os kénsavoldat elegyítésével. 6. Öntsd a folyadékelegyet a pohárba. 7. Újra tedd rá a tetőt a pohárra. 8. Miután a gyertya elaludt, óvatosan vedd le a tetőt és vizsgáld meg a gyertyát! Ügyelj rá! A hidrogén-peroxid kénsav elegy maró, oxidáló, színtelenítő hatású anyag. Vigyázz, hogy ne kerüljön a bőrödre vagy a ruhádra! A befőttesüveg teteje nagyon forró lesz, különösen a kísérlet második részében. Semmiképpen se használj üvegből készült tárgyat fedő gyanánt, mert nagyon könnyen elpattanhat! Tapasztalat 17
Magyarázat A lezárt pohárban elfogy az oxigén, így az égés megszűnik. A hidrogén-peroxid és a kálium-permanganát reakciója az alábbi egyenlet szerint megy végbe: 2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O + 5 O 2 A keletkező oxigénben sokkal hevesebben megy végbe az égés, mint levegőn: jól láthatóan fényesebb (bár kisebb, gömbölyűbb) lesz a láng. Azt is megfigyelhetjük, hogy amíg képződik oxigén a reakcióban, a gyertya a lezárt pohárban is ég, ill. sokkal több paraffin olvad le róla, mint ha egyszerűen levegőn égne. Tudáspróba 1. Miért nem alszik el a gyertya a kísérlet második részében annak ellenére, hogy lefedtük a poharat? 2. Miért olvad le olyan sok paraffin a tiszta oxigénben zajló égés során? Kapcsoltál? Fizika: Sűrűség Mindennapi tudomány Az orvosi gyakorlatban találkozhatunk a tiszta oxigén alkalmazásával: oxigénhiányos állapot megszüntetésére használják. 18
8. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Jön a víz! Szükséges eszközök gyertya, kristályosító csésze, Bunsen-égő Szükséges anyagok tintával megfestett víz Kísérletleírás 1. Erősíts egy gyertyát a kristályosító csészébe úgy, hogy mellette még elférjen a főzőpohár. 2. A csészébe kb. 2/3 részig önts tintával megfestett vizet. 3. Gyújtsd meg a gyertyát. 4. Borítsd rá a főzőpoharat, és figyeld a változásokat! 5. Töröld szárazra a főzőpoharat, majd Bunsen-lángban hevítsd fel a benne lévő levegőt úgy, hogy néhányszor ráhúzod a lángra. 6. A forró főzőpoharat szájával lefelé állítsd a gyertya mellé, a vízbe. Ügyelj rá! Figyelj arra, hogy elegendő mennyiségű víz legyen a kristályosító csészében! A főzőpohár felmelegítése során fokozott figyelemmel járj el, részben azért, mert átforrósodik, részben azért, mert elaludhat a gázláng. Tapasztalat Magyarázat Mindkét kísérletben a pohár légterében bekövetkező nyomáscsökkenés eredményezte, hogy a külső légnyomás bepréselte a vizet a pohárba. Mindkét esetben előbb felmelegedett a benti levegő, majd amikor lehűlt, nyomása lecsökkent. 19
Tudáspróba 1. Mekkora a nyomás a pohár légterében a kísérlet végén (amikor már nincs változás)? 2. Miért maradt abba a gyertya égése akkor, amikor ráborítottuk a főzőpoharat? Kapcsoltál? Fizika: Sűrűség Földrajz: Légnyomás Mindennapi tudomány A levegő nyomásának hőmérséklet-csökkenés, ill. -emelkedés okozta változása a szél kialakulásának legfőbb oka. A légkörben zajló levegőmozgások megértése szempontjából tehát elsőrendű fontosságú kérdés. 20
9. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Hogyan kerül szárazra a szög? Szükséges eszközök gömblombik, Bunsen-égő kristályosító csésze, Szükséges anyagok vasszög, víz, tinta, jégkocka Kísérletleírás 1. Tedd a szöget a kristályosító csészébe. 2. Önts rá tintával megfestett vizet, hogy éppen ellepje. 3. A gömblombikot óvatosan melegítsd fel a Bunsen-égő lángjában. Fontos, hogy forró legyen a lombik belsejében található levegő, ezért 2-3 másodpercre többször húzd rá a lombik nyakát a lángra. 4. A forró lombikot szájával lefelé állítsd a szög mellé a vízbe. Tegyél rá egy jégkockát. Ügyelj rá! Ne önts túl sok vizet a kristályosító csészébe, mert akkor nem biztos, hogy szárazra kerül a szög. A lombik felmelegítése során fokozott figyelemmel járj el! Tapasztalat 21
Magyarázat A lombik belsejében lévő forró levegő nyomása folyamatosan csökken, miközben hűl. Ezért a külső nyomás nagyobb lesz, mint a belső, és a víz benyomul a lombik belsejébe. Így kerülhet szárazra a szög. Tudáspróba 1. A külső vagy a belső nyomás nagyobb, amikor a víz elkezd beáramlani a lombikba? 2. Hogyan lehetne a vizet visszapréselni a csészébe a lombik érintése nélkül? 3. Vajon sikerülne a kísérlet jégkocka nélkül is? Kapcsoltál? Fizika: Nyomás, sűrűség Földrajz: Légnyomás Mindennapi tudomány A zárt térben lehűlő levegő nyomása csökken. Ezt akkor is tapasztaljuk, amikor egy befőttesüveget forrón zárunk le a tetejével: hűlés közben a tető behorpad, a külső légnyomás benyomja. Ha később kinyitjuk, a nyomás kiegyenlítődik, a tető visszapattan, horpadása megszűnik. Azt, hogy a konzerv légmentesen zár, nem jutott bele levegő, úgy ellenőrizhetjük, hogy megpróbáljuk a tetejét középen benyomni. Ha nem sikerül (hiszen a külső légnyomás nyomja), akkor a lezárás után nem jutott be levegő. 22
10. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Tegyük be a tojást az üvegbe! Szükséges eszközök 1 dm 3 -es lombik, csipesz, gyufa, Bunsen-égő (elhagyható) Szükséges anyagok megtisztított kemény tojás, papírdarab, jeges víz (elhagyható) Kísérletleírás 1. Olyan lombikra lesz szükséged, amelynek szájára illeszkedik a keményre főzött tojás. 2. A lombikot, ill. annak légterét hevítsd fel a Bunsen-égő lángjában, néhányszor húzd is rá a lángra óvatosan, egyszerre csak néhány másodpercre. 3. Ezután tedd a tojást keskenyebb, csúcsos végével a lombik szájára, finoman nyomd is rá, hogy légmentesen zárjon. Figyeld a változást! 4. A lombikba szívódott tojást kiveheted, ha a lombik szájához mozgatod, majd a lombikot a Bunsen-égő lángjában melegíted. Ügyelj rá! Ha a fehérje lágy marad bár fogyasztásra így alkalmasabb a kísérletben a beszívódás közben szétrepedhet. Legyen tehát a tojás kemény, rugalmas! A lombik melegítése során mindkétszer óvatosan járj el! Tapasztalat Magyarázat A tojással lezárt forró lombik levegője hűlni kezd. Eközben nyomása csökken, vagyis a külső nyomás nagyobb lesz, mint a belső. Emiatt a tojás benyomódik a lombik belsejébe. Amikor a tojást kitoljuk, a belső nyomást növeljük a lombik melegítésével. 23
Tudáspróba 1. Hogyan változik az állandó térfogatú levegő nyomása, ha nő a hőmérséklete? 2. Hogyan lehetne gyorsítani a tojás beszívódását? Kapcsoltál? Fizika: Nyomás, sűrűség Földrajz: Légnyomás Mindennapi tudomány Ha egy forró lekvárral teli befőttesüvegre celofánt feszítünk, erősen legumizzuk, megfigyelhetjük, hogy hűlés közben a celofán behorpad, benyomódik az üvegbe. A jelenség teljesen analóg a mi kísérletünkkel. 24
11. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam A tömegnek meg kell maradnia Szükséges eszközök csipesz, kisméretű kémcső, kétkarú mérleg, csiszolatos Erlenmeyer-lombik Szükséges anyagok tömény salétromsav, rézforgács Kísérletleírás 1. Dobj a csiszolt dugós lombikba 2-3 rézforgácsot. 2. Önts a kis kémcsőbe néhány csepp tömény salétromsavoldatot, majd csipesszel óvatosan állítsd bele a lombikba. 3. A lezárt lombikot egyensúlyozd ki a mérlegen. Arretáld a mérleget. 4. Döntsd meg a lombikot, hogy a salétromsav reakcióba léphessen a rézzel. A dugót eközben ne vedd ki. 5. Vizsgáld meg, hogy megváltozott-e a lombik tömege! Ügyelj rá! A tömény salétromsav maró hatású, a barna nitrogén-dioxid-gáz kellemetlen szagú, mérgező anyag. A lombikot csak azután vedd le a mérlegről, hogy arretáltad! Tapasztalat Magyarázat A réz és a salétromsavoldat közötti kémiai reakciót az alábbi egyenlet írja le: Cu + 4 HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 H 2 O + 2 NO 2 A keletkező nitrogén-dioxid barna színű gáz, ennek a képződése a legfeltűnőbb (a türkizkék réznitrát mellett). A kísérletből kiderül, hogy a folyamat során noha új anyagok keletkeztek a teljes tömeg nem változott, mert a kiindulási anyagok tömege megegyezik a termékek tömegével. 25
Tudáspróba 1. Honnan tudjuk, hogy sikerült kijuttatni a salétromsavat a kis kémcsőből? 2. Mi történne, ha nem zárna tökéletesen a dugó? 3. A reakció végén már nem láthatók rézdarabok a lombikban. Hogyan lehetséges, hogy mégsem csökkent a lombik tartalmának a tömege? Kapcsoltál? Fizika: Tömegmegmaradás törvénye Mindennapi tudomány A tömegmegmaradás törvényét a 18. században Lomonoszov és Lavoisier egymástól függetlenül ismerték fel. Alapvető törvényszerűségről van szó, amely érvényes minden kémiai reakcióra, legyen az laboratóriumban vagy konyhában végbemenő folyamat. 26
12. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Mégsem kell a tömegnek megmaradnia? Szükséges eszközök csipesz, kétkarú mérleg, Bunsen-égő Szükséges anyagok magnéziumszalag, papírdarab, alufólia Kísérletleírás 1. Tedd a papírgalacsint az alufóliából készített tálkába, majd a kétkarú mérleg egyik serpenyőjébe helyezve egyensúlyozd ki súlyokkal. 2. A mérleg lezárt állapotában vedd le a tálkát, gyújtsd meg a papírdarabot. 3. Miután a papír teljesen elégett, tedd vissza a tálkát a mérlegre, nyisd ki, és ellenőrizd a tömegváltozást. 4. Vágj le egy hosszabb magnéziumszalag-darabot, és a papír helyett ezzel végezd el az 1 3. pontban leírtakat. Használhatod ugyanazt az alufólia-darabot is. A magnéziumot a Bunsenégő lángjában tudod meggyújtani, ezt követően a kis tálkában hagyd elégni. Ügyelj rá! A magnézium vakító fehér fénnyel ég, nem tanácsos közvetlenül belenézni. Az égés során igen magas hőmérséklet alakul ki, fokozottan figyelj erre! A mérleg csak akkor mutatja jól észlelhetően a tömegváltozást, ha a magnéziumdarab nem túl kicsi. Tapasztalat Magyarázat A két eset között az a különbség, hogy a papír égéstermékei jórészt gáz-halmazállapotúak, így eltávoznak az égés során, a magnézium égésterméke, a magnézium-oxid viszont nem illékony szilárd anyag, ami ráadásul a reakcióba lépett oxigént is tartalmazza. Így lehetséges, hogy az első esetben látszólag tömegcsökkenés, a másodikban pedig tömegnövekedés lép fel. 27
Tudáspróba 1. Melyik esetben észleltük, hogy az égéstermék tömege kisebb, mint a kiindulási? 2. Egy fadarab elégetése után milyen tömegváltozást tapasztalnánk? 3. Egy rozsdás vastárgy tömegét 1 kg-nak mérjük. Mekkora lehetett az eredeti vasdarab tömege ehhez képest? Kapcsoltál? Fizika: Tömegmegmaradás törvénye Mindennapi tudomány A tömegmegmaradás törvénye az égés során is érvényes, csak a hétköznapi tapasztalataink mondanak ennek ellent látszólag. 28
13. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Készítsünk színes habot! Szükséges eszközök nagyméretű mérőhenger (legalább 500 cm 3 es), gyújtópálca, gyufa Szükséges anyagok kálium-jodid, 30%-os hidrogén-peroxid-oldat, 2 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-hidroxidoldat, víz, ételfesték, mosogatószer Kísérletleírás 1. A mérőhengerben keverd össze a következő anyagokat: 20-30 cm 3 hidrogén-peroxid-oldat, ételfesték (annyi, hogy intenzív színe legyen), mosogatószer, 5 cm 3 nátrium-hidroxid-oldat. 2. Kálium-jodidból készíts 6-8 cm 3 tömény oldatot. 3. Öntsd hozzá ezt is a mérőhenger tartalmához. 4. A kísérlet végén dugj egy parázsló gyújtópálcát a henger felső részén lévő habba. Ügyelj rá! A hidrogén-peroxid ne kerüljön a bőrödre! Megkönnyíti a mosogatást, ha az egész kísérletet egy nagyméretű tálcán végzed, ahová kifolyhat a képződő hab. Tapasztalat Magyarázat A hidrogén-peroxid az alábbi egyenlet szerint bomlik: 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 A folyamatot a kálium-jodid gyorsítja, katalizálja. A képződő oxigén nagy mennyiségű habot fúj a mosogatószer jelenlétében. Jelenlétét a parázsló gyújtópálca lángra lobbanása jelzi. 29
Tudáspróba 1. Miért lobban lángra a gyújtópálca? 2. Mi a mosogatószer szerepe a folyamatban? 3. Melyik az az összetevő, amelyet a kísérlet lényeges módosulása nélkül elhagyhatnánk? Kapcsoltál? Biológia: Katalízis Mindennapi tudomány A hidrogén-peroxid meglehetősen bomlékony anyag, a bomlás azonban szobahőmérsékleten nem túl gyors. Katalizátor jelenlétében viszont a bomlás sebessége sokszorosára nőhet. Sok élőlény termel egy kataláz nevű enzimet, ami igen hatékonyan katalizálja a folyamatot, aminek az élettani jelentősége, hogy a sejtekben keletkező káros hidrogén-peroxidot így lehet ártalmatlanítani. 30
14. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Miért nem barnul meg az alma? Szükséges eszközök dörzsmozsár, kémcsövek, cseppentő, szűrőpapír, üvegtölcsér, kés Szükséges anyagok C-vitamin-tabletta, Lugol-oldat, alma Kísérletleírás 1. Dörzsmozsárban törd porrá a C-vitamin-tablettát. 2. Készíts belőle kb. 40-50 ml oldatot. Ha túl zavaros lenne, szűrd le. 3. Egy kémcsőbe tölts belőle kétujjnyit, majd adagolj hozzá cseppenként Lugol-oldatot. 4. Egy fél alma vágási felületét kend be a C-vitamin-oldattal, hasonlítsd össze a színváltozást a kezeletlen almaféllel! Ügyelj rá! Az almák színváltozását azonos körülmények között, azonos idő eltelte után hasonlítsd össze! Tapasztalat Magyarázat A C-vitamin és a Lugol-oldat reakciója során a Lugol-oldat elszíntelenedik. Bizonyos mennyiségű Lugol-oldat hozzáadása után azonban már megmarad a Lugol-oldat barna színe. (Ha esetleg egykét csepp keményítőoldatot is adunk előzetesen a C-vitamin-oldathoz, még jobban láthatjuk a színváltozást, mert a jód kék színreakciót ad a keményítővel már igen kis mennyiségben is.) Az alma barnulása bonyolult folyamat, ennek jó gátlószere a C-vitamin. 31
Tudáspróba 1. Miért tűnik el az első néhány csepp Lugol-oldat színe? 2. Mennyiben lennének eltérőek a tapasztalatok, ha az oldatot feleakkora mennyiségű C-vitamin ból, de ugyanannyi vízzel készítettük volna el? Kapcsoltál? Biológia: Vitaminok Mindennapi tudomány A C-vitamin létfontosságú anyag, amely azonban meglehetősen reakcióképes. Megfigyelhettük a gyümölcsök barnulását gátló hatását, amit a konyhai gyakorlatban ki is használhatunk (tiszta, por alakú C-vitamint is árulnak a patikákban). Szintén gyakorlati jelentősége lehet, hogy a C-vitamin reakcióba képes lépni a jóddal, így a jód okozta barna foltok eltávolítására szolgálhat (pl. sebfertőtlenítés után). 32
15. számú kísérlet Kémia, 7. évfolyam Főzzük vagy ne főzzük? Szükséges eszközök dörzsmozsár, cseppentő, szűrőpapír, üvegtölcsér, mérőhenger, Bunsen-égő, 2 kis főzőpohár, agyagos drótháló Szükséges anyagok C-vitamin-tabletta, híg Lugol-oldat Kísérletleírás 1. Az előző kísérlethez hasonlóan készíts C-vitamin-oldatot. 2. Két főzőpohárba tölts azonos mennyiséget az oldatból. A térfogata 5-10 ml legyen, és ha túl nagy a főzőpohár, desztillált vízzel felhígíthatod, hogy jobban megfigyelhető legyen a későbbi színváltozás. 3. Az egyik főzőpohár tartalmát forrald kb. 10-15 percig, majd csapvíz alatt hűtsd le. 4. Csepegtess a főzőpoharak tartalmához Lugol-oldatot. Számold a cseppeket, amíg a Lugololdat barna színe megmarad. (Ennek észlelését kevés keményítőoldat hozzáadásával megkönnyítheted, ekkor kék színreakció lesz megfigyelhető.) 5. Hasonlítsd össze a forralt és a nem forralt oldatokhoz szükséges Lugol-oldat mennyiségét! Ügyelj rá! Mindenképpen azonos térfogatú C-vitamin-oldatokat vizsgálj! Amikor a Lugol-oldat színe már nehezen tűnik el, minden csepp után keverd meg az oldatot! 33
Tapasztalat Magyarázat Minél kevesebb C-vitamin van az oldatban, annál kevesebb Lugol-oldat kell ahhoz, hogy a színe megmaradjon. Forralás hatására bizonyos mennyiségű C-vitamin elbomlik, ezzel magyarázható a különbség a két, azonos mennyiségű oldat között. Tudáspróba 1. Hogyan befolyásolja a szükséges Lugol-oldat mennyiségét a C-vitamin-oldat mennyisége? 2. Hogyan befolyásolja a szükséges Lugol-oldat mennyiségét a C-vitamin-oldat hígítása? 3. Miért elegendő már kevesebb Lugol-oldat is a felforralt C-vitamin-oldathoz? Kapcsoltál? Biológia: Vitaminok Mindennapi tudomány Érdemes tudni, hogy a C-vitamin hőérzékeny anyag, vagyis melegítés, forralás hatására bomlik. Éppen ezért a magas C-vitamin-tartalmú gyümölcsökből és zöldségekből hőkezeléssel készített ételek, italok C-vitamin-tartalma alacsonyabb, mint a nyers növényé. 34
16. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Lehet-e kék a vörös lilakáposzta? Szükséges eszközök 2 főzőpohár, Bunsen-égő, kés, cseppentő, 7 kémcső, vas háromláb agyagos dróthálóval, vegyszeres kanál, kémcsőállvány Szükséges anyagok lilakáposzta, 10%-os ecet, 0,1 M sósav, NaHCO 3, Na 2 CO 3, desztillált víz, nátrium-acetát, 0,1 M NaOH-oldat Kísérletleírás 1. Vágd darabokra a lilakáposztát. 2. Tedd főzőpohárba, önts rá etil-alkoholt, hagyd állni pár percig, amíg a színanyagok kioldódnak. Az oldat tisztáját fogod majd felhasználni. 3. A sósavból, az ecetből és a nátrium-hidroxid-oldatból önts 5-5 cm 3 -t kémcsövekbe. 4. A nátrium-hidrogén-karbonátból és a nátrium-karbonátból kémcsövekben készíts oldatot: fél-fél vegyszeres kanálnyi mennyiséget oldj fel 5-5 cm 3 desztillált vízben. 5. Egy hatodik kémcsőbe önts 5 cm 3 ecetet, majd adj hozzá fél vegyszeres kanálnyi nátriumacetátot. 6. Határozd meg az egyes oldatok ph-ját univerzális indikátorpapírral! 7. Növekvő ph szerint rendezd a kémcsöveket a kémcsőállványon. 8. Mindegyik kémcsőbe cseppents az alkoholos káposztakivonatból annyit, hogy jól észlelhető legyen a színe. 35
Ügyelj rá! Várd meg, amíg az etil-alkohol kioldja a színanyagok nagy részét, vagyis az oldat kellően intenzív lila színű lesz. Tapasztalat Magyarázat A lilakáposzta olyan indikátor tulajdonságú festékanyagokat (antociánokat) tartalmaz, amelyek az oldat ph-jától függően sokféle színárnyalatot vehetnek fel. Tudáspróba 1. A lilakáposztából készült ételek általában vörös színűek. Miért? 2. Milyen kémhatású a nátrium-hidroxid vizes oldata? 3. Hogyan lehetne a vörös színű párolt káposztát kék színűvé varázsolni? 36
Kapcsoltál? Biológia: Növényi festékek Mindennapi tudomány Sok növény tartalmaz indikátor tulajdonságú festékanyagokat. Otthon is ki lehet próbálni különféle színes gyümölcsök és zöldségek levét különböző kémhatású oldatokban (pl. háztartási sósav, ecet, ezek jól felhígított oldatai, csapvíz, szódabikarbóna oldata), hogy megfigyelhessük az esetlegesen megjelenő eltérő színeket. 37
17. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Mire jó a szódabikarbóna? Szükséges eszközök 200 cm 3 -es főzőpohár, vegyszeres kanál, kémcsőállvány, üvegbot Szükséges anyagok 0,2 M sósav, színskála szódabikarbóna, univerzálindikátor-oldat, Kísérletleírás 1. Töltsd meg harmadáig a főzőpoharat sósavval, majd addig csepegtesd hozzá az univerzálindikátor-oldatot, amíg a színe jól látható lesz. 2. Tegyél bele egy kanálka szódabikarbónát. 3. Keverd meg üvegbottal meg az oldatot. 4. A szódabikarbóna folyamatos adagolása (és keverés) után jegyezd fel az indikátor színét! 5. Egy idő után azt tapasztalod, hogy a következő kanál szódabikarbóna hatására az oldat pezsgése abbamarad. 6. Még két-három kanál szódabikarbónát adj az oldathoz. Ügyelj rá! Ügyelj arra, hogy a szódabikarbónából kb. egyforma mennyiségeket adagolj! Nem szabad egyszerre túl sokat beletenni, mert a heves pezsgés miatt kifuthat a pohárból. Tapasztalat Magyarázat Az oldat pezsgését a szódabikarbóna és a sósav között lejátszódó kémiai reakció okozza: NaHCO 3 + HCl NaCl + H 2 O + CO 2 Eközben a hidrogén-klorid mennyisége és koncentrációja csökken, az oldat egyre kevésbé lesz savas, sőt a reakció végén enyhén lúgossá válik, 8 körül stabilizálódik. (Ezen már nem változtat újabb adag szódabikarbóna hozzáadása.) 39
Tudáspróba 1. Milyen kémhatású a sósav? 2. Milyen kémhatású a szódabikarbóna oldata? 3. Honnan tudhatjuk, hogy elfogyott az összes sósav a pohárból? 4. Miért nem veszélyes a szódabikarbóna használata gyomorsavmegkötőként? Kapcsoltál? Biológia: Gyomorsav, gyomorsavtúltengés Mindennapi tudomány A szódabikarbónát savak megkötésére, semlegesítésére használják. Jól ismert anyag a háztartásokban gyomorégés csillapítására, hiszen a gyomorégést a gyomorban termelődő sósav okozza. Találkozhatunk vele laboratóriumokban is, ott a savak okozta sérülések kezelésére használják oldatát. 40
18. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Titrálás Szükséges eszközök kisméretű gömblombik (titráló lombik), büretta, mérőhenger Szükséges anyagok 0,1 M sósav, fenolftalein, 0,1 M NaOH-oldat, metilnarancs, desztillált víz Kísérletleírás 1. A kis gömblombikba (titráló lombikba) mérj ki mérőhengerrel 5 cm 3 sósavat, hígítsd fel kb. 20 cm 3 desztillált vízzel és adj hozzá 4-5 csepp metilnarancsot. 2. Töltsd fel a bürettát a 0 jelig NaOH-oldattal. 3. Kezdd el csepegtetni a NaOH-oldatot a sósavhoz. A kezdetben vörös színű oldat narancssárgán át citromsárgára fog színeződni. Az átcsapás meglehetősen éles, neked a narancssárga átmeneti színt kell megtalálnod. 4. Amikor a becseppentés helyén megjelenő sárga színeződés már nehezen tűnik el, lassítsd az adagolást, és minden csepp után alaposan rázd össze a lombik tartalmát. 5. A narancssárga szín elérésekor szüntesd meg a NaOH-oldat adagolását, és olvasd le a hozzáadott mérőoldat térfogatát! 6. Végezd el a mérést metilnarancs helyett fenolftalein jelenlétében (ebből is 4-5 csepp kell), mindent ugyanúgy végezve, mint az előbb. Most a fenolftalein rózsaszín színének megjelenése fogja jelezni a reakció lejátszódását, a végpont elérését. 41
Ügyelj rá! A víz és a vizes oldatok felszíne üvegedényben nem egyenes, mert a víz nedvesíti az üveget. A homorú felszín legalsó pontját kell mindig a megfelelő jelre beállítani, ill. azt kell leolvasni a bürettán. A végpont közeledtével cseppenként adagold a NaOH-oldatot, nehogy túltitráld! Tapasztalat Magyarázat A nátrium-hidroxid és a hidrogén-klorid végbemenő közömbösítési reakciójának egyenlete: NaOH + HCl NaCl + H 2 O A reakció maradéktalan lejátszódásakor az oldat ph-ja 7, előtte kisebb, utána nagyobb. Pontos számítások megmutatják, hogy a végpont közelében igen kis mennyiségű NaOH-oldat adagolása is jelentős ph-változást okoz, más szóval a ph igen meredeken változik ekkor. Emiatt az indikátorok gyors, jól észlelhető színváltozással jelzik a reakció végpontját. Tudáspróba 1. Mekkora az oldat ph-ja a végpontban? 2. Milyen anyag(ok) van(nak) a titráló lombikban ekkor? 3. A fenolftalein színe rövid ideig már a végpont elérése előtt is megmarad. Miért? Kapcsoltál? Biológia: Testnedvek ph-ja, ph-egyensúly 42
Mindennapi tudomány Ezzel az eljárással meghatározható pl. savak mennyisége egy bizonyos oldatban. A titráláshoz lúgoldatot kell használnunk, a végpontot megfelelően megválasztott indikátorral tudjuk jelezni. Noha több hibalehetőség is van, és ma már jóval pontosabb, gyorsabb műszeres módszerek is rendelkezésünkre állnak, a titrálás bizonyos esetekben még ma is használatos eljárás. 43
19. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Készítsünk pezsgőtablettát! Szükséges eszközök 4 db 100 cm 3 -es főzőpohár, gyújtópálca, gyufa Szükséges anyagok citromsav, mészkőpor Kísérletleírás 1. Egy-egy főzőpohárba tegyél citromsavat, ill. mészkőport. 2. Adj mindkét anyaghoz kevés csapvizet. 3. Egy harmadik főzőpohárba adagolj félkanálnyi mészkőport és egykanálnyi citromsavat. 4. Egy újabb főzőpohárba tegyél az előző fordítottjaként félkanálnyi citromsavat és egykanálnyi mészkőport. 5. A porok összekeverése után önts mindkét főzőpohárba csapvizet (kb. félig töltsd a főzőpoharakat). 6. Amíg pezsgést tapasztalsz, márts égő gyújtópálcát a poharak légterébe. 7. A pezsgés megszűnése után is márts égő gyújtópálcát a poharak légterébe. 8. Hasonlítsd össze a poharakat a reakció lejátszódása után! Ügyelj rá! Ne tölts túl sok vizet a pohárba, a heves gázfejlődés miatt a folyadék esetleg kifuthat! Tapasztalat 45
Magyarázat A citromsav vízben oldódik, a mészkő nem. A két anyag között kémiai reakció megy végbe, ekkor szén-dioxid képződik és kalcium-citrát, amely vízben jól oldódik. A citromsav feleslege esetén az összes mészkő kalcium-citráttá alakul, feloldódik, az oldat kitisztul. A mészkő feleslege esetén nem tud az összes mészkő feloldódni, így az oldat zavaros marad. Mindkét esetben pezsgés jelzi a szén-dioxid fejlődését, amit égő gyújtópálcával mutathatunk ki. A gyújtópálca még azután is elalszik, hogy a pezsgés abbamaradt, hiszen a szén-dioxid nagyobb sűrűségű lévén, mint a levegő megtölti a pohár légterét, onnan csak lassan távozik el. Tudáspróba 1. Milyen gáz képződik a két szilárd anyag reakciójában? 2. Mitől függ, hogy a reakció végén az oldat kitisztul vagy zavaros marad? Kapcsoltál? Biológia: Citromsavciklus Földrajz: Karsztosodás Mindennapi tudomány A pezsgőtablettában legtöbbször kalcium-karbonát és egy vízben oldható sav (pl. citromsav) található. E két anyag között víz hatására kémiai reakció játszódik le. A belőle készült ital fogyasztása lehet egyszerűen élvezeti célú (a keletkező szén-dioxid miatt szénsavas italt kapunk), de kalciumpótlásra vagy más anyagok (pl. hozzáadott vitaminok) bevitelére is alkalmas lehet. 46
20. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Egy meg egy az kettő? Szükséges eszközök 250 ml-es vagy nagyobb mérőhenger, nagyméretű kristályosító csésze, csipesz, filctoll Szükséges anyagok 2 db egyforma pezsgőtabletta, tinta Kísérletleírás 1. A kristályosító csészét félig, a mérőhengert színültig töltsd a színes vízzel. 2. Szájával lefelé állítsd a mérőhengert a csészébe úgy, hogy nem folyik ki belőle víz. 3. Csipesz segítségével tégy egy pezsgőtablettát a mérőhenger alá. 4. A pezsgőtabletta feloldódása után jelöld be a vízszintet a mérőhenger oldalán. 5. Egy újabb pezsgőtablettát helyezz az előzőhöz hasonlóan a henger szája alá, majd a teljes oldódást követően ismét jelöld a vízszintet. 6. Hasonlítsd össze a két gáztérfogatot! Ügyelj rá! A pezsgőtablettát gyors mozdulattal kell a henger alá tenned, mert amint érintkezik a vízzel, azonnal megindul a gázfejlődés. Tapasztalat Magyarázat Az első pezsgőtablettából lényegesen kevesebb gáz keletkezik, mint a másodikból. Pontosabban kevesebb gyűlik össze, hiszen a pezsgőtabletták azonosak voltak, nyilván azonos mennyiségű szén-dioxid keletkezik belőlük. Az a látszólagos ellentmondás magyarázata, hogy az első tablettából fejlődő gáz jelentős része feloldódott a vízben, míg a második esetében ez a hányad elhanyagolható, hiszen a víz előtte telítődött szén-dioxidra nézve. 47
Tudáspróba 1. A mérőhenger kis csőrén miért nem szökik ki szén-dioxid? 2. Miért gyűlik össze egyáltalán valamennyi szén-dioxid-gáz az első tablettából? 3. Telített sóoldatban alig oldódik a szén-dioxid. Mit tapasztalnánk, ha víz helyett telített sóoldatot használnánk? Kapcsoltál? Földrajz: Karsztosodás Fizika: Felhajtóerő Mindennapi tudomány A gázok korlátozott oldódásának gyakorlati következményei és környezetvédelmi vonatkozásai is vannak. Gondoljunk csak a természetes vizek oxigéntartalmára: a vízi szervezetek számára igen fontos a maximálisan feloldódni képes oxigén mennyisége. A szén-dioxid korlátozott oldódásával találkozhatunk a szódavíz készítésekor vagy a szénsavas ásványvizes palack kinyitásakor is. 48
21. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Liftező spagetti Szükséges eszközök 1 l-es főzőpohár, üvegbot Szükséges anyagok spagetti, 20%-os ecet, szódabikarbóna Kísérletleírás 1. A főzőpohárban kb. fél liter vízben oldj fel 4-5 vegyszeres kanálnyi szódabikarbónát. 2. Törd össze a spagettit különböző méretű, de nem túl nagy darabokra, és szórd a szódabikarbóna-oldatba. 3. Adj hozzá kb. 100 ml ecetet. Ügyelj rá! A spagettidarabok között legyenek egész kicsik is, de 3-4 cm-nél hosszabbak már ne! Szükség esetén még több ecetet is önthetsz a pohárba, hogy jól beinduljon a liftezés. Tapasztalat Magyarázat A szódabikarbóna az alábbi egyenlet szerint reagál az ecettel: NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 A szén-dioxid egy része a spagettidarabok felületén képződik, és ott buborékok formájában megtapad. Elegendően sok buborék annyira lecsökkenti a tésztadarab átlagsűrűségét, hogy az a felszínre emelkedhet. Ha ott a gáz eltávozik a felületről, az átlagsűrűség megnő, a spagetti visszaesik a pohár aljára. Ez a folyamat nagyon sokszor megismétlődhet. A kisebb spagettidarabokon hamarabb képződhet elegendő mennyiségű szén-dioxid, így azok intenzívebben mozognak. 49
Tudáspróba 1. Mi a feltétele annak, hogy a spagettidarab a víz tetejére emelkedjen? 2. Helyettesíthetnénk-e a spagettit más szilárd anyaggal? 3. Miért esnek vissza a spagettidarabok egy idő után? Kapcsoltál? Fizika: Felhajtóerő, átlagsűrűség Mindennapi tudomány A hajók is azért maradhatnak a víz tetején, mert egy víznél nagyobb sűrűségű anyag jelentős mennyiségű gázt (levegőt) hordoz, ami csökkenti az átlagsűrűséget. Ez a gáz azonban nem távozik el időről időre a hajóból, így az szerencsére nem liftezik a tengerfenék és a felszín között. 50
22. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Mire jó a sütőpor? Szükséges eszközök kémcső, átfúrt gumidugó, meghajlított üvegcső, 2 db főzőpohár, Bunsen-égő, borszeszégő, vas háromláb agyagos dróthálóval Szükséges anyagok sütőpor, meszes víz Kísérletleírás 1. Melegíts kevés vizet forráspont közelébe. 2. Kémcsőbe tegyél sütőport, adj hozzá hideg vizet, majd gyorsan dugaszold be gumidugóval, amelybe meghajlított üvegcsövet helyeztél. Az üvegcső vége meszes vízbe érjen. 3. Ismételd meg a kísérletet forró vízzel. 4. Ismételd meg a kísérletet víz nélkül, de borszeszégővel enyhén melegítve a sütőport. Ügyelj rá! Főleg a forró víz esetén számíts arra, hogy a gázfejlődés gyors és heves lesz. Tapasztalat Magyarázat A sütőporban két fontos összetevő van: nátrium-hidrogén-karbonát és egy sav. E két anyag között kémiai reakció mehet végbe víz vagy melegítés hatására. Mindkét esetben szén-dioxid képződik, amit a meszes víz megzavarosodása jelez is, ugyanis kalcium-karbonát képződik, ami csapadékként kiválik az oldatból: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O 51
Tudáspróba 1. Hogyan függ a gázfejlődés sebessége a hozzáadott víz hőmérsékletétől? 2. Mi a nátrium-hidrogén-karbonát hétköznapi neve? Kapcsoltál? Technika, életvitel és gyakorlat: Sütés Mindennapi tudomány A sütőpor jól ismert adalékanyag a sütőiparban és a háztartásokban egyaránt. A belőle keletkező gáz levegőssé, könnyűvé teszi a tésztát. Bizonyos típusú sütőporok víz jelenlétében már szobahőmérsékleten működésbe lépnek (mint pl. a vizsgált sütőpor is), más összetételűek azonban csak magasabb hőmérsékleten, a sütés során fejlesztenek gázt. 52
23. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Mit tegyünk a kelt tésztába? Szükséges eszközök 4 db nagy kémcső, 4 db főzőpohár, Bunsen-égő, kémcsőállvány 4 db átfúrt gumidugó, 4 db meghajlított üvegcső, vas háromláb agyagos dróthálóval, Szükséges anyagok sütőélesztő, szőlőcukor, tejcukor, xilit, meszes víz répacukor (kristálycukor), Kísérletleírás 1. Készítsd elő a meszes vizet egy kis főzőpohárban. 2. A kémcsőben keverj össze kb. 5 g élesztőt, 5 ml testhőmérsékletűre melegített vizet és egy vegyszeres kanálnyi szőlőcukrot. 3. Állítsd össze a képen látható egyszerű berendezést. 4. Figyeld meg a változásokat mind a kémcsőben, mind a meszes vizet tartalmazó főző pohár ban! 5. Járj el ugyanígy a másik három anyaggal is. Ügyelj rá! Ha a víz túl hideg vagy túl meleg, nagyon lassúak lesznek a változások, az ideális a 35-40 fokos víz. 53
Tapasztalat Magyarázat Az élesztő (pontosabban a benne található mikroorganizmusok) tartalmaznak olyan enzimet, amely katalizálja bizonyos cukorféleségek alkoholos erjedését, amely folyamat során szén-dioxid képződik, ezt a meszes vízzel kimutathatjuk. Az enzim optimális működéséhez testhőmérséklet körül kell lennie a hőmérsékletnek. A szőlőcukor és a répacukor erjed, a tejcukor és a xilit nem. Tudáspróba 1. A meszes víz megzavarosodásán kívül mi utal még az erjedés megindulására? 2. Miért nem célszerű hideg vagy nagyon meleg vizet használni? Kapcsoltál? Biológia: Erjedés Mindennapi tudomány Amikor tésztát kelesztünk, élesztőt és általában répacukrot használunk. Ha tej is kerül a tésztába, ne számítsunk arra, hogy a benne lévő tejcukorból elegendő szén-dioxid képződik, a tejcukor ugyanis nem erjeszthető a sütőélesztővel. Ugyancsak kudarchoz vezet, ha xilitet (nyírfacukrot) használunk répacukor helyett. Szőlőcukorral viszont ragyogóan sikerül a kelt tészta. 54
24. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Mi a majonéz? Szükséges eszközök kristályosító csésze, üvegbot, főzőpohár, kémcsőállvány kémcső, gumidugóval, Szükséges anyagok étolaj, víz tojássárgája, Kísérletleírás 1. A vízzel kb. félig megtöltött kristályosító csészébe önts étolajat. 2. A víz felszínén képződött olajfoltot üvegbottal darabold fel kisebb foltokká. Figyeld meg, mi történik ezután! 3. 2 csepp tojássárgáját és 5 ml étolajat nagyon erősen rázz össze egy gumidugóval lezárt kémcsőben. 4. Az első két pontban leírtakat végezd el a tojássárgájával elkevert étolajjal is. 5. Egy kémcsőben rázz össze 2-2 ml vizet és étolajat. Állás közben figyeld a változást! 6. Pár perc elteltével adj a keverékhez egy csepp tojássárgáját, és újra intenzíven rázd össze. 7. Hasonlítsd össze a két kísérletben tapasztaltakat! Ügyelj rá! A tojássárgáját mindkét esetben csak intenzív keveréssel, ill. rázással tudod az étolajjal elegyíteni. Tapasztalat Magyarázat Mivel a víz molekulái dipólusak, az olaj molekulái pedig apolárisak, a két folyadék nem elegyedik egymással, sőt a közöttük kialakuló határfelületet igyekeznek minimálisra csökkenteni. Ezért lesz végül egyetlen nagy olajcsepp a víz felszínén, ill. ezért válik szét az összerázáskor homogénnek tetsző keverék. 55
Ha tojássárgáját is tartalmaz a rendszer, más lesz a helyzet. A tojássárgájában található egy lecitin nevű anyag, amelynek molekulái különös tulajdonsággal bírnak: poláris és apoláris részük is van. Ezért a lecitinmolekulák poláris részükkel a vízben, apoláris részükkel az olajban helyezkednek el, létrehozva egy réteget a víz-olaj határfelületen. Ezzel a kis olajcseppek is stabilizálódnak, vagyis az erős rázás vagy más mechanikai hatás miatt kialakuló mikroszkopikus méretű olajcseppek nem állnak össze nagyobbakká. A keletkező folyadékkeveréket emulziónak nevezik, a lecitint pedig emulgeálószernek. Tudáspróba 1. Miben különlegesek a lecitin molekulái? 2. Emulgeálószer nélkül miért nem stabilak az emulziók? 3. Lehetne-e vízből és vörösborból is emulziót készíteni? Miért? Kapcsoltál? Biológia: Zsírok emésztése Mindennapi tudomány Ha citromlével elkevert tojássárgájához vékony sugárban, lassan, erőteljes keverés közben naprafor gó ola jat öntünk, majd sóval és borssal ízesítjük, majonézt kapunk. A majonéz is emulzió, a tojássárgája lecitinje az emulgeálószer. 56
25. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Víz és olaj együtt: a margarin Szükséges eszközök 250 ml-es főzőpohár, 3 kémcső, kémcsőállvány, Bunsen-égő, üvegbotok vagy műanyag pálcikák, vas háromláb agyagos dróthálóval Szükséges anyagok sütőmargarin (80%-os zsírtartalom), hagyományos margarin, csökkentett zsírtartalmú (light) margarin Kísérletleírás 1. Készíts vízfürdőt: a főzőpohárban melegíts forrásig 100-150 ml vizet. 2. Három kémcsőbe tegyél kb. azonos tömegű margarint. Ha előzetesen megmelegíted kissé a kémcső száját, sokkal könnyebben belecsusszannak a margarindarabok. 3. A vízfürdőben olvaszd meg a három margarinmintát. Figyeld meg, hogy az olvadáson kívül mi történik még! 4. Amikor már nem észlelsz további változást, csapvíz alatt óvatosan hűtsd le a vízfürdőből kiemelt kémcsöveket. Ügyelj rá! A forró vízben tartott kémcsövek hamar átmelegednek, óvatosan bánj velük, megelőzendő az égési sérüléseket! Tapasztalat 57
Magyarázat A margarin két fő összetevője a növényi olaj és a víz. Emulgeálószer segítségével stabil emulziót képeznek belőlük a gyártás során, ami azonban magasabb hőmérsékleten szétválik. Az egyes margarinok csak a vizes és az olajos fázis arányában különböznek egymástól. Nyilvánvalóan a legkisebb energiatartalmú, ún. light margarin tartalmazza a legkevesebb olajat. A lehűtött kémcsövekben a növényi olaj nagyobb része megszilárdul, kisebb része azonban folyékony marad, mutatva, hogy kémiailag nem egységes anyagról van szó. Tudáspróba 1. Honnan ismerhető fel a light margarin? 2. Melyik fázis helyezkedik el felül? Miért? Kapcsoltál? Biológia: Emulgeálás, zsírok emésztése Mindennapi tudomány A vaj pótlására kitalált margarint mindenki ismeri. Ebben a kísérletben, amit otthon is könnyen kivitelezhetünk, megismerhetünk néhány fontos tényt a margarin összetételével és kémiájával kapcsolatban. 58
26. számú kísérlet Kémia, 8. évfolyam Mivel érdemes ablakot tisztítani? Szükséges eszközök üveglap, törlőruha, mérőhenger, 5 főzőpohár Szükséges anyagok etanol, víz, étolaj ammóniaoldat, Kísérletleírás Ötféle összetételű oldat tisztító hatását fogod összehasonlítani. Úgy járj el, hogy egy üveglapot néhány csepp étolajjal kenj be, majd a vizsgálandó folyadékkeverékkel (törlőrongy segítségével) próbáld megtisztítani. A B C D E Víz 50 cm 3 25 cm 3 25 cm 3 40 cm 3 Alkohol 20 cm 3 25 cm 3 40 cm 3 Ammóniaoldat 5 cm 3 10 cm 3 10 cm 3 Ügyelj rá! Csak akkor lesz sikeres az összehasonlítás, ha mindig azonos olajmennyiséget viszel fel az üveglapra. Az üveglap törékeny, pereme éles, óvatosan bánj vele! 59
Tapasztalat Magyarázat A víz alkalmatlan az olaj eltávolítására, hiszen nem elegyedik vele. Az alkohol viszont igen, így az jó oldószere az olajnak, sőt a vízénél alacsonyabb forráspontja miatt a száradást is gyorsítja, míg az ammónia a lúgos kémhatásával később tanulandó okból járul hozzá a hatékonyabb tisztításhoz. Tudáspróba 1. Melyek az etil-alkohol alkalmazásának előnyei? 2. A kereskedelmi forgalomban milyen hátránya lehet az ammóniaoldat alkalmazásának? Kapcsoltál? Technika, életvitel és gyakorlat: Tisztítás, mosás Mindennapi tudomány Mindennapjainkban a legtöbbször felmerülő tisztítási probléma az apoláris szennyeződések eltávolítása, hiszen a víz erre alkalmatlan. Ebben a kísérletben tudományos igénnyel kerestük a választ arra a kérdésre, hogy a megadott összetevőkből hogyan lehet a leghatékonyabb tisztítószert összeállítani. 60