Klassisk forsøk med cola og cola light. «Lett» og «light» – hva betyr egentlig det?

En klassiker blant demonstrasjonsforøk er å slippe en boks med cola og en med cola light ned i et kar med vann. Den ene flyter mens den andre synker. Logisk, vil kanskje mange si, at den som heter "light" flyter opp mens den som ikke er light (og dermed "tung"?) synker. Men dersom man slipper en tube med ekte majones og en tube med lettmajones ned i samme kar synker den som er merket "lett" lengre ned enn den ekte ("tunge"?) majonesen. Hvordan kan dette ha seg?

Den første delen av dette forsøket er velkjent, mens utvidelsen med majones er ikke like vanlig å komme over. Denne tilsynelatende kontrasten kan være et godt utgangspunkt til å undervise og reflektere over grunnleggende begreper og kan utfordrer ens bruk av begreper. Hva betyr egentlig "lett" og "light" og "ekte"? Opplegget inneholder også flere elementer, f.eks. spørsmålet om hva skjer med en brusboks når man åpner den. Blir den tyngre, lettere eller er vekten uendret?

Dette var opprinnelig publisert som to blogginnlegg på fooducation.org (innlegg 1, innlegg 2) men er nå blitt til et undervisningsopplegg på norsk og er å finne på naturfag.no/mat. Opplegget er laget av undertegnede i samarbeid med Ingebjørg Ellingsen som er lærer på Eidebakken ungdomsskole i Lyngen. Hun har også prøvet ut dette i undervisningen og opplegget inneholder hennes erfaringer fra gjennomføring i skolen både som demonstrasjonsforsøk og utvidede versjoner som elevforsøk.

Opplegget er tag'et med kompetansemål for naturfag på 7. og 10. trinn naturfag, vg1 naturfag og kjemi 1, men jeg tror at dette vil kunne brukes også andre plasser der man ønsker å formidle/undervise om tetthet, begrepsforståelse og kanskje også den konseptuelle forståelsen av enheter; hva betyr det f.eks. egentlig at en stoff har tetthet på 1 g/ml?

Noen referanser
Svensk versjon av undervisningsopplegget fra nettstedet SkolKemi (Univeristetet i Umeå).

Det er publisert en rekke artikler på temaet tetthet og cola i tidsskriftet Journal of Chemical Education. Noen utvalgte referanser følger nedenfor, artikler i alfabetisk rekkefølge:

Checkai, G. og Whitsett, J. (1986). Densitydemonstration using diet soft drinks. J. Chem. Educ., 63(6), 515.
Henderson, S. K., Fenn, C. A. og Domijan, J. D. (1998). Determination of Sugar Content in Commercial Beverages by Density: A NovelExperiment for General Chemistry Courses. J. Chem. Educ., 75(9), 1122.
Herrick, R. S., Nestor, L. P. og Benedetto, D. A. (1999). Using Data Pooling to Measure the Density of Sodas: An IntroductoryDiscovery Experiment. J. Chem. Educ., 76(10), 1411.
Jacobsen, E. K., Paulson, D. R. og Sanger, M. J. (2008). Soda Can Density and Unexpected Results. J. Chem. Educ., 85(1), 18.
Mitchell, T. (1988). Questions from a can of Pepsi. J. Chem. Educ., 65(12), 1070.
Sanger, M. J. (2006). Whatever Floats (or Sinks) Your Can. J. Chem. Educ., 83(2), 1632A-1632B.
Sanger, M. J. (2011). JCE Classroom Activity #108. Using Archimedes’ Principle To Explain Floating and Sinking Cans. J. Chem. Educ., 88(3), 272-273.
Sanger, M. J., Humphreys, T. C. og LaPorte, M. M. (2009). Using Soda Cans To Teach Physical Science Students about Density. J. Chem. Educ., 86(2), 209-211.

Verdt å vite: Kjemi - 9

Dimetylsulfid
Dette enkle molekylet har en overraskende betydning for vår klode. Det produseres av fytoplankton i det øverste havnivået og av flere typer vannplanter i ferskvann. Molekylet transporteres opp i atmosfæren og leder til økt dannelse av skyer. Således deltar molekylet i regulering av jordas temperatur.

Tvillingtårnenes fall

For ti år siden, 11 september 2001, kollapset tvillingtårnene i New York omtrent en time etter å ha blitt truffet av hvert sitt fly. Det gikk fort - så fort at det har vært spekulasjoner om det var plantet eksplosiver i selve bygningen før flyene traff.

Nå har en norsk metallurg ved Sintef i Oslo, Christian J. Simensen, publisert en rimelig forklaring på hva som skjedde. Den ble offentliggjort i Norge på Schrødingers katt 15. august, men jeg synes fremstillingen i programmet var dårlig. Jeg gjentar derfor Simensens forklaring her.

Simensen påpeker at flyet var laget av aluminium (omtrent 30 tonn) og traff tårnene med en stor mengde flybensin i tankene (minst 10 tonn). Flyet stoppet omtrent midt i hvert tårn omgitt av materiale (gips og armeringsstål) fra vegger og gulv. Dette materialet pakket seg rundt flyet og fungerte som en digel. Bensinen brant og varmet aluminium opp til smeltepunktet som jo ikke er mer enn 660 oC. Smelten rant nedover og traff vann som ble sprøytet ut av sprinkleranlegget som automatisk trådde i funksjon pga av brannen. Vann og aluminium reagerte heftig og ga hydrogengass som blandet med luft ga knallgass som eksploderte og ødela bygningen nedenfor der hvor flyet traff. Dermed sviktet det som holdt bygningen over oppe, og bygningen kolapset. Mange registrerte eksplosjoner like før tårnene falt sammen, og tolket eksplosjonene fra eksplosiver som var plassert i tårnene på forhånd. Simonsens gir en rimelig forklaring på eksplosjonene og overflødiggjør at det sto en konspirasjon bak tårnenes fall.

Alle som har undervist i kjemi vet at det er vanskelig å få over til studentene/elevene at på tross av at aluminium er meget reaktivt  (standard reduksjonspotensiale på -1,66 V) så bruker vi gryter av aluminium og bygger fly av aluminium. Grunnen er det meget tette oksidlaget som hindrer aluminium å reagere videre med oksygen i luften og vann i gryten.  Oksidlaget kan løses ved å dyppe en aluminiumbit i sterk natronlut (NaOH(aq)), og når oksidlaget er løst vil metallet reagere heftig med luten. (Det er det som skjer når man tilsetter fast plumbo til en tett vask.)

I tårnene smeltet aluminiumet, smelten var uten oksidlag, og da det traff vannet fra sprinkleranlegget reagerte metallet, og det ble utviklet hydrogengass. Hydrogengassen reagerte eksplosivt med oksygenet i luften og tårnene styrtet sammen på grunn av vekten av tårnene over der flyene traff.

Figuren (og historien) er hentet fra Christian J. Simensen: Why the World Trade Center collapsed. Aluminium International Today Volum 23 No. 3 - May/June 2011.

Verdt å vite: Kjemi - 8

Radioaktivitet
Noen atomkjerner er ustabile. Dette leder til radioaktivitet av ulike typer: Alfapartikkelstråling, beta-minus- og beta-pluss-stråling, elektroninnfanging, nøytronstråling og gammastråling.
I denne artikkelen beskriver jeg de ulike typene radioaktiviteter.

Seminar for kjemielever på UiB

Forrige tirsdag hadde vi gleden av å ta med oss alle våre 56 kjemi1-elever (minus noen få) til et seminar som kjemisk institutt på UiB arrangerte i forbindelse med kjemiåret.
Vi kunne velge mellom 4 bolker (en eller flere), og valgte å melde våre på de tre siste, siden den første runden innehold foredrag som ikke er relevante for kjemi1. Jeg tenkte at det var greit å ikke overlesse elevene med kjemi de ikke har grunnlag for å forstå så tidlig i året...
Foredragene var alle svært interessante, og mer eller mindre relevante for årets pensum. Alle ga de innsikt i hva man faktisk kan bruke en kjemiutdannelse til, og flere av elevene mine har skrytt av opplegget. De fikk en innholdsrik dag, vekk fra skolen men likevel faglig relevant samtidig som de slapp å tenke at de må bli testet i det de hører.
Først ut var Tore Skodvin, som snakket om nanomaterialer. Han fortalte generelt om hva det er, hvilke strukturer de kan ha, og viste eksempler på bruksområder. Helt til slutt tok han seg også tid til å nevne at helseeffektene av disse materialene enda ikke er kartlagt, slik at vi inntil videre kanskje bør utvise en del forsiktighet.
Skodvin ble etterfulgt av Tanja Barth som hadde fått en utakknemlig jobb å skulle snakke om organisk kjemi - på bare 30 minutter! Det er jo ikke nok til begynnelsen engang... Men hun mestret oppdraget med glans, og ga en grunnleggende innledning før hun trakk tråden videre til sitt forskningsområde: alternative drivstoff basert på lignin fra trevirke.

Etter en effektiv lunsj var det tid for Irene Skaar som snakket om stoff fra sin masteroppgave: fargestoffer og antioksidanter. Hun ga oss en oversikt over hovedgruppene av fargestoffer i naturen før hun siktet seg inn på antocyaner, som er fokus for oppgaven hennes (slik jeg oppfattet det). Nå ble det mer utfordrende for elevene fra kjemi1, siden Skaar også ga en oversikt over kromatografiske metoder og snakket litt om NMR, uten å gå inn på detaljer.
Andre del av denne bolken var det Knut Børve som sto for. Han skulle snakke om vannkjemi, selv om han i følge ham selv ikke jobber med dette i det hele tatt. Dette var kanskje foredraget jeg var mest spent på, for mitt minne av Børve fra UiB kommer fra det desiderst vanskeligste kjemifaget jeg har tatt: anvendt kvantekjemi (beklager, Børve ;) ). Derfor ble jeg imponert over hvor tydelig og enkelt han klarte å gi en skikkelig oversikt over vannets egenskaper og særegenheter! På en halv time dekket han store deler av vannkjemi-kapitlet i pensum, på en forståelig måte. I dette foredraget fikk vi også dagens eneste praktiske innslag: en demonstrasjon av hvordan tilsetning av tørr-is påvirker pH i en vannløsning av NH₃. Det ble en underholdende demonstrasjon, og elevene holdt seg våkne helt uten problemer :)

Siste bolk bød på to vidt forskjellige foredrag. Først snakket Svein Are Mjøs om sitt arbeid med analyse av matvarer, med fokus på uønskede stoffer. Han ga en fin forklaring av kromatografi, jeg plukker med meg noen tips videre der. Til og med MS, som jeg selv har studert, ble forklart forståelig, selv om det nok var flere hakk for avansert for våre elever enda.
På slutten av en lang dag for dem som var med helt fra starten skulle Bjørn Grung si litt om språk og modeller i kjemi. Dagens klart mest engasjerte foredragsholder, med humoristiske innslag og god underholdning. Han rakk til og med littebittegrann om sitt spesialfelt: kjemometri.

Alt i alt en særdeles innholdsrik dag. Glimrende arrangement, knirkefritt gjennomført!

Robert Wilhelm Bunsen

Den berømte kjemiprofessor i Heidelberg, Robert Wilhelm Bunsen, ble født 31. mars 1811 så vi kan feire hans 200-års dag i år. Han er kjent  som oppdager av to grunnstoffer: rubidium og cesium. De oppdaget han sammen med GustavRobert Kirchhoff ved å bruke optisk spektroskopi i 1860-61. De var pionerer i denne metoden som åpnet ikke bare for å bestemme grunnstoffer i prøver fra jorden, men også å bestemme hvilke grunnstoffer som finnes på andre kloder i verdensrommet. At det var de samme grunnstoffer der som her åpnet et svimlende perspektiv for datidens mennesker.
Eldre kjemikere husker Bunsen best for bunsenbrenneren. Det var gassbrenneren på alle kjemilaboratorier i hele verden så lenge man brukt gass fra kull. Den gassen inneholdt omtrent 50 % hydrogengass, men da den gassen ble erstattet med propan eller butan passet ikke bunsenbrenneren lenger.
Bunsen var en inspirerende lærer i perioden han underviste i Heidelberg fra 1854 til 1888 og han hadde flere tusen studenter som kom fra hele Europa og Amerika. Mange tok en doktorgrad som var litt enklere i Heidelberg under Bunsen enn etter hans tid. Studenten leverte ingen avhandling, men måtte bestå en muntlig prøve. Den startet med en oversettelse fra gresk eller latin og endte med en eksaminasjon om moderne kjemi.
Jeg vet om to norske som studerte i Heidelberg i Bunsens tid. Det var Peter Waage (1833-1900) og Frantz Peckel Møller (1834-1901). De var studievenner og dro til Heidelberg etter råd av deres kjemilærer, Adolph Strecker (1822-71). Peter overtok stillingen etter Strecker ved universitetet i Christiania. Frantz overtok Svaneapoteket etter sin far Peter Møller, men ga det fra seg igjen for å gjøre farens medisintran kjent over hele Europa.
Bjørn

Verdt å vite: Kjemi - 7

Biologi og grunnstoffer
I denne artikkelen skal jeg redegjøre for de grunnstoffene som er viktige i biologiske prosesser. Ikke alle grunnstoffene har en slik funksjon. Noen er skadelige (giftige eller radioaktive).

Kjemihistorie - Artikkel 17

Elektronet
I all moderne beskrivelse av kjemi er elektronets egenskaper helt sentrale. Vi vet nå at elektronet er en elementærpartikkel med kjent masse og ladning. Det er også forstått hvordan elektroner er del av atomer og molekyler. Men det ligger en lang historie bak disse kunnskapene. Hele 17 Nobelpriser i kjemi og fysikk er relatert til elektronets oppdagelse og beskrivelse. Dette er historien jeg skal berette i denne artikkelen.

Kjemihistorie - Artikkel 16

Molekyler oppdages

Kjemiens historie er nær knyttet til oppdagelsen av molekyler. I denne artikkelen skal jeg fortelle om de grunnleggende oppdagelsene, og hvilke personer som var pionerer i denne sammenhengen: Black, Priestley, Dalton, Lavoisier, Berzelius, Wöhler, Kolbe, Berthelot, Liebig, Gay-Lussac, Dumas, Hofman, Perkin, van't Hoff, le Ble, Kekule og Strecker.

Sette sammen ioner til formler

I forrige uke gikk vi løs på periodesystemet og begynte på forklaring av elektronkonfigurasjon, denne uken var det ioner og formler for salter som sto på programmet. Det interessante med å undervise er at jeg stadig får spørsmål fra elever stilt på en annen måte enn de jeg har hatt før. Eller elever som har feilforestillinger jeg ikke tidligere har vært borti. Det aner meg at denne tendensen aldri vil stoppe...

Bortsett fra noen som var mest frustrert over å ikke få den komplette elektronkonfigurasjonsmodellen med en gang (orbitalmodellen kommer senere i boken), var hovedproblemet i dag å sette sammen ioner til riktige formler for salter. Så jeg endte opp med to forskjellige forklaringer, den ene noe mer matematisk enn den andre:

Gitt to grunnstoffer, et metall og et ikke-metall, finn riktige ioner og sett dem sammen til et salt.
La oss for eksempel si magnesium og klor.

Det å finne riktig ioneladning ved hjelp av periodesystemet gikk greit etterhvert. Da sitter man med et positivt ion og et negativt ion.

1) Regelen er nå at summen av disse ladningene må bli null. Du trenger derfor like mange positive som negative ladninger. Dersom du har et positivt ion med ladning 2+, og et negativt ion med ladning 1-, trenger du to av det negative for å veie opp for begge de to positive ladningene på det positive ionet.
I eksemplet blir dette: Mg får ladning 2+, Cl får ladning -. Da trenger jeg to ioner av klor for å få 2-, og formelen blir MgCl₂.

2) Elektroner kan ikke svirre rundt på egenhånd. Magnesium gir vekk to elektroner (ikke ett om gangen, to på en gang). Klor kan bare ta opp ett. Da trenger jeg to klor for å ta opp begge elektronene fra magnesium, og formelen for saltet blir MgCl₂.

Så langt, så greit. Den siste utfordringen de fikk var med aluminium og oksygen. Og da ble det straks verre. Rart hvordan det som er helt elementær matematikk blir borte så fort det settes i en annen kontekst ?! For tanken er akkurat den samme som den du bruker for å finne fellesnevner på brøker.

Aluminium gir fra seg 3 elektroner og får ladning 3+.
Oksygen tar opp 2 elektroner og får ladning 2-.
For at dette skal gå opp, alle elektroner få sin plass osv, må jeg altså ha 2 av aluminium og 3 av oksygen. Da gir aluminium fra seg totalt 2*3=6 elektroner, og oksygen tar opp 3*2=6 elektroner, og alle er fornøyde. Formelen blir da Al₂O₃.

Verdt å vite: Kjemi - 6

Tungtvann. Hva er det?
I den forrige artikkelen (Verdt å vite: Kjemi - 5) finner du en beskrivelse av vanlig vann (H₂O) som væske og som is. I denne artikkelen skal jeg forklare hva tungtvann er og hvordan det er forskjellig fra vanlig vann.

Verdt å vite: Kjemi - 5

Livets vann
Om lag to tredeler av jordas overflate består av vann, H2O. Vann er også vanlig i andre deler av solsystemet. Vann har mange helt uvanlige egenskaper som gjør at flytende vann er grunnlag for alt liv vi kjenner. Denne artikkelen handler om vann, - både som væske og fast stoff (is).