Metaller

Forsøg #25
Vis hvilke egenskaber metaller har.

Materialer:
- æske med stænger af forskellige materialer (jern, messing, bly, kobber, aluminium, glas, gummi og plastik)
- sandpapir
- strømforsyning
- pære
- ledninger
- krokodillenæb
- porcelænsskål
- trefod
- gasbrænder
- tændstikker

Forsøgsdesign:
I dette forsøg skal vi undersøge forskellen mellem metaller og ikke-metaller.
Hvilke materialer har metalglans, er elektriskledende og gode varme ledere?

Metalglans:
Du vil næsten ikke være i tvivl når du står overfor et metal, grundet dets udseende. Metaller skinner. Nogle gange, hvis der fx er rust på metallet, vil man ikke kunne se glansen, men det kræver ikke andet end lige at slibe med sandpapir, for at få metalglansen frem igen.

Derfor startede jeg med lige at slibe lidt af stængerne med sandpapir.
De materialer som blev blanke er metaller.

Elektrisk ledningsevne:
For at finde ud af hvilke materialer der var metaller, forbandt jeg en pære, til en strømforsyning med jævnstrøm, som vist på nedenstående billede.

På billedet er det elektriske kredsløb forbundet med en blystang. Jeg testede alle stænger, for at se hvilke der havde elektrisk ledningsevne. Hvis pæren lyste var materialet elektrisk ledende, og derfor et metal.

Varmeledende:
For at tjekke om materialet er en god varmeleder, holdes den ene ende af stængerne ned i en porcelænsskål med kogende vand.
Man kan hurtigt mærke om stoffet er en god eller dårlig varmeleder. Hvis det er en god varmeleder, er det et metal.

Resultat:

Hvilke stoffer har metalglans, og er derfor metaller?

Stof	Har metalglans	Har ikke metalglans
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Hvilke stoffer er elektrisk ledende, og er derfor metaller?

Stof	Kan lede elektrisk strøm	Kan ikke lede elektrisk strøm
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Hvilke stoffer er gode varme ledere, og er derfor metaller?

Stof	God varmeleder	Dårlig varmeleder
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Det er helt tydeligt at se hvilke stoffer der er metaller, hvis man kender metallers egenskaber og ved hvad der kendetegner dem. 

Konklusion:

"Fælles for metaller er fire egenskaber: De er strømledende, de er gode varmeledere, de har metalglans og de er formbare, seje og hårde. Egenskaberne er et resultat af den måde, hvormed metallers atomer forbinder sig, nemlig metalbindingen. Metaller har en tendens til at afgive elektroner, hvorved de bliver positive ioner – de er elektropositive. De frie elektroner, der er afgivet, danner en omkringliggende elektronsky, som holder metalionerne sammen i et metalgitter. Gitteret giver et metal dets glans, mens de frie elektroner muliggør strøm- og varmeledningen gennem stoffet." Fra Wikipedia.dk

syrer, baser og salte

Forsøg #24
Neutralisation af saltsyre og natrium-hydroxid

Dette forsøg har jeg ikke selv lavet, derfor er billederne taget fra nogle af mine klassekammeraters blog: jsafysikkemi.blogspot.dk

Materialer:

- 2 bægerglas

- Cylinderglas

- 2 plastsprøjter 10 mL 

- Glasspatel

- Tragt

- Porcelænskål

- Trefod m. keramiknet

- Gasbrænder

- Filtrerpapir

- PH-papir

- Fortyndet saltsyre HCl

- Fortyndet natriumhydroxid NaOH

- BTB-indikator

Forsøgsdesign:

Placer 2 bægerglas og et cylinderglas på et stykke køkkenrulle (cylinderglasset i midten). 

Hæld ca. 50 ml fortyndet saltsyre, HCL, i det ene bærgerglas, og ca. 50 ml fortyndet natriumhydroxid i det andet. 

Hæld også lidt BTB-indikator i hvert bægerglas for at kunne kende forskel. 

Hæld derefter 10 mL saltsyre (syre) og 10 mL natriumhydroxid (base) og BTB-indikator i cylinderglasset. Skift mellem at hælde nogle dråber syre og base i, så du tilsidst får en neutral væske med en pH-værdi på 7. 

Når opløsningen er neutraliseret, skal BTB-indikatoren fjernes.

Hæld væsken i en ren porcelænsskål og kog så vandet fra. 

Resultat:
Efter at væsken er kogt fra, vil der tilbage i skålen ligge køkkensaltet NaCl, man kan derfor godt smage på det.

Konklusion:
Man kan gøre syrer og baser ufarlige og neutrale ved at blande dem sammen, så de neutraliserer hinanden.

Der dannes vand og saltet natrium-clorid, når saltsyre og natrium-hydroxid neutraliserer hinanden.

Syreionen H+ er gået sammen med baseionen OH- og har dannet vand, H2O. 

Hvis der er blevet "tilsat" lige mange syre- og baseioner vil væsken være blevet neutral. 

Syrerestionen Cl- er gået sammen med Na+ og har dannet saltet NaCl.

HCl + NaOH -> H2O + NaCl 

syrer, baser og salte

Forsøg #23

Lav en base. 

Brug kalkvand som C02 indikator. 

Materialer:

- calcium pulver

- 2 reagensglas

- glasplade

- tændstikker

- tragt

- filtrérpapir

- lige glasrør

- indikator-papir 

Forsøgsdesign:
Først fyldte jeg den ene reagensglas 1/3 op. Derefter tilsatte jeg calciumpulveret og rørte rundt med glasspatelen så det blev opløst. I det andet rene reagensglas satte jeg en tragt med et filtrerpapir i, og hældte væsken over i, for at filtrere calcium pulveret fra.

Jeg testede væskens pH-værdi på et stykke indikatorpapir

Derefter pustede jeg forsigtigt i væsken som vist på nedenstående video.

Resultat:Før var væsken gennemsigtig, efter jeg pustede i den, blev den uklar og hvid. Væsken blev også basisk (højre pH-papir) hvor den før var neutral (venstre pH-papir). Væskens pH-værdi gik fra ca. 7 til ca. 11.           Konklusion: Når metal kommer ned i væsken, bliver hydrogen-ionerne (syre-ionerne) frigivet, og der kommer et overtal af hydroxid-ioner (base-ionerne).                       Derfor vil væsken efter kort tid blive til en stærk base.     Væsken bliver hvid fordi der er fri kalk der flyder rundt i vandet. Kalkvand som CO2 indikator fungere altså ved, at væsken går fra at være klar til at være hvid hvis der er CO2 til stede - hvilket der kom i dette forsøg, da jeg pustede i væsken. Når calcium går på ion-form afgiver den to elektroner, og får derfor to positive ladninger. De to elektroner går sammen med to hydrogen-ioner, der er til stede i vandet, og danner frit hydrogen, som er det der bliver frigivet, og væsken derfor bliver til en base.Calcium-ionerne går sammen med to hydroxid-ioner og danner kalkvand. 

syre + metal -> salt + hydrogen

Syrer, baser og salte

Forsøg #22
Fjern hydrogen fra saltsyre, ved at lade det reagere med magnesium.

Materialer:

- Gasbrænder
- Trefod
- Saltsyre HCl, 2 M
- Magnesiumstrimmel
- Tændstikker
- Glasspatel
- Reagensglas-stativ
- Tragt
- Filtrér papir
- Jumbo-reagensglas
- 10 ml måleglas
- Glasplade

Forsøgsdesign og resultat:
Jeg startede med at hælde 10 ml saltsyre, HCl i et jumboreagensglas. Jeg valgte et jumboreagensglas i stedet for et normalt, for at effekten af forsøget blev større, altså at der skete mere.
Derefter kom jeg ca. 10 cm af magnesium strimlen, som er meget reaktionsvilligt, ned i reagensglasset til syren. Når man gør dette bobler et hydrogenmolekyle op som frit hydrogen.
Derfor sætter man glasplade over, og tænder for udsugningen, så det ikke damper ud i lokalet.
For at teste at det rent faktisk er brint der er dannet, prøver vi at løfte glaspladen og antænde luftarten.
Dette ses i nedenstående video.

Når magnesium stykket er opløst hældes opløsningen over i en porcelænsskål. Derefter kommer man lidt mere magnesium i, for at få processen til at gå hurtigere. Nu skal vi nemlig for syren til at blive neutral.
Efterhånden som hydrogen-ionerne forsvinder, bliver opløsningen mere og mere neutral.
Jeg tester jævnligt syrens PH-værdi. I det sekund hvor den ikke længere kan farve indikator papiret rødt, altså når dens PH-værdi er 7, skal den hældes gennem en tragt og et filterpapir (som er klargjort i forvejen)  ned i det godt rengjorte reagensglas. Hvis man ikke havde filtreret magnesium stykkerne fra, ville blandingen efterhånden blive basisk.

Porcelænsskålen skylles grundigt, og derefter skal den filterede væske hældes tilbage i skålen. Jeg kontrollerer lige en ekstra gang, at væsken faktisk er neutral.

Nu bringes væsken i kog indtil alt vandet er fordampet. Gasflammen slukkes i samme øjeblik som skålen er kogt tør.
Tilbage i skålen ligger noget der ligner alm. køkkensalt, NaCl, men det er det naturligvis ikke.
Det er selvfølgelig magnesiumchlorid, MgCl2, der er tilbage i skålen.

Konklusion:
Da saltsyren er en vandig opløsning, er der hydrogen-ioner og chlorid-ioner, og når man så tilsætter magnesium sker der en reaktion: Syre + metal -> hydrogen + salt.
Mg -> Mg++ + 2e-
2H+ + 2e- -> H2
Der bliver altså dannet et frit hydrogenmolekyle, som er det der bobler op, og som vi kan sætte ild til.
Hvis det bare er hyrogen-ioner vil det bare være opløst i væsken, så først når det bliver til et hyddrogenmolekyle, altså frit hydrogen, bobler det op.

Man kan altså fjerne hydrogen fra en syre, og dermed gøre den neutral, ved at lade den reagere med metal.

Klik her, for at se en video der beskriver dette.

Syrer og baser

Forsøg #21
Undersøg om udvalgte stoffer fra din hverdag er syrer, baser eller neutrale 

Materialer:
- NaCl (alm. køkkensalt)
- Lagereddike
- Gips
- Solsikkeolie
- Opvaskemiddel
- Salpetersyre
- NaOh
- Opvasketablet

- PH-papir
- Glasspatel
- Filterpapir
- alm. vand fra hanen

Forsøgsdesign:

Jeg rev små stykker PH-papir stykker af, og lagde dem på filterpapiret som vist på billedet.
Derefter skulle jeg teste de viste stoffers ph-værdi på papiret. De stoffer der ikke var flydende, skulle først lige opløses i vand og derefter testes.
Jeg tjekkede stoffernes PH-værdi, ved at dyppe en glasspatel i det flydende stof. Derefter satte jeg en lille prik på det PH-papir ud for det valgte stofs navn.

Resultat:
Resultatet kan både ses på billedet til højre, og på nedenstående skema.

Stof:	PH-værdi:	Syre, base eller neutral
NaCl (alm. Køkkensalt)	7	Neutral
Lagereddike	3	Syre
Gips	7	Neutral
Solsikke olie	4	Syre
Opvaskemiddel	6	Meget svag base
Salpetersyre	1	Syre
NaOh	11	Base
Opvasketablet	9	Base

Konklusion:

Stofferne blev målt til både neutrale (PH = 7), stærke og svage syrer eller baser.

Nogle af stoffernes PH-værdi blev jeg lidt overrasket over. Specielt opvasketabletten hvis PH-værdi er helt oppe på 9, og derfor en rimelig kraftig base. 

Jeg vidste slet ikke at et stof som dette, som er et rengøringsmiddel vi bruger i hverdagen, var så basisk. 

Tilgengæld var det flydende opvaskemiddels PH-værdi på 6, hvilket nærmest er neutralt. 

Begge stoffer er jo opvaskemidler, man bruger til rengøring af fødevarer, og derfor synes jeg, det er mærkeligt, at der er så stor forskel på deres PH-værdi. 

Jeg tænker at grunden til dette er, at det flydende opvaskemiddel jo er et, vi kan få på hænderne, når vi vasker op, og derfor ville det ikke være så godt, hvis det ikke var neutralt.

Hvor imod opvasketabletten ikke er en, vi får direkte på hænderne. 

Transformation og el-transport

Forsøg #20
Hvorfor transformerer man spændingen op når man skal transportere elektricitet over store afstande?

Materialer:
- 1 strømforsyning
- 2 pærer på 6V
- 2 Jernkerner
- 2 spoler med 200 vindinger
- 4 spoler med 1600 vindinger
- 10 ledninger

Forsøgsdesign:
Forsøget går ud på at få en pære der ligger langt væk, til at lyse ligeså kraftigt som en pære der ligger tæt på. Dette gøres ved hjælp af en transformer.
Jeg startede med bare at få en enkelt pære til at lyse. Jeg forbandt den via 2 ledninger til vekselstrøm.
Strømforsyningen symboliserer kraftværket, og pæren en nærtliggende husstand. (Se billedet nedenunder)

Derefter skulle jeg få en pære (husstand) der ligger langt væk, til at lyse ligeså kraftigt.
Udover den pære jeg allerede havde i opstillingen, koblede jeg en ekstra til strømforsyningen. Denne var dog bare forbundet med 2 spoler med 1600 vindinger, som skulle symbolisere de lange ledninger vi har i virkeligheden.
Som man kan se på billedet nedenunder lyser pæren "langt væk" ikke ligeså kraftigt.

Det skal jo helst være sådan at begge pærer lyser lige kraftigt. Altså at alle husstande, ligemeget hvor de ligger, får lige meget strøm.
Det kan lade sig gøre pga. transformere.

Jeg lavede en opstilling hvor jeg tilkoblede 2 transformere på hver side af "den lange afstand" (spolen). Transformeren tættest på strømforsyningen (kraftværket) transformere spændingen op, og derfor strømstyrken ned, så elektronerne kan komme i gennem de lange ledninger uden problemer.
Transformeren tættest på pæren (husstanden) transformere spændingen ned igen, og derfor strømstyrken op.

Billedet herunder viser opstillingen.

Resultat og konklusion:

I den sidste opstilling lykkedes det, at få pæren længst væk til at lyse ligeså kraftigt som pæren tættest på. 

Dette kan kun ske ved hjælp af transformerene. 

Når en transformer transformere spændingen op, bliver strømstyrken samtidig transformeret ned. 

Det betyder at der vil ikke løbe ligeså mange elektroner gennem ledningerne, men effekten der kommer ud til sidst vil stadig være den samme pga. at spændingen er højere. 

Det kan være rigtig smart når man skal transportere strøm over lange afstande. Og det er også det man gør i virkeligheden. I højspændingsledninger, som navnet også antyder. 

Hvis man ikke transformerede spændingen op, ville strømstyrken jo være høj. Det ville give en masse problemer, da så mange elektroner har svært ved at komme igennem lange og tynde ledninger, uden at det medfører varme, og derfor energitab. 

Jeg har derfor nu fået en forståelse for hvor smarte transformere er, og at vi ikke kunne undvære dem. 

Transformation

Forsøg #19 
Transformer spændingen med en transformer.

Materialer:
- 2 spoler med 200 vindinger
- 2 spoler med 400 vindinger
- 2 spoler med 1600 vindinger
- 4 ledninger
- 1 voltmeter
- 1 jernkerne
- 1 strømforsyning

Forsøgs design:
I dette forsøg lavede jeg en transformer. Jeg forbandt forskellige kombinationer, af spoler med 200, 400 og 1600 vindinger, med en jernkerne.
Jeg satte ledninger til en strømforsyning som hele tiden stod på 4V, forbandt den til et voltmeter, som var tilsluttet vores primærspole.
Sekundærspolen var forbundet til et andet voltmeter, så jeg kunne måle spændingen på begge spoler.

Formålet med forsøget var at undersøge om spændingen i sekundærspolen ændre sig, hvis spollernes vindingstal er kombineret forskelligt. 

Resultat:

Vindinger på primærspolen:	Spænding på primærspolen:	Vindinger på sekundærspolen:	Spænding på sekundærspolen:
200	4V	200	4V
200	4V	400	8V
200	4V	1600	30V
400	4V	200	2V
400	4V	400	4V
400	4V	1600	16V
1600	4V	200	0,5V
1600	4V	400	1V
1600	4V	1600	4V

Konklusion:

En transformer kan transformere spændingen enten op eller ned. 

Det er fordi transformerens 2 spoler har 2 forskellige vindingstal. Hvis sekundærspolens vindingstal er dobbelt så stort som primærspolens, vil spændingen også blive transformeret til det dobbelte. 

(Se eksempel i nr. 2 kombination).

Generelt er forholdet mellem primær- og sekunderspolens vindingstal, det samme som forholdet mellem primær- og sekundærspændingen. 

Man kan derfor regne sig frem til spændingen i sekundærspolen hvis man kender begge spolers vindingstal og spændingen i primærspolen.

En gang i mellem kan man få nogle andre resultater end det man har regnet sig frem til.

Fx i kombination nr. 3, hvor voltmeteret viste at sekundærspæningen var 30V. 

Hvis man skulle regne sig frem til det, ville det give 32V. 

Det kan enten skyldes at voltmeteret ikke viste helt præcist, eller fordi der kan være sket et energitab.