Fordampning af alkoholer: hvor koldt bliver det?
Når man får sprit på hånden, føles det koldt. Det skyldes, at væsken fordamper og tager energi med fra omgivelserne. Eleverne pakker spidsen af to temperatursensorer ind i papir, dypper dem i hver sin alkohol og logger, hvor meget og hvor hurtigt temperaturen falder. Forskellen mellem alkoholerne fører direkte til en snak om molekylernes størrelse og kræfterne mellem dem.
Hvordan ændrer temperaturen sig, når forskellige alkoholer fordamper, og hvad betyder molekylets størrelse for, hvor flygtigt stoffet er?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Temperatursensor, trådløs (PASCO PS-3201) | PS-3201 | 2 pr. gruppe |
| Ethanol 93 %, denatureret (500 ml) | 808900 | Ethanol, ca. 10 ml pr. gruppe |
| Propan-1-ol p.a. (1 liter) | 822100 | Propan-1-ol, ca. 10 ml pr. gruppe |
| Propan-2-ol (1 liter) | 822200-4 | Propan-2-ol, ca. 10 ml pr. gruppe |
| Butan-1-ol (250 ml) | 804700-2 | Butan-1-ol, ca. 10 ml pr. gruppe |
| Pentan-1-ol (1 liter) | 820600-4 | Pentan-1-ol, ca. 10 ml pr. gruppe (valgfri) |
| Bægerglas 50 ml (12 stk.) | 100000 | 4-5 pr. gruppe |
| Stativfod A-fod med stang | 000110 | 1 pr. gruppe |
| Stativklemme m. muffe | 001032 | 2 pr. gruppe |
| Nitrilhandsker, Medium (100 stk.) | 902211 | Til læreren og eleverne |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
Andet udstyr: køkkenrulle eller lommetørklæder af papir; tynd elastik eller tape til at holde papiret fast; tablet eller computer med SPARKvue.
Sikkerhed
Alkoholerne er brandfarlige: ingen åben ild eller varme plader i lokalet. Dampene fra butanol og pentanol lugter kraftigt og kan irritere øjne og luftveje, så arbejd i stinkskab eller i et godt udluftet lokale, og hold mængderne små. Brug beskyttelsesbriller og handsker, og skyl med vand, hvis alkohol kommer i øjnene. Hæld rester i en beholder til organisk affald, ikke i vasken. Læreren skal følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for alkoholerne.
Sådan gør I
- Hæld ca. 10 ml af hver alkohol i hvert sit lille bægerglas, og skriv navnet på glasset.
- Klip to ens stykker papir på ca. 2 × 4 cm. Rul et stykke om spidsen af hver temperatursensor, og hold det fast med en tynd elastik.
- Sæt sensorerne i stativet, så spidserne hænger frit i luften. Tænd dem, forbind dem til SPARKvue, og vælg en graf med begge temperaturer.
- Start målingen, og vent ca. 20 sekunder, så I kan se starttemperaturen.
- Dyp den ene sensor i ethanol og den anden i butan-1-ol i ca. 10 sekunder. Tag dem op, og lad dem hænge frit igen uden at røre noget.
- Stop målingen, når begge temperaturer er begyndt at stige igen. Aflæs den laveste temperatur for hver alkohol med statistikværktøjet.
- Skift papiret, og gentag med de andre alkoholer. Skriv alkoholens navn, antal C-atomer og temperaturfaldet i skemaet.
Med PASCO-sensor
Med to trådløse temperatursensorer (PS-3201) kan to alkoholer sammenlignes i samme graf og under samme betingelser. I SPARKvue finder statistikværktøjet minimum og ændring direkte, og hældningen i starten af faldet viser, hvor hurtigt alkoholen fordamper.
Hvad sker der?
For at et molekyle kan forlade væsken, skal det have energi nok til at bryde de kræfter, der holder det fast til de andre molekyler. Energien tages fra omgivelserne, her papiret og sensorens spids, som derfor bliver koldere.
Alle alkoholer har en OH-gruppe, der kan danne hydrogenbindinger. Jo længere carbonkæden er, jo stærkere bliver London-kræfterne mellem molekylerne. Store molekyler som butanol og pentanol sidder derfor fastere og fordamper langsomt. Temperaturen falder kun lidt, men holder sig nede længe.
Ethanol og propan-2-ol er små molekyler og meget flygtige. De fordamper hurtigt, og temperaturen falder flere grader på kort tid. Propan-2-ol er ofte lidt mere flygtig end propan-1-ol, selvom de har samme antal atomer, fordi den forgrenede form giver mindre kontaktflade mellem molekylerne.
Spørgsmål til eftertanke
- Hvilken alkohol gav det største temperaturfald, og hvilken gav det mindste?
- Hvordan hænger temperaturfaldet sammen med antallet af C-atomer?
- Hvorfor stiger temperaturen igen til sidst?
- Hvad kan påvirke resultatet: mængden af papir, hvor længe sensoren var dyppet, eller temperaturen i lokalet?
- Hvorfor føles det koldt at få håndsprit på hænderne?
Til læreren
Ethanol og propan-2-ol giver typisk et fald på flere grader, mens butan-1-ol og pentan-1-ol kun giver en til to grader. Det er vigtigt, at papiret er ens på de to sensorer, og at sensorerne ikke rører hinanden eller stativet.
I 8.-9. klasse kan forsøget bruges til at tale om, at stoffer er opbygget af molekyler, og at store molekyler hænger bedre sammen. I gymnasiet kan eleverne koble resultaterne til kogepunkter og intermolekylære kræfter og forudsige rækkefølgen, før de måler.
Hexanol kan bruges som ekstra alkohol, hvis skolen har det. Brug kun små mængder, og lad eleverne arbejde ved stinkskab eller åbent vindue.
Vejledningen er udarbejdet af LabDidakt. Læreren skal altid selv vurdere sikkerheden ved forsøget i sin klasse og følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladene for de kemikalier, der bruges.
