Varm eller kold opløsning? Endoterme og eksoterme processer
Når Samarin opløses i vand, bruser det, og vandet bliver koldere. Når calciumchlorid opløses, bliver vandet varmt. Eleverne måler temperaturændringen med en temperatursensor og lærer ordene endoterm og eksoterm. Bagefter bygger de et lille blokprogram i SPARKvue, som selv afgør, om der sker en endoterm eller eksoterm proces, og som tager højde for, at målingerne svinger lidt.
Hvilke stoffer gør vandet koldere, og hvilke gør det varmere, når de opløses, og hvordan kan et program afgøre det ud fra målingerne?
Det skal I bruge
| Vare | Varenr. | Antal og formål |
|---|---|---|
| Temperatursensor, trådløs (PASCO PS-3201) | PS-3201 | 1 pr. gruppe |
| Bægerglas 250 ml (8 stk.) | 100022 | 2 pr. gruppe |
| Måleglas 100 ml (2 stk.) | 103530 | 1 pr. gruppe |
| Calciumchlorid dihydrat, ren (1 kg) | 805550 | Calciumchlorid, ca. 5 g pr. gruppe |
| Ske med spatel | 201110 | 1 pr. gruppe |
| Beskyttelsesbriller, komfort | 910020 | 1 pr. elev |
| Nitrilhandsker, Medium (100 stk.) | 902211 | Til arbejdet med calciumchlorid |
| SPARKvue 5 (gratis download) | 900902 | Gratis app til tablet eller computer |
Andet udstyr: samarin eller Nyco (1 brev pr. gruppe); vand ved stuetemperatur; tablet eller computer med en ny version af SPARKvue (blokprogrammering).
Sikkerhed
Calciumchlorid irriterer øjnene og kan irritere huden: brug beskyttelsesbriller og handsker, og skyl med rigeligt vand, hvis det kommer i øjnene. Opløsningen bliver varm, men ikke farlig, når mængderne holdes som angivet. Samarin bruser kraftigt, så brug et glas, der er stort nok. Smag ikke på noget i laboratoriet. Opløsningerne kan hældes i vasken med rigeligt vand. Læreren skal følge skolens retningslinjer og sikkerhedsdatabladet for calciumchlorid.
Sådan gør I
- Hæld 50 ml vand ved stuetemperatur i et 250 ml bægerglas, og sæt temperatursensoren i.
- Start SPARKvue, vælg Sensordata, forbind sensoren, og vælg en graf. Start målingen, og se, om temperaturen er helt stabil.
- Hæld en teskefuld Samarin i glasset. Iagttag, hvad der sker, og stop målingen, når grafen flader ud. Notér, hvor meget temperaturen faldt.
- Gentag med frisk vand og en teskefuld calciumchlorid. Rør forsigtigt med sensoren, og notér, hvor meget temperaturen steg.
- Blokprogram: Åbn kodning i SPARKvue. Lav en løkke, der læser temperaturen. Gem starttemperaturen i en variabel.
- Tilføj betingelser: hvis temperaturen er mere end 1 °C under starttemperaturen, skal programmet vise "Endoterm". Hvis den er mere end 1 °C over, skal det vise "Eksoterm". Ellers "Ingen ændring". Sæt en lille pause ind i løkken.
- Test programmet med begge stoffer. Vis grafen i venstre side og en tabel med temperatur og programmets besked i højre side.
Med PASCO-sensor
Den trådløse temperatursensor (PS-3201) viser ændringen med det samme, og statistikværktøjet i SPARKvue finder maksimum, minimum og ændringen. Blokprogrammeringen er indbygget i SPARKvue, så eleverne kan bruge sensorens data direkte i deres program og se programmets besked i en tabel ved siden af grafen.
Hvad sker der?
Når et stof opløses eller reagerer, brydes nogle bindinger, og der dannes nye. Det koster energi at bryde bindinger, og der frigives energi, når nye dannes.
I Samarin reagerer natriumhydrogencarbonat med citronsyre, når de kommer i vand, og der dannes CO2, som bruser. Processen optager energi fra vandet, og temperaturen falder. Det kalder vi en endoterm proces.
Når calciumchlorid opløses, bliver ionerne omgivet af vandmolekyler. Det frigiver mere energi, end det koster at skille krystallen ad, så vandet bliver varmere. Det er en eksoterm proces. Programmet bruger en grænse på 1 °C, fordi sensorens målinger svinger et par tiendedele grad op og ned, selv når intet sker.
Spørgsmål til eftertanke
- Hvor meget faldt temperaturen med Samarin, og hvor meget steg den med calciumchlorid?
- Var målingerne helt stabile, før I tilsatte stoffet? Hvorfor ikke?
- Hvorfor holder temperaturen op med at ændre sig efter et stykke tid?
- Hvilken grænse valgte I i programmet, og hvad sker der, hvis den er for lille?
- Hvor bruges endoterme og eksoterme processer i hverdagen, fx i kuldeposer og varmeposer?
Til læreren
Med en teskefuld Samarin i 50 ml vand falder temperaturen typisk 3-5 °C, og med en teskefuld calciumchlorid stiger den 5-10 °C. Brug calciumchlorid dihydrat (805550), og hold mængden lille.
Blokprogrammeringen kræver en ny version af SPARKvue. Lad eleverne selv finde ud af, hvor stor grænsen skal være, ved at se på, hvor meget målingerne svinger i starten. Det giver en god snak om måleusikkerhed.
Forsøget kan følges op af Kemien i en pose Samarin, hvor eleverne også måler pH, og af Kuldeblandingen.
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.
