Mikroskala-kemi i undervisningen: store erkendelser i små dråber
Kemiforsøg i skolen er ofte dér, hvor eleverne for alvor mærker, at naturfag er mere end tekst og tavle: der bobler, farves, udfældes og lugter (nogle gange mere end ønsket). Samtidig ved alle, der har stået i et kemilokale med 26 elever og 13 bordgrupper, at “klassisk labsession” kan være en didaktisk balancekunst: sikkerhed, spild, tid, oprydning, kemikalieforbrug og affaldshåndtering kan stjæle energi fra læring.
Her er mikroskala-kemi et af de stærkeste greb, vi har, hvis målet er:
- mere elevaktiv kemi
- lavere risiko og mindre affald
- billigere og hurtigere forløb
- stadig tydelige resultater – ofte med mere fokus på sammenhænge end på udstyr
Science in School beskriver mikroskala-forsøg med 14–15-årige, hvor man arbejder med 1–2 dråber pr. reagens og kan bruge simple, billige materialer, netop fordi mængderne er så små. Pointen er ikke at “skære ned” – men at skifte skala for at få mere undervisning ud af samme lektion.
Mikroskala-kemi er ikke “kemi light” – det er samme kemi i mindre mængder, som ofte giver mere elevaktivitet, mindre affald og bedre flow i undervisningen. Her får du en grundig gennemgang af fordele, forhindringer og didaktiske greb – plus konkrete forsøg med elevark og lærervejledninger til 8.–9. klasse samt STX/HTX.
Hvad er mikroskala-kemi?
Mikroskala-kemi handler om at udføre kemiske undersøgelser med meget små mængder stoffer – ofte dråber eller få milliliter – og tilpasse udstyr og procedurer til det. I praksis betyder det, at man flytter en stor del af forsøgsundervisningen fra “reagensglas med 20 ml” til f.eks. brøndplader, mikrocentrifugerør og dråbeflasker. En enkel definition findes fx her:
Microscale chemistry (ChemEurope)
.
Hvad mikroskala-kemi ikke er
- Det er ikke “kemi uden sikkerhed”. Risiko falder ofte, men farlige stoffer er stadig farlige.
- Det er ikke kun for “nemme” forsøg. Mikroskala kan løftes til redox, titrering, kromatografi og analyse.
- Det er ikke et udstyrsprojekt. Udstyr hjælper – men gevinsten kommer især fra didaktikken: gentagelser, variation og fokus på data.
Science in School beskriver mikroskala-forsøg målrettet 14–15-årige og peger på, at man kan arbejde i meget små
mængder med tydelige resultater – og endda demonstrere på overhead, hvis man vil samle klassen om samme observation:
Microscale chemistry: experiments for schools (Science in School)
.
Hvorfor mikroskala? De store gevinster
1) Sikkerhed: mindre mængde = lavere konsekvens
Mindre volumen betyder typisk mindre stænk, mindre varmeudvikling og mindre eksponering ved spild. Det gør det
lettere at lade eleverne arbejde mere selvstændigt – uden at man går på kompromis med sikkerhedskulturen.
Science in School understreger netop, at små mængder reducerer risikoen, men at PPE og rutiner stadig er nødvendige.
(Se også PDF-versionen af artiklen her:
issue16_microscale.pdf
.)
2) Økonomi og tid: mindre indkøb, mindre spild, mere undervisning
Mikroskala sparer både på reagenser og på forberedelse/oprydning. Fordi mængderne er små, kan du typisk:
- klargøre hurtigere (dråbeflasker, brøndplader, få standardopløsninger)
- gennemføre flere delundersøgelser i samme modul
- gentage forsøg uden at “det koster” (hverken tid eller kemi)
3) Bæredygtighed og grøn kemi: mindre affald og bedre praksis
Mikroskala passer direkte ind i grøn kemi-tankegangen, hvor man forebygger affald og reducerer brugen af farlige
stoffer, når det er muligt. To gode danske indgange til grøn kemi:
4) Læring: flere variationer, mere undersøgelse, bedre dataarbejde
Mikroskala er særligt stærkt til undersøgende undervisning: elever kan afprøve flere variable (koncentration,
rækkefølge, temperatur, indikatorvalg) og dokumentere systematisk – ofte med foto som data. Det øger både
ejerskab og kvaliteten af faglige samtaler om fejlkilder og reproducerbarhed.
En nyere, praksisrettet introduktion kan også ses her:Little wonder: microscale chemistry in the classroom (Science in School) (og PDF her: Microchemistry.pdf).
Forhindringer og udfordringer – og løsninger der virker
Udfordring A: “Man kan ikke se noget”
Nogle reaktioner bliver mindre dramatiske, men mange bliver faktisk tydeligere (farver, udfældninger, pH-skift).
Gode “synligheds-greb”:
- læg hvidt papir under brøndpladen
- brug brøndplader med passende dybde (12/24 huller)
- brug dokumentkamera/visualisering til fælles observation (Science in School nævner overhead/demonstration)
- lad elever bruge mobilfoto som dokumentation (data!)
Udfordring B: Kontaminering og “pipette-sjusk”
Når man arbejder i dråber, bliver kontaminering synlig – og det er faktisk en didaktisk gave, hvis man gør det
til en del af “mikroskala-kørekortet”. Praktiske løsninger:
- én pipette pr. opløsning (billige engangspipetter er ideelle)
- farvekod pipetter og dråbeflasker
- indfør 5 minutter med “pipette-teknik + etikette” før første forsøg
Udfordring C: Opvarmning og organiske opløsningsmidler
Opvarmning kan være en udfordring i mikroskala, og nogle plasttyper påvirkes af organiske opløsningsmidler.
Science in School peger på at bruge små glasbeholdere/vials og fx vandbad/varmeplade ved behov.
(Se Microchemistry.pdf-linket i afsnittet ovenfor.)
Udfordring D: “Elever skal lære rigtigt laboratoriearbejde”
“Rigtigt laboratoriearbejde” handler ikke om volumen – men om systematik, variabelkontrol, målepraksis,
dokumentation, sikkerhed og affald. Mikroskala kan skærpe netop det, fordi elever kan gentage, sammenligne og
fejlsøge uden at undervisningen drukner i oprydning.
Implementering i praksis: sådan kommer du i gang (uden at starte forfra)
Start med 2–3 “sikre vindere”
Mikroskala er lettest at indføre, når de første forløb giver stor gevinst med lav kompleksitet. Gode startforsøg:
- pH/indikator og neutralisation
- fældningsreaktioner (ioner og bundfald)
- reaktionshastighed (temperatur/overflade)
Standardisér mikro-logistikken
- Station = brøndplade + pipetter + affaldskop + hvidt underlag
- Reagenser i dråbeflasker/pipetteflasker, så dosering er ensartet
- Fast procedure for rengøring, mærkning og affald
Lav en “mikroskala-kasse”
Den største praksisgevinst kommer, når mikroskala bliver et rutinesetup, som elever genkender. Du finder konkrete
indkøbslister længere nede – både for udskoling og STX/HTX – med direkte links.
Brug eksterne mikroskala-miljøer som inspiration
- RADMASTE Microscience (kits + lærerressourcer):
radmaste.org.za - IOCD om micro-scale approaches i undervisning:
iocd.org
Sikkerhed og affald: “sikrere” er ikke “sikker nok”
Mikroskala reducerer typisk risiko, men erstatter ikke risikovurdering, SDS/APB og gode rutiner.
Hvis du vil have et solidt principielt bagtæppe (og formuleringer, der også passer til skolens praksis),
så se fx:
- Arbejdstilsynets guide til kemisk risikovurdering:
at.dk - Aarhus Universitet: overordnet kemisk risikovurdering (universitetsramme, men gode principper):
au.dk
Minimumsrutiner (anbefaling)
- Briller som standard ved alle kemiforsøg.
- Handsker ved behov (og skift ved stænk/spild).
- Mærkning af alle opløsninger.
- Affald i adskilte beholdere efter aftalte regler.
- “Mikroskala-kørekort” før første større forløb (se forsøg #6).
Indkøbslister: minimum / standard / udvidet
Listerne her er bygget til en typisk klasse på ca. 24 elever (6 grupper á 4). Skalér op/ned efter antal grupper.
Alle links går til relevante sider på labdidakt.dk.
8.–9. klasse (udskoling)
Minimum-kit (udskoling) – nok til at køre pH, neutralisation, udfældning, hastighed
| Vare | Anbefalet mængde | Hvorfor | Link |
|---|---|---|---|
| Brøndplade 12 huller | 6–8 stk. (1 pr. gruppe + reserve) | Basen i mikroskala til pH, udfældning, “dråbe-titrering” | LabDidakt |
| Engangspipetter / transferpipetter | Min. 100 stk. (gerne 500 stk. til forløb) | Én pipette pr. opløsning reducerer kontaminering | 1 ml (100) · 3,5 ml (500) |
| Dråbeflaske 100 ml | 6–12 stk. | Standardopløsninger i ens dråbestørrelse (hurtig logistik) | LabDidakt |
| Universalindikator (pH 4–10) | 1 flaske | Farverig pH + neutralisation i brøndplade | LabDidakt |
| pH-papir / indikatorpapir | 1–2 ruller / pakker | Hurtig pH-måling og elevdata (og god backup hvis indikator driller) | pH-papir 0–14 · pH sticks |
| Beskyttelsesbriller | 1 pr. elev (eller klassesæt) | Standard-PPE | LabDidakt |
| Nitrilhandsker (engangs) | 1–2 kasser á 100 | Ved behov – skift ved stænk/spild | Medium (100) · Sikkerhed (kategori) |
Standard-kit (udskoling) – mere robust, flere forsøg, bedre flow
- Alt fra minimum-kittet
- Brøndplade 24 huller (til flere kombinationer i udfældningsforsøg):
LabDidakt - Mikrocentrifugerør 1,5 ml (praktiske “mikro-reagensglas”):
LabDidakt - Pipetteflasker (glas) til lysfølsomme opløsninger (lærer-lager):
100 ml - Plastsprøjter 10 ml (til simple gas-/volumenmodeller eller præcis dosering af vand):
LabDidakt
Udvidet kit (udskoling) – når I vil måle mere og dokumentere bedre
STX/HTX
På STX/HTX er mikroskala særligt stærkt, fordi man kan øge forsøgsfrekvensen (flere gentagelser/variationer) og
samtidig løfte til analyse, usikkerhed og metodekritik.
Minimum-kit (STX/HTX) – “mikroskala + målinger”
- Brøndplader (12/24 huller): 12 · 24
- Engangspipetter/transferpipetter: 3,5 ml (500)
- Dråbeflasker/pipetteflasker til standardopløsninger: dråbeflaske · pipetteflaske
- Universalindikator + pH-papir: universalindikator · pH-papir
- PPE: briller · handsker
- Multimeter: studenter-multimeter
Standard-kit (STX/HTX) – analyse, kalibrering og mere præcision
- pH-meter + bufferopløsning:
pH-meter
·
buffer pH 7 - Mikrocentrifugerør 1,5 ml:
LabDidakt - Vægt (0,01 g) til stofmængde/opløsningsopgaver:
Kern 200g / 0,01g - Mikropipetter (til præcisionsarbejde i µl–ml):
2–20 µl
·
20–200 µl
·
100–1000 µl
Udvidet kit (STX/HTX) – kromatografi/UV, varme og metodeudvidelser
- TLC-plader til mikrokromatografi:
LabDidakt - UV-lampe i kabinet (sikker visualisering af TLC):
LabDidakt - Magnetomrører med varme (hvis I vil lave mere kontrolleret opløsning/temperatur):
LabDidakt
(røremagnet fx
25 mm) - Mere avanceret pH-meter/ORP/temperatur (til feltprøver og bedre kalibrering):
LabDidakt
Konkrete mikroskala-forsøg (med elevark + lærervejledning)
Herunder ligger 6 forsøg. Hvert forsøg har et elevark (klar struktur til kopiering) og en lærervejledning
(forberedelse, sikkerhed, forventede observationer og differentiering til STX/HTX).
Forsøg 1: pH-farvepalette og neutralisation i brøndplade
Elevark
Titel: pH i dråber – syrer, baser og neutralisation
Formål: Bestem om opløsninger er sure/basiske og undersøg neutralisation ved gradvis tilsætning.
Udstyr: brøndplade, pipetter (1 pr. opløsning), affaldskop, hvidt papir under pladen.
Kemikalier (forslag):
- Eddike (fortyndet)
- Citronsaft (fortyndet)
- Natronopløsning (fx 1 tsk natron i 100 ml vand)
- Sæbeopløsning
- Evt. fortyndet HCl/NaOH (kun hvis jeres praksis tillader det)
- Universalindikator eller pH-papir
Fremgangsmåde:
- Sæt 6 brønde op i en række.
- Kom 5 dråber af hver testvæske i hver sin brønd.
- Tilsæt 1 dråbe universalindikator til hver brønd (eller mål med pH-papir). Notér farve/pH.
- Neutralisationsserie: Vælg én syre og én base.
- 5 dråber syre i 4 brønde (A–D)
- Tilsæt base dråbevis: A=1 dråbe, B=2, C=3, D=4
- Tilsæt indikator og sammenlign farver/pH
- Dokumentér med foto.
Data (skemaidé)
- Opløsning – farve – pH (ca.) – sur/basisk/neutral
- Neutralisationsserie A–D – farve/pH – fortolkning
Spørgsmål
- Hvilke væsker var tydeligt sure? Hvilke var basiske?
- Hvornår er en opløsning neutral – og hvad betyder pH 7?
- Forklar med ord (og evt. reaktionsskema), hvad der sker ved neutralisation.
- Hvilke fejlkilder findes i en dråbe-titrering?
STX/HTX-løft: Estimér dråbevolumen og beregn forhold (med usikkerhed) mellem syre og base.
Lærervejledning
- Tid: 25–45 min inkl. opsamling
- Forberedelse: Opløsninger i dråbeflasker, brøndplader og pipetter på stationer
- Sikkerhed: Briller som standard; ved stærke syrer/baser: lærerstyret fortynding
- Didaktik: Lad elever forudsige farver før test; brug foto som data
Inspiration til mikroskala-setup og alderstrin:
Science in School.
Forsøg 2: Fældningsreaktioner og ioner – “kemisk sudoku” i brøndplade
Elevark
Titel: Hvilke ioner danner bundfald?
Formål: Undersøg hvornår der dannes udfældning, og koble observationer til ioner i opløsning.
Udstyr: brøndplade, pipetter, hvidt papir under pladen.
Kemikalier (lærer vælger, fortyndede): fx NaCl/AgNO₃, Na₂SO₄/BaCl₂, Na₂CO₃/CaCl₂.
Fremgangsmåde:
- Lav et kombinationsskema (A langs toppen, B langs siden).
- I hver brønd: 3 dråber A + 3 dråber B.
- Notér: klar/uklar/bundfald (farve og “mængde”).
- Tag foto af hele pladen.
Spørgsmål
- Hvilke kombinationer gav bundfald?
- Forklar “ioner i opløsning” med egne ord.
- Vælg én udfældning og skriv et netto-ionreaktionsskema.
- Hvorfor er mikroskala smart her?
STX/HTX-løft: Brug opløselighedsregler og diskuter koncentration/Ksp kvalitativt.
Lærervejledning
- Tid: 35–60 min
- Udstyrstip: 24-hullers brøndplade giver mange kombinationer hurtigt
- Sikkerhed: Briller; tungmetalholdige opløsninger håndteres efter lokale affaldsregler
- Didaktik: Gør det til mønsterjagt: hvilke ioner “går igen” når der dannes bundfald?
Forsøg 3: Reaktionshastighed i mikroskala – brusetablet som model
Elevark
Titel: Hvorfor går nogle reaktioner hurtigere end andre?
Formål: Undersøg hvordan temperatur og overflade påvirker reaktionshastighed.
Udstyr: små bægre/reagensglas, stopur.
Materialer: brusetablet, vand (koldt/rumvarmt/varmt), evt. knust tablet.
Fremgangsmåde (én variabel ad gangen):
- Hæld 20 ml vand i et lille bæger.
- Tilsæt 1/4 brusetablet (samme størrelse hver gang). Start tid.
- Stop tid, når boblingen næsten er stoppet (aftal stopregel i klassen).
- Gentag ved andre temperaturer og/eller med knust tablet.
Spørgsmål
- Hvilken faktor gav størst effekt?
- Forklar med kollisionsteori (med egne ord).
- Hvilke fejlkilder kan forklare forskelle mellem grupper?
STX/HTX-løft: Brug 1/tid som hastighedsmål og lav en simpel graf vs. temperatur.
Lærervejledning
- Fordel: Let at gentage og sammenligne grupper
- Sikkerhed: Lav; briller anbefales
- Didaktik: Gør stopreglen til en del af metodekritikken
Forsøg 4: Redox og spænding – mikrobatteri i brøndplade
Elevark
Titel: Kan kemi lave elektricitet?
Formål: Undersøg sammenhæng mellem redox og elektrisk spænding.
Udstyr: brøndplade, multimeter, metalstrimler (fx Zn og Cu), saltopløsning (NaCl).
Fremgangsmåde:
- Fyld 1 brønd med saltopløsning.
- Sæt en zinkstrimmel og en kobberstrimmel ned (må ikke røre hinanden).
- Mål spændingen med multimeter.
- Variationer: ændr saltkonc. eller prøv andre metalpar (hvis muligt).
Spørgsmål
- Hvilket metal afgiver elektroner lettest?
- Forklar med oxidation/reduktion.
- Hvorfor påvirker saltkoncentration ofte målingen?
STX/HTX-løft: Sammenlign med spændingsrækken og diskuter indre modstand/polarisation.
Lærervejledning
- Tip: God som station i rotationsmodul
- Sikkerhed: Briller; små mængder saltopløsning
- Didaktik: Lad elever forudsige hvilken pol der bliver “minus” før måling
Forsøg 5: Mikrokromatografi (TLC) – adskil farvestoffer
Elevark
Titel: Når én farve er mange – TLC af tusch/bolsje
Formål: Adskil blandinger og diskuter polaritet samt mobil/stationær fase.
Udstyr: TLC-plade, lille glas med låg, filterpapir, blyant, lineal.
Fremgangsmåde:
- Tegn startlinje 1 cm fra bunden (blyant).
- Sæt en lille prik farve på linjen.
- Hæld lidt udviklingsmiddel i glasset (0,5–1 cm).
- Sæt TLC-pladen i glasset uden at prikken står under væsken. Luk låg.
- Når fronten er ca. 1 cm fra toppen: tag ud, markér fronten, tør.
- Mål Rf (afstand plet / afstand front).
Spørgsmål
- Hvor mange farvestoffer kan du se?
- Hvad betyder Rf, og hvorfor er det nyttigt?
- Hvad sker der, hvis opløsningsmidlet er mere/mindre polært?
Lærervejledning
- Sikkerhed: Afhænger af opløsningsmiddel – vælg skolens godkendte og brug glas/ventilation ved behov
- Differentiering: 8.–9.: separation/blandinger; STX/HTX: polaritet, Rf, metodekritik
Relevant udstyr:
TLC-plader
·
UV-lampe i kabinet
Forsøg 6: Mikroskala-kørekort – teknik, sikkerhed og data
Elevark
Titel: Mikroskala-kørekort
Mål: Du kan arbejde sikkert og systematisk med dråber og brøndplade.
Opgaver
- Overfør præcist 5 dråber vand til 6 brønde uden at ramme ved siden af.
- Bland 3 dråber vand + 3 dråber farvet vand uden at bruge samme pipette i to beholdere.
- Notér i et skema, hvad du gjorde (som om det var et “rigtigt” forsøg).
- Rengør og aflever stationen korrekt.
Refleksion
- Hvad var sværest?
- Hvilke regler mindsker fejlkilder?
Lærervejledning
- Formål: Reducere kontaminering og kaos i efterfølgende forløb
- Varighed: 10–20 min
- Bonus: Brug som mini-evaluering: hvem arbejder mest reproducerbart?
Evaluering: hvad kan du vurdere på i mikroskala?
- Variabelkontrol: ændrer de kun én ting ad gangen?
- Datakvalitet: skema + foto + tydelig konklusion
- Begreber: kan de koble observationer til pH/ioner/redox/hastighed?
- Metodekritik: kan de pege på fejlkilder og forbedringer?
- Sikkerhed/affald: følger de rutiner og kan de forklare hvorfor?
Inspiration og kilder (udvalg)
- ChemEurope: Microscale chemistry
- Science in School: Microscale chemistry: experiments for schools
- Science in School (PDF): issue16_microscale.pdf
- Science in School: Little wonder (artikel)
- Science in School (PDF): Microchemistry.pdf
- Alt er Kemi: Grøn kemi
- KemiFOKUS: Grøn kemi, affald og plast
- Arbejdstilsynet: Kemisk risikovurdering
- Aarhus Universitet: Overordnet kemisk risikovurdering
- Frederiksen Scientific: Affaldshåndtering af kemikalier
- RADMASTE Microscience
- IOCD: microscale approaches / microscience
Bemærk: Når du planlægger forsøg med stærkere syrer/baser eller specifikke salte (fx sølvnitrat),
skal du altid følge jeres lokale praksis for risikovurdering, SDS/APB og affaldsfraktioner.
