Att undersöka hål A. Information till läraren I. Beskrivning av temat I denna enhet studeras sambandet mellan kemiska strukturer, egenskaper och användningsområden. Enheten kan också användas för att diskutera olika materials strukturella uppbyggnad på makro-, submikro- och molekyl nivåer. Enheten är uppbyggd kring temat hål och det faktum att det finns hål som inte är synliga för blotta ögat. Olika material testas experimentellt för att avgöra om de kan användas som filter (därav hål ). Även tester om huruvida olika filter har olika stora hål utförs. Att polymerer kan syntetiseras öppnar för användningsområden inom dialys, separering och osmos. Polymerfilmer med kontrollerbara hål är också lämpliga för t.ex. läkemedelsdosering (som i hydrogel) och miljöskydd (som antimikrobiella beläggningar). Enheten är uppdelad i tre delar, som kan användas oberoende av varandra. Varje del kan betona just de saker som läraren finner intressant beroende på läroplan, centralt innehåll och mål. Delarna kan också användas som en form av progressionsundervisning där del 1 fokuserar på en inledande nivå av kemi, del 2 på mellannivå och del 3 på gymnasiet. Aktiviteterna är utformade så att de kan användas inom olika delar av kemi och biologi t.ex. när man läser om dialys eller förorening av livsmedel. Tonvikten bör ligga på att utveckla förståelse för molekylers storlek och form och på sambandet mellan molekylära egenskaper, strukturer och makroegenskaper. Nivå Årskurs Ämne Del 1 4-6 Synliga hål Del 2 7-9 Osynliga hål Del 3 gy Intressanta hål Ämne: Kemi Ungefärlig omfattning: Varje del är flexibel och passar in i ett ämnesområde som redan finns i läroplanen.
II. Karaktär på det undersökande arbetssättet - IBSE (inquiry Based Science Education) Enheten kan användas för att utveckla elevernas förmåga att planera undersökningar, formulera hypoteser, urskilja olika alternativ, söka information, bygga modeller och diskutera med andra. Eftersom olika lärare kommer att arbeta på olika sätt kan betoningen komma att ligga på olika moment och olika delar i arbetet. Alla delar kan användas utifrån olika aspekter. Läraren kan inleda med antingen en serie frågor eller en interaktiv demonstration med fokus på exempel på reproducerbarhet (om det blir samma resultat varje gång), eller på materialet som används. Aktiviteterna kan styras, begränsas eller leda till öppna undersökningar. Alternativt kan arbetet presenteras genom att man diskuterar olika exempel på polymerer som vi använder varje dag. Man kan utgå från plastfolie och diskutera vanliga missuppfattningar om hur den skyddar maten. Ytterligare ett kan vara att visa upp en regnrock och visa att den är ogenomtränglig för vatten i en riktning men släpper igenom vattenånga i den andra. Fokus för denna enhet är att ge idéer för undersökande arbetssätt. Aktiviteterna behöver inte utföras i en bestämd ordning eller på samma sätt. Det viktiga är, att övningarna anpassas efter elevernas idéer och frågor för att skapa en lärmiljö där kreativitet, fantasi, och flexibilitet blir en del av undersökningsbaserad undervisning och lärande. III. Pedagogiskt och didaktiskt innehåll Partikelbegreppet är grundläggande för att förstå ämnens egenskaper. Inom kemin rör vi oss mellan tre nivåer: makro-, mikro- och symbolnivå när vi diskuterar egenskaper och reaktioner. Dessa begrepp är svåra för eleverna och det är inte alltid de kan skilja på dessa nivåer eller inse på vilken nivå vi rör oss. Till exempel tror elever ofta att ett ämnes makroskopiska egenskaper också finns på mikronivå, dvs. atom- och molekylnivå. De har också svårt att förklara egenskaper och reaktioner som syns på makronivå med strukturer på mikronivå. Dessutom är det väl dokumenterat att elever ofta tror sig att det finns luft eller vatten mellan partiklarna snarare än ingenting alls. IV. Naturvetenskapligt innehåll Den naturvetenskapliga kunskap som krävs för del 1 och 2 är en grundläggande förståelse av partikelmodellen för materiens uppbyggnad samt kunskap om hur diffusion och osmos påverkar partiklars rörelser. Del 3 kräver kunskap om olika polymerer, såsom superabsorbenter, cyklodextriner och PVC. Polymerer tillhör gruppen makromolekylära ämnen, kemiska föreningar där antalet atomer bundna av kovalenta bindningar kan vara upp till en miljon. Det finns både naturliga och Page 2 of 16
syntetiska polymerer. Syntetiska polymerer framställs med hjälp av olika kemiska reaktioner såsom polykonsensation, polyaddition och polymerisation. En grupp polymerer kallas superabsorberande polymerer (SAP) eller superabsorbenter. Dessa kan absorbera minst 10 g vätska per gram polymer. Små bitar granulat av polymeren reagerar med vätska, sväller upp och bildar en gel med mycket stor volym. Hur mycket vätska som absorberas beror på mängden joner och på lösningens ph-värde. Det finns superabsorbenter som kan absorbera ända upp till 2000 gånger sin egen vikt. Vid användning av 0,9 % koksaltlösning absorberar samma polymer bara 50 gånger sin egen vikt. Superabsorbenten har under det senaste decenniet blivit en viktig beståndsdel i hygienprodukter. De finns t.ex. i blöjor, kvinnliga hygienprodukter samt i produkter för inkontinensbesvär. De används också bl.a. för att skydda undervattenskablar från fukt, skydd för frysta livsmedel och för att kunna bevara fukt i marken. Användning av superabsorbenter medför dock vissa problem. Först och främst därför att de är avsedda för engångsbruk och därmed inte miljövänliga eftersom de varken kan återvinnas eller återanvändas. Utvecklingen av en ny generation superabsorbenter är därför inriktad på användningen av förnyelsebara material i tillverkningen (polysackarider, pektiner, stärkelse, cellulosa) vilket kommer att göra dem miljövänliga. N,N-metylen-bis-akrylamid polyakryl-syra Page 3 of 16
Superabsorbentens struktur före och efter vattenabsorbering Superabsorbentens kemiska struktur,ett nät av natriumsalt av polyakrylsyra - före och efter absorbering av vatten Ovanstående figurer från Bilek, M., Opatrny O.: Superabsorpèní polymery ve výuce chemie (Superabsorption polymers in chemistry education), online, cit: 2011-06-30, date: 2008-01-21, tillgängligt från: http://stary.rvp.cz/clanek/393/1875 En annan grupp är hydrogeler, som har många viktiga användningsområden. Exempelvis används de inom medicinsk tekniker med vävnader (hydrogeler kan innehålla mänskliga celler som gör det möjligt att reparera skadad vävnad), inom olika sätt att ge medicin, i biosensorer (geler reagerar med vissa molekyler, såsom glukos eller antigener), i kontaktlinser (silikonhydrogeler, polyakrylamid) samt i geler med läkande effekter. Cyklodextriner är polykarbohydrater -Cyklodextrin (CyD), som är en cyklisk oligosackarid av sex (1 4) länkade -Dglukopyranosid enheter, kan topologiskt representeras som toroider (figuren nedan). -Dglucopyranosid enheter i CyD är oftast de mest stabila stolkonformationerna. CyD CyD Modell of α-cyd. Fig. 1 Vänster: sett genom hålet. Höger: sett från sidan. Image taken from the IChO, Japan 2009 Page 4 of 16 Fig. 1
Membranfilmer har olika slags polymera sammansättningar. Som exempel kan cellulosa, parafilm, Teflon, plastfolie (polyvinylklorid), polypropylen och dialysmembraner nämnas. Det finns stora variationer i dessa produkter i olika länder och egenskaperna kan variera beroende på lokala märken och företag. Sammansättningarna för några av de vanligaste polymererna: Polyvinylklorid (PVC) PVC är en flexibel plast som består av långa kedjor. Varje kedja består av upprepande enheter där varannan kolatom har en kloratom fäst vid sig. Polymeriseringen av vinylklorid producerar främst ataktiska polymermolekyler. Detta innebär att KL orienterar sig slumpmässigt längs kedjan. På grund av det sätt som kloratomerna orienterar sig längs kedjorna, och på grund av deras storlek blir det svårt för kedjorna att ligga nära varandra. Därför är ataktisk PVC huvudsakligen amorf med mindre kristallina områden. Kedjor av PVC polymerer också vara isotaktiska med kloratomer i samma riktning längs kedjan. (När kloratomerna är i motsatt riktning så är de syndiotaktiska) När PVC-plast böjs blir stället där böjningen sker inte transparent som resten av biten. Detta beror på att klorgrupperna tvingas in i samma riktning längs kedjan (isotaktisk). Polymerkedjorna kan sedan flytta närmre varandra och bli mer kristallina. Egenskaper och användningsområden Normalt är amorfa polymerer mer flexibla än kristallina eftersom kraften mellan kedjorna blir svagare. Ren PVC är dock styv och hård. Detta beror på förekomsten av ytterligare dipol-dipol bindningar på grund av kol-klor sammansättningens polaritet. Klor är mer elektronegativt än kol, och kan därför locka till sig elektronerna i föreningen mot sig självt. Detta bidrar till att kloratomerna blir svagt negativa medan kolatomerna blir svagt positiva. Dessa permanenta dipoler bidrar till dragningskraften på grund av de tillfälliga dipolerna, och därmed också till att hålla kedjorna närmre varandra. Mjukgörare tillsätts i polymerer för att göra materialet mjukare, mer flexibelt och därmed mer användbart. PVC är den polymer som används mest tillsammans med mjukgörare eftersom deras egenskaper matchar varandra perfekt. Molekyler, som innehåller både Page 5 of 16
polära och opolära grupper fungerar bra som mjukgörare eftersom den polära gruppen bidrar till att behålla molekylen inom polymerkedjan. Den opolära delen separerar kedjorna, vilket i sin tur bidrar till att öka flexibiliteten. En vanlig mjukgörare är dibutylsebakat, som finns i livsmedelsförpackningar och inom läkemedelsindustrin i polymerskikt för tabletter och granulat. Dibutylsebakatmolekylen verkar genom bindningen till polymerkedjan genom syreatomen på mjukgöraren. Den skrymmande mjukgöraren kilar in sig mellan polymerkedjorna och skjuter dem ytterligare ifrån varandra. Detta gör plasten mjukare. Dibutylsebakat En annan förening som används som mjukgörare är natriumlaurylsulfat. Källor: Polymer Website; (Macrogalleria teaching materials); http://pslc.ws/mactest/maindir.htm - accessed 17 DEC 2010 Dialysöversikt; Thermo Fischer Scientific Inc; http://www.piercenet.com/files/tr0020-dialysis-overview.pdf - accessed: 17 DEC 2010 Overview of Plasticisers; AZoM.com - the A to Z of Materials online resource; http://www.azom.com/details.asp?articleid=1224 - accessed 17 DEC 2010 Molekulares Sieben: Mit Einmachfolie ins Diskontinuum (Molecular Sieves experiment); CHEMKON, 2004, Vol 11,(3); http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ckon.200410011/pdf - accessed 17 DEC 2010 Overview of Silver nanoparticles (project report - N344); Aalborg university, Faculty of Physics and Nanotechnology, http://repetit.dk/files/projects/p3.pdf - accessed 17 DEC 2010 Page 6 of 16
V. Innehåll rörande industri och näringsliv Genom att påpeka att samma polymerer används i vitt skilda sammanhang blir samspelet mellan forskning, samhällsutveckling och industri tydligt för eleverna. Användningen av polymerer i medicinska sammanhang är omfattande: Dialysmaskiner använder semipermeabla rör och slangar vid behandling av njurpatienter. Kontaktlinser som kan släppa igenom gaser tillåter exempelvis syre att nå hornhinnan, vilket minskar risken för svullnader i ögat. Polymermembraner som införlivas med nano-silverpartiklar kan användas vid behandling av sår och infektioner. Hydrogeler har i svällprocessen i vatten förmågan att lösgöra föreningar från grundsubstansen (matrix) och fungerar bra vid olika medicinska processer. Inom sensorforskning används semipermeabla polymermembraner för övervakning av luftkvalitet och upptäckt av gaser t.ex. kolmonoxid. Både täta och semipermeabla polymermembraner används av livsmedelsindustrin för att paketera livsmedel. Ett exempel är Western Plastics på Irland. Klädindustrin tillverkar också många produkter baserade på polymerer, de som är mest relevanta för denna enhet är vattentäta plagg som trots att de är resistenta mot regn kan andas och tillåta att vattenånga kan passera utåt, exempelvis Gore-Tex. www.gore-tex.com/remote/satellite/home www.packagingtoday.com (tillverkare) www.membrane-mfpi.com/ www.foodplast.com/index.asp?page=29 www.westernplastics.ie Page 7 of 16
VI. Hur temat är upplagt Del 1: Synliga hål Denna del introducerar idén om hål i material som vi ser och använder dagligen, t.ex. i olika sorters silar. Målet är, att eleverna ska inse att hål finns i många olika material och kan användas för att separera ämnen. Separeringen är beroende av både storleken på hålen och kornstorleken på de ämnen som ska skiljas åt. Denna del kan också användas för att introducera begreppen osmos och diffusion. Del 2: Osynliga Hål Denna del spinner vidare på de kunskaper som eleven fått i första delen. Här handlar det dock om mindre hål som kan finnas i plastfilmer, regnkläder m.m. Del 3: Intressanta Hål Denna del behandlar hål som används inom medicinska och miljötekniska processer. Eleven undersöker funktionella polymerer, såsom superabsorbenter och hydrogeler. Nanoteknik är ytterligare exempel på tillämningar inom detta område. Övning Typ av undersökning E-inriktning 1.1 Tillverkning av silar/siktar Öppen undersökning Upptäcka 1.2 Observation och förklaring av Guidad undersökning Utarbeta filtrer 1.3 Användandet av filter inom Avgränsad Utvärdera industrin undersökning 1.4 Separeringsutmaning Öppen underskning Utvidga 1.5 Bedömningsövning Öppen undersökning Bedöma 1.6 Luftfilter Guidad undersökning Utvidga 2.1 Membraner med osynliga hål Guidad undersökning Upptäcka 2.2 Olika övningar om diffusion, Guidad/öppen Utarbeta partiklar och hål undersökning 2.4 Vilket är det bästa Öppen undersökning Upptäcka förpackningsmaterialet? 3.1 Undersöka hur utvecklingen av Öppen undersökning Upptäcka polymerprodukter sker 3.2 Undersökningar av egenskaper och faktorer som påverkar SAP Guidad/öppen undersökning Utarbeta/Upptäcka VII. Bedömning Bedömning kan ske på olika sätt beroende på elevernas ålder. Fokus kan ligga på resonemang och formativ bedömning, exempelvis kan frågor rörande egenskaperna hos fiktiva polymerer tillsammans med olika mjukgörare diskuteras. Begreppskartor kan också vara till stor hjälp. Särskilda övningar finns som har rekommenderas för användning i samband med bedömning. (Övning 1.5 och 2.3) Page 8 of 16
VIII. Elevuppgifter DEL1. SYNLIGA HÅL Övning 1.1 Tillverkning av silar/siktar Lärandemål: Denna del kommer att belysa hur olika material kan användas som silar/såll. Faktorer som påverkar en separeringsprocess är storleken på hålen i silen, och storleken på partiklarna i de föreningar och material som skall separeras. Därför fokuserar denna del på de mikroskopiska egenskaperna och strukturerna. Att förstå att partikelstorlek och hålstorlek måste passa ihop för att hål ska kunna användas för att separera material Att konstruera en modell och diskutera med kamraterna Material: Blandning bestående av olika stora frön (eller liknande), filterpapper, saxar, behållare, distraktorer, som till exempel magneter och lim Förslag på tillvägagångssätt: Utmana eleverna genom att be dem att försöka separera fröna utan att nudda dem. Eleverna kan använda vad som helst av det material som finns för att genomföra experimentet. Vi räknar med att åtminstone några elever kommer på idén att använda någon form av sil. Naturligtvis kan även andra metoder för separering diskuteras. Om ingen föreslår att det går att göra en sil av pappret så kan diskussionen riktas mot användningen av filter i vardagen. Möjliga frågor: Varför valde du att använda den teknik du gjorde? Vilka är fördelarna respektive nackdelarna med din teknik jämfört med andras? Vilka separeringsprocesser i vardagen känner du till? Övning 1.2 Fallet Liam Johnson. Att använda separeringsteknik för att lösa ett brott Arbeta i grupper om tre elever och låt dem ansvara för var sin av testerna. Tillsammans jämför de sina resultat och diskuterar fram en lösning. Material, per grupp: Bunsenbrännare, gasbinda, pyrexbägare/industningsskål, bägare, omrörare, tratt, filterpapper, kromatografipapper, träspatlar för att stödja pappren Page 9 of 16
Att göra i förväg: Kopiera uppgiften till eleverna Lungvattenprov: Kranvatten Teprov: Lite kallt te Sockerprov: Farinsocker med pulveriserat kol och järnfilspån Förväntat resultat: Lungvattenprov: Teprov: Sockerprov: Uppvärmning ger inte salt Kromatografi visar ingen synlig förorening Påvisar annan substans när löses upp Förslag på svar på frågorna: 1. Lungvattenprovet består inte av saltvatten så Liam drunknade inte i havet - en möjlighet är att han drunknat i en swimmingpool. Diskutera: Negativa resultat kan ge viktig information! 2. Teprovet visar inga föroreningar Diskutera: begränsningar med metoden, vissa föroreningar upptäcks bara i rättsmedicinska laboratorier. 3. Sockerprovet visar föroreningar. 4. Det är viktigt att eleverna inser att det kan finnas flera sätt att tolka resultat - även forskare ska vara kreativa och öppna för olika förklaringar! Mycket tyder på att Liam blev förgiftad och/eller har drunknat i poolen och senare flyttats till havet. 5. Vad består föroreningen i sockret av? Fanns det fler personer närvarande i huset? etc. Övning 1.3 Observation och förklaring av filter Lärandemål: Att observera och noggrant kunna beskriva iakttagelser Att kunna använda modeller Att kunna välja mellan alternativ (modeller) Material: kaffefilter, tomma te-påsar som filter, olika blandning som te, kaffe, apelsinjuice, lervälling bilder av partikelmodeller i olika storlekar Förslag på utförande: Börja med att visa klassen ett kaffefilter och fråga vad det är för något och vad det kan göra. Fråga eleverna varför de tror att vatten kan passera genom filtret men inte kaffet. Varför blir vattnet i koppen brunt? Be eleverna att diskutera huruvida silen/filtret från det tidigare experimentet kan användas för att göra kaffe. Page 10 of 16
Eleverna genomför sedan tester på de olika blandningarna för att komma fram till vilka som kan separeras genom filtrering, och vilka som inte kan det. Möjliga frågor: Varför kan inte lervällingen och kaffebönorna passera genom filtret, medan vattnet kan göra det? Hur kan du använda modellerna på bilden för att förklara dina observationer? Vilken är skillnaden mellan te och lera i vatten? Övning 1.4 Separering Lärandemål: Att kunna skilja på lösningar och blandningar Att inse betydelsen av olika lösligheter Att kunna identifiera sätt för att återvinna salter ur lösningar Material: salt, vatten, jord/smuts, bägare Förslag på utförande: Förklara för eleverna att du har spillt salt på golvet, där det sen har blandats med smutspartiklar på golvet. Be eleverna att utarbeta ett experiment där de använder sina kunskaper om silar/siktar för att på så vis fixa ett saltprov som är helt rent från olika smutspartiklar. Påminn eleverna om att tänka på tidigare experiment de utfört för att lättare kunna göra undersökningen. Eleverna bör använda idén från kaffefilter att om saltet löses i vattnet kan det passera genom filterpapperet för att sedan avdunsta och utvinnas. Möjliga frågor: Varför kan man inte skilja salt från smuts med hjälp av en sil (utan vatten)? Varför kan man inte skilja salt från vatten med hjälp av ett filterpapper? Vilka andra tekniker kan du använda för att återvinna saltet från vattnet? Övning 1.5 Användning av filter inom industrin Lärandemål: Att förstå vikten av filters användningsområden i industri och samhälle Material: filmjölk, gasbinda eller muslin Förslag på utförande: Page 11 of 16
Eleven skall räkna ut att blandningen som produceras på detta sätt kan separeras genom att hälla den genom gasbinda och därmed skilja ostmassan från vasslen. Siktar/silar har viktiga användningsområden inom livsmedelsindustrin. Muslin används vid osttillverkning för att separera den flytande vasslen från den fasta ostmassan. Inom vintillverkning används muslin för att ta bort sediment. Möjliga frågor: Varför används silar/siktar inom livsmedelsindustrin? Vilka slags silar/siktar är det viktigt att tänka på när man väljer produkter för livsmedelsindustrin? DEL 2. OSYNLIGA HÅL Övergripande lärandemål: I denna enhet kommer eleverna att lära sig att koppla ihop makroskopiska egenskaper med atomer och molekyler. Bakomliggande experiment: Osynliga silar/siktar Sekvensen av övningar bygger på ett centralt experiment som beskrivs i följande punkter. Kemikalier: Röd karamellfärg Jod-stärkelse lösning Kaliumpermanganatlösning Jod-dextrin lösning Jodlösning (Bara för del 2) Tillbehör: 4 gummiband, 5x50ml bägare, 4 bitar dialysslang, 5 bitar plastfolie, 10ml plastpipett. Procedur (Del 1): Förbered en 1 % stärkelselösning med vatten vid 70 C Tillsätt jod och för jod och stärkelselösningen åt ena sidan (Blir blått) Tillsätt 0.5g dextrin i 100ml vatten, och tillsätt sen ett par droppar jod (Blir rött) Öppna dialysslangen genom att hålla den under rinnande vatten. Knyt igen ena änden hårt med ett gummiband. Kolla noga så att gummibandet verkligen sitter åt så att ingen vätska kan läcka ut. Tillsätt försiktigt en annan lösning (från listan av kemikalier ovanför) i var och en av de fyra längderna genom att använda pipetten. För först pipetten längst ner i dialysslangen och tryck ut lösningen. Var noga med att ingen av lösningarna nuddar utsidan av membranet. Knyt sedan igen den andra änden av dialysslangen med ett gummiband. Sänk ned rören i var sin bägare med vatten. Anteckna vad som sker under en 10-minuters period. Tvätta alla glasprodukter och släng dialysslangen. Procedur (del 2): Upprepa experimentet men använd plastfolie istället för dialysslang enligt följande: Page 12 of 16
Fyll 5 bägare med vatten och sätt plastfoliebitar löst over varje bägare så att de tillåts nudda vattenytan. Försök att inte sträcka plastfolien. Fäst sedan plastfoliens kanter runt bägarens sidor. Tillsätt de olika lösningarna på plastfolien i de fem bägarna och var noga med att inte fylla på för mycket så att det går över kanten på bägaren. Lämna det så över natten och anteckna dina iakttagelser följande dag. Jämför och diskutera resultaten från del 1 och del 2 och föreslå och motivera dina resultat. Övning 2.1. Membraner med osynliga hål Lärandemål: Att kunna dra slutsatser genom observationer Att kunna förklara fenomen genom partikelrörelser och osynliga hål Att kunna särskilja olika alternativa förklaringar och att diskutera dessa med kamrater Material: arbetsblad 2.1 eller bakomliggande experiment Tillvägagångssätt: Läraren kan antingen förklara fenomenet på det sätt som visas i de bakomliggande experimenten och låta eleverna ställa frågor eller så kan man börja med frågan om paketering av livsmedel. Arbetsblad 2.1 erbjuder en möjlighet att undersöka olika sorters omslagsplaster. Exempel på undersökningar kan vara exempelvis: 1. Spridning av jod i en stärkelselösning (i) Inget membran (ii) Syltburkslock (tyg) (iii) Plastpåse/plastfolie (iv) Latexhandske 2. Vinäger sprids i vatten med hjälp av universalindikator (i) Inget membran (ii) Syltburkslock (tyg) (iii) Plastfolie/ Ugnspåse (iv) Latexhandske/plastpåse (v) Eleverna jämför resultatet med partikelmodeller. Läraren bör uppmuntra diskussioner om möjliga orsaker och föra eleverna mot förståelse av partiklars olika storlek och av membranens olika stora hål som möjliga svar. Page 13 of 16
Övning 2.2. Vilket är det bästa förpackningsmaterialet för en smörgås? Lärandemål: Att kunna utveckla kriterier för förpackningsmaterial Att kunna utveckla mentala modeller Tillvägagångssätt: Denna undersökning är en övning som uppmanar eleven att tänka och formulera frågor kring användning av polymerfilmer. Läraren kan börja med att fråga: Vilket är det bästa omslagsmaterialet till en smörgås? Vilka kriterier skulle du ha? Dessa alternativ kan elever tänkas föreslå: tillgänglighet, kostnad, miljöpåverkan (biologiskt nedbrytbart, brännbart,...), olöslig i vatten, ogenomtränglig för fett och vatten, icke-reaktivt med exempelvis olika syror i livsmedel, lukt- och smaklös, bevarar lukten inne (och utåt), andas materialet? Eleverna skall sedan rangordna dessa kriterier och fundera på om det finns några material som möter deras krav. Analysera vilka egenskaper plaster har utifrån listan av kriterier. Vatten kan inte tränga igenom, därför är det tätt. Betyder detta att det inte finns några hål? Experiment Visa snabbt att plastfolien är vattentät. Visa plastfolie som exempel på en polymer som består av lång kedja. En följdfråga skulle kunna vara om produktionen av plastfolie och om det är möjligt att göra filmer utan hål. Följande frågor kan sedan leda till ytterligare undersökningar: Kan något annat passera genom hålen, exempelvis syre? Kan vi göra filmer med olika stora hål? När en smörgås paketeras så finns flera ämnen, exempelvis fett, olja, ketchup. Vad är det här för slags föreningar? Om du paketerar en varm korv så är temperatur en viktig faktor. Hur påverkar temperaturen plastfolien? Kan bakterier passera genom plastfolien? DEL 3. INTRESSANTA HÅL Övergripande lärandemål: Del 3 utvecklar elevernas förståelse av partiklar genom att studera molekylära strukturer.. Som exempel kan funktionella polymerer som superabsorbenter, cyklodextriner och hydrogeler användas. Page 14 of 16
Övning 3.1 Att undersöka utvecklingen av olika polymerprodukter Lärandemål: Att ta reda på mer om olika produkter (och dess uppfinnare), industrin, och de samhälleliga effekterna. Att använda systematiskt använda olika informationskällor Att göra en kort presentation Material: Tillgång till resurser Tillvägagångssätt: Låt eleverna bilda grupper och ge dem förslag på olika produkter, till exempel kontaktlinser, blöjor och hydrogeler för växter. Övning 3.2 Undersökning av egenskaper och faktorer som påverkar SAP-funktionen Lärandemål: Att utveckla experiment, inklusive kontroll av variabler att förklara absorption av vatten med hjälp av strukturer och intermolekylära krafter ( funktionella hål ) att presentera resultaten i form av texter och diagram Material: Blöja eller superabsorbent inköpt i affären Natriumkloridlösning ( c = 0,01 mol/l, 0,1 mol/l, 1 mol/l) Destillerat vatten Tillbehör: 4 bägare (250 ml), 4 pappers te-filter, vardera med 2 gem för att stänga dem, degel tänger, mätcylinder, våg, plastpåse Tillvägagångssätt: Som inledning kan läraren visa hur mycket vatten en liten mängd SAP (högabsorbenta polymerer) kan ta upp. Undersök en blöja och ta reda på var högabsorbenta polymerer finns Riv upp de fibrösa skikten i blöjan så att superabsorbenterna lösgörs. Blås sedan i påsen och skaka den tillslutna påsen kraftigt så att dessa bitar separeras från de fibrösa skikten. Tillsätt 200 ml av olika koncentrationer av natriumkloridlösning i tre olika bägare, häll sedan 200 ml destillerat vatten i en fjärde bägare. Page 15 of 16
Fyll de fyra te-filterna med 2 g av superabsorbenten, förslut dem med ett gem och häng dem i de olika bägarna. Ta bort filtret efter 45 minuter och låt överflödig vätska rinna bort över bägaren. Väg de expanderande te-filterna och anteckna mängden vätska som finns kvar I bägarna. Upprepa steg 3-6 med syftet att ta reda på hur ph-värdet påverkar egenskaperna Möjliga frågor: Hur kan du förklara apsorbtion av vatten med en enkel modell? Hur kan du förklara att vattnet inte kommer ut igen? Hur kan du förklara påverkan av ph och jonkoncentration vad gäller sambandet mellan strukturer och egenskaper? Jämför egenskaper hos högabsorbenta polymerer med andra absorberande ämnen som du kan hitta hemma. Hur skulle du förklara olika egenskaper med hjälp av olika strukturer? Med exemplet blöjor, hur skiljer sig egenskaper hos urin gentemot rent vatten? Hur kan detta påverka egenskaperna hos högabsorbenta polymerer? Page 16 of 16