Eksperimentere med en kjemisk reaksjon

Hensikt

Elevene vil i dette forsøket få erfaring med ulike naturfaglige ferdigheter i forbindelse med gjennomføring av en kjemisk reaksjon. En av disse ferdighetene er å formulere en hypotese og teste denne.

Ferdigheter

Ferdighetene som det øves spesielt på i denne øvelsen er: observere, beskrive, forklare, eksperimentere, analysere data, systematisere, oppdage, stille spørsmål.

I denne øvelsen skal elevene observere og beskrive kjemiske stoffer og endringer som skjer med kjemiske stoffer i en kjemisk reaksjon. Observasjonene noteres ned i tabeller. Elevene vil antakelig oppdage nye egenskaper ved stoffene, og det vil kanskje dukke opp spørsmål som de ønsker svar på. Elevene skal forsøke å formulere en hypotese med utgangspunkt i observasjoner og tolkning av data fra gjennomføringen av den kjemiske reaksjonen. Deretter skal elevene gjennomføre den kjemiske reaksjonen igjen for å finne ut om hypotesen bekreftes eller avkreftes. Stoffenes egenskaper på mikro- og makronivå kan diskuteres med elevene. Det vitenskapelige produktet av denne utforskningen er en samling data i form av elevenes observasjoner av ulike stoffer, den kjemiske reaksjonen, og spørsmål og hypoteser som kan danne grunnlaget for videre eksperimenter.

Hva skal elevene gjøre?

1. Bruk brikkene: observere, beskrive, forklare, eksperimentere systematisere, analysere data, oppdage, stille spørsmål. Planlegg gjennomføringen sammen med elevene og snakk om hva de ulike ferdighetene innebærer. Er det en rekkefølge på de ferdighetene som øves? Hvordan henger de sammen tenker dere?
2. Del ut begerglassene som inneholder natron og kalsiumklorid. Del ut Elevark 1 (se i kolonnen til venstre), eller be elevene lage sine egne tabeller hvor de kan skrive ned observasjoner på en systematisk måte underveis.
3. Be elevene om å observere natron og kalsiumklorid ved å bruke alle sanser unntatt å smake, altså både se, lukte, høre og føle. Observasjonene skrives ned i tabell 1 på elevark 1.
4. Del ut 1 lynlåspose, en 25 mL målesylinder, en spruteflaske med fenolrødt og 2 stk 5 mL måleskjeer til hver gruppe. Be elevene om å overføre 5 mL natron og 10 mL kalsiumklorid til lynlåsposen og blande stoffene godt i posen.
5. Elevene skal nå måle opp 10 mL fenolrødt ved å bruke målesylinderen. NB! Det er viktig å gi beskjed til elevene om at lynlåsposen må tømmes for luft før fenolrødt tilsettes. Gi beskjed når elevene kan tilsette fenolrødt til de andre stoffene i lynlåsposen. Posen lukkes raskt etter denne tilsetningen, reaktantene i posen kan blandes forsiktig.
6. Gi beskjed til elevene om at de skal observere tegn på en kjemisk reaksjon når reaksjonen foregår i lynlåsposen i 4-5 minutter. Disse tegnene skal skrives ned i tabell 2 på elevark 1.
7. Be elevene om å montere opp et kaffefilter på toppen av plastkoppen med binders. Reaksjonsblandingen helles over i kaffefilteret, og det faste stoffet skilles nå fra væsken.
8. Nå skal den kjemiske reaksjonen gjennomføres en gang til, men hver elevgruppe skal først velge hvilket av de 3 utgangsstoffene som de ønsker å halvere mengden av. Elevene skal så formulere en hypotese der de skal beskrive hvordan halveringen i mengden av stoffet de har valgt vil påvirke utfallet av den kjemiske reaksjonen. De må også begrunne hypotesen. Eks. Hvis de tror at det blir varmere, så må de også forklare hvorfor de tror det blir varmere.
9. Bruk de sekskantede brikkene og la elevene diskutere i gruppene hvilke ferdigheter de har øvd på i denne øvelsen. Hvordan kan elevene bruke brikkene til å illustrere prosessen? Snakk sammen om på hvilke måter dere har arbeidet med naturvitenskapelige praksiser og tenkemåter i denne øvelsen?

Faglig forklaring

Tabellen under viser de kjemiske egenskapene til stoffene som inngår i den kjemiske reaksjonen. 

Natron	Natron reagerer som en base i rent vann (pH=8.6), men som vist i reaksjonslikningen under tabellen, så ender denne konkrete reaksjonen med at løsningen blir sur. Dette skyldes at i tillegg til CO2-gassen og CaCO3 som er et fast stoff, så dannes det H3O+. Det er konsentrasjonen av dette ionet som gir pH-verdien i løsningen.
Kalsiumklorid (uten krystallvann)	Det avgis varme til løsningen når vannmolekyler trenger inn i mellom ionene som utgjør gitterstrukturen i saltet kalsiumklorid (CaCl2). Varmen som avgis fordeles på mengden væske som benyttes.
Fenolrødt	Fenolrødt er et veldig kraftig fargestoff, som fungerer som en syre-base indikator. Det vil si at fargen til fenolrødt er ulik i en sur og en basisk løsning. Sur løsning: pH < 6.6 (fenolrødt har gul farge) Basisk løsning: pH > 8.0 (fenolrødt har rosa/rød farge)

I reaksjonen mellom natron, kalsiumklorid, fenolrødt og vann dannes blant annet gassen karbondioksid, som kan reagere med vann og danne karbonsyre:

NaHCO₃(s) + CaCl₂(s) + fenolrødt(aq) + H₂O(l) -> CO₂(g) + CaCO₃(s) + H₃O⁺(l) + Na⁺(aq) + Cl^–(aq) + fenolgult(aq) 

CO₂(g) + 2H₂O(l) -> H₂CO₃(aq) -> H₃O⁺(aq) + HCO₃^–(aq)

Forslag til etterarbeid (se Elevark 2)

• Hvilken rolle tror dere fenolrødt har i dette forsøket?
• Hvilken rolle tror dere stoffet kalsiumklorid har i dette forsøket?
• Hvilken rolle tror dere stoffet natron har i dette forsøket?
• Hvorfor tror dere at dere ble bedt om å halvere BARE ETT av de 3 stoffene som inngikk i forsøket?
• Ble hypotesen deres bekreftet eller avkreftet?
• Forsøket dere har gjennomført kalles ofte for VGG-reaksjonen. Hva tror dere VGG er en forkortelse for?
• Hvilke av ferdighetene på de sekskantede brikkene mener dere at dere har jobbet med i denne øvelsen? Forklar kort hvorfor.

Forslag til utvidelse

Det går fint an å utvide dette forsøket ved å la elevene teste flere hypoteser. Dette vil kunne gi elevene nyttige erfaringer med hvordan de ulike reaktantene som inngår i denne spesifikke kjemiske reaksjonen påvirker observasjonene vi gjør når vi gjennomfører reaksjonen.