Prírodovedná soutez. Fyzikální a chemické pokusy. Přírodovědná soutěž Řetězová reakce Uživatelská příručka. pro studenty stredních Skol

Prírodovedná

soutEZ

pro studenty stRedníc h Skol

Přírodovědná soutěž Řetězová reakce

Uživatelská příručka Fyzikální a chemické pokusy

Úvod Milí studenti, Pokud čtete tuto příručku, nejspíš k tomu máte jeden ze dvou důvodů: zajímají vás přírodní vědy, nebo se chcete se svými spolužáky pobavit. Přírodovědná soutěž Řetězová reakce vám ukáže, že tyto dva důvody lze velmi dobře propojit. Níže najdete stručné vysvětlení, co přesně přírodovědná soutěž Řetězová reakce znamená a co musíte udělat, abyste se mohli stát součástí této zábavy, která je současně určena k tomu, abyste si rozšířili své znalosti z přírodovědných oborů. Jste připraveni? Dejme se do toho, a buďme tvůrčí a chytří!

Uživatelská příručka


Co je to Stroj na řetězovou reakci? Stroj na řetězovou reakci je zvláštní konstrukce vyrobená z běžných materiálů, ve které po sobě následuje sled fyzikálních a chemických reakcí. Každá reakce spouští další akci, takže celý stroj funguje automaticky bez zásahu člověka. Například kutálející se kulička strčí do řady dominových kostek, která převrátí šálek se solí, ten spadne do nádržky s vodou a protože slaná voda je vodivá, rozsvítí LED diodu atd. atd. Historie Počátek tohoto výmyslu se datuje o sto let zpátky, kdy americký karikaturista a vynálezce Rube Goldberg sestrojil první stroj, který prováděl velmi jednoduchý úkon velmi složitým způsobem, zahrnujícím většinou i řetězovou reakci. Asi nejslavnějším z těchto „vynálezů“ byl Samočinný ubrousek, jehož prostřednictvím se svět s těmito báječnými podívanými setkal poprvé. Každý má rád směšné stroje V USA se neustále pořádá mnoho školních projektů, soutěží a klubů na toto téma a studenti nadšeně konstruují Goldbergovy stroje. Podobné soutěže pořádají i NASA a Google a na kanále Discovery běží zcela nový televizní seriál o tomto druhu strojů.

Cíl přírodovědné soutěže Řetězová reakce Hlavním cílem přírodovědné soutěže Řetězová reakce je upozornit na význam vědy a na skutečnost, že fyzika a chemie mohou být velmi zábavné a zajímavé, a že se nejedná jen o řadu vzorečků, které si musí člověk nacpat do hlavy. Fyzika a chemie hýbou světem kolem nás. Teď je na vás, abyste je uvedli do pohybu! Fyzika a chemie nás neviditelně obklopují. Pokud se zúčastníte naší soutěže, bude vaším úkolem pozorovat, analyzovat a vědecky „kopírovat“ tyto procesy a reakce, které se kolem nás denně dějí. Jak? Buďte co nejvíce tvůrčí! Současně uvidíte, na co mohou být dobré prázdné láhve, plechovky od coca-coly a plastové sáčky či jakýkoliv jiný druh recyklovatelného odpadu, a tím si začnete být více vědomi životního prostředí a udržitelnosti.

Kdo se může soutěže zúčastnit? Soutěž je určena pro skupinky středoškolských studentů (ve věku od 14 do 18 let) maximálně po pěti lidech s jedním odborným poradcem (učitel chemie). Členy týmu vybere učitel chemie podle výkonu studentů v hodinách v přípravném období soutěže, a zařadí do něj ty studenty, kteří přijdou s nejoriginálnějšími vědecky odůvodnitelnými nápady.

Co je cílem soutěže? Cílem je vymyslet a sestrojit stroj na řetězovou reakci, který předvede sled chemických a fyzikálních reakcí a bude současně představovat báječnou podívanou. Tým může pro sestavení stroje používat nejrůznější materiály: • Nástroje a materiály z Magic boxu *, • Pomůcky a materiály ze školní chemické laboratoře • Jakékoliv jiné věci včetně hraček, které si studenti přinesou z domova (například prázdné PET láhve, doma vyrobené věci například z lepenky, plastové hračky apod.)

* Magic box je bezplatná startovací sada obsahující různé nástroje a materiály, která je pro školy k dispozici v omezeném množství. Kouzelná bedna není podmíněna účastí v soutěži.

3



Jak na to? Proměňte běžné materiály v mimořádný výmysl! 1. Plánování! Přemýšlejte o tom, které fyzikální a chemické reakce do stroje na řetězovou reakci zabudujete. Jako inspiraci můžete použít tuto příručku a videa některých pokusů na stránce CHEMGENERATION.COM. Shromážděte své nápady, sepište si je a nakreslete, a až budete hotoví, ukažte je svému učiteli chemie, který bude vaším odborným poradcem. 2. Zkouška! Nejslibnější nápady a fyzikální a chemické reakce, které si budete přát v řetězové reakci použít, je třeba předem vyzkoušet v praxi, ale samozřejmě jen pod dozorem vašeho učitele chemie. Čím více si požadovanou reakci vyzkoušíte, tím lépe bude ve vašem stroji na řetězovou reakci fungovat. Chemické pokusy neprovádějte doma! Čtěte „bezpečnostní pokyny” na str. 6! 3. Sestrojení! Pokud máte opravdu dobré nápady, můžete se stát jedním z členů pětičlenného družstva, které se zúčastní soutěže. Pak nastane skutečná týmová práce: vy a další členové týmu budou muset krok po kroku sestrojit stroj na řetězovou reakci ze všech vašich nápadů. Vyčleňte si na sestrojení dost času. Stroj sestavte v jedné školní třídě, věnujte mu přestávky a také jistý čas po vyučování. 4. Natočení videa Jakmile bude stroj hotov, musíte ho uvést do chodu a jeho chod natočit na video. To se zdá být lehký úkol, ale tak lehké to zase není. Video musí být natočeno souvisle bez přerušení, což znamená, že kamera musí natáčet přesně to, co se zrovna bude dít. Jakmile jeden z členů týmu představí stroj a jeho funkce krok za krokem, může se pochlubit také svými teoretickými vědomostmi. Na vysvětlení jednolitých fyzikálních a chemických reakcí, které budou součástí funkce vašeho stroje, můžete použít tabuli nebo flip chart. Film může být tak dlouhý, jak budete potřebovat, ale snažte se, aby nepřestal být zajímavý a aby se v něm pořád něco dělo. 5. Odeslání videa na webovou stránku Nakonec se musíte přihlásit do soutěže online přihláškou, ke které připojíte vaše natočené video a kterou odešlete prostřednictvím stránky CHEMGENERATION. COM. Přihlášku musí předložit váš odborný poradce, učitel chemie. 6. Požádejte své kamarády, aby hlasovali! Od teď nastane napjaté očekávání. Dříve než předložená videa posoudí odborná porota, může o videích hlasovat veřejnost prostřednictvím stránky CHEMGENERATION.COM. Sbírejte hlasy veřejnosti! Požádejte své kamarády, aby se na video podívali, a pokud se jim bude líbit, aby mu dali svůj hlas. Výsledky soutěže nejprve obdrží váš učitel, který vám poté sdělí snad dobré zprávy…

Podrobnosti o registraci: http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/

4

Základní pravidla Automatický stroj Podstatou stroje na řetězovou reakci je, že jakmile jej spustíte, musí fungovat zcela sám jen na základě svých fyzikálních a chemických reakcí bez jakéhokoliv lidského zásahu.

Minimálně 10 kroků Stroj se musí skládat alespoň z deseti různých kroků. Samozřejmě reakcí může být více: čím delší a zajímavější podívaná bude, tím větší bude mít tým konstruktérů naději na úspěch v soutěži.

Minimálně tři kroky musí být založeny na chemické reakci Stroj by měl obsahovat alespoň 3 kroky, které budou založeny na chemických reakcích (například elektrolýza, zvětšení objemu látek, slané + kyselé reakce, rozpustnost pevných látek apod.) Důkladně si prostudujte chemické pokusy uvedené v této příručce, nápady proberte se svým učitelem chemie, a pak si promyslete, které reakce půjde vestavět do vašeho stroje na řetězovou reakci!

Jeden zásah povolen Jak jsme uvedli v kapitole 1, cílem stroje na řetězovou reakci je, aby po spuštění fungoval zcela samostatně s využitím různých fyzikálních a chemických reakcí, které ho budou udržovat v chodu bez jakéhokoliv dalšího lidského zásahu. Může se však stát, že se něco nepodaří a stroj se zasekne. V takovém případě je povoleno, aby jeden člen týmu zasáhl, ale jen jednou.

Jeden střih povolen V zásadě by video představující stroj na řetězovou reakci mělo být natočenou souvisle bez střihů, což znamená, že kamera by měla točit to, co se zrovna děje. Jen v případě chemických reakcí je povolen jeden střih, který lze provést v programu na editaci videí dodatečně. Toto řešení je dovoleno tehdy, pokud nějaká chemická reakce bude trvat příliš dlouho, takže kamera by musela čekat několik minut, než bude reakce dokončena.

Vizuální prvky Ne všechny chemické reakce se pro řetězovou reakci hodí. Z toho důvodu je dovoleno využívat chemických pokusů jako vizuálních prvků. V tomto případě chemická reakce nespustí následující pohyb, ale proběhne jen sama o sobě jako vizuální prvek. Řetězová reakce může pokračovat zahájením dvou procesů současně jediným prvkem: jedním z těchto procesů může být chemická reakce, která proběhne jen sama o sobě, a druhým reakce, která uvede do pohybu další prvek stroje.

Udržitelnost Protože udržitelnost je stále důležitější, přidělí porota body navíc takovému stroji, který bude využívat zelené energie (tj. solární, větrné nebo vodní), recyklace (například recyklovaného papíru) nebo ekologických materiálů a technicky vyspělých řešení (biologicky rozložitelné plasty, LED diody apod.).

Získejte body navíc Můžete napomoci popularizaci vědy tím, že zakomponujete logo stránek CHEMGENERATION. COM různými způsoby do svého stroje (například na papírovou vlaječku, samolepku apod.). Tyto vizuální prvky přinesou týmu konstruktérů stroje body navíc, které mu udělí porota. Logo CHEMGENERATION.COM si lze načíst elektronickou cestou na následující adrese: http://www.chemgeneration.com/logo.zip

Rozesmějte ostatní! I když fyzika a chemie jsou vážné vědy, vůbec nám nebude vadit, když je představíte zábavným způsobem, protože jedním z našich hlavních hesel je: Chemie je „cool“, věda je zábava. Čím zábavnější vaše video bude, tím bude úspěšnější, protože pro ně bude hlasovat víc lidí.

Pozor! Podrobná pravidla přírodovědné soutěže Řetězová reakce jsou uvedena v dokumentu “Pravidla soutěže” na stránce CHEMGENERATION.COM http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/pravidla-souteze/

5



Pomůžeme vám Během období plánování a během pracovní fáze soutěže vás neopustíme. Vaše přípravy a praktickou realizaci podpoříme následujícími materiály: Uživatelská příručka Řetězová reakce Uživatelská příručka Řetězová reakce, kterou právě čtete, je oficiálním pomocným materiálem přírodovědné soutěže Řetězová reakce. Obsahuje stručné ilustrované popisy fyzikálních a chemických pokusů, které můžete využít ve vašem stroji na řetězovou reakci. Prostudujte si je a vylepšujte je, plánujte, jak je propojit, a vymýšlejte nové reakce.

Videa pokusů na CHEMGENERATION.COM Videa pokusů popsaných v této příručce můžete shlédnout na stránce CHEMGENERATION.COM. Fyzikální a chemické pokusy jsou předvedeny krok za krokem ve zpomalené verzi, takže si můžete prohlédnout každý detail. Videa vám také nabídnou několik nápadů, jak pokusy vzájemně propojit.

Uživatelskou příručku si lze načíst a vytisknout ve formátu PDF na této stránce: http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/ uzivatelska-prirucka/

Fyzikální a chemické pokusy si můžete prohlédnout na stránkách: http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/videa/

Ceny První cena Každý člen týmu vybraného odbornou porotou (5 studentů a jejich odborný poradce – učitel chemie) obdrží hodnotnou cenu a škola, která vítězný tým do soutěže vyslala, obdrží účelově vázanou finanční výhru. Cena diváků Všechna videa s natočenou řetězovou reakcí budou zařazena do video galerie na stránce CHEMGENERATION.COM, kde pro ně veřejnost může hlasovat. Video s nejvíce hlasy veřejnosti obdrží „cenu diváků“. Ceny a podrobnosti o vyhlášení výsledků jsou uvedeny na stránce CHEMGENERATION.COM: http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/

Bezpečnostní pokyny Opatrné používání vybavení Každá fyzikální a chemická reakce vyžaduje soustředění a opatrnost. Všechno vybavení a nástroje je potřeba používat správně. Nástroje z Magic boxu nepůjčujte malým dětem, smíte je používat jen vy a členové vašeho týmu. Pracujte vždy přesně podle pokynů a v čistém prostředí. Chemické pokusy: jen pod dozorem učitele Během realizace chemických pokusů, popsaných v této příručce, můžete přijít do kontaktu s různými chemikáliemi, z nichž některé jsou nebezpečné pro zdraví nebo životní prostředí. Z tohoto důvodu musí být všechny pokusy prováděny v souladu se zákony o bezpečnosti chemických reakcí. Je důležité mít na paměti, že pokusy označené v této příručce červenou výstrahou smí být prováděny jen pod přísným dohledem učitele. Chemické pokusy neprovádějte doma!

6

Příloha

Fyzikální a chemické pokusy Vzorové pokusy, které jsou popsány na následujících stránkách Vám mohou napomoci při sestavování Vašeho “stroje řetězové reakce”. Bádejte a dejte volný průchod Vašim nápadům!

Upozornění! Fyzikální a chemické pokusy si můžete prohlédnout na stránkách CHEMGENERATION.COM: http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/videa/

Varování! Některé chemické reakce obsahují zdraví či životnímu prostředí škodlivé chemické látky. Proto doporučujeme realizovat tyto pokusy ve školních laboratořích a to pouze pod odborným dohledem Vašeho učitele chemie. Nedoporučujeme provádět chemické pokusy doma! Pečlivě si přečtěte sekci “Bezpečnostní pokyny” na straně 6!

Pokusy


Srážka Srážka je krátká dynamická událost vznikající z blízkého kontaktu mezi dvěma nebo více pohybujícími se tělesy a vedoucí k prudké změně rychlosti (momentu, impulsu). Protože při řetězové reakci musíte udržovat předměty v neustálém pohybu, musíte využívat srážek. Existuje mnoho druhů srážek. Jednou z nich je dokonale pružná srážka, která vzniká z interakce mezi dvěma tělesy, při které je výsledný součet kinetické energie obou těles po srážce roven součtu jejich kinetické energie před srážkou. Podívejme se na několik příkladů využití pro řetězovou reakci! Newtonova kolébka Vytvořte Newtonovu kolébku, která využívá dokonale pružné srážky, v níž poslední kulička zahajuje řetězovou reakci sousedního prvku! Dejte kuličky zavěšené na provázku blízko k sobě. Jakmile strčíte do jedné z krajních kuliček, nastane následující proces: Pokud se srazí dvě kuličky o stejné hmotnosti, vymění si navzájem rychlost pohybu, kterou měly v okamžiku kolize. Pokud se tedy jedna kulička pohybovala a druhá byla v klidu, pak se pohybující se kulička zastaví a nehybná kulička se začne pohybovat stejnou rychlostí, jakou se pohybovala kulička, která do ní vrazila. Pokud budou kuličky v řadě, tato síla projde celou řadou a vystrčí poslední kuličku nahoru. Pak se totéž bude opakovat v opačném směru. Pokud se na konci řady pohne směrem nahoru víc kuliček, pak se stejný počet kuliček pohne nahoru i na opačném konci řady. Srážka na kolejích Chcete-li zpomalit nebo dokonce zastavit těleso srážkou, použijte naprosto nepružnou srážku. Nastavte dva objekty o stejné hmotnosti pohybující se po kolejích proti sobě a postrčte je stejnou silou směrem k sobě. V tomto experimentu se protisměrné momenty pohybu obou těles srazí, kinetická energie je ztracena a obě tělesa se zastaví. Tip: Abyste přesně věděli, co se stane po srážce těles, přečtěte si zákon o zachování energie a zákon o zachování momentu pohybu (impulsu).

Rovnoměrně se měnící pohyb: zrychlení Zrychlení je změna rychlosti pohybu tělesa v čase. Tato změna může být kladná nebo záporná (zpomalení). Podívejme se, jak toho lze využít v řetězové reakci! Nakloněná rovina Postavte nakloněnou rovinu z dřevěné poličky podložením jednoho konce několika knihami. Pak postavte skleněnou nebo kovovou kuličku nebo míček na vršek svahu. Uvidíte, že se bude kutálet dolů po svahu rovnoměrně se zvyšující rychlostí. Písek na nakloněné rovině Nyní naneste na spodní část nakloněné poličky písek a znovu spusťte dolů kuličku. Uvidíte, jak se díky odporu písku bude rychlost kuličky zpomalovat (záporné zrychlení = zpomalování) tam, kde se bude kutálet po písku. Pokud bude tření dostatečně velké nebo svah dostatečně dlouhý, může se kulička dokonce zastavit. Tip: Vyzkoušejte různé materiály. Všimněte si, který materiál představuje nejnižší tření a na kterém kulička dosáhne největšího zrychlení nebo naopak zpomalení.

8

Fyzika

Volný pád, přitažlivost Pokud necháte předmět padat v gravitačním poli Země, bude jeho pád směřovat do centra Země. Volný pád nastává tehdy, pokud padající předmět není ničím blokován. Je také zajímavé si všimnout, že díky gravitaci je zrychlení volného pádu všech předmětů stejné. Proto také dva předměty stejné velikosti, ale z různých materiálů upuštěné ze stejné výšky dopadnou na zem současně. Podívejte se na příklad! Pád Postavte dvě svislé trubky z plastových lahví a pak do jedné trubky upusťte lehký pěnový míček a do druhé ve stejném okamžiku těžkou železnou kuličku. Uvidíte, že obě tělesa dopadnou na zem ve stejném okamžiku. Přemýšlejte, jak tohoto jevu využít v řetězové reakci.

Tip: Abyste přesně věděli, co se děje při volném pádu, prostudujte si gravitační zákon.

Brzdění Brzdění představuje aerodynamickou nebo hydrodynamickou sílu, která působí proti směru pohybu pevného tělesa. Brzdná síla se rovná síle vyvíjené pevným tělesem, které se pohybuje konstantní rychlostí. Brzdění závisí například na kvalitě brzdícího média, ale i na velikosti, tvaru a rychlosti pohybujícího se tělesa. Pokud chcete, aby se předmět ve vaší řetězové reakci pohyboval pomalu, používejte brzdných sil. Zde je několik příkladů. Vícevrstevné hydrodynamické brzdění V odměrném válci vytvořte několik vrstev kapalin o různé hustotě (například jedlá želatina, med, voda, olej atd.) s nejhustší vrstvou dole. Experiment bude ještě zvýrazněn, pokud různé vrstvy obarvíte různými potravinářskými barvami. Pak upusťte do odměrného válce předmět a uvidíte, jak se bude pohybovat horními řidšími vrstvami rychleji než spodními hustými kapalinami, v nichž se zpomalí, nebo dokonce zastaví. Padák Také vzduch působí na pohybující se předměty. Tomuto jevu se říká odpor vzduchu. Abyste si mohli odpor vzduchu vyzkoušet, sestrojte si padáček z běžných materiálů. Vyřízněte kolečko z plastového sáčku a na jeho okraje přivažte provázky ve vzdálenosti několik centimetrů od sebe. Na provázky přivažte balastní závaží a padáček je hotov. Vyzkoušejte padáčky různých tvarů a velikostí a porovnejte si, který z nich bude nejvíc brzděn odporem vzduchu. Jak by měl být padáček upevněn, aby začal padat jen tehdy, když ho k tomu přiměje předchozí prvek řetězové reakce?

9

Pokusy


Spirálový a kruhový pohyb Kruhový pohyb vzniká, když se objekt začne pohybovat dokola po kruhové dráze. Kruhového a spirálového pohybu lze dosáhnout působením dostředivé síly, která přiměje těleso sledovat zakřivenou trasu. To může být následek přitažlivosti (oběžná dráha), elektrické přitažlivosti, přítlačné síly nebo síly kabelu. Spirálový a kruhový pohyb mohou být v rámci řetězové reakce velmi působivé. Tady je několik příkladů. Papírový kornout Udělejte papírový kornoutek, postavte ho svisle, roztočte v něm rychle kuličku a uvidíte spirálový pohyb. Síly (přitažlivá a přítlačná) nutí kuličku pohybovat se současně dokola a dolů. Jak tento prvek zapojit do řetězové reakce? Prostě udělejte v kornoutku dole dírku, aby kulička dole vypadla a postrčila další prvek řetězové reakce. Točící se sklenice Položte na jednom konci zúženou sklenici na bok a postrčte ji. Díky svému tvaru se bude kutálet dokola. Spirálová skluzavka Postavte spirálovou dráhu z drátů nebo průhledných plastových trubek a studujte síly působící na kuličky, která se bude po dráze kutálet. Podívejte se, jak se bude kulička pohybovat v zatáčkách.

Kyvadlo Kyvadlo je závaží zavěšené tak, aby se mohlo volně houpat, pokud je vysunuto z neutrální rovnovážné polohy. Kyvadlo se kýve pravidelně. Kyvadlový pohyb lze vidět v řadě běžných struktur, jako jsou kyvadlové hodiny, houpačka nebo kuželky. Také kyvadlový pohyb lze využít v řetězové reakci. Podívejme se, jak na to. Kývající se kladivo Přivažte kladivo v jednom bodě, zvedněte jeho hlavu nahoru a upevněte ji. Jakmile předchozí prvek řetězové reakce rozpojí úchyt, kladivo se zhoupne a může postrčit další předmět. Stolní kuželky Připevněte závaží (například těžkou kuličku) na konec provázku, přivažte druhý konec provázku, zvedněte závaží a upevněte ho ve zvednuté poloze. Jakmile upevnění rozvážete, předmět se začne houpat. Pokud mu do cesty postavíte jiný předmět, kyvadlo ho postrčí, a řetězová reakce může začít. Tip: Nastudujte si, jak fungují kyvadlové hodiny.

10

Fyzika

Jednoduché stroje: kladka Jednoduchý stroj je mechanické zařízení, které mění směr a velikost síly. Jinými slovy: jednou z nejdůležitějších charakteristik jednoduchých strojů je, že s jejich pomocí stačí vyvinout daleko menší sílu na pohnutí předmětem. Potřebná energie je samozřejmě stejná. Jedním z takových užitečných strojů je pevná kladka s nápravou nasazenou v ložiscích připevněných k podpůrnému rámu. Podívejme se, jak jí lze využít v řetězové reakci! Jednoduchá kladka Přivažte na pevnou kladku provaz a na jeho konec přivažte těžký předmět. Kladkou tento těžký předmět snadno zvedneme zatažením za druhý konec provazu. Tip: Protože v řetězové reakci nesmíte hýbat předměty rukou, dobrým řešením je uvázat na druhý konec provazu protizávaží, a k rozhýbání předmětu využít gravitačních sil. Archimédův systém kladek Postavte Archimédův kladkostroj, který se skládá z mnoha kladek. V této konstrukci každá z kladek snižuje váhu nákladu na polovinu, takže lze i velmi těžký předmět snadno zvednout. Na tomto principu je například založena funkce jeřábu na staveništi.

Dominový efekt Padající kostky domina postavené v řadě jsou ovládány silou nárazové vlny, která projde celým systémem. Rychlost padání závisí na výšce dominových kostek, vzdálenosti mezi nimi a na přitažlivosti. Pokusy prokázaly, že padání řady kostek je nejrychlejší, když kostky naskládáme do vzájemné vzdálenosti rovnající se dvěma třetinám jejich výšky. Padající řada dominových kostek může být působivá a úspěšná i v rámci řetězové reakce. Tady je pár příkladů. Padající řada dominových kostek Postavte vedle sebe stabilní předměty, které mohou snadno spadnout (například krabičky zápalek), rovnoběžně do stejné vzdálenosti od sebe. Jakmile strčíte do prvního předmětu, vytvoříte nárazovou vlnu, která projde celou řadou, a všechny předměty popadají. Co se to vlastně děje? Působením nárazové vlny jsou předměty vychýleny ze své rovnovážné polohy a padají díky přitažlivosti. Řada zvětšujících se dominových kostek Postavte do řady zvětšující se předměty a uvidíte, jak jeden předmět dokáže převrátit předmět, který je jeden a půl krát vyšší než předchozí. To může být v řetězové reakci opravdu působivé! Stačí jen vymyslet prvek řetězové reakce, který bude nastartován pádem řady dominových kostek…

Vymrštění Aby předmět vyletěl do výšky, musíte mu dodat počáteční moment (hybnou sílu nebo energii). Velikost této energie musí být dostatečná, aby překonala zemskou přitažlivost. Například se může jednat o pružinovou sílu natažené gumičky praku (viz kapitola 10) nebo reakční sílu při startu rakety. Vypuštění předmětu může být zajímavou součástí řetězové reakce. Podívejme se na pár příkladů.

11

Pokusy


Katapultování lžičky Udělejte katapult pomocí lžičky a gumiček. V tomto případě je síla potřebná na spuštění katapultu dána pružnou silou gumičky. Tip: Můžete vypustit cokoliv, aniž byste se museli stroje dotknout, tím získáte velmi působivou součást řetězové reakce: připevněte natažený katapult drátkem a spusťte ho přepálením drátku.

Vybuchující raketa Využijte přetlaku vytvořeného chemickou cestou zplyňováním: vhoďte šuměnku do nádoby zpola naplněné vodou a zavřete víčkem. Začne se vyvíjet plyn, který za chvilku vymrští víčko nádoby vysoko nahoru. Taková výbušná reakce může snadno spustit další prvek řetězové reakce. Tip: Pomocí láhve s dlouhým hrdlem můžete řídit okamžik výbuchu tak, aby šuměnka padla do kapaliny teprve tehdy, až předchozí prvek řetězové reakce uvede láhev do pohybu.

Pružinová síla Pokud natáhnete nebo stlačíte pružinu, vznikne reakční síla, která je přímo úměrná změně délky pružiny. To znamená, že čím víc pružinu natáhneme, tím větší síla v ní vznikne. Stejně se chová i guma. Pružinová síla je v řetězové reakci velmi užitečná, pokud chcete uvést předmět do velmi rychlého pohybu. Zde je několik příkladů. Natažení pružiny Zavěste pružinu na háček a na její konec zavěste těžký předmět, abyste ji natáhli. Čím těžší předmět zavěsíte, tím víc se pružina protáhne a vy budete pozorovat odskakující pohyb. Gumový stroj Zavěste pružinu na háček a na její konec zavěste těžký předmět, abyste ji natáhli. Čím těžší předmět zavěsíte, tím víc se pružina protáhne a vy budete pozorovat odskakující pohyb ... Natahovací autíčko V řetězové reakci můžete využít také natahovací autíčko! Jak tento staletí starý vynález funguje? Kolečka točící se dozadu napínají v autíčku pružinu. Jakmile autíčko pustíte, energie uložená v pružině se náhle přenese na kola a autíčko se rozjede. Tip: Zeptejte se učitele chemie, jaké molekuly a vazebné síly jsou odpovědné za pružnost gumičky.

12

Fyzika

Vztlak Vztlak je síla směřující nahoru vyvíjená kapalinou nebo plynem proti váze ponořeného předmětu. Těleso ponořené do kapaliny nebo plynu je nadlehčováno silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené. To je Archimédův zákon. V řetězové reakci můžete využít vztlaku k pohybováním předměty v kapalině. Tady je několik příkladů. Potápějící se nafukovací balónek Upevněte středně nafouknutý balónek ke dnu nádoby nebo akvária naplněného vodou. Jakmile provázek rozvážete, vztlak vynese balónek na hladinu. Samozřejmě provázek připevněný k balónku může vynést nahoru menší předmět, který bude pokračovat řetězové reakci. Kostka cukru jako zátěž Vztlak můžete také studovat s pomocí kuličky z pěnového polystyrénu. Protože v tomto materiálu je uzavřeno množství vzduchu, je těžké ho potopit. Budete na něj muset přivázat mnoho závaží, například kostky cukru, aby se potopil. Pozor, váha kostek cukru musí být větší než vztlak obou těles (cukru a kuličky). Jakmile se kostky cukru ve vodě rozpustí, vztlak vynese kuličku na hladinu, kde může kulička vrazit do dalšího předmětu, aby řetězová reakce mohla pokračovat.

Teplotní roztažnost Teplotní roztažnost je tendence hmoty měnit objem v reakci na změnu teploty. Teplotní roztažnost lze pozorovat i v každodenním životě, například u kovů, ale i tepelný stroj funguje na základě tohoto principu, který můžete velmi dobře využít i v řetězové reakci. Podívejte se jak. Tepelný stroj Postavte tepelný stroj z běžných předmětů. Stroj bude vyrábět rotační sílu díky zahřátému vzduchu a tato síla může v řetězové reakci uvést do pohybu další předmět.

Vrtule točící se teplem Hustota ohřátého vzduchu klesá. Žárovka nebo čajová svíčka mohou ohřát vzduch tolik, že stoupající teplý vzduch dokáže roztočit malý mlýnek.

Tip: Prostudujte si zákony termodynamiky.

13

Pokusy


Změny skupenství hmoty Hmota má různé fyzikální vlastnosti podle svého skupenství. Pevná látka se může změnit na kapalinu rozpouštěním nebo táním, kapaliny se mohou změnit na plyny odpařováním. Změnu skupenství můžete využít také v řetězové reakci. Tady je několik příkladů, jak na to. Oheň, led a voda Položte několik kostek ledu na kovovou destičku, kterou budete zespoda zahřívat svíčkou. Jakmile se led rozpustí, voda steče z povrchu destičky a tato kapající voda může zahájit další část řetězové reakce.

Malý parní stroj Parní turbínu můžete udělat z čehokoliv! Propíchněte velkou korkovou zátku a dírkou prostrčte trubičku. Pak odřízněte víčko kovové plechovky, naplňte ji vodou a pevně k ní přivažte korkovou zátku. Jakmile vodu přivedete do varu, vznikající pára může vycházet jen malou trubičkou, která pak pohne i vrtulí.

Změna hmotnosti Hmotnost tělesa je úměrná jeho objemu. Změna hmotnosti často vede ke změnám pohybu, takže tento jev můžete využít pro řetězovou reakci. Tady je několik příkladů. Houbové závaží Položte na každý konec houpačky jednu houbičku tak, aby byla houpačka dokonale vyvážena. Pak na jednu z houbiček kapejte vodu. Budete překvapeni, kolik vody dokáže pojmout jedna malá houbička. Zajímavé na tomto experimentu je, že objem houbičky se nezmění, ale její hmotnost se několikanásobně zvětší. Kuličková skluzavka Do prázdného plastového přivázaného kalíšku provázkem na kladku sypte kuličky. Jak se bude hmotnost kalíšku zvyšovat, systém se začne pohybovat. Kalíšek bude klesat dolů, zvedne kladku a uvede do pohybu další prvek řetězové reakce.

Elektřina z obnovitelných zdrojů Elektrický proud je uspořádaný tok nabitých částic (elektronů a iontů). Může vznikat z řady zdrojů, jako jsou fosilní paliva, obnovitelné zdroje energie nebo dokonce i energie vzniklá z chemických reakcí (viz ovocný článek). Použijte obnovitelnou energii pro výrobu elektřiny nebo pohyb předmětů v řetězové reakci. Podívejte se na pár příkladů. Vodní mini elektrárna Připojte osu vodního kola vyrobeného z běžných materiálů na mikro motor na stejnosměrný proud (elektrický motor s nízkým příkonem), který lze také použít jako generátor. Jakmile bude na kolo proudit voda, kolo se roztočí a svou kinetickou energii přenese na generátor, který ji převede na elektrickou energii. Tato energie bude schopna rozblikat LED diodu. Stejný experiment lze provést s větrnými turbínkami poháněnými ventilátorem, protože také energii větru lze převést na elektrickou.

14

Fyzika

Doma vyrobený solární panel Připojte sluneční článek dráty na mikro motor na stejnosměrný proud (elektrický motor s nízkým příkonem). Solární panel vyrábí elektrickou energii chemickou cestou. Energii poskytne motoru, který roztočí kolo. Tip: Pokud na tento pokus nebudete mít dost světla, umístěte k oknu zrcadlo a odražené světlo nasměrujte na solární panel. Můžete také použít silně svítící lampu. Plachetnice Větrná energie může vyvolat pohyb vozidel. Vzduch proudící z ventilátoru nebo vysoušeče vlasů může přenést svou energii na lehký předmět, například na plachetničku plovoucí po vodě. Teď už jen stačí vymyslet, jak ventilátor nebo vysoušeč vlasů v rámci řetězové reakce zapnout!

Ozubené kolo Ozubené kolo je rotující část stroje se zuby, které zapadají do jiného ozubeného kola, na které přenáší svůj krouticí moment. Zařízení opatřená ozubenými koly mohou měnit rychlost, krouticí moment a směr zdroje energie. Ozubená kola jsou například v přehazovačce kola, kde přenášejí energii na točící se hnané kolo bicyklu. Ozubené kolo lze lehce zapojit do řetězové reakce. Zde je příklad! Ozubená kola vlastní výroby Sestavte si systém ozubených kol různých velikostí z předmětů denní potřeby. Rozhýbejte první kolečko, a tím uvedete do pohybu i ostatní kolečka, avšak různou rychlostí podle jejich velikosti. Pokud na poslední kolečko upevníte lopatku, může postrčit další prvek a řetězová reakce může pokračovat tímto způsobem.

Magnety Každý magnet má dva póly (severní a jižní); neexistuje jeden pól bez druhého. Opačné póly se přitahují, stejně se odpuzují. Magnety ovlivňují nejen sebe navzájem, ale i určité kovové předměty (železo, slitiny): oba póly je přitahují. Magnetem lze v řetězové reakci pohybovat kovovými předměty. Tady je příklad. Magnetická nakloněná rovina Pohybujte těžkou ocelovou kuličkou po nakloněné rovině silným magnetem, kterým budete pohybovat pod povrchem. Kulička bude sledovat pohyb magnetu, pokud bude v jeho magnetickém poli. Přemýšlejte, jak tohoto jevu využít v řetězové reakci! Tip: Přečtěte si, co je to vířivý proud, jaké materiály se dnes používají jako nejsilnější magnety.

15

Pokusy


Vibrace Vibrace představuje periodický pohyb v čase. Existují mechanické vibrace a oscilace kolem rovnovážného bodu. Vibrace může spustit zajímavý a efektní pohyb v rámci řetězové reakce. Podívejte se na příklad. Datel Prohlédněte si tradiční hračku, které se říká datel, a pokuste se tento jev napodobit. pokud necháte malého ptáčka na pružince vylézt na vršek tyčky, uvidíte, že hned nespadne dolů, ale bude se dolů pohybovat postupně a bude vibrovat. V tomto složeném pohybu hrají důležitou roli nejen vibrace, ale i přitažlivost a tření. Tip: Nastudujte si, co je to rezonance, a co se stane, když budete člověka na houpačce rozhoupávat stále výš a výš.

Rovnováha, těžiště Rovnováha nastane, když budou síly působící na těleso nebo systém navzájem vyvážené. Předměty vyvedené z rovnováhy mohou spustit efektní pohyb v rámci řetězové reakce. Tady je několik příkladů. Vznášející se vidličky Zaklesněte do sebe dvě vidličky na straně se zuby a z vyduté strany mezi prostřední zuby zasuňte zápalku. Celou věc otočte a postavte na zápalku. Je to neuvěřitelné, ale vidličky nespadnou a zůstanou stát v této zdánlivě nestabilní poloze. Příčinou tohoto překvapivého jevu je, že těžiště systému je přímo pod opěrným bodem (osa rotace).

Rovnováha provazochodce Natáhněte provaz a postavte na něj předmět s kolečky (například motorku na hraní). Na každou stranu dejte závaží tak, aby visela pod úrovní provazu. Protože těžiště předmětu je pod opěrným bodem, zůstane předmět v rovnováze a může se po provaze pohybovat. Pružná loutka Rozřízněte pingpongový míček na poloviny a dejte dovnitř těžký předmět, například šroubek. Balónek znovu slepte a navlékněte ho do papírové zástěrky, aby loutka měla pěkné tělíčko. Protože těžiště loutky bude na jedné straně, ať ji dáte do jakékoliv polohy, vždycky se vrátí do neutrální rovnovážné polohy.

16

Fyzika

Protizávaží Protizávaží je vyvažující závaží, které vyvažuje nebo snižuje účinky zátěže. Klasickým příkladem stroje s protizávažím je starověký obléhací prak používaný ve středověkých bitvách. Tento stroj je schopen uložit a v určitém okamžiku uvolnit mechanickou energii, funguje na principu přitažlivosti a lze jej využít v řetězové reakci. Podívejte se jak! Prak Upevněte protizávaží na jeden konec vahadla. Druhý konec vahadla stáhněte dolů a upevněte. Jakmile předchozí prvek řetězové reakce vahadlo uvolní, přitažlivá síla stáhne protizávaží dolů a druhý konec vahadla se zvedne nahoru a vymrští projektil. Tip: Nastudujte si funkci věžového jeřábu a výtahu.

17

Pokusy


Rozpustnost Rozpustnost je možná díky srážkám molekul při neustálém pohybu rozpouštěné látky v rozpouštědle. Molekuly rozpouštědla v kontaktu s částicemi rozpouštěné látky prostřednictvím vzájemných srážek rozbijí soudržnost mezi částicemi rozpouštěné látky a kolem částic rozpouštěné látky se vytvoří obal z molekul rozpouštědla. Rozpouštění může spustit v řetězové reakci působivé barevné děje. Zde je pár příkladů: Ovocný čaj měnící barvu Vložte sáčky ovocného čaje do horké vody. Rozpouštění v kapalině o vysoké teplotě začne ihned: nejprve vodu zbarví rychle rozpustná barviva do modra. Po nějaké době voda kolem čajových sáčků začne měnit barvu: objeví se červená. Příčinou je přítomnost organických kyselin, které přidají proton navíc do molekul vody, čímž se pH roztoku změní na kyselé. Tato změna se projeví změnou zbarvení, pigmenty barvy se chovají jako ukazatele této reakce. Rozpouštění nerozpustné látky Vlijte nasycený lihový roztok síry do misky naplněné vodou. Nepolární molekuly síry se ve vodě nerozpouštějí, ale rozpouštějí se v lihu. Smíchání těchto dvou rozpouštědel sníží rozpustnost síry a začnou se tvořit koloidní částice: vytvoří se suspenze. Pokud skleněnou misku prosvítíte laserovým paprskem, uvidíte charakteristickou texturu suspenze lépe.

Nasycené a přesycené roztoky Roztok je považován za nasycený, pokud rozpouštědlo za daných okolností není schopno pojmout více rozpustné látky. Tím je dosaženo rovnovážného stavu. Koncentrace rozpuštěné látky je konstantní, je určena teplotou, při které došlo k rozpouštění a nazývá se rozpustnost. Pokud rozpustíme méně látky, než je za daných podmínek možné, je roztok nenasycený. Rozpustnost je u některých látek při vyšší teplotě mnohem větší, a pokud takový roztok vytvořený za horka pomalu ochladíme, dojde k porušení rovnováhy. Přechodně může takový roztok obsahovat více rozpuštěné látky, než odpovídá rozpustnosti při dané teplotě a takový roztok se jmenuje přesycený. Toto není stabilní stav, přebytek rozpustné látky se rychle sráží, například působením mechanické síly. Tento chemický jev lze zapojit do řetězové reakce. Podívejme se jak: Tekutá socha Vytvořte za horka fyziologický roztok octanu sodného a pomalu ho lijte na stůl nebo do porcelánové misky. Jak kapalina dopadne na povrch, ihned začne krystalizovat a bude tvořit vyšší a vyšší „solnou věž“. Takto lze vytvořit i malou sošku. Dalším zajímavý jev nastane, jakmile začnete vzniklý krystalický octan sodný opatrně zahřívat. Rozpustí se ve vlastní krystalové vodě (a nejedná se o tání!).

18

Chemie

Vodivost solí Některé materiály dobře vedou elektrický proud a jiné ne. Těm druhým se také říká izolanty. Dobrými vodiči jsou například zinek, měď a kovy obecně, zatímco většina plastů jsou izolanty. Vodivost závisí na chemické struktuře materiálu. Pokud ji změníte, můžete vyvolat vodivost. Nejsnazším způsobem je přidání soli do vody. Zde je příklad: Slanovodní vypínač Vložte uhlíkové elektrody do misky naplněné destilovanou vodou, instalujte nízkonapěťový zdroj a spotřebič, například LED diodu. Dioda zatím nesvítí, ale jakmile do misky nasypete jemnozrnnou sůl, a v případě potřeby promícháte, iontová složka v roztoku způsobí, že voda začne vést elektřinu a dioda se rozsvítí. Protože slaná voda působí v tomto elektrickém obvodu jako vypínač, můžete spojením tohoto obvodu spustit další prvek řetězové reakce. Tip: Najděte si, který materiál je nejlepší vodič elektřiny!

Elektrochemie Elektrochemie studuje chemické reakce vznikající působením elektrického proudu a procesy a pravidla přeměny chemické energie na elektrickou. Výroba elektrického proudu může být v řetězové reakci velmi užitečná. Zde je několik příkladů. Ovocný článek Vyrobte galvanický článek z malých kousků kovu a ovoce. Chemická reakce bude vyrábět elektřinu. Vložte dva různé kovy (například Cu a Zn) do šťavnatého kyselého kusu ovoce nebo zeleniny a LED dioda, připojená na kovy, se okamžitě rozsvítí. Jak je to možné? Protože procesy uvolňování a absorpce elektronů se odehrávají v různých částech článku, nastává mezi těmito dvěma částmi přenos elektronů. Kovy a okolní roztok (v tomto případě ovocná šťáva) se chovají jako elektrody a elektrolyt s různým elektrickým potenciálem. Elektrody, propojené roztokem, tvoří galvanický článek a rozdíl potenciálů obou elektrod je síla uvádějící do pohybu elektrony. Přeměna chemické energie na elektrickou je výsledkem oxidačních a redukčních procesů probíhajících v elektrodách. Tip: Přečtěte si, které jsou tři hlavní prvky elektrochemického systému!

19

Pokusy


Acidobazické reakce Tzv. acidobazické reakce jsou založeny na schopnosti kyselin „darovat“ proton (vodíkový iont) zásadám, které jsou schopny ho „přijmout“. Kyselost nebo zásaditost se měří hodnotou pH. Indikátor pH je chemický detektor protonů v acidobazické titraci. Pomocí indikátorů můžete v řetězové reakci provádět působivé barevné změny. Tady je příklad! Červené zelí Nakrouhejte červené zelí a namočte asi na čtvrt hodiny do vody. Modrý roztok bude dokonalým indikátorem kyselého nebo zásaditého prostředí po několik dní: červená znamená kyselost, tmavě fialová znamená slabě zásadité (mírně zásadité), zatímco zelená nebo žlutá znamená silně zásadité prostředí. V řetězové reakci lze šťávu z červeného zelí smíchat se zásaditým mýdlovým roztokem nebo s kyselou kyselinou octovou. Jak se kapaliny začnou promíchávat, uvidíte probíhající barevné změny. Tip: Je voda kyselina nebo zásada? Nebo může být oboje? Přečtěte si, co je to amfolyt!

Skryté písmo Skryté písmo, které lze zviditelnit chemickou reakcí, vyžaduje reakci, jejíž konečný produkt je barevný, ale nejméně jeden z reaktantů je bezbarvý. Nejprve napište písmena na papír bezbarvým reaktantem a pak vyvolejte reakci. Reakce může mít různý charakter: může to být reakce acidobazická, srážecí nebo oxidačně-redukční. V řetězové reakci lze pomocí skrytého písma vyvolat napsaný chemický vzorec nebo vtipné sdělení, aniž byste se stroje dotkli. Podívejte se jak! Skryté písmo s kurkumou Namočte párátko do zásaditého roztoku, příklad do vodného roztoku prášku do pečiva, a napište své sdělení na bílý filtrační papír. Písmo nebude hned viditelné, protože roztok jedlé sody je bezbarvý. Pokud na papír nanesete roztok kurkumy, bílý papír zežloutne, zatímco alkalický povrch písmen zhnědne. Jak lze tento jev vysvětlit? Barevná složka, zvaná kurkumin, v zásaditém prostředí zhnědne, takže se chová jako indikátor zásaditosti. Tip: V řetězové reakci lze sklenici naplněnou výtažkem z kurkumy nalít na papír s nápisem jedlou sodou, čímž okamžitě zviditelníte vaše tajné sdělení.

20

Chemie

Plyn, tvorba plynu Plyn je jedním ze skupenství hmoty. Plyny a kapaliny se chovají podobně: tečou a odolávají deformaci. Plyny se rozpínají a vyplňují celý prostor zásobníku, ve kterém jsou uloženy. Při mnoha chemických reakcích se tvoří plyn, který může uvádět do pohybu prvky řetězové reakce. Podívejme se jak. Mávající rukavice Naplňte gumovou rukavici odolnou proti kyselinám směsí jedlé sody a kyseliny citrónové. Pak ji opatrně natáhněte na hrdlo láhve z poloviny naplněné vodou. Pro zahájení reakce nalijte roztok z rukavice do kapaliny v láhvi. Ve vodě rozpustné pevné látky začnou spolu reagovat, vznikající oxid uhličitý nafoukne balónek, který postrčí další prvek řetězové reakce kupředu..

Tip: Zeptejte se svého učitele chemie, co jsou to vzácné plyny a proč se jim tak říká.

Pěnění Vývojem plynu v kapalině se může kapalina napěnit. Pokud se plyn tvoří prudce, může se kapalina napěnit velmi rychle a způsobit pohyb v rámci řetězové reakce. Podívejme se jak. Jiskřící sopka Dejte zásaditou jedlou sodu do kyselého octa a nalijte na to směs vody a jaru. Reakcí kyseliny se zásadou vznikne oxid uhličitý a kapalina s jarem se rychle napění.

21

Pokusy


Hoření K hoření dochází, když se látka spojí s kyslíkem ze vzduchu. Tři podmínky pro vznik hoření jsou hořlavý materiál, kyslík a zápalná teplota. Hoření je vždycky doprovázeno vznikem světla a tepla. V procesu hoření je to obvykle barva plamene, která nás informuje o tom, jaký materiál se spaluje. Hoření může být v chemické reakci velmi působivé, ale může i vyvolat pohyb. Podívejme se jak!

Pozor, hořlavý materiál! Tento experiment je potřeba provádět velmi opatrně za dozoru učitele. Doporučují se vhodná ochranná opatření a použití ochranných pomůcek. Pokus neprovádějte doma! Divoký oheň Napište text nebo nakreslete obrázek na kus papíru štětcem, který jste namočili do koncentrovaného roztoku dusičnanu draselného! Označte si začátek textu nebo obrázku a papír usušte. Pokud se papíru v místě označení dotknete žhavým drátem, papír začne hořet, ale jen tam, kde se začne rozkládat dusičnan draselný, tj. po čáře písma nebo obrázku. Tento jev lze vysvětlit tak, že dusičnan draselný má nízkou teplotní stabilitu a jeho rozklad splňuje dvě podmínky hoření, tj. požadovanou teplotu a kyslík, proto se snadno zapálí a hoří. Tip: Zjistěte, jaký je rozdíl mezi difúzním a smíšeným spalováním.

Plasty Plasty jsou uměle syntetizované nebo modifikované organické polymery o vysoké molekulové hmotnosti. V každodenním životě se s nimi setkáváme na každém kroku. Super absorpční polymery, které jsou schopné pohltit velké množství vody a vodného roztoku, tvoří relativně novou skupinu plastů. Většinou se vyrábějí z částečně neutralizovaných, mírně propojených sítí polyakrylových kyselin. Super savé látky se používají například na výrobu dětských plenek a dámských vložek, protože pohlcují vlhkost, a v zemědělství pro pohlcení půdní vlhkosti. Plasty a super absorpční látky mohou hrát v řetězové reakci specifickou roli. Tady je pár příkladů: Rychle se nadouvající superabsorbent Naplňte sklenici z poloviny superabsorpčním materiálem a nalijte na něj celou sklenici vody. Protože superabsorbent dokáže vázat velké množství vody, zachytí kapalinu uvnitř. Voda výrazně zvětší její objem, takže superabsorbent se stává mnohokrát větší, vyplní celý pohár, ale nerozlije se ani, když bude pohár zavřený. Tip: Víte, že už existuje ekologický zcela biologicky rozložitelný plast? Vyhledejte si ho!

22

Chemie

Čistící přípravky Čistící přípravky jsou povrchově aktivní látky, které snižují povrchové napětí hladiny rozpouštědla, obvykle vody, čímž dochází k disperzi látek nerozpustných ve vodě (mastnoty a oleje). Většina čistících přípravků obsahuje molekuly nebo ionty polárních (hydrofilních) a nepolárních (hydrofobních) skupin a vytváří emulze. Podívejte se, jak můžete experiment s čistícím přípravkem zapojit do řetězové reakce. Prášek pohybující se po vodní hladině Nalijte vodu do Petriho misky a nasypte vysoce hydrofobní prášek z plavuně*, který se rovnoměrně rozplyne po hladině vody. Jakmile do středu Petriho misky kápnete kapku čistícího přípravku, prášek se „rozběhne“ po hladině. Čím se to dá vysvětlit? Na vodní hladině molekuly čistícího přípravku „otáčejí“ svou hydrofilní část směrem k vodě, zatímco jejich hydrofobní polovina „hledí nahoru“. Prášek se po hladině pohybuje po této vrstvě. * Žlutý prášek tvořený suchými spórami rostliny plavuně

Tip: Zjistěte si, jaké existují čtyři druhy čistících přípravků podle jejich chemického složení.

Osmóza Čistý pohyb rozpouštědla je od méně koncentrovaného ke koncentrovanějšímu. Pokud méně a více koncentrovaný roztok oddělíte polo-propustnou membránou, propustí tato membrána menší molekuly rozpouštědla, ale nikoliv větší molekuly rozpuštěné látky. Tomuto jevu se říká osmóza. Tento zajímavý experiment může ozvláštnit vaši řetězovou reakci. Podívejte se jak! Chemikova květinová zahrada Vytvořte roztok vody a křemičitanu sodného v poměru 1:1, pak vložte „semena květin“, tj. různé kovové soli (jako je síran železitý, chlorid niklu, síran manganatý, chlorid chromitý, chlorid kobaltu, síran měďnatý, dusičnan hořečnatý). Soli se začnou rozpouštět a kovové ionty vytvoří sraženinu s meta-silikátovými ionty připomínající polo-propustnou membránu. Tlak v membráně se začne zvyšovat působením osmózy a membrána „praskne“, ale pak se znovu vytvoří v jiném tvaru díky kovovým iontům, které z ní „vytrysknou“ ven. Tímto způsobem „porostou“ rostliny. Protože tato reakce probíhá pomalu, je lepší tento experiment zařadit na začátek řetězové reakce. Stačí jen vymyslet, jak kovové soli dostat do vody.

23

Poděkování Naše poděkování patří všem partnerům a odborníkům za poskytnutí profesionální podpory vědecké soutěži „Řetězová reakce“: • Prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc. Česká společnost chemická, 1. místopředseda a statutární zástupce předsedkyně • Ing. Ladislav Novák Svaz chemického průmyslu České republiky, ředitel • RNDr. Ivana Lorencová Národní technické muzeum, vedoucí Oddělení dějin techniky • Ing. Mgr. Libor Bezděk DDM hl. m. Prahy, ředitel • Leona Gergelová Šteigrová Moderní vyučování, šéfredaktorka

Sestavení a provedení chemických experimentů: Dr. Zoltán Murányi Esterházy Károly College, Ústav chemie, profesor a vedoucí Ústavu Vince Oldal Eszterházy Károly College, Ústav chemie, profesor

Korektor: Dr. Miklós Riedel Eötvos Loránd University, Ústav fyzikální chemie, člen Sestavení obsahu: Borbála Szendőfi šéfredaktor webového portálu Chemgeneration.com

Oznámení o autorských právech Obsah těchto dokumentů je určen pouze k informativním účelům, může být kdykoli bez předchozího upozornění měněn a nepředstavuje žádný závazek redaktorů. Redaktoři nepřebírají žádnou zodpovědnost za chyby nebo nepřesnosti, které se na těchto dokumentů mohou objevit. Pokud není výslovně povoleno, nesmí být žádná část této publikace reprodukována, uchovávána v systému vyhledávání nebo přeposílána, v žádné formě ani žádným způsobem, elektronickým, mechanickým, nahráváním nebo jinak, bez předchozího písemného svolení vlastníků autorských práv. Veškerá autorská práva, obchodní známky, loga a názvy společností uvedené na těchto dokumentů jsou majetkem jejich příslušných vlastníků. Snažili jsme se v každém případě najít vlastníky autorských práv u daných materiálů a získat jejich svolení k použití těchto materiálů. Pokud jsme se v nějakém případě zmýlili v těchto poděkováních nebo nevědomky porušili autorské právo, upřímně se omlouváme a oceníme, pokud nás na to upozorníme, abychom mohli případnou chybu napravit. Copyright © 2013. Všechna práva vyhrazena.

Prírodovedná soutez. Fyzikální a chemické pokusy. Přírodovědná soutěž Řetězová reakce Uživatelská příručka. pro studenty stredních Skol

Recommend Documents