Vuurwerkfabriek Echt experimenteren in de klas Uitgaande van de virtuele experimenten in de ‘Stimulus-vuurwerkfabriek’, wordt in deze brochure een alternatieve didactische werkvorm aangereikt: de carrouselmethode. Het resultaat voor de leraar is een kant-en-klare lessenreeks, waarbij groepswerk centraal staat. Alle opdrachten zijn gekaderd in de context van de vuurwerkfabriek en verbonden met hetzelfde lesonderwerp. Stimulus Vuurwerk is een middel om: • Reeds verworven chemische begrippen te leren toepassen • Nieuwe chemische begrippen aan te leren in een relevante omgeving • Verschillende aspecten van vuurwerk te leren De digitale methode en de carrouselmethode kunnen elkaar perfect aanvullen (bijvoorbeeld als voorbereiding van de reële leerlingenexperimenten). De digitale methode kan ook geheel autonoom gebruikt worden. Voor beide methodes is veiligheid een prioriteit. De carrouselmethode vraagt echter meer voorbereiding (praktische opstelling etc...) dan de digitale variant. Leerlingenproeven met grote klassen zijn moeilijk te organiseren (veiligheid, onvoldoende materiaal, enz.), daarom worden in de carrouselmethode: • De lln. in kleine groepes (max. 4) verdeeld over 7 experimenten Elke groep werkt parallel aan een ander experiment en gaat verder met een willekeurig vrij experiment. In één les komen meerdere experimenten aan bod. • Leerlingen doorlopen in een les één of meerdere experimenten. • Elke kleine groep rapporteert over zijn experiment aan de hele klas. Het is niet noodzakelijk dat alle groepjes alle experimenten doorlopen.
Aarzel niet ons te contacteren indien vragen of suggeties, via
[email protected]
1 11 juni 2004 -
- carrousel
Buskruit In China was bij het begin van onze jaartelling het gebruik van buskruit in zwang voor het maken van feestvuur bij belangrijke gebeurtenissen zoals begrafenissen en religieuze vieringen. Zwavel en salpeter (kaliumnitraat) waren als delfstoffen al bekend. Koolstof, onder de vorm van houtskool werd allang bereid, o.a. voor het maken van zwarte kleurstof. Vanaf het jaar 1232 bestookten de Chinese legers hun vijanden met vuurpijlen. In de 13de eeuw bracht Marco Polo de rakettentechniek naar Europa. De alchemist Albertus Magnus en de monnik Roger Bacon perfectioneerden het ‘zwarte kruit’. In de 17de eeuw werden de eerste vuurwerkdemonstraties in Frankrijk gehouden. Aanvankelijk moest Europa de salpeter uit India invoeren. Later werd die grondstof voor de buskruitbereiding gemaakt uit potas en urine.(Vandaar de Engelse naam ‘potassium’ voor kalium). Tegen het einde van de 19de eeuw werd Chili de belangrijkste leverancier van kaliumnitraat. Kort voor de tweede wereldoorlog stelden Haber en Bosch een procédé op punt om ammoniak te synthetiseren. Hun hoofddoel werd bereikt: uit ammoniak maakten ze kaliumnitraat, zodat de oorlogsindustrie, maar ook de kunstmestindustrie, onafhankelijk werden van de aanvoer uit Chili. Met de ontwikkeling van de organische chemie zijn nieuwe explosieve materialen gevonden: sterker en betrouwbaarder. In vuurwerk wordt buskruit nu nog wel veel gebruikt.
2 11 juni 2004 -
- carrousel
Ontdek de geheimen van buskruit • • •
In vijf experimenteerstations ontdekken jullie zelf de geheimen van buskruit. In het zoekstation testen jullie je chemische kennis aan de hand van probleemstellingen waarin buskruit een belangrijke rol speelt. In het ICT station kunnen jullie sommige experimenten virtueel uitvoeren of een toets over buskruit afleggen.
Werkwijze • • • • • • •
Je leerkracht verdeelt jullie in groepjes van drie en duidt voor elk groepje het startstation aan. Na beëindiging van een experiment gaan jullie verder met een willekeurig ander station dat vrij is. Als alle experimenteerstations bezet zijn gaan jullie naar het zoekstation of naar het ICT station tot wanneer er een experimenteerstation vrijkomt. Lees vooraf de instructies. Vraag uitleg aan je leerkracht als iets niet duidelijk is Maak per groep en per afgewerkt station een kort verslag Ruim werkplek en materiaal op voor de volgende groep
Veiligheid en milieu • • •
Volg de instructies nauwgezet. Vraag bij twijfel hulp aan je leerkracht Draag veiligheidsbril en labjas bij elk experiment Verwijder de afvalproducten in de daartoe bestemde afvalemmers
De stations 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Brandbaarheid van buskruit Oplosbaarheid van de componenten van buskruit Scheiden van de componenten van buskruit Eigenschappen van de componenten van buskruit Vlamkleur van metaalionen Zoekopdrachten ICT station
3 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 1. Brandbaarheid van buskruit Buskruit is een ontvlambaar en ontplofbaar mengsel van kaliumnitraat, koolstof en zwavel. De ontbranding start bij ongeveer 270°C : zuurstof uit het kaliumnitraat verbindt zich met koolstof en zwavel (oxidatie). De stikstof in kaliumnitraat wordt tot stikstofgas gereduceerd. Daarnaast kunnen nog heel wat andere reactieproducten worden gevormd. In een afgesloten ruimte kan de warmte die bij de reactie ontstaat niet snel genoeg worden afgevoerd. De temperatuur loopt dan snel op. Bij 2400°C ontploft het buskruit.
De opdracht •
Aantonen dat koolstof en zwavel beide een effect hebben op de snelheid van de ontbranding
Veiligheid en milieu •
Veiligheidsfiche
Mengsel/stof
Gevaarsymbool R-zinnen
S-zinnen
buskruit
E
S 16 S 39
• • •
F
R3
extra
Experimenten uitvoeren in de zuurkast. Overgebleven stoffen na afkoeling in de afvalemmer deponeren. Dragen van veiligheidsbril en labjas is verplicht.
4 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering •
Zoek de betekenis op van de gevaarsymbolen en van de R- en S-zinnen. Gebruik de bijgeleverde documentatie.
•
Breng in drie brede porseleinen kroezen ongeveer 1 gram van een vooraf klaar gemaakt mengsel van respectievelijk: o 0,75 g kaliumnitraat en 0,10 g zwavel o 0,75 g kaliumnitraat en 0,15 g koolstof o buskruit (0,75 g kaliumnitraat, 0,15 g koolstof, 0,10 g zwavel).
•
Plaats elke kroes achtereenvolgens op een driepikkel met pijpstelen driehoek.
•
Verhit met een bunsenbrander met blauwe vlam.
•
Neem de bunsenbrander weg van zodra het mengsel ontbrandt. Vergeet niet te ruimen na het experiment.
Achtergrondinformatie •
•
Bij de verbranding van buskruit treden verschillende chemische reacties op. Je kan deze verbranding daarom niet helemaal correct met één enkele reactievergelijking weergeven. Bovendien spelen de korrelgrootte van de verschillende componenten, de mate waarin de componenten gemengd zijn en de vochtigheidsgraad van het mengsel ook een rol. Een andere vochtigheidsgraad bijvoorbeeld levert een andere samenstelling van de reactieproducten op en dus ook andere reactievergelijkingen. Een reactievergelijking die redelijk goed overeenkomt met de ideale massaverhouding van de verschillende bestanddelen is: 4 KNO3 + 4 C + S -> 2 K2CO3 + SO2 + 2 CO2+ 2 N2
Verslag en bijkomende opdrachten •
Zie bijgevoegd blad.
5 11 juni 2004 -
- carrousel
Technische fiche. Station 1. Brandbaarheid van buskruit Per carrousel • Drie brede porseleinen kroezen, driepikkel, pijpstelen driehoek, kroezentang, spatel, bunsenbrander, lucifers • Op gemerkte dragers: o 10,0 g buskruit (7,50 g kaliumnitraat, 1,50 g koolstof, 1,00 g zwavel) o mengsel van 7,50 g kaliumnitraat en 0,10 g zwavel o mengsel van 7,50 g kaliumnitraat en 1,50 g koolstof Bereiden van buskruit (hoeveelheden tot 10 g) o Kaliumnitraat en bloem van zwavel in een mortier fijn malen en mengen met spatel o Aan dit mengsel koolstofpoeder toevoegen. Goed mengen met spatel.
Station 1. Brandbaarheid van buskruit. Verslag Groep: 1. Betekenis van gevaarsymbolen, R- en S- zinnen Buskruit o Gevaarsymbool o E o F o R - zinnen o R3 o S- zinnen o S 16 o S 39
2. Verbranding (snelheid, kleur, geur, uitzicht van het overblijvende product) 6 11 juni 2004 -
- carrousel
Lichteffecten
Geur
Uitzicht na ontbranding
Buskruit Kaliumnitraat + zwavel Kaliumnitraat + koolstof Vergelijk de ontbrandingsnelheid van de drie mengsels.
7 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 2. Oplosbaarheid van de componenten van buskruit Buskruit is een ontvlambaar en ontplofbaar mengsel van kaliumnitraat, koolstof en zwavel. Deze drie componenten hebben elk een verschillende oplosbaarheid in water en in tolueen.
De opdracht •
De oplosbaarheid onderzoeken van kaliumnitraat, koolstof en zwavel in water en in tolueen.
Veiligheid en milieu •
Veiligheidsfiche
Stof
gevaarsymbool R-zinnen
S-zinnen
Kaliumnitraat
O
R8 R9
S 17
Koolstof
F+
R 11
Zwavel
F
R 10
S 41
Tolueen
Xn
R 20
S 23
•
N
extra
S 29
Dragen van veiligheidsbril en labjas is verplicht
8 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering 1. Oplosbaarheid in water Breng in drie reageerbuisjes respectievelijk een mespunt KNO3 , een mespunt houtskool en een klein mespuntje zwavel. Voeg in elke reageerbuis ongeveer 3 ml gedemineraliseerd water toe (ongeveer 3 cm hoog). Sluit elke reageerbuis af met een stop en schud krachtig. Noteer of de onderzochte stoffen goed of slecht oplossen in water. 2. Oplosbaarheid in tolueen Herbegin op dezelfde wijze met tolueen. Pipetteer daarvoor 3 ml tolueen met een pipet met zuiger in elke reageerbuis. Sluit af met een kurken stop en schud. Noteer of de onderzochte stoffen goed of slecht oplossen in tolueen. Vergeet niet om op te ruimen na het experiment. HET WORDT TOLUEENGERECUPEREERD DOOR DE LERAAR.
Technische fiche. Station 2. Oplosbaarheid Per carrousel • Drie spatels, gegradueerde pipet met zuiger, rek met zes reageerbuizen met kurken stop • Spuitfles met gedemineraliseerd water, tolueen • Schaaltjes met resp. koolstof, kaliumnitraat, bloem van zwavel.
9 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 2. Oplosbaarheid van de componenten van buskruit Verslag Groep: 1. Betekenis van gevaarsymbolen, R- en S- zinnen Kaliumnitraat
Gevaarsymbool o
O
R- zinnen o
R8
o
R9
S –zinnen o
Koolstof
S 17
Gevaarsymbool o
F+
R – zinnen o
Zwavel
R 11
Gevaarsymbool o
F
R – zinnen o
R 10
S – zinnen o
Tolueen
S 41
Gevaarsymbool Xn N R – zinnen o
R 20
o S – zinnen o
S 23
o
S 29
10 11 juni 2004 -
- carrousel
2. Oplosbaarheid (antwoord met JA of NEE) Water
Tolueen
Kaliumnitraat Zwavel Koolstof
11 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 3. Scheiden van buskruit in componenten Buskruit is een mengsel van 15 massafracties kaliumnitraat (KNO3 ), 3 massafracties houtskool (C) en 2 massafracties zwavel (S). We gebruiken de oplosbaarheid van de componenten in verschillende oplosmiddelen om het mengsel te scheiden: • kaliumnitraat lost op in water, niet in tolueen • zwavel lost op in tolueen, niet in water • koolstof lost niet op in water en niet in tolueen.
De opdracht •
De componenten van buskruit scheiden door gebruik te maken van het verschil in oplosbaarheid ervan in twee verschillende oplosmiddelen.
Veiligheid en milieu •
Veiligheidsfiche
Mengsel/stof
gevaarsymbool R-zinnen
S-zinnen
buskruit
E
R3
S 16 S 39
tolueen
Xn
R 20
S 23
•
F N
extra
S 29
Dragen van veiligheidsbril en labjas is verplicht
12 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering Scheiden van buskruit in componenten (deel 1) 1 Breng ongeveer 2 g buskruit via een papieren trechtertje in een erlenmeyer van 100 ml en voeg 10 ml gedemineraliseerd water toe. Wals het mengsel rond, zodat de oplosbare component kan oplossen. 2 Filtreer het mengsel en vang het filtraat op in een tweede erlenmeyer van 100 ml. Het filtraat wordt afgeschonken in een kristalliseerschaal gemerkt (1). Welke stof zal hierin uitkristalliseren? De waarneming zal slechts gebeuren in een volgende les. Wat is de samenstelling van het residu in de filter? 3 Stel de scheiding van het mengsel voor in een schema.
Scheiden van buskruit in componenten (deel 2) 4 Breng het residu uit de filter opnieuw in de eerste erlenmeyer van 100 ml. Voeg met een zuigpipet 10 ml tolueen toe. Sluit af met een stop. Wals het mengsel rond, zodat de oplosbare component kan oplossen. 5 Filtreer het mengsel en vang het filtraat op in de tweede erlenmeyer van 100 ml. Het filtraat wordt afgeschonken in een kristalliseerschaal gemerkt (2). De schaal wordt tot volgende les bewaard in de zuurkast. Welke stof zal hierin uitkristalliseren? Waaruit bestaat het residu (let op de kleur)? Laat het residu uitdrogen op een kristalliseerschaal gemerkt (3). 6 Stel de scheiding van het mengsel voor in een schema. Vergeet niet te ruimen na het experiment.
Verslag en bijkomende opdrachten •
Zie bijgevoegd blad.
13 11 juni 2004 -
- carrousel
Technische fiche. Station 3. Scheiding Per carrousel • 2 gegradueerde pipetten met zuiger, stop, trechter • Spuitfles met gedemineraliseerd water, tolueen • 2 erlenmeyers met stop, 20 filtreerpapiertjes; 3 kristalliseerschalen gemerkt (1) (2) (3) • 20 g buskruit op schaaltje.
14 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 3. Scheiden van buskruit in componenten Verslag Groep: 1. Betekenis van gevaarsymbolen, R- en S- zinnen Buskruit
Gevaarsymbool o
E
o
F
R- zinnen o
R3
S –zinnen
Tolueen
o
S 16
o
S 39
Gevaarsymbool o
Xn
o
N
R – zinnen o
R 20
o S – zinnen o
S 23
o
S 29
2. Door schudden van buskruit met water lost …………………..op. Het residu bestaat uit ……………….. Door schudden van buskruit met tolueen lost ……………… op. Het residu bestaat uit ….…….. 3. Stel de scheiding van de componenten van buskruit met een schema voor
15 11 juni 2004 -
- carrousel
4. Hoe zou je een mengsel van suiker, zout en zand van elkaar scheiden als je weet dat enkel suiker in alcohol oplost ?
16 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 4. Enkele eigenschappen van de componenten van buskruit Buskruit is een mengsel van kaliumnitraat, koolstof en zwavel. In station 4 onderzoek we de oplosbaarheid van deze stoffen in water en in tolueen. In dit station onderzoeken we ervan enkele fysische eigenschappen en één chemische eigenschap.
De opdracht • • •
Onderzoek van de kleur, de aggregatietoestand (bij 20°C) , het uitzicht en de brandbaarheid van kaliumnitraat, zwavel en koolstof. Betekenis van gevaarsymbolen, R en S zinnen voor deze stoffen opzoeken. Enkele toepassingen van deze stoffen opzoeken.
Veiligheid en milieu •
Veiligheidsfiche gevaarsymbool R-zinnen
S-zinnen
Kaliumnitraat
O
R 8, R 9
S 17
Koolstof
F+
R 11
Zwavel
F
R 10
• •
extra
S 41
Dragen van veiligheidsbril en labjas is verplicht Verbranding met zwavel in de zuurkast uitvoeren
17 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering 1. Zoek de betekenis van de gevarensymbolen en de R- en S-zinnen van kaliumnitraat, koolstof en zwavel op. Raadpleeg hiervoor de bijgeleverde documentatie. 2. Onderzoek van kaliumnitraat. a. Kleur b. Aggregatietoestand (bij 20°C) c. Uitzicht. Bekijk hiervoor de stof met een vergrootglas. d. Brandbaarheid: . doe 2 spateltjes KNO3 in een porseleinen schaaltje . plaats dit in een pijpsteeldriehoek op een ring . verhit gedurende 1 minuut krachtig 3. Onderzoek van zwavelbloem. Zoals voor KNO3 maar zeker in de zuurkast uitvoeren. 4. Onderzoek van koolstofpoeder. a, b en c: zoals voor KNO3. d. Brandbaarheid: Strooi een spatelpunt koolstofpoeder door de vlam van de bunsenbrander. Leg een stuk karton onder de bunsenbrander, zo blijft je werktafel proper. 5. Zoek toepassingen van kaliumnitraat, koolstof en zwavel op in bijgeleverde documentatie of op het net. Vergeet niet te ruimen na het experiment.
Verslag en bijkomende opdrachten •
Zie bijgevoegd blad.
Technische fiche. Station 4. Eigenschappen Per carrousel • loep, bunsenbrander, verbrandingslepel, 3 porseleinen schaaltjes, 3 spatels, pijpstelen driehoek, kroezentang • kaliumnitraat, koolstofpoeder, bloem van zwavel.
18 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 4. Eigenschappen van de componenten van buskruit
Verslag Groep: 1. Gevaarsymbolen, R- en S- zinnen
Kaliumnitraat
Gevaarsymbool o
O
R- zinnen o
R8
o
R9
S –zinnen o
Koolstof
S 17
Gevaarsymbool o
F+
R – zinnen o
Zwavel
R 11
Gevaarsymbool o
F
R – zinnen o
R 10
S – zinnen o
S 41
19 11 juni 2004 -
- carrousel
2. Kaliumnitraat (salpeter) . Kleur: . Aggregatietoestand bij kamertemperatuur: Beschrijf het uitzicht . Brandbaarheid :
. KNO3 doet bij buskruit dienst als oxidator Leg uit wat dit betekent
Zoek toepassingen van kaliumnitraat op: Vb. Gebruik van KNO3 in de kunstbemesting. (bijlage 1)
3. Zwavel . Kleur . Aggregatietoestand bij kamertemperatuur. . Beschrijf het uitzicht . Brandbaarheid zoals in punt 2 maar wel in de zuurkast vanwege het vrijkomende zwaveldioxidegas:
Zoek toepassingen van zwavel op. Vb. Gebruik en vervanging van zwavel in lucifers. (bijlage 2) Vb.Vulkaniseren van rubber.
20 11 juni 2004 -
- carrousel
4.Koolstof . Wij kennen koolstof in 6 verschillende verschijningsvormen. Dit zijn o.a. diamant , ,
, en
,
.
. In deze proefjes gebruiken we fijn koolstofpoeder. . Kleur . Aggregatietoestand bij kamertemperatuur. . Beschrijf het uitzicht . Brandbaarheid (lees aandachtig “uitvoering”) :
. Zoek toepassingen van koolstof op. Vb. Houtskool voor de barbecue. (bijlage 3) Vb. Houtskool in de kunst – houtskooltekeningen. (bijlage 4) Vb. Wervelbedcentrale.
21 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 4
Bijlage1
Kaliumnitraat Kaliumnitraat KNO3, ook wel (te) kort salpeter genoemd, is het salpeterzure zout van kalium. Het wordt gebruikt als meststof (bron van stikstof en kalium) en in zwart buskruit. Het is goed oplosbaar in water en wordt daarom in de natuur niet in grote hoeveelheden gevonden. Salpeter werd heel lang moeizaam gefabriceerd door het laten rotten van stikstofrijk organisch materiaal (urine, mest) waarbij bacteriën de stikstofverbindingen in nitraat omzetten, dat oploste en zich op muren rond de mesthopen door verdamping als een fijn wit poeder afzette waarvan het dan kon worden afgeschraapt en door herkristallisatie gezuiverd. De salpetriere in Parijs was b.v. een instelling waar dit gebeurde. Later stapte men over op een ander product, nl Chilisalpeter dat voornamelijk natriumnitraat bevat. Tegenwoordig worden nitraten (kunstmest) op grote schaal gemaakt door het oxideren van ammoniak. Natriumnitraat is voor gebruik in buskruit te hygroscopisch en door het gemis aan kalium ook niet ideaal als meststof, daarom werd het vaak eerst omgezet in kaliumnitraat. http://nl.wikipedia.org
Station 4
Bijlage 2
Lees het bijgevoegd krantenartikel uit De Standaard van 6 februari 2004 en vat samen waaruit een hedendaagse lucifer bestaat en hoe die werkt.
22 11 juni 2004 -
- carrousel
De luciferkop bestaat uit: 1.
functie 2.
functie
3.
functie
4.
functie
Geleiding van het vuur naar het hout wordt bevorderd door Het strijkvlak bestaat uit :
om
Station4
Bijlage 3
Tips: Basisrichtlijnen voor het barbecuen met houtskool • Houd het barbecueoppervlak schoon. • Gebruik een kwaliteitshoutskool en bewaar deze op een droge plaats. Houtskool absorbeert • • • •
vocht en brandt niet goed als het vochtig is. De onderste en bovenste luchtopeningen dienen open te zijn wanneer u begint te barbecuen en tijdens het barbecuen. Sluit de openingen om de kooltjes te doven. Zorg dat de barbecue heet is voordat u er eten op legt. De kooltjes zijn klaar voor het barbecuen als ze bedekt zijn met een dunne laag grijze as. Gebruik een timer zodat u weet wanneer goed doorbakken om kan slaan in ovengaar.
23 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 4
Bijlage 4
Technieken. Houtskool is een heel moeilijk materiaal om mee te werken. Het veegt snel, waardoor je makkelijk een deel van je tekening wegveegt, wanneer je met je hand op je werk rust. Dus: NOOIT JE HAND OP EEN HOUTSKOOLTEKENING LATEN RUSTEN. Wanneer je lang op een plaats werkt, neemt die plaats geen houtskool meer op. Je moet dan eerst fixeren, voordat je dan weer verder kunt. Door hard of zacht te duwen, krijg je verschillende effecten. Met een kneedgum kun je houtskool verwijderen. Je moet nooit teveel gummen, want anders krijg je rare vlekken. Bovendien lukt gummen alleen als je tekening nog niet gefixeerd is.
Afwerking en bewaren. Altijd je werk dus goed fixeren, anders houd je geen tekening over. Het beste kun je je tekeningen vlak bewaren, met blanco courantenpapier ertussen.
ATELIER72 TEKENMATERIAAL HOUTSKOOL Voor meer hele mooie tekeningen, ga dan naar de site van: www.marjoleinkruijt.nl
24 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 5. Vlamkleur van metaalatomen Als een vuurpijl de hoogste stand bereikt heeft, ontploft de kop die gevuld is met springstoffen (buskruit), gemengd met allerlei zouten. Bij de hoge temperatuur zorgen de metaalatomen (ionen) van deze zouten voor de verschillende kleurschakeringen.
De opdracht •
Aantonen dat metaalatomen van zouten in een vlam een typische kleur vertonen.
Veiligheid en milieu •
Veiligheidsfiche
Mengsel/stof Ethanol (ethylalcohol)
Gevaarsymbool R-zinnen R: 11 F
S-zinnen S: 7,16
De onderstaande veiligheidsaanduidingen zijn geldig voor de betreffende zouten in droge toestand: lithiumchloride
Xn
R: 22
S: 26, 39
koperdichloride
Xn
R: 25, 36
S: 44
bariumchloride
Xn
R: 20,22
S: 28
natriumchloride (keukenzout)
•
S: 24/25
Dragen van veiligheidsbril en labjas is verplicht.
25 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering •
Zoek de betekenis op van de gevaarsymbolen en van de R- en S-zinnen. Gebruik de bijgeleverde documentatie.
•
Verstuif telkens een beetje van elk van de zoutoplossingen (in ethanol) in de kleurloze vlam van een bunsenbrander: o lithiumchloride o koperdichloride o bariumchloride o natriumchloride
•
Neem de verschillende vlamkleuren waar. Vergeet niet te ruimen na het experiment.
Achtergrondinformatie • •
Bij hoge temperaturen zullen metaalatomen (ionen) ‘aanslaan’ (exciteren) door de hitte van de bunsenvlam, en licht van een bepaalde kleur uitzenden. Vandaar de term ‘hot light’ (in tegenstelling tot ‘cool light’). Goede resultaten bekomt men met verzadigde oplossingen van LiCl (rood), NaCl (geel – denk aan verlichting van Na-lampen op de autostrade) CuCl2 (groen/blauw) en indiumzouten (diep purper). Minder overtuigend gaat het met CaCl2 (oranje) , BaCl2 (groen), SrCl2 (rood) en KCl (purper).
Verslag en bijkomende opdrachten •
Zie bijgevoegd blad.
Technische fiche. Station 5. Vlamkleur van metaalatomen Per carrousel •
Bunsenbrander, lucifers, verstuivers (bv. van bij de apotheek)
•
Verzadigde oplossingen in ethanol van o lithiumchloride o koperdichloride o bariumchloride o natriumchloride
26 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 5. Vlamkleur van metaalatomen Verslag Groep: 1. Betekenis van gevaarsymbolen, R- en S- zinnen
Ethanol (Ethylalcohol)
Gevaarsymbool o
F
R- zinnen o
R 11
S –zinnen o
S7
o
S 16
De onderstaande veiligheidsaanduidingen zijn geldig voor de betreffende zouten in droge toestand.
lithiumchloride
Gevaarsymbool o
Xn
R – zinnen o
22
S – zinnen o
S 26
o
S 39
koperdichloride Gevaarsymbool o
Xn
R – zinnen o
R 25
o
R 36
S – zinnen o
S 44
bariumchloride Gevaarsymbool o
Xn
27 11 juni 2004 -
- carrousel
R – zinnen o
R 20
o
R 22
S – zinnen o
S 28
natriumchloride Gevaarsymbool R – zinnen S – zinnen o
S 24
o
S 25
2. Vlamkleur van het betreffende metaal
Li: Cu: Ba: Na:
3. Waarom worden de zouten opgelost in ethanol (ethylalcohol) en niet in water?
28 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 6. Zoekopdrachten Als je alle experimenteeropdrachten hebt vervuld of als de andere stations bezet zijn kun je je kennis over chemische reacties toetsen. Volgende hulpmiddelen kun je hiervoor gebruiken: • Periodiek systeem • Leerboek Explosief, Chemie met experimenten, 2.2 • Tabellenboekje • Zakrekenmachine Bedenk ook een campagne om het veilig omgaan met vuurwerk te bevorderen. Als er een PC ter beschikking staat kun je bijkomende informatie over buskruit en vuurwerk vinden op http://nl.wikipedia.org/wiki/buskruit .
29 11 juni 2004 -
- carrousel
Een mogelijke reactievergelijking van de buskruitexplosie is : 16 KNO3 + 21 C + x S Æ 5 K2CO3 + 2 K2SO4 + K2S + 9 CO2 + 7 CO + 8 N2 1. Zoek het gepaste voorgetal x.
2. Zoek de namen op van de reactieproducten. Gebruik de tabel blz. 236 in Explosief, Chemie met experimenten 2.2. KNO3 C S K2CO3 K2SO4 K2S CO2 CO N2 3. Bij de reactieproducten ontstaan vaste stoffen en gassen. Duid met een (s) de vaste stoffen aan en met een (g) de gasvormige stoffen bij 25°C en standaarddruk. Maak gebruik van het tabellenboekje. KNO3 C S K2CO3 K2SO4 K2S CO2 CO N2 4. Alle kalium- en natriumzouten zijn goed oplosbaar in water. Ontstaat er dan een suspensie of een oplossing als je de reactieproducten met water wegspoelt?
5. De buskruitexplosie is in feite een snelle verbranding. Bij een verbranding is er een brandstof nodig en een zuurstofleverancier(meestal dizuurstof uit de lucht). • Welke stof(fen) is (zijn) bij de bovenstaande reactie de zuurstofleverancier(s)? •
Welke stof(fen) is(zijn) bij de bovenstaande reactie de brandstof(fen)?
30 11 juni 2004 -
- carrousel
6. Een chemicus vindt over de gasvorming bij de buskruitexplosie : “Uit 1 kg buskruit ontstaat ongeveer 1 m3 gas. Omdat dit gas gevormd wordt in een beperkte ruimte, ontstaat een geweldige druk, waarmee kogels en projectielen kunnen worden afgeschoten.” Bron : www.periodieksysteem.com In het tijdschrift “Natuur en techniek” van 1990, nr.12, blz 855 vindt hij een tabel waaruit blijkt dat: “10 kg buskruit 23000 liter gas doet ontstaan”. Bereken zelf hoeveel m3 gas dit is per kg buskruit. Net zoals onze chemicus kan je vaststellen dat de aangegeven gasvolumes per kg buskruit in beide publicaties sterk van elkaar verschillen. Hij besluit het ontstane gasvolume zelf te berekenen. Hij vindt dat 1964 g buskruit 4440 liter gas oplevert. Bereken zelf wie het bij het rechte eind heeft als alle metingen bij dezelfde druk en temperatuur werden uitgevoerd.
7. 100g van een ideaal buskruitmengsel bestaat uit 10 g zwavel, 15 g koolstof en 75 g kaliumnitraat. Aan de hand van de onderstaande reactievergelijking berekent onze chemicus dat 1616 g kaliumnitraat reageert met 252 g koolstof en 96 g zwavel. 16 KNO3 + 21 C + 3 S Æ 5 K2CO3 + 2 K2SO4 + K2S + 9 CO2 + 7 CO + 8 N2 Bereken in welke mate de massa’s afgeleid uit de reactievergelijking afwijken van de ideale mengverhouding. Herleid hiertoe de massa’s gevonden door onze chemicus naar 100 g buskruitmengsel.
31 11 juni 2004 -
- carrousel
8. Ontwerp een slagzin of een poster die veilig omgaan met vuurwerk aanmoedigt. Alvast een voorbeeld : “Je bent een rund als je met vuurwerk stunt! ”
Weet je al wat een mol in de chemie betekent ? Dan kan je ook de volgende vragen beantwoorden. 6. bis Een chemicus vindt over de gasvorming bij de buskruitexplosie : “Uit 1 kg buskruit ontstaat ongeveer 1 m3 gas. Omdat dit gas gevormd wordt in een beperkte ruimte, ontstaat een geweldige druk, waarmee kogels en projectielen kunnen worden afgeschoten.” Bron : www.periodieksysteem.com In het tijdschrift “Natuur en techniek” van 1990, nr.:12, blz 855 vindt hij een tabel waaruit blijkt dat: “10 kg buskruit 23000 liter gas doet ontstaan”. Bereken zelf hoeveel m3 gas dit is per kg buskruit. Net zoals onze chemicus kan je vaststellen dat de aangegeven gasvolumes per kg buskruit in beide publicaties sterk van elkaar verschillen. Hij besluit het ontstane gasvolume zelf te berekenen. Hij vindt dat het volume van 1 mol gas bij de temperatuur van de explosie gelijk is aan 185 liter.
32 11 juni 2004 -
- carrousel
Maak gebruik van de gecorrigeerde reactievergelijking uit vraag 1 om het aantal gram reagerend buskruitmengsel te berekenen.(Gebruik het periodiek systeem) Bepaal ook het aantal mol gas dat na reactie ontstaat. Gebruik het molair gasvolume door onze chemicus gevonden en bereken welke publicatie het bij het rechte eind heeft als alle metingen bij dezelfde druk en temperatuur werden uitgevoerd.
7. bis. Het ideale buskruitmengsel bestaat uit 10 g zwavel, 15 g koolstof en 75 g kaliumnitraat per 100 g. De reactievergelijking voor de buskruitexplosie is: 16 KNO3 + 21 C + 3 S Æ 5 K2CO3 + 2 K2SO4 + K2S + 9 CO2 + 7 CO + 8 N2 Bereken in welke mate de massa’s van zwavel, koolstof en kaliumnitraat afgeleid uit de bovenstaande reactievergelijking afwijken van de ideale mengverhouding. Herleid hiertoe de gevonden massa’s uit de reactievergelijking naar 100 g buskruitmengsel. Gebruik het periodiek systeem.
33 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 7. ICT station Buskruit is een ontvlambaar en ontplofbaar mengsel van kaliumnitraat, koolstof en zwavel. In vuurwerk wordt buskruit, samen met andere stoffen voor kleur en speciale effecten, nu nog veel gebruikt. Aan jou om virtueel een vuurpijl in elkaar te steken. Uiteraard krijg je ook de kans om je werkstuk de lucht in te blazen. Alles uiteraard virtueel en dus 100% veilig. •
Je opdracht hebben wij in stukjes gekapt. Bij elke stap verschijnt “VERTROUWELIJKe” info op uw scherm. Hierin staan je instructies. Een klik op de “OK”-knop brengt je dan tot een stuk van de opdracht.
•
Wanneer je de opdracht hebt opgelost klik je op de rode pijl verder. Het volgende stukje “VERTROUWELIJKE” info begeleid je tot het volgende stukje van de opdracht, enzoverder... De vuurpijl kan je maken in vier etappes. Succes....
De opdracht • • • •
De juiste mengverhouding van buskruit achterhalen. Aantal gram buskruit “bepalen” voor een pijl die op 41 meter hoogte ontploft (trial and error). Aanvullen met stof voor een rode kleur bij ontploffing. Toevoegen van een stof die de vuurpijl met goudkleurige sterretjes uiteen doet knallen.
Veiligheid en milieu • •
Alles gebeurt virtueel via een computer. Verzorg je houding en kijk niet te lang naar de ontploffingen.
34 11 juni 2004 -
- carrousel
Technische fiche. Station 7. ICT station • Flash applicatie te zien met behulp van computer (Mac of PC), bij voorkeur via Explorer en Flash 7.0.
35 11 juni 2004 -
- carrousel
Uitvoering •
Zoek de juiste mengverhouding voor buskruit. Gebruik de bijgeleverde leesteksten in HELP (rechtsboven in je scherm te vinden). Je kan ook de tabellen boven in je scherm raadplegen. Zij bevatten vitale informatie voor de oplossing van dit eerste vraagstuk.
•
Selecteer vervolgens deze juist mengverhouding en bepaal ook de gepaste hoeveelheid gram buskruit voor een vuurpijl die op 41 meter hoogte zal ontploffen. Gebruik daarvoor de 2 schuifbalkjes.
•
Vervolgens moet je uit 12 stoffen deze selecteren die je vuurpijl bij ontploffing de juiste bloedrode kleur zal geven. Je kan die stoffen op hun vlamkleur testen in het virtueel lab. Klik op de knop rechts onderaan voor een verbinding met het virtueel lab.
•
Voeg tenslotte aan je vuurpijl ook een stof toe die je vuurpijl bij ontploffing goudkleurige sterretjes zal bezorgen. Gebruik de bijgeleverde leesteksten in HELP (rechtsboven in je scherm te vinden).
Achtergrondinformatie o
Gebruik de bijgeleverde leesteksten in HELP (rechtsboven in je scherm te vinden).
Verslag en bijkomende opdrachten •
Zie bijgevoegd blad.
36 11 juni 2004 -
- carrousel
Station 7. ICT station Verslag Groep: 1. Correcte mengverhouding in % voor buskruit ......% KNO3 ......% C ......% S
2. Aantal gram buskruit voor vuurpijl die ontploft op 41 meter hoogte. ....g
3. Welke stof moet ik toevoegen voor een rode kleur te bekomen bij ontploffing? .............................................
4. Welke stof moet ik toevoegen om mijn vuurpijl in een gouden regen te laten ontploffen? .............................................
37 11 juni 2004 -
- carrousel
