Håndvarmer og nålekrystaller

Vi har alle prøvet at fryse om hænderne på en kold spejderaften eller på vandreturen. Så er det dejligt med en håndvarmer. Håndvarmere fås, så de kan genbruges. Når de er brugt opvarmer man dem og krystallerne opløses. Varmen, der frigives når man bruger dem skyldes en kemisk reaktion som frigiver varme (eksoterm reaktion) hvor der sker en krystallisation. Reaktionen kan startes f.eks ved en pode- krystal, en rystelse eller som i håndvarmere et lille knæk. I dette forsøg skal vi prøve og danne varme på samme måde som en håndvarmer.

1. Hvad sker der med opløseligheden, hvis man forsøger at opløse natriumacetat trihydrat i 50 mL vand ved forskellige temperaturer? Det kunne for eksempel være i køleskab, ved stuetemperatur eller ved 60ºC.
2. Hvad er en overmættet opløsning?
3. Hvad sker der, hvis man tilsætter krystaller til en overmættet opløsning?

Sådan gør du:

Forskriften er for 1 patrulje/gruppe. Start med at lave en opløsning på 50 mL, hvor der kan opløses mest muligt. Eksperimenter med opløseligheden i forhold til temperaturen. Når spejderne har fundet ud af, hvor de kan opløse mest, skal de lave en opløsning og sikre, at der ikke er krystaller tilbage overhovedet.

• Bland 250 g natriumacetat trihydrat (gem et par krystaller til at pode senere) og 50 mL vand i glasset, sæt et låg løst på (det må ikke være helt tæt lukket).
• Opvarm beholderen, til al natriumacetat er opløst – bevæg roligt glasset lidt, så opløsningen skvulper lidt, lad være med at ryste, da der så kommer krystaller op af
  alle siderne.
• Hvis ikke alt natriumacetat kan komme i opløsning, så tilsæt en smule vand – kun lige nok til at det opløses.
• Der må ikke være krystaller tilbage – heller ikke op af siderne.
• Kolben dækkes med en glasplade/tallerken.
• Opløsningen får lov til at køle af.
• Pas på at glasset ikke rystes, selv små rystelser kan starte udkrystallationen så hurtigt at man ikke ser nålekrystallerne eller mærker varmen.
• Efter afkøling fjernes glaspladen forsigtigt, og der tilsættes en enkelt krystal for at starte krystalliseringen – mærk på ydersiden af glasset, temperaturen bliver over 50 ºC.
• Alternativt kan man lægge et par natriumacetatkrystaller på en tallerken og hælde den afkølede overmættede opløsning forsigtigt ned over krystallerne , så der dannes en base af krystaldrypstenssøjler. Start med at hælde lidt hurtigt, og når der er dannet en basis, hældes næsten drypvis

I en eksoterm reaktion dannes energi, normalt i form af lys eller varme. I en endoterm reaktion er der brug for en energitilførsel. Natriumacetat trihydrat har vand bundet i krystallerne (kaldet krystalvand), og når det varmes op til 58 ºC frigives krystalvandet, og man får en opløsning. Det kræver energi at gendanne den første krystal, men så snart en krystal med den rette krystalstruktur er til stede, vil resten krystallisere hurtigt og danne lange nåle. Den energi, der er brugt til
at opløse/smelte krystallerne, frigives igen. Når opløsningen afkøles skal der meget lidt til at krystalliseringen starter, en lille rystelse af glasset kan starte det hele og man får ikke lange fine nåle. Når man tilsætter lidt vand (50 mL) i forbindelse med opvarmningen, er det lettere at kunne afkøle opløsningen til stuetemperatur og succesraten for forsøget er bedre. Hvis der er behov for mere end 50mL, så er det vigtigt, at der tilsættes så lidt som muligt. Den udkrystalliserede natriumacetat kan genbruges.

Mulige fejlkilder:

• Der har været krystaller tilbage i, da opløsningen blev sat til at køle, og natriumacetaten krystalliserede, før det var meningen.
• Under afkøling blev der skubbet til bordet, hvor det stod, og natriumacetaten fældede ud, før det var meningen.
• Der blev brugt et låg, som ikke bare kunne løftes af (skruelåg eller lign), og der blev derfor bevægelse i væsken, og natriumacetaten fældede ud, før det var meningen.
• Der blev ikke brugt et låg, og vand fordampede,eller opløsningen blev forurenet,og natriumacetaten fældede ud, før detvar meningen.
• Der blev ikke opløst nok natriumacetat,og der skete ikke en udfældning. Det kanvære resultatet ved opløsninger ved under 60 ºC.

Overvej dette efter aktiviteten:

1. Hvorfor startede krystalliseringen under afkøling (det gør den for mange)?
2. Hvorfor kan man få en overmættet opløsning?
3. Hvad sker der, hvis man stiller den lune opløsning i fryseren for at afkøle den hurtigt?
4. Hvorfor bliver kolben varm, når natriumacetat udfældes?

Børn og unge bestemmer:

• Prøv aktiviteten, 12. Se krystallerne vokse.
• Prøv at lege med temperaturerne