Vertaald door Piet Das.
Help je leerlingen bij het onderzoeken van een exotherme reactie, waarbij ze echte warmtepleisters gebruiken.
Nicola Graf
Warmtepleisters die je urenlang op je huid kunt dragen worden steeds populairder als methode om pijn te bestrijden, en dezelfde technologie kan ook je handen warm houden op koude dagen. Maar hoe worden deze pleisters warm? Deze activiteit maakt het uw leerlingen mogelijk om dit in een les te onderzoeken.
Begin met uw leerlingen door ze een hypothetisch scenario voor te leggen, waarin ze werken voor een wetenschappelijk tijdschrift. Ze krijgen een ingezonden brief en het is de taak van uw leerlingen die te beantwoorden.
Ik heb vaak last van pijnlijke schouders en nek vanwege mijn werk, daarom denk ik erover om warmtepleisters te proberen, die ik overdag kan dragen om de pijn te verminderen. Ik ben er nieuwsgierig naar hoe ze precies werken en of je ze opnieuw kunt gebruiken.
De informatie op de verpakking claimt dat ze eenvoudig door lucht geactiveerd worden. Is dat waar? Zijn ze ongevaarlijk of kunnen ze misschien toch problemen geven of bijwerkingen?
Zou u zo vriendelijk willen zijn om mij te helpen? Ik dank u bij voorbaat voor uw hulp.
Susanne Musterfrau, Keulen.
Gregor von Borstel
Leg je leerlingen uit, dat het hun taak is om de functionaliteit van de warmte pleisters te onderzoeken en antwoorden te geven op de vragen van de briefschrijfster. Ze moeten:
Ze kunnen bijvoorbeeld nadenken over het begrip "door lucht geactiveerd '. Zou slechts een van de hoofdbestanddelen van lucht de warmtepleisters kunnen activeren?
De proef die hieronder beschreven is, kan worden gebruikt om de ractie in kleine aantallen te testen.
Elke grope leerlingen heft nodig:
doen
Afbeelding met dank aan
Gregor von Borstel
de reactie meten
Afbeelding met dank aan
Gregor von Borstel
Je zult gemerkt hebben dat het materiaal van de warmtepleister warmte afgeeft wanneer hij wordt blootgesteld aan lucht en nog meer warmte produceert bij blootstelling aan zuivere zuurstof. Als het gas wordt opgebruikt bij de reactie, wordt de druk in de injectiespuit minder en beweegt de zuiger naar beneden in de spuit. Het materiaal reageert niet met stikstof, daardoor ontstaan geen warmte of is er beweging van de plunjer. Dit komt omdat de warmtepleister werkt door oxidatie van ijzer:
4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s)
Dit is een exotherme reactive: er komt warmte vrij. Als je aan het eind van het experiment de inhoud van de spuit bekijkt zul je zien date r rode vlekjes (roest) bevatten.
Wat kunnen we zeggen over de koolstof en het zout die e rook inzitten? Roesten is een redox reactie, waarbij het ijzer wordt geoxideerd tot ijzer(III) ionen:
4Fe → 4Fe3+ + 12e-
En de zuurstof wordt gereduceerd:
12e- + 3O2 → 6O2-.
Het zout en de koolstof worden niet verbruikt, maar werken als elektrolyten; ze helpen de elektronenstroom tussen de elementen.
De spuiten kunnen worden gebruikt om te meten hoeveel zuurstof wordt verbruikt bij de reactie, en je zou deze informatie kunnen gebruiken om de reactiesnelheid te bepalen. Misschien kun je met je leerlingen andere manieren bespreken om dit te beoordelen en andere exotherme reacties die kunnen worden gebruikt om een warmtepleister te maken.