Dansende rozijnen. Ruben Bouwsma & Roshano Dewnarain

Transcriptie

1 Dansende rozijnen Ruben Bouwsma & Roshano Dewnarain Klas: V4b Begeleider: Dhr. M. Wijnhold Vak: Natuur, Leven, Techniek Datum:

2 1 Inhoudsopgave Inleiding... 2 Het doel... 2 Het rozijnenpracticum... 2 Mindmap... 3 Onderzoeksvraag... 4 Onderzoeksvraag... 4 Hypothese... 4 Plan van aanpak... 5 Benodigde materialen... 5 Veiligheid... 5 Werkwijze... 6 Resultaten... 7 Waarnemingen... 7 Grafieken... 8 Conclusie... 9 Conclusie uit grafieken... 9 Terugkoppeling naar hypothese Discussie... 11

3 2 Inleiding Het doel In dit verslag wordt uitgelegd hoe rozijnen aan het dansen worden gemaakt door een chemische reactie en hoe je de verschillende stoffen kunt variëren, om een ander resultaat te creëren. De doelen van het onderzoek zijn: 1. Leren nadenken hoe je iets kunt meten, kunt kwantificeren. 2. De theorie achter de dansende rozijnen te achterhalen. 3. Het bedenken, uitvoeren en vastleggen van een experiment op wetenschappelijke wijze. Het rozijnenpracticum Het rozijnenpracticum is een proefje waarbij de rozijnen als het ware aan het dansen worden gemaakt. Het opstijgen en neerdalen van rozijnen wordt hier gezien als dansen. Om de rozijnen te doen dansen is een chemische reactie nodig. Deze chemische reactie vindt plaats in vier stappen: Dit is een reactie tussen azijn (CH3COOH) en waterstofcarbonaat-ionen (NaHCO3). Hierbij ontstaat als reactieproduct koolstofdioxide gas (CO2+). Deze proef is algemeen zeer bekend. Denk aan de cola-mentos proef, die volgens hetzelfde principe werkt. De belletjes koolstofdioxide gas hechten zich aan de mentos. Hetzelfde geldt voor de rozijnen. De koolstofdioxide gasbelletjes hechten zich op het oppervlak van de rozijnen. Doordat de effectieve dichtheid van de rozijnen met koolstofdioxide gasbelletjes kleiner is dan dat van de rozijn en het water (dat eerst op de plaats van de koolstofdioxide gasbelletjes zat), zorgt een opwaartse kracht ervoor dat de rozijnen naar het oppervlak van de vloeistof stijgen. Omdat ze hier contact maken met de lucht, of tijdens het opstijgen, verliezen de rozijnen hun belletjes, waardoor de effectieve dichtheid weer groter is en vervolgens zinken. Dit proces wordt telkens weer herhaald.

4 3 Figuur 1 Mindmap over de (mogelijke) oorzaken van het dansen van de rozijnen

5 4 Onderzoeksvraag Bij dit experiment is het de bedoeling om te onderzoeken hoe het dansen van de rozijnen verandert, als de variabelen varieert. De variabelen azijn en soda zijn omgebouwd naar concentratie soda in azijn. Op deze manier valt zowel de invloed van de azijn als de soda op de bewegingen van de rozijnen te meten. De onderzoeksvraag luidt dan ook: Hoe is de concentratie soda in de azijn van invloed op de bewegingen van de rozijnen? Hypothese De verwachtingen voor het practicum zijn als volgt: De concentratie soda in azijn veroorzaakt het aantal bewegingen die gemaakt worden. In een oplossing met een hogere concentratie, zullen sneller koolstofdioxide gasbelletjes ontstaan, waardoor de rozijnen vaker op en neer zullen bewegen. Als de hoeveelheid soda groter wordt of de hoeveelheid azijn kleiner wordt, ontstaat er dus een hogere concentratie. Hetzelfde geldt andersom: Als de hoeveelheid soda kleiner wordt of de hoeveelheid azijn groter wordt, ontstaat er dus een lagere concentratie. In dit geval zullen de rozijnen dus minder bewegen. Ook bepaalt de hoeveelheid azijn, hoe hoog de rozijnen moeten springen om het oppervlak te bereiken. Meer azijn betekent dus een langere afstand naar het oppervlak en dus een langere tijd om daar te komen.

6 5 Plan van aanpak Benodigde materialen: +/- 60 gram soda* +/- 500 milliliter schoonmaakazijn* +/- 60 rozijnen* Maatcilinder tot 100 ml Bekerglas van 150 ml Papier om notities te maken Pen om te schrijven Stopwatch Camera Weegschaal Vergiet *De hoeveelheden zijn ruim genomen Veiligheid Chemicaliën Smelt/kookpunt Mogelijke gevaren Bij ongeluk: Soda (NaHCO3) Azijnzuur (CH3COOH) 851/1600 C Licht irriterend voor ademhalingswegen Licht irriterend voor de huid Licht irriterend voor de ogen 16,6/117,9 C Ontvlambare vloeistof en damp. Veroorzaakt ernstige brandwonden en oogletsel. Ogen: Spoelen met water Huid: Spoelen met water Inslikken: Veel water drinken Inademing: Frisse lucht toedienen Inademing: Frisse lucht toedienen Huid: Wond steriel afdekken, onmiddellijk met water en zeep afspoelen Ogen: Meerdere minuten met stromend water spoelen Inslikken: Mond spoelen, water drinken (niet meer dan 2 glazen) Haal er, in welk geval dan ook, medische, deskundige hulp bij!

7 6 Werkwijze 1. Denk allereerst na over een maat hoe de rozijnen dansen. 2. Begin dan met de blanco: a) Weeg 10 gram soda in het bekerglas. b) Meet 100 milliliter azijn af in de maatcilinder. c) Giet vervolgens heel voorzichtig de azijn in het bekerglas. d) Als al het azijn in het bekerglas is, wacht dan tot al het schuim weg is en doe 10 rozijnen in het bekerglas. e) Meet vanaf dit moment de tijd. Spreek een tijd af die je bij de andere proefjes ook aanhoudt. Je kunt het bekerglas filmen, zodat je later alle bewegingen kunt tellen. f) Gooi na afloop van het proefje de resterende stoffen leeg in een vergiet boven de wasbak. g) Spoel het bekerglas om, zodat het klaar is voor nieuw gebruik 3. Denk nu na over welke variabele je wilt veranderen. In dit geval is het de hoeveelheid azijn en soda 4. Voer de proef nu een aantal keer opnieuw uit, met telkens verschillende hoeveelheden. Figuur 2 Weeg 10 gram soda af Figuur 3 Giet 100 milliliter azijn voorzichtig in het bekerglas Figuur 4 Wacht tot het schuim verdwenen is Figuur 5 Doe 10 rozijnen in het bekerglas Figuur 6 Laat de rozijnen 2 minuten dansen

8 7 Resultaten Waarnemingen Meting Aantal drijvers Aantal springers Aantal zwevers Soda (g) Azijn (ml) Concentratie soda in azijn (g/ml) 0,05 0,1 0,1 0,2 0,2 In de bovenstaande tabel staan de meetgegevens van het practicum weergegeven. Deze zijn gerangschikt van de grootste concentratie soda, naar de laagste concentratie soda. De rozijnen bewegen niet allemaal hetzelfde in de oplossing. Ze zijn daarom ingedeeld in verschillende categorieën: Een zwever is gedefinieerd als een rozijn die de bodem verlaat en halverwege het oppervlak van de vloeistof komt. Een springer is gedefinieerd als een rozijn die de bodem verlaat en het oppervlak van de vloeistof raakt. Een drijver is gedefinieerd als een rozijn die de bodem verlaat en het oppervlak van de vloeistof raakt voor 5 seconden of langer. *Deze definities overlappen niet. Een zweef kan niet het oppervlak aanraken en een sprong kan er niet voor langer dan 5 seconden blijven.

9 Aantal beweginen 8 Grafieken Aantal bewegingen per concentratie 0,05 g/ml 100 ml azijn 0,1 g/ml 100 ml azijn 0,1 g/ml 50 ml azijn 0,2 g/ml 100 ml azijn 0,2 g/ml 50 ml azijn drijf spring/10 zweef Soort beweging Figuur 7 Grafiek aantal bewegingen per concentratie Figuur 7 laat de meetresultaten zien. Iedere kleur staaf staat voor een meting. Iedere groep staven staat voor een beweging. De hoeveelheid sprongen is gedeeld door 10 om de leesbaarheid te vergoten. Figuur 8 In de grafiek hiernaast, staan dezelfde meetgegevens uitgedrukt, maar dan met groene, transparante staven. Deze zijn er om de concentratie soda te laten zien. Voor sommigen zal deze grafiek sneller een weergave bieden van de proef dan de bovenstaande.

10 9 Conclusie Conclusie uit grafieken In figuur 7 en 8 is duidelijk op te merken dat de rozijnen niet zweven bij een concentratie van 0.2 g/ml. Dit is hoogstwaarschijnlijk omdat de hoeveelheid gas en dus ook het aantal gasbelletjes zo groot is, dat alle rozijnen direct naar het oppervlak geduwd worden. Daarnaast zijn het aantal zweven dat we hebben geteld bij beide 0.1 g/ml metingen hoger dan degene bij de 0.05 g/ml meting. Tussen het aantal springers lijkt niet veel verschil te zitten bij de verschillende concentraties. Echter is er een duidelijke uitzondering bij de concentratie van 0,2 g/ml en 50 ml azijn. Dit zou kunnen zijn, omdat de gasbelletjes in een hogere concentratie moeilijker binden, aangezien deze groter zijn. Het verschil, in het verschil tussen de 0.1 g/ml metingen en de 0.2 g/ml metingen suggereert dat het aantal springers ook zeer gevoelig is voor verschillen in hoeveelheid azijn. Merkwaardig is dat de meetresultaten bij een concentratie van 0,2 g/ml, even groot zijn bij de drijvers en de zwevers. Echter is dit niet zo bij het aantal springers. De verschillen hiertussen zijn zeer groot. Waar dit mee te maken kan hebben, blijft een mysterie. Waarschijnlijk is hier een foutje opgetreden. Ook merkwaardig is dat de meetresultaten van dezelfde concentraties van 0,1 g/ml, maar een verschillende hoeveelheid azijn ook zeer uiteenlopen. Waarom het aantal drijvers en springers hoger is bij een kleinere hoeveelheid azijn, valt te bedenken. De afstand naar het oppervlak van de vloeistof is kleiner, waardoor dit minder moeite kost. Waarom het aantal zwevers zoveel hoger is bij een grotere hoeveelheid azijn, blijft ook een vraag. Deze verschillen tussen dezelfde concentraties met een andere hoeveelheid azijn, suggereert dat het aantal springers ook zeer gevoelig is voor verschillen in hoeveelheid azijn. De meetwaarden lijken zo patroonloos dat er haast geen verband te ontdekken valt. Hieruit valt te concluderen dat de hoeveelheid bewegingen niet ligt aan de concentratie soda, maar aan een andere variabele. Denk aan de hoeveelheid azijn, als losstaande variabele. Een verband tussen de concentratie soda en het aantal bewegingen lijkt dus niet te bestaan.

11 10 Terugkoppeling naar hypothese De concentratie soda in azijn veroorzaakt het aantal bewegingen die gemaakt worden. In een oplossing met een hogere concentratie, zullen sneller koolstofdioxide gasbelletjes ontstaan, waardoor de rozijnen vaker op en neer zullen bewegen. Als de hoeveelheid soda groter wordt of de hoeveelheid azijn kleiner wordt, ontstaat er dus een hogere concentratie. Hetzelfde geldt andersom: Als de hoeveelheid soda kleiner wordt of de hoeveelheid azijn groter wordt, ontstaat er dus een lagere concentratie. In dit geval zullen de rozijnen dus minder bewegen. Ook bepaalt de hoeveelheid azijn, hoe hoog de rozijnen moeten springen om het oppervlak te bereiken. Meer azijn betekent dus een langere afstand naar het oppervlak en dus een langere tijd om daar te komen. Bij het terugkijken op de hypothese, valt met zekerheid te zeggen dat deze niet klopte. Het lijkt niet uit te maken hoe groot de concentratie is. Zoals in de conclusie al gezegd is, zijn de meetwaarden zodanig patroonloos, dat er geen verband te ontdekken valt. Ook het tegendeel valt niet te bewijzen. Echter zou dit onderzoek wel volgens de hypothese verlopen moeten zijn. Waarom het onderzoek in tegenstrijd is met de theorie, weten we niet met 100% zekerheid te zeggen. Dit zou kunnen liggen aan de rozijnen. We zouden verschillende soorten gebruikt kunnen hebben.

12 11 Discussie Op een aantal kleine ongelukjes na is het onderzoek zelf naar wens gelopen. Mogelijk hadden we een betere camerapositie en meerdere camera s kunnen gebruiken, om ervoor te zorgen dat we geen enkele beweging missen. Verder waren er bij de proef zelf geen problemen. Bij het maken van het verslag, ontstonden kleine onenigheden, die zichzelf al gauw oplosten. Dit is ook de reden waarom we twee grafieken bij de resultaten hebben staan. In een vervolgonderzoek zouden we constantere objecten dan rozijnen kunnen gebruiken of tientallen meer metingen met dezelfde variabelen. Op deze manier sluit je uitzonderingen en foutjes uit, waardoor het onderzoek steviger zal staan. Ook kunnen we in plaats van slechts noteren wanneer rozijnen drijven, meten hoelang ze drijven. Dit zou de druk van de gasbelletjes beschrijven.