Magnetische vloeistoffen Voorbereidingsopdracht Een voorbereidende opdracht behorende bij de masterclass Magnetische vloeistoffen. Deze voorbereidende opdracht is geschreven en ontwikkeld onder leiding van A.W. van Bruggen- van der Lugt MEd, Onderwijsontwikkelaar scheikunde, U- Talent, in samenwerking met de sectie Fysische en Colloïd Chemie, U.S.S. Proton en het practicum scheikunde van de Universiteit Utrecht. Besteed ongeveer 4 uur aan deze voorbereidende opdracht. 2016 Universiteit Utrecht: U-Talent Inleiding Voor je ligt de voorbereidende opdracht voor de masterclass Magnetische Vloeistoffen die gehouden zal worden op 4 november 2016. Voorkennis Je bent net gestart in vwo 5 of 6. Er wordt dan verondersteld dat je al veel weet over oplossingen en suspensies, bindingen en krachten tussen moleculen. Overleg ook met je vakdocent als je in deze onderwerpen hiaten veronderstelt, en vraag dan welke opdrachten je moet maken om deze kennis te verkrijgen. Je bent er dan dus meer dan 4 uur mee bezig. Oriëntatie op de masterclass De masterclass Magnetische vloeistoffen start met een hoorcollege over colloïden. Daarna ga je met de verkregen kennis aan de slag in een werkcollege over de beweging van colloïdale deeltjes en magnetische interacties tussen colloïdale deeltjes. Tijdens dit werkcollege wordt je voorbereid op het practicum, waarbij je een ferrofluid gaat maken. Wanneer je het interessant vindt kun je op school nog een aansluitend practicum doen. Na de masterclass heb je een interessant kijkje gehad in de wereld van de (magnetische) colloïdchemie en weet je beter wat studeren én onderzoeken aan de universiteit betekent.
Oriëntatie op deze voorbereidingsopdracht Deze voorbereidingsopdracht bestaat uit twee delen. Allereerst ga je aan de slag met basisopdrachten over colloïden en suspensies. Je leest een artikel over het bereiden van magnetische vloeistoffen. Daarna ga je je verdiepen in een keuzeopdracht. Je kunt kiezen uit twee artikelen, de één over colloïden in het algemeen en de ander over de ontwikkeling van bijzondere colloïdale deeltjes. 2
Basisopdrachten Ophalen voorkennis Het onderwerp van de masterclass ligt op het raakvlak van scheikunde en natuurkunde. Waarschijnlijk zijn onderstaande begrippen nog niet behandeld op school. Met onderstaande vragen zorg je ervoor dat je de juiste voorkennis hebt voor de masterclass. Opdracht 1. Colloïden en moleculen a. Wat zijn colloïden? b. Wat is het verschil tussen colloïden en moleculen? c. Schrijf een reactie op de stelling Een colloïde is een toestand en geen verbinding. Opdracht 2. Oplossingen, colloïden en suspensies a. Suiker in water is een oplossing. Teken een model van een oplossing met de moleculen getekend als bolletjes. b. Krijtpoeder in water is een suspensie. Teken een model van een suspensie met de moleculen getekend als bolletjes. c. Melk is een colloïdaal mengsel. Vereenvoudig melk tot een mengsel van vetdruppels en eiwitmoleculen in water. Teken een model van melk met de moleculen getekend als bolletjes. d. Een colloïdaal mengsel is 1. Een homogeen systeem 2. Een heterogeen systeem 3. Een echte oplossing 4. Een suspensie Leg met de getekende modellen (vraag a t/m c) uit onder welke mogelijkheid je een colloidaal mengsel zou plaatsen. e. Een colloïdaal deeltjes heeft een grootte van 1. 1 nm 1000 nm 2. 10 nm 100 nm 3. 1000 nm 10000 nm 4. 1 nm 100 nm f. Bekijk in een filmpje waarom in een colloïdaal mengsel wel verstrooiing van licht plaatsvindt, dit in tegenstelling tot oplossingen. https://www.youtube.com/watch?v=dfntsao45ti https://www.youtube.com/watch?v=xeailm2zuvc Beschrijf in eigen woorden het Tyndall effect. Verdiepende opdracht Voorbereiding op het practicum Opdracht 3. Stromende magneten Lees het artikel Stromende magneten. Over de bereiding van magnetische vloeistoffen Het artikel is een goede voorbereiding voor het practicum van de masterclass te begrijpen. Je komt hierbij een aantal termen tegen die je misschien nog niet eerder bent tegen gekomen. Lees het artikel en houd ondertussen een begrippenlijst bij waarin je onder andere onderstaande begrippen beschrijft. Je mag de lijst natuurlijk ook aanvullen met andere begrippen die je nog niet kende. Wanneer er vragen ontstaan over een begrip dan kun je deze opschrijven en tijdens de masterclass naar voren brengen. ferromagnetisme currie-temperatuur magnetische domeinen 3
magnetisch moment uitvlokken zeep Keuzeopdrachten Hieronder staat een tweetal opdrachten (4 en 5). Maak minimaal één keuzeopdracht. Neem je product (een tijdbalk of een poster met de tekeningen en onderschrift) mee naar de masterclass. Opdracht 4. Dansende colloïden Lees het artikel Dansende colloïden. Over de ontdekking van (bewegende) colloïdale deeltjes. Maak een tijdbalk waarin je de ontdekking van kleine deeltjes beschrijft. Geef hierin een plaats aan Leucippes, Democritus, Lucretius, Antoni van Leeuwenhoek, Robert Brown, Albert Einstein, Jean Perrin en beschrijf in eigen woorden de ontdekking. Raadpleeg naast het artikel ook (per ontdekker minimaal twee) andere internetbronnen. Opdracht 5. Geprogrammeerde zelforganisatie van colloïden Lees het artikel Geprogrammeerde zelforganisatie van colloïden http://home.physics.leidenuniv.nl/~kraft/publications_files/geprogrammeerde%20zelforganisatie% 20van%20colloiden.pdf Over nieuwe colloïdale deeltjes. Deze deeltjes hebben een bijzondere eigenschap, één deel van het oppervlak is ruw en het andere deel glad. Onder bepaalde omstandigheden kunnen de gladde kanten elkaar aantrekken, terwijl de ruwe kanten, evenals de ruw-gladde zijden, elkaar juist afstoten. Op deze manier kan men heel precies in het oppervlakte patroon van deze nieuwe deeltjes informatie programmeren over de zelforganisatie van deze deeltjes in complexere structuren. Hierdoor kunnen materialen worden ontwikkeld met hele nieuwe structurele, optische en elektrische eigenschappen. De auteurs demonstreren het principe van programmeerbare interacties met deze schizofrene deeltjes. Deze deeltjes vormen net zoals zeepmoleculen, micel-achtige structuren, waarbij de colloïdale deeltjes netjes geordend zijn met de gladde kanten naar binnen en de ruwe kanten naar buiten. Vergelijk het zelf organiserend vermogen van zeepmoleculen om micellen te vormen met het zelf organiserend vermogen van de beschreven colloïdale moleculen met tekeningen en onderschrift. 4
Colofon Deze opdracht is gemaakt voor U-Talent (http://www.u-talent.nl/) met bijdragen van: U-Talent: o o A.W. van Bruggen- van der Lugt MEd (auteur) Drs. C.C. Kleijer (curriculumcoördinator) Universiteit Utrecht, Faculteit Bètawetenschappen, Departement scheikunde o Ir. P.T. van Bentum Universiteit Utrecht, Faculteit Bètawetenschappen, Departement scheikunde, Fysische en Colloid Chemie Voor deze voorbereidende opdracht geldt een Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk delen 3.0 Nederland Licentie http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/nl Het auteursrecht op de voorbereidende opdracht berust bij de Universiteit Utrecht en U-Talent 5