Rakensin tulivuoren – ja se oli räjähtävän hauskaa! Koko kokeiluresepti paljastetaan (Kipsi & ruokasooda tulivuorimalli)
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Kokeita joka päivä.
【Tämä artikkeli on saatavilla myös radiolähetyksenä!】・【Lue tämä artikkeli englanniksi】
Tiedetunnit ovat kaikkein hauskimpia, kun asioita pääsee ’kokeilemaan’ itse. On ihanaa nähdä oppilaiden silmien kirkkaus ja kuulla heidän iloiset huudahduksensa ”Ymmärrän!” Viime aikoihin asti harjoittelijana olleen opettaja H:n kanssa pidimme ”Tulivuoret”-aiheisen oppitunnin, ja siellä tehty purkauskoe oli todellinen uteliaisuutta herättävä hetki.
”Miten magman viskositeetti liittyy tulivuoren muotoon?”
Tieteen kauneus on siinä, ettei se ole vain kirjasta ulkoa opettelemista, vaan asioiden ”näkemistä, koskettamista ja tuntemista” itse. Siksi päätimme valmistaa oman tulivuoren purkausmallin arkipäiväisistä materiaaleista! Tämä koe saattaa vaikuttaa yksinkertaiselta, mutta se on itse asiassa todella syvällinen.
Tarvitset vain neljää ainetta: kipsiä, ruokasoodaa, PVA-pesunestettä ja vettä. Pelkästään näiden neljän aineen sekoitussuhdetta muuttamalla magman käyttäytyminen ja viskositeetti muuttuvat täysin. Se on kuin simulaatio oikeasta tulivuorenpurkauksesta.
Erityisen mielenkiintoinen on kemiallinen reaktio, joka tapahtuu, kun yhdistät kipsiä (kalsiumsulfaatti: CaSO₄), ruokasoodaa (natriumvetykarbonaatti: NaHCO₃) ja vettä. Kuten tiedätte, reaktiossa vapautuu hiilidioksidia (CO₂)! Hiilidioksidin vapautuminen saa sekoitetun aineksen tilavuuden kasvamaan, aivan kuin oikea tulivuori paisuisi hitaasti ennen purkausta. Tällainen hetki, kun huomaat, miten arkipäiväinen kemiallinen reaktio liittyy valtavaan luonnonilmiöön, on juuri se, mikä tekee luonnontieteiden opettamisesta niin palkitsevaa.
Opettaja H:n kanssa toistimme kokeen uudestaan ja uudestaan eri sekoitussuhteilla. Kesti melko kauan löytää täydellinen ”resepti”, joka toimisi parhaiten. Siksi onnistumisen tunne oli uskomaton, kun vihdoin onnistuimme. Siinä hetkessä tunsin jälleen, mitä tieteellinen tutkimus todella on. Tässä artikkelissa kerron yksityiskohtaisesti, miten onnistuimme tulivuoren purkauskokeessa, ja jaamme täydellisen sekoitussuhteemme ja koemme havainnot!
Tarvikkeet
・Muovinen astia
・Kipsiä 10g x 2 ← Laitetaan minigrip-pussiin
・Ruokasoodaa 5g x 2 ← Laitetaan haihdutusmaljaan
・PVA-pesunestettä
・Vettä
・Laboratoriolusikka
・Lasitanko
・Tarjotin
Muoviastiaksi käytimme tätä Daisosta ostettua. Koko on myös tärkeä, joten jos teet samanlaisen kokeen, hanki tämä.
Daiso 70ml 4 kpl pyöreä minipakkaus
Tee tämän muoviastian pohjaan reikä puukolla ja kiinnitä sen päälle etukäteen kangasteippiä.
Ja tässä on tärkeä sekoitussuhde:
Tyyppi, jossa magman viskositeetti on matala: PVA-pesunestettä 1 ml + vettä 30 ml
Tyyppi, jossa magman viskositeetti on korkea: PVA-pesunestettä 10 ml + vettä 15 ml
Nämä laitetaan etukäteen omiin paketteihinsa.
【Kokeen vaiheet】
① Sekoita PVA-pesuneste ja vesi muoviastiassa hyvin lasitangolla.
② Lisää PVA-pesunesteen ja veden seokseen 10 g kipsiä (minigrip-pussista).
③ Sekoita kipsi, PVA-pesuneste ja vesi hyvin yhteen lasitangolla.
④ Kun ainekset ovat hyvin sekoittuneet, lisää seokseen 5 g ruokasoodaa ja sekoita nopeasti lasitangolla, kunnes seos on yhtenäinen.
Tässä on tärkeää sekoittaa kaikki nopeasti ja laittaa kansi paikalleen.
※ Ruokasooda voi olla paakkuuntunut, joten hienonna se laboratoriolusikalla!
⑤ Sulje muoviastian kansi, käännä astia ylösalaisin tarjottimelle ja irrota teippi heti.
⑥ Tarkkaile ylhäältä päin, miten laavamalli (liuos) leviää.
※ Kokeen suorittajan on ehdottomasti käytettävä polyeteenihanskoja! Kaikkien on myös käytettävä suojatakkeja ja suojalaseja!
Tämä suoritetaan sekä korkean että matalan viskositeetin tapauksessa.
Todellisuudessa koe näyttää tältä:
Korkean viskositeetin tapaus
Ylhäältä katsottuna:
Matalan viskositeetin tapaus
Opettaja H:n ideasta kokeilimme molempia mustalla tarjottimella.
Teimme yhden setin koetta neljällä henkilöllä, ja se oli suuri menestys. Upea sekoitussuhde. Kiitos, opettaja H!
【Miksi tämä sekoitus purkautuu?】
Tämän kokeen avain on kipsin, ruokasoodan ja veden kemiallinen reaktio.
Hiilidioksidin vapautuminen ruokasoodan hajoamisesta: Ruokasooda (natriumvetykarbonaatti: NaHCO₃) liukenee veteen, jolloin osa siitä hajoaa muodostaen karbonaatti-ioneja (CO₃²⁻) ja vetykarbonaatti-ioneja (HCO₃⁻), ja tuottaa edelleen hiilidioksidia (CO₂) ja vettä.
Hiilidioksidin vapautuminen kipsin ja ruokasoodan reaktiosta: Veteen liuennut kipsi (kalsiumsulfaatti: CaSO₄) muodostaa kalsiumioneja (Ca²⁺), jotka reagoivat ruokasoodasta syntyvien vetykarbonaatti-ionien (HCO₃⁻) kanssa muodostaen saostuman (kalsiumkarbonaatti: CaCO₃), ja samalla muodostuu hiilidioksidia (CO₂) ja vettä.
PVA-pesunesteen rooli: PVA-pesunesteen sisältämä polyvinyylialkoholi (PVA) muodostaa pitkiä molekyyliketjuja veteen liuettuaan, mikä tekee siitä viskoosista. Tämä PVA-liima toimii kuten verkko, joka vangitsee vapautuneet hiilidioksidikuplat. Sen ansiosta kuplat eivät vapaudu kerralla, vaan purkautuvat hitaasti ja laajentuen, jäljitellen ”viskoosia purkausta”. Jos PVA:n määrä on pieni, kuplat pääsevät nopeasti ulos, ja purkaus on nopea ja tasainen (kuten Havaijin kilpitulivuoret). Kun PVA:n määrä on suuri, purkaus on viskoosinen, ja seoksen korkeus kasvaa kupolimaisesti (kuten Showa-shinzanin laavakupoli).
Tämän kokeen avulla oppilaat eivät vain näe, miten tulivuoren muoto syntyy, vaan he myös ymmärtävät, miten kemialliset reaktiot ja materiaalien fysikaaliset ominaisuudet vaikuttavat luonnonilmiöön nimeltä purkaus.
Tämä tulivuoren purkauskoe on pienellä vaivalla ja kokeilulla hauska ja uteliaisuutta herättävä oppitunti oppilaille. Toivottavasti uskallat kokeilla sitä seuraavalla tunnillasi!
Tietoja yhteydenotoista ja tilauksista
Tee tieteen ihmeistä ja hauskuudesta itsellesi läheisempää! Olen koonnut selkeitä ohjeita hauskoista tiedekokeista, jotka voit tehdä kotona, ja niiden nikseistä. Etsi lisää tietoa!
・Tietoja ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä
・Erilaiset tilaukset (kirjoittaminen, luennot, kokeilutunnit, TV-ohjaus, esiintymiset jne.) täältä
・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!
Tiedekanava-Youtube-kanavallani jaetaan koevideoita!
