Sekoitus riittää – 80°C!? Paljasta ruostumisen lämpö kotitekoisella kädenlämmittimellä! Opi eksotermisten reaktioiden tiede itse tekemällä
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on kokeilu.
Talven kylmänä päivänä taskuun sujautetun lämpötyynyn hidas, sielua lämmittävä lämpö tuntuu taivaan lahjalta, eikö? Mutta oletko koskaan miettinyt, mitä tuon pussin sisällä oikein tapahtuu?
Todellisuudessa tuo pieni pussi on ”kemian tehdas taskussasi”. Tällä kertaa paljastamme tuon tehtaan salaisuudet ja esittelemme kokeen, jossa voit itse valmistaa kertakäyttöisen lämpötyynyn ja kokea kemian tuottaman lämmön.
【Tämä artikkeli on saatavilla myös radiolähetyksenä】
Kun teen tämän kokeen oppitunnilla, oppilaiden katse muuttuu. ”Se todella lämpenee!” ”Katsokaa, sieltä nousee höyryä!” Sellaiset riemunkiljahdukset kaikuu luokkahuoneessa. Se hetki, kun näkymätön kemiallinen reaktio muuttuu käsin kosketeltavaksi ”lämmöksi”, on paras oppimiskokemus, jota ei pelkistä oppikirjoista löydy.
Lämpötyynyn valmistaminen: Tarvikkeet ja ohjeet
Tavoitteena on ymmärtää kertakäyttöisen lämpötyynyn toimintaperiaate ja kokea, miten ”hapettuminen”-niminen kemiallinen reaktio tuottaa lämpöä (eksoterminen reaktio). Aloitetaan valmistelut!
■ Tarvikkeet (per ryhmä)
- Rautajauhe (300 mesh): noin 4 g (samaa, jota käytimme rikkivedyn kokeessa). Tänään se on pääosassa!
- Aktiivihiili: noin 2 g. Tärkeä apuri, joka auttaa rautaa reagoimaan.
- Suolaliuos (3 %): 3 cm³. Maaginen vesi, joka nopeuttaa reaktiota.
- Paperikuppi: 1 (pieni)
- Lämpömittari: 1
- Lasinen sekoitussauva: 1
- Punnituspaperi: sopiva määrä
■ Kokeen vaiheet
① Laita 4 g rautajauhetta ja 2 g aktiivihiiltä paperikuppiin ja sekoita hyvin lasisella sauvat niin, että jauheet sekoittuvat tasaisesti.
② Lisää 3 cm³ suolaliuosta ja sekoita välittömästi nopeasti lasisella sauvat. Kemiallinen reaktio alkaa!
③ Työnnä lämpömittari seokseen ja kirjaa lämpötila minuutin välein. Mittaa 10 minuuttia ja yritä piirtää muutoksesta kuvaaja.
Vinkki: Sekoita välillä, jotta saat ilmaa (happea) seokseen, mikä nostaa lämpötilaa tehokkaammin.
80 °C Vain Sekoittamalla!? Kemian ”Kuuma” Salaisuus Paljastuu
Kokeessa joidenkin ryhmien lämpötila nousi jopa lähes 80 °C:een, ja innostus oli huipussaan höyryn noustessa kupista! Tämä todistaa, että paperikupin sisällä tapahtuu ”raudan hapettuminen” eli ”raudan nopea ruostuminen”. Raudalla on ominaisuus vapauttaa lämpöä, kun se yhdistyy ilman hapen kanssa ja ruostuu. Lämpötyynyn lämpöisyyden salaisuus piilee juuri tässä kemiallisessa reaktiossa.
4Fe + 3O₂ + 6H₂O ⟶ 4Fe(OH)₃ + Lämpöenergia
Tämä kemiallinen kaava saattaa näyttää monimutkaiselta, mutta ajattele sitä tarinana lämpötyynyn ”Tähtijoukkueen” toiminnasta:
- Rautajauhe (Fe): Päähenkilö. Energian lähde, joka vapauttaa lämpöä yhdistyessään hapen kanssa.
- Happi (O₂): Kaveri. Tulee ilmasta ja reagoi raudan kanssa.
- Vesi (H₂O) ja Suolat: Apujoukot. Toimivat katalyytteinä, jotka kiihdyttävät raudan ja hapen reaktiota huimaan vauhtiin. Lämpötilan nousu heti suolaveden lisäämisen jälkeen on heidän ansiotaan.
- Rautahydroksidi (Fe(OH)₃): Lopputuote. Eräänlainen ”ruoste”, joka syntyy raudan, hapen ja veden yhdistyessä. Lämmintä energiaa syntyy tämän aineen muodostuessa.
Lisäksi kaupallisissa lämpötyynyissä on vielä enemmän ovelia ratkaisuja:
- Aktiivihiili: Superapulainen. Sen pinnalla on lukemattomia pieniä reikiä, jotka sitovat itseensä suuria määriä ilman happea. Sen tärkeä tehtävä on kerätä happea raudan ympärille, jotta reaktio jatkuu pitkään ja tehokkaasti.
- Vermikuliitti, puujauhe ja vettä imevä hartsi: Säätelijät. Ne lisäävät kosteuden säilyvyyttä pidentäen reaktiota ja auttavat levittämään syntyneen lämmön tasaisesti koko tyynyyn. Heidän ansiostaan lämpötyyny ei kuumene liian nopeasti, vaan säilyttää lämpönsä pitkään.
Lupaus turvallisesta hauskanpidosta
Tämä koe on suhteellisen turvallinen, mutta rautajauhe kuumenee hapettuessaan. ÄLÄ MISSÄÄN TAPAUKSESSA heitä kuppia roskakoriin ennen kuin reaktio on päättynyt ja seos on täysin jäähtynyt. Kokeen jälkeen säilytä paperikuppi turvallisessa paikassa ja hävitä se seuraavana päivänä opettajan ohjeiden mukaan. Vain yhteen kertakäyttöiseen lämpötyynyyn on piilotettu näin paljon tieteellistä oivallusta ja keksinnöllisyyttä. Kun kysyt itseltäsi ”Miksi?” arjen esineistä, maailma alkaa näyttää paljon mielenkiintoisemmalta.
Tiedustelut ja pyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta helpommin lähestyttävää! Olen koonnut helppoja ja hauskoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona, sekä niiden onnistumisvinkkejä. Selaile rohkeasti lisää!
・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta: täällä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-valvonta/esiintymiset jne.): täällä
・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!
Kokeiluvideoita on esillä Tieteen Ideakanavalla!
