O glutach, piankach i tworzywach sztucznych

Temat ostatniej lekcji w 1 klasie liceum dotyczył tworzyw sztucznych. Jak zapytasz typowego nastolatka co to tworzywo sztuczne to na bank odpowie ci, że to plastik. Niby tak, ale plastik to mocne uogólnienie, a ja chyba za cel życiowy obrałam sobie rozprawienie się z chemicznymi stereotypami

Gdy mówimy „plastik” od razu wyobrażamy sobie sztywne, kolorowe tworzywo sztuczne np. takie z jakiego wykonane są zabawki. A przecież tworzywa sztuczne to ogromna grupa materiałów, w której miejsce jest również na różnego rodzaju folie, gumy, pianki, włókna, a nawet kleje. Co zatem łączy te
materiały? Wszystkie składają się z POLIMERÓW.

W tym miejscu pomagam sobie eksperymentem chemicznym. W raz z uczniami przygotowuję gluta bądź, jak kto woli slime’a.

Do wykonania gluta potrzebne są:

1. Boraks (czteroboran sodu)
2. Klej PVA
3. Woda
4. Zlewka 250 ml (2 szt.)
5. Kubek jednorazowy
6. Łyżeczka
7. Barwnik
8. Brokat (bardzo ważne!)

A samo wykonanie jest banalnie proste i nie wiedzieć czemu, każdemu sprawia dużo frajdy:

1. Barwnik spożywczy należy rozpuścić w wodzie w
   osobnym naczyniu np. kubku jednorazowym.
2. Do jednej zlewki nalać ok. 200 ml wody i
   rozpuścić w niej pół łyżeczki boraksu.
3. Do drugiej zlewki nalać 100 -150 ml kleju.
4. Do kleju można dodać wybranego barwnika (pipetą
   albo łyżeczką)
5. Następnie do kleju dodajemy małymi porcjami
   roztworu czteroboranu sodu (np. po 1 ml). Po każdej wlanej porcji należy całość
   dokładnie wymieszać, tak aby rozprowadzić sól w całej objętości kleju.
6. Glut jest gotowy, gdy przybiera zwartą
   konsystencję i odrywa się od naczynia podczas mieszania, a dotykając go ręką
   nie zostawia śladów.
7. Na koniec można dodać brokatu. Okazuje się, że
   dodawanie brokatu jest kulminacyjnym punktem doświadczenia
   ciekawostką może być fakt, że we wszystkich klasach pierwszych LO, uczniowie
   zrobili różowego gluta z mnóstwem brokatu…

Ważne wskazówki:

1. Doświadczenie oczywiście można rozdmuchać i
   dodać więcej obowiązków uczniom, np. zadając im sporządzenie 10% roztworu
   czteroboranu sodu. Ja potraktowałam to jako szybki pokaz, przerywnik mający na
   celu ożywienie lekcji.
2. Kluczowe w otrzymaniu gluta o zadowalającej
   konsystencji jest mieszanie. Powinno być energiczne, tak by mieszanina
   przestała być przezroczysta (pęcherzyki powietrza uwięzione w glucie spowodują
   zmętnienie).

Po co robić to doświadczenie?

Uważam, że gluty są multiużyteczne i za ich pomocą możemy odnieść się do wielu wątków w opowieści o tworzywach sztucznych.

Po pierwsze na lekcję oprócz kleju PVA przyniosłam również czysty polimer alkoholu winylowego. Jest to proszek wyglądem przypominający cukier kryształ lub puder (w zależności od stopnia rozdrobnienia). Następnie pokazuję uczniom tłumacząc, że czysty polimer wygląda najczęściej właśnie tak, a dopiero
dodanie do niego różnego rodzaju modyfikatorów powoduje, że staje się on dla nas użyteczny niczym lokomotywy z „Tomka i przyjaciele”. Modyfikatorami mogą być środki antyspieniające, plastyfikatory, wypełniacze, barwniki i wiele innych związków powodujących, że z czystego polimeru otrzymujemy TWORZYWO SZTUCZNE. W naszym przypadku dodatkami była woda, środek sieciujący (czyli
boraks) oraz barwnik i brokat.

Po drugie glut jest bardzo dobrym przykładem na pokazanie niecodziennej reologii mas lejnych. Każdy kto robił to doświadczenie, wykrzykuje w pewnym momencie: „ale gęste!”. Ale czy naprawdę gęstość uległa zmianie? Dodaliśmy do ciężkiego roztworu kleju raptem około 10 gramów roztworu boraksu. Zmiana w gęstości zapewne jest minimalna i nie do wykrycia przez nasze zmysły. Natomiast to co widzimy, to ogromny wzrost lepkości.

Po trzecie za ich pomocą możemy zobrazować proces sieciowania polimerów. Ten właśnie proces odpowiedzialny jest za zmianę konsystencji kleju w trakcie mieszania. Zawsze zaczynam od wytłumaczenia czym jest polimer. Do tego najlepiej nadają się słodkie pianki i wykałaczki. Uczniom daję opakowanie pianek i proszę o zrobienie łańcuchów składających się z 8-10 pianek. W ten sposób powstają nam modele polimerów, gdzie pianka jest powtarzającym się merem. W naszym przypadku jedna pianka jest symbolem alkoholu winylowego. Następnie zbieram wszystkie spolimeryzowane cząsteczki od uczniów i układam je na stole w artystycznym nieładzie. Jeżeli rozpuścimy PVA w wodzie (a jest to możliwe) cząsteczki mogą przemieszczać się względem siebie. Idzie im to dosyć opornie, bo to jednak długie cząsteczki, stąd też duża lepkość gotowego kleju. Dodanie boraksu powoduje powstawanie łączników pomiędzy nimi. Uczniowie, dysponując dodatkowymi wykałaczkami, sami mogą zobaczyć, na czym polega proces sieciowania i wykoncypować, skąd bierze się dziwna konsystencja slime’a. Załączona fotografia przedstawia właśnie uczniów w trakcie burzy mózgów.

Oczywiście licealistom możemy dodatkowo przemycić tą drogą pojęcie wulkanizacji, ponieważ jest to zjawisko analogiczne, a różniące się jedynie substratami.

Jak widać procesy zachodzące pomiędzy cząsteczkami da się wytłumaczyć bez wzorów chemicznych Oczywiście zapisuję wzory na tablicy, ale ma to na celu jedynie pokazanie analogii do tego co zrobili w zlewce i podczas budowania modeli. Zdecydowanie bardziej wolę sytuację, w której uczniowie rozumieją co się stało podczas doświadczenia, niż wykuli bezrefleksyjnie
skomplikowane wzory chemiczne.