og andre luftarter

Biogas
og andre luftarter
Begrundelse
Klimaændringerne er et aktuelt emne som vore elever hører om meget ofte. Heri indgår mange
uforståelige ord og begreber.
Det kan virker uforståeligt på nogle elever med alle disse ord. Nogle elever kan måske endda
blive bange og tro at der er et monstor i luften som kan ødelægge alting. Nogle elever har hørt
eventyr om dragen Katla og her hører de om Seoto. En uhyggelig fare der flyver rundt i luften.
Vi skal hjælpe eleverne til at få styr på deres omverden, og i folkeeventyrene kan man få magt
over trolden Finn hvis man kender hans navn. Det samme gælder for dragen Seoto.
Hvis eleverne kan forbinde Seoto med viden om luftarten CO2, hvor den kommer fra og hvad
den kan , så bliver dragen et stof blandt andre stoffer, og faren bliver nemmere at have med at
gøre.
Målet er at afmystificere CO2 og give eleverne basal viden om nogle luftarter og kæde den viden
sammen med klimaændringerne og de oplysninger som eleverne støder på i dres dagligdag.
Det er væsentlig at eleverne oplever at naturfaglig viden kan bruges til at forstå deres omverden,
så den ikke befolket med monstre og drager.
Her er valgt at sætte almindelige kemiforsøg med brint, ilt, CO2 og methan ind i en
klimasammenhæng.
Forudsætningen er at man har en model af et biogasanlæg kørende på skolen, så man kan tappe
biogas herfra. Se ark om konstruktion.
Det kan også kædes til at i varmere egne har mange bønder et lille biogasanlæg på gården som
forsyner husholdningen med gas til lys og varme i gaskomfuret.
Fælles Mål.: Emnet dækker flere områder.
Målgruppe 4-6 kl:
Eleverne forudsættes at have kendskab til alm. kemisk udstyr ved forsøg med måling af vægt og
rumfang, måling af temperaturer osv. Det er også en fordel at eleverne har ”leget” med vand,
slanger og sprøjter og kender hæveten, forbundne kar osv. Eleverne kender nogle faremomenter.
Har man gennemgået atomer og molekyler tidligere, er her en lejlighed til at friske emnet op.
Baggrundsviden:
Hvad er biogas.
Biogas er en gammelkendt teknologi. Mikroorganismer nedbryder organisk materiale. Processen
foregår under anaerobe forhold, det vil sige iltfrit. Gassen er et affaldsprodukt fra
mikroorganismernes respiration. Biogas er en brændbar blanding, der består metan (CH4) og
kuldioxid (CO2). Sammensætningen er afhængig af hvad der nedbrydes. Består biomassen
hovedsaligt af kulhydrater (heriblandt cellulose (C6H10O5)n i kæder), bliver metan procenten lav.
Er der et højt fedtindhold (CH3(CH2)n- COOH) i biomassen, bliver metan procenten høj. Som
udgangspunkt er man interesseret i, så høj en metan procent som muligt, da det er denne del af
gassen der er brandbar.
I naturen dannes biogas i
sumpe og moser. På bunden
af søer og havområder, der er
dybe nok til at der opstår
iltfrie forhold. Også i maven
på drøvtyggere(ex. køer, får
og hjorte) dannes metan.
I dag findes der to forskellige
typer af biogas anlæg i
Danmark. Fællesanlæg
modtager gødning fra flere
landbrug, samt organisk
Biogas anlæg.
Kilde: http://www.blaabjergbiogas.dk
affald fra industri og
husholdninger. Der er i dag 20 fællesanlæg. Den gas som anlæggene producerer, sælges til lokale
kraftvarmeværker, der bruger den i deres produktion.
Et gårdanlæg anvender dyregødning og affald fra en enkelt gård. De første gårdanlæg blev
bygget efter energikrisen i 1970'erne, i dag er der ca. 60 anlæg i drift eller under opførelse.
Produktionen af biogas.
Et biogasanlæg er et kunstigt skabt mikrobielt økosystem. Det består af et forlager, hvorfra
tørstoffet pumpes til en rådnetank eller reaktor. Tørstoffet består af en blanding af
husdyrgødning og organisk affald fra industri eller husholdning, ¾ fra gødning og ¼ fra industri
eller husholdning. I rådnetankens iltfrie miljø, opvarmes biomassen til 35-52oC for at fremme de
biologiske nedbrydningsprocesser.
Den fuldstændige biologiske nedbrydning af biomassen til metan(CH4) og kuldioxid (CO2) er
kompliceret og sker i et samspil mellem en række bakterier. Det der er et affaldsstof for én
bakterie, er udgangsstof for den næste, bakterierne er på den måde afhængige af hinanden.
Denne proces tager 2-3 uger, afhængig af temperaturen. Halvdelen af tørstoffet i biomassen
bliver omdannet til biogas. Resten er så svært omsætteligt, at det ikke er økonomisk rentabelt at
udnytte. Det udrådnede/ afgassede materiale pumpes til et efterlager. Hvor efter det anvendes til
markgødning i landbruget. Den afgassede gødning har en lidt højere gødningsværdi på markerne.
Den producerede biogas består af består af ca. 2/3 metan (CH4), 1/3 kuldioxid (CO2), lidt
svovlbrinte (H2S) samt en smule brint (H2).
Lærervejledning til forsøg
Biogas
Eleverne forudsættes at have kendskab til alm. kemisk udstyr ved forsøg med måling af vægt og
rumfang, måling af temperaturer osv. Herved kender de bægerglas, måleglas, reagensglas,
propper, slanger, glasrør, kender brugen af bunsenbrænder etc. Det er også en fordel at eleverne
har ”leget” med vand, slanger og sprøjter og kender hæveten, forbundne kar osv. Eleverne
kender nogle faremomenter.
Målgruppe 4-6 kl.
Brint vælges først fordi det er det mest
spektakulære og dermed giver det mere aktivitet
i den indledende time.
Hvis læreren vurderer, at det første forsøg skal
være et lærerforsøg, på grund af klassens
modenhed, er brint det nemmeste at gøre
interessant fra lærerbordet.
Opstilling:
Man kan indskyde en ekstra time hvor læreren
viser forsøget med brag og eleverne laver brint
til en eller flere balloner.
Standartopstilling til alle forsøgene med gasser.
Hvis det skummer meget kan man bruge et tykkere
CO2 fremstilling er godt til mindre selvstyrende reagensglas eller en lille konisk kolbe med flad
bund. En del elever vil ikke vide, at vandet ikke
elever.
1. Time Biogasanlæg og brint
løber ud af de omvendte reagensglas i skålen. Det
er derfor en fordel at eleverne har leget med vand,
beholdere og slanger i de mindre klasser.
Indledning
Samtale om energikilder: Atomkraft, kul, olie, naturgas, vind, geotermisk, biomasse, vand, sol,
bølger, tidevand. Samtale om hvad vi bruger energi til.
Samtale om luftarter.
Hvad ved vi? Idemylder!
Forventet at flere elever kender ilt og
evt. CO2 og at planter og dyr bytter
luft.
Gaslygte
Fremstilling af brint
Fællesforsøg eller i 3-4 mands grupper afhængig af alder og modenhed.
Forsøget gennemgås på tavlen
Ark med forsøget udleveres.
•
Faremomenter gennemgås:
•
Glas og gummi gøres våde inden de sættes sammen.
•
Regler for færden i laboratorier gennemgås: Ingen løb og bliv ved sin plads,
koncentration om opgaven, stille samtale, følg opgavevejledningen, flagrende tørklæder,
hatte, langt hår og lign. kan ikke være ved forsøgsbordene.
Forsøget begynder
Er det urolige elever lægger læreren alle materialer frem på lærerbordet inden timen. Et hold af
gangen henter materialer og går i gang. Saltsyren hældes i af læreren. Man kan evt. bede gruppen
være helt stille, for det kan være, de kan høre at det bobler, når brinten dannes. God øvelse i at
være stille.
Opstillingen godkendes evt. af læreren før gruppen får udleveret saltsyre. Minimum 5
reagensglas fyldes med brint. Gerne flere, da flere analyser udføres flere gange. Læreren fylder
et tørt reagensglas med brint uden at det sænkes i vandskålen. Der tages tid på hvor lang tid det
foregående glas tager om at blive fyldt i vandskålen, og der lægges lidt tid til.
Brinten analyseres ved:
1. Sætte en brændende podepind til mundingen af reagensglasset. Et fløjt høres.
2. Der prøves også med en glødende podepind. Det kommer måske et fløjt eller intet sker.
Der sker ikke det at pinden bryder i flammer, som det gør ved samme forsøg ved ilt.
3. Et reagensglas holdes med mundingen opad og efter nogen tid
prøves med en brændende podepind. Hvis mundingen er opad så Materialer:
flyver brinten ud af glasset da brint er lettere end luft.
1. stk konisk kolbe
4. Samme men med mundingen nedad.
Prop med to huller hertil
5. Et reagensglas fyldt med brint holdes med mundingen nedad og Lille tragt
en finger stikkes op i glasset så en del brint bliver mast ud. Der
Slangeklemme.
antændes og ofte vil lyden herved være højere, da der er mere ilt Forsøgstativ
tilstede.
2-3 urinposer
6. Det tørre reagensglas holdes med mundingen nedad og antændes. Plade eller passende bog
Der kommer dug på glasset og der konkluderes at der dannes
2-3 stk. reagensglas i
vand.
reagensglasstativ
7. Test med CO2 – indikator eller bromthymolblåt. Se næste forsøg Prop med hul
2 korte glasrør
Ved flere grupper der laver forsøget, kan man lade grupperne lave
Slange
analyserne simultant, og derved få dialogen med eleverne, så de ser
Skål ca. 20 cm Ø
sammenhængen i analyserne og iagttagelserne. Det er ikke alle elever, der Vand
er fokuseret nok til selv kan drage konklusionerne.
Saltsyre
Zinkstykker
Tændstikker
Podepind
Sikkerhedsbriller
Forklæde
2.
Time Fremstilling af CO2
Indledning.
Gennemgang af forsøget med fremstilling af brint fra sidst, og nogle få faglige emner tages med:
lettere end atmosfæroisk luft, gennemsigtigt, brændbart, fremstilles nemt ved zink og saltsyre.
Kan bruges i balloner.
Opstilling og fremgangsmåde som ved fremstilling af brint.
Gennemgang af forsøget på tavlen.
Forsøget starter:
Materialer lægges frem på lærerbordet, og syren hældes i når eleverne er klar, både med udstyr
og mentalt.
Saltsyre og kridt:
Eleverne sætter udstyret sammen og putter en cm tavlekridt i reagensglasset.
Forsøget skal helst forløbe så meget som muligt som ved brintfremstillingen. Herved fremhæves
det, at man kun ændrer en ting af gangen i videnskabelige forsøg.
Det kan være en fordel at bruge tykke reagensglas, ca. 2 cm Ø eller små koniske kolber, da kridt
og saltsyre har en tendens til at skumme.
CO2 analyseres ved:
1. Brændende podepinde stikkes ind i et reagensglas og flammen
Materialer:
går ud.
2-3 stk. reagensglas i
2. Glødende podepind stikkes ind og går ud.
reagensglasstativ
3. Lidt bromthymolblåt hældes i et reagensglas med CO2 og
farveskift til gult ses. I et kontrolglas med atmosfærisk luft ses Prop med hul
2 korte glasrør
ikke farveskift.
Slange
4. Alternativt bruges CO2 – indikator som skifter mellem gul og
Skål ca. 20 cm Ø
rød. Den skifter tilbage igen ved kogning. Pas på den kan
Vand
stødkoge, det vil sige at det kan sprøjte kraftigt ud af et
Saltsyre, den fra Borup
reagensglas.
5. Der pustes luft i et reagensglas med en indikator og farveskift se som kan købes i Kvickly.
(30 %)
og der er hermed påvist CO2 i udåndingsluften.
Kridt
6. En sodavand hives op af tasken (gerne en der skaber lidt
misundelse, man kan jo lade resten stå til dem der hjælper med at Fyrfadslys
sætte på plads) og en prop med glasrør og slange sættes hurtigt i Cylinderglas
efter at den er åbnet. Luften ledes i en indikator og CO2 er påvist. Tændstikker
Podepind
Sikkerhedsbriller
Disse analyser kan evt. laves simultant, hvorved man kan skabe mere
Forklæde
fokus på resultaterne og fagsproget.
Bagepulver
Eddike
Bromthymolblåt (BTB)
CO2 – indikator
Bagepulver og eddike:
Et fyrfadslys antændes og placeres i et litermål eller lignende så lyset
kan brænde. Der hældes lidt eddike ned ved siden af lyset uden at
lyset går ud. Så hældes en teskefyld bagepulver ned i eddiken og det
begynder at bruse. Kort tid efter går lyset ud. Det er CO2 der er dannet
og så kan lyset ikke få ilt nok til forbrændingen og går ud.
I forsøget med kridt og saltsyre kan man i stedet bruge eddike og
bagepulver.
Forsøget med CO2 er ikke så spektakulær, da der ikke sker noget. Det
er jo også et resultat, som skal bemærkes.
Materialer:
1 pakke gær
Lidt sukker
2 balloner
2 reagensglas
Bagepulver
Eddike
Afslutning
Et cylinderglads fyldes med CO2 og et tændt stearinlys sættes i et 250 ml cylinderglas. Når
cylinderglasset er fyldt med CO2 lægges en glasplade over mundingen og glasset føres hen over
det brænden de stearinlys. CO2 hældes ned over stearinlyset med en passende fart. Lyset går ud.
Er der en kraftig reaktion ved kridt og saltsyre, er det nok at lade slange puste CO2 ned over
lyset, dog ikke så lyset pustes ud.
Samtale om timens forsøg og egenskaberne ved CO2 repeteres. Farve,
vægtfylde, fremstilling, lugt, brandbar, fast, flydende gas/luftart.
Ved gæring dannes CO2
Gærforsøg
Gennemgå med eleverne hvordan de kommer i gang. Find reagensglas
og evt. holder til at stille dem i, find sukker, gær og lunkent vand.
Inden eleverne går i gang, så lad dem opstille en hypotese for hvad de
tror der kommer til at ske.
Kom nu lidt gær i de to reagensglas, tilsæt lidt lunken vand og opløs
gæren. Kom lidt sukker i det ene glas og opløs det. Sæt en ballon over
begge reagensglas. Det er bedst at stille glassene, hvor der er lidt
varmt, 30-35oC, så går det hurtigst. Når det har stået noget tid, vil man
se at den ene ballon har pustet sig op. (Den ballon over glasset, hvor
man kom sukker i). Gæren produceret nemlig luft – gærprutter.
Gær er en levende organisme, en encellet svamp – det er gærsvampe,
der ligger i dvale.
Når de får mad og får det varmt, vågner de op og begynder at formere
sig. Gærsvampe elsker at spise sukker. Der skal sukker i det ene glas
for af gærcellerne har noget at leve af. Gærceller formere sig ved af
dele sig, der er ikke han og hun celler.
Kemisk forklaring
C6H12O6 + gær => 2 CO2 + 2 C2H5OH + gærenergi
Sukker + gær => 2 kuldioxid + 2 ethanol + gærenergi
Så det er ikke bare luft der puster ballonen op, men CO2.
Et andet forsøg er beskrevet her:
http://www.langkaer.dk/fag/lab/bioc/%C3%98velse1.pdf
Daniel står på låget til sit
biogasanlæg, som er gravet
ned i jorden.. Daniel bor i
Tanzania og har 5 køer.
Gassen bruges til lys og
gaskomfuret i køkkenet.
Materialer:
2-3 stk. reagensglas i
reagensglasstativ
Indledning
Prop med hul
Inden timen kontrolleres brintoverilten, da den bliver for gammel og
2 korte glasrør
afgiver ilten.
Slange
Samtale om fremstilling af CO2 og H2. De to stoffer sammenlignes og
Skål ca. 20 cm Ø
egenskaberne gentages efter: Farve, vægtfylde, fremstilling, lugt,
Vand
brandbar, fast, flydende gas/luftart.
Brunsten MnO2
Brug et skema på tavlen. Et af fagets kerneområder er at organisere
Brintoverilte 10 %
viden i strukturer.
Fyrfadslys
Cylinderglas
Forsøget starter:
Tændstikker
Opstilling og fremgangsmåde som ved fremstilling af brint.
Podepind
Gennemgang af forsøget på tavlen.
Sikkerhedsbriller
Materialer lægges frem på lærerbordet, og syren hældes i når eleverne er
Forklæde
klar, både med udstyr og mentalt.
Bagepulver
Eddike
Brunsten og brintoverilte:
Bromthymolblåt (BTB)
Eleverne sætter udstyret sammen. Eleverne putter en spatelfuld brunsten
i reagensglasset.
Igen er tykke reagensglas eller små koniske kolber bedst. Der kan der komme skum.
Læreren hælder brintoverilte i efterhånden, som forsøgs holdene er klar og hermed menes også
mentalt, at der er ro og fokus på opgaven.
3. Time Fremstilling af ilt
O2 analyseres ved:
1. Brændende podepinde stikkes ind i et reagensglas og
den flammer op.
2. Glødende podepind stikkes ind og den flammer op.
3. Lidt bromthymolblåt hældes i et reagensglas med CO2
og ingen farveskift ses. Alternativt bruges CO2 –
indikator. Methylenblåt kan bruges som O2 –
indikator, (har ingen erfaring med det)
4. Et fyrfadslys i en skål eller kande overhældes med O2.
Det går ikke ud men brænder kraftigere.
5. Ilt er farlig, en tot ståluld antændes og en kraftig stråle
ilt blæses ind i stålulden og det brænder meget
kraftigt. Det er et lærerforsøg ved afslutningen af
timen.
6. Det er det, der sker i ved en skærebrænder hvor man
skærer jernplader over med gas.
7. Se http://www.dr.dk/skole/naturfag/klipsamling/proev_selv/kemi.asp
Disse analyser kan evt. laves simultant, hvorved man kan
Billedet kan jo bruges til at fortælle
skabe mere fokus på resultaterne og fagsproget.
om,hvad der kan ske. hvis håret
kommer ned isyren. Lav gerne et lille
eksperiment medet stykke farvet stof,
der prikkes med saltsyre.
4. Time: Biogas
Indledning
Timen kan startes med en opsummering af gasserne, meget hurtigt.
Inden timen kontrolleres at der er nok gas på biogasanlægget til forsøgene.
Samtale om gasserne, der sammenlignes og egenskaberne gentages efter: Farve, vægtfylde,
fremstilling, lugt, brandbar, fast, flydende gas/luftart.
Brug et skema på tavlen. Et af fagets kerneområder er at organisere viden i strukturer.
Forsøget starter:
Opstilling og fremgangsmåde som ved fremstilling af brint.
Gennemgang af forsøget på tavlen.
Materialer lægges frem på lærerbordet, og syren hældes i når eleverne er klar, udstyr og mentalt.
Brunsten og brintoverilte:
Eleverne sætter udstyret sammen. Eleverne putter en spatelfuld brunsten i reagensglasset. Igen er
tykke reagensglas eller små koniske kolber bedst. Her kan der komme skum.
Læreren hælder brintoverilte i efterhånden, som forsøgs holdene er klar og hermed menes også
mentalt, at der er ro og fokus på opgaven.
CH4 analyseres ved:
1. Der åbnes for gassen og en tændstik antænder gassen. Det er således en brandbar gas.
2. Flere reagensglas fyldes med biogas som ved de andre luftarter og udleveres til grupper
af elever der så skal analysere glassene som ved de andre forsøg. Man kan evt. lave det
som åben opgave, hvor eleverne selv skal komme med forslag til analyser og lave en
hypotese om resultatet. Forslagene skal godkendes af læreren, da der jo er brandfare.
3. Glødende podepind stikkes ind og gassen brænder.
4. Lidt bromthymolblåt hældes i et reagensglas med CO2 og ingen farveskift ses. Alternativt
bruges CO2 – indikator. Det kan dog give lidt farveskift, da der også er CO2 i biogas.
5. Andre forsøg valgt fra de andre luftarter.
Analyser kan evt. laves simultant, hvorved man kan skabe mere fokus på resultaterne og
fagsproget.
Timen afsluttes ved at sammenligne de forskellige gasser, således at eleverne oplever processen
fra at man ikke vidste ret meget om forskellige luftarter og forsøgene har givet informationer om
forskellige egenskaber ved forsøgene.
luftart
vægt
farve
brand
analyse
brint
Lettere end luften
usynlig
Brander kraftigt
Brænder med et pift
O2
Tungere end luften
usynlig
Slukker ild
CO2-indikator har farveskift
Ilt
Tungere end luften
usynlig
Nærer ild
Glødende træpind antændes
Methan Tungere end luft
usynlig
Brænder fint
Brænder og ??
Chlor
gul
Brænder ikke!
Giftig!! (Omtales kun)
Klar
Brænder ikke
Laver lys stemme!!
Tungere
Helium Lettere
5. Time: Forbrænding:
Indledning
Denne time starter lidt hektisk, for at vise at man går glip af stof, hvis man ikke kommer til tiden.
Forsøget starter:
Før timen opstilles en række forsøg som startes mens eleverne kommer ind.
(Iltfremstilling og brintfremstilling gøres klar inden timen, således der er gas klar når timen
starter).
1. Stearinlys tændes flere stykker, gerne rester og farvestrålende.
2. Gasbrænder tændes
3. Petroliumslygte tændes
4. Gaslygte tændess, hvis det haves.
5. Træpinde tændes på et stykke rockwool eller gipsplade på en træfod under udluftningen.
Når alle elever er klar og der er ro kan der laves en kort præsentation og en opsummering af
gasserne, meget hurtigt eller med en hurtig leg.
Så laves et idemylder over emnet forbrænding. Lav det som et diagram, så der er streger mellem
relaterede emner. For der kommer sikkert meget andet på, end det der har med forbrænding
kemisk set: Energikilder, anvendelse af forbrænding. Der kommer forhåbentligt også nogle
emner fra de sidste timer. Der konkluderes, hvad vi vil komme ind på i denne time. Sikkerhed
ved ild og forbrænding SKAL tages med hver gang.
Flere forsøg kan laves:
6. Et lille gaskomfur lavet af en sodavandsdåse tilsluttes biogasanlægget og lidt olie og
pandekagedej hældes i fordybningen. Dette kører videre under gennemgangen af resten.
7. Ståluld antændes og pustes med fremstillet ilt og det iagttages at det brænder bedre. Der
konkluderes at en forbrænding betyder at noget forbinder sig med ilt. Dette slås evt. fast
med hurtige spørgsmål til kvikke elever, hvor svaret er det samme.
8. Så fortsættes med et par forbrændinger mere. Magnesiumstrimmel stikkes ind i
gasflammen. Eleverne skal bemærke hvad der kommer ud af forbrændingen.
9. Eleverne får udleveret sakse og sodavandsdåser og stearinlysstumper og en stump
gipsplade. Eleverne skal udforme et lille komfur og når alt er klar får de lidt olie og
pandekagedej så de kan lave deres egen pandekage. Højden på dåserne afgør hvor varm
”panden bliver. Der skal være huller til at CO2 kan komme ud og adgang for ilt for
neden. Desuden er det godt med håndtag som ikke bliver varme. Der er således mange
variable i den tekniske udformning af dåsen, og det derfor god til en åben opgave.
Fare: Husk plaster, da der vil være elever der skærer sig på dåsernes skarpe kanter.
Den første pandekage brænder ofte på, så hav tid nok til at de kan lave et par stykker.
Mens eleverne steger pandekager kan de godt klare en opgave. Eller lave tegninger og
noter til forsøgene. Hermed afsluttes emnet på hyggelig vis.
Jeg hjælper gerne med at opstille et biogasanlæg. Jeg kan også levere et anlæg klar til brug.
Venlig hilsen Anders K Brandt