Mark – Pagina 16 – Scheikundejongens

TROS Radar en wasmiddelen

Het is toch wat met die televisieprogramma’s. Eerder schreven we al over de Keuringsdienst van Waarde. Zij beweerden dat er gemalen fietswrakken in cornflakes zaten. Maar ook op het consumentenprogramma TROS Radar moet je niet blindelings vertrouwen, als we emeritus hoogleraar consumententechnologie Paul Terpstra mogen geloven, zo bericht de Telegraaf.

Radar voerde begin 2009 een wasmiddelentest uit (uitzending, uitslag). De test werd uitgevoerd door studenten en docenten van het Hoger Laboratorium Onderwijs Leiden. Een wasmiddel genaamd ‘Formil’ van de Lidl kwam als beste uit de test en hier wordt nog steeds mee geadverteerd. Helaas, volgens Terpstra is de test niet goed uitgevoerd. Alle tests zijn maar één keer uitgevoerd, er is geen gebruik gemaakt van gestandaardiseerde vuil- en vlekkendoeken, de resultaten zijn niet objectief genoeg bekeken en de resultaten zijn niet statistisch getoetst, aldus Terpstra.

Terpstra heeft de resultaten van Radar vergeleken met resultaten van onderzoeksinstituut Sohit. Dit instituut voert vergelijkingsonderzoeken uit voor consumentenorganisaties volgens internationaal erkende normen. De tests van Sohit geven een ander beeld en Formil is volgens Sohit zeker niet de beste. Radar doet de kritiek af met: “Wij hebben echter niet het budget om het onderzoek bij een dergelijk instituut te laten doen.” Doe goed onderzoek of doe het niet!

Waar ik zelf nog twijfels bij heb, is de zetmeeltest die wordt uitgevoerd. Bij een oplossing van zetmeel in water wordt wat jood (I₂) gevoegd. Er wordt een complex tussen het jood en het zetmeel gevormd wat voor een diepblauwe kleur zorgt. Vervolgens wordt er wasmiddel toegevoegd en wordt er gekeken hoe snel de blauwe kleur verdwijnt. Dit zou een maat zijn voor de hoeveelheid zetmeel die door het wasmiddel wordt afgebroken. Ze vergeten dat de blauwe kleur ook verdwijnt als het jood wordt gereduceerd tot jodide (I^–). Dit is niet onwaarschijnlijk: het op deze manier laten verdwijnen van de kleur wordt in de praktijk zelfs veel gebruikt, bijvoorbeeld bij jodometrie. Hierbij is zetmeel dus de indicator voor de aanwezigheid van jood.

Sterker nog, de reductie van jood (dit keer in afwezigheid van zetmeel als indicator) wordt ook gebruikt in reclames! Zie bijvoorbeeld onderstaande, hele oude, reclame voor Vanish Oxi Action.

Er wordt gezegd: “…zelfs als je de was extra vies maakt met jodium, verwijdert Vanish moeiteloos de meest lastige vlekken.” Jodium is een oplossing van jood (I₂) en natriumjodide (NaI) in een mengsel van water en ethanol. De vieze bruine kleur is afkomstig van jood; natriumjodide is kleurloos. Je ziet in het filmpje inderdaad de kleur snel verdwijnen, maar waardoor komt dit? Simpel: het jood wordt gereduceerd tot het kleurloze jodide door een reductor. Hier wordt vaak een milde reductor zoals natriumthiosulfaat (Na₂S₂O₃) voor gebruikt. Deze reactie is middelbare school redoxchemie en is als volgt (Binas tabel 48):

Ox:	I₂ + 2 e^–	→	2 I^–
Red:	2 S₂O₃^2-	→	S₄O₆^2- + 2 e^–
Totaal:	I₂ + 2 S₂O₃^2-	→	2 I^– + S₄O₆^2-

Het jood is dus zeker niet weg. Je ziet het alleen niet meer.

Terug naar de wasmiddelentest van Radar. Het is op basis van de tests van Radar niet te zeggen of de kleur verdwijnt omdat het zetmeel wordt afgebroken of omdat het jood wordt omgezet tot jodide door de aanwezigheid van een reductor zoals thiosulfaat in het wasmiddel.

Hoe zou je wel kunnen aantonen welke van de twee wordt afgebroken? Simpel, door opnieuw een beetje zetmeeloplossing toe te voegen aan de ontkleurde oplossing. Blijft de oplossing dan kleurloos, dan was het jood gereduceerd. De oplossing zou dan opnieuw kleur moeten krijgen door het toevoegen van wat joodoplossing. Deze controle is niet gedaan, dus aan deze test zou ik dus maar niet teveel waarde hechten.

Vuurwerk

In de vorige post schreven we al dat er afgelopen jaarwisseling zo’n 65 miljoen euro aan vuurwerk de lucht in is gegaan. Voor economen is dat natuurlijk allemaal leuk en aardig, maar wat ik als chemicus veel interessanter vind, is hoe al dat siervuurwerk aan haar prachtige kleurtjes komt. De theorie hierachter is niet heel ingewikkeld.

Voor de kleuren in siervuurwerk zijn in feite drie stoffen belangrijk: een brandstof, een oxidator (door mijn scheikundedocent altijd “zuurstofleverancier” genoemd) en de kleurstof zelf. De kleurstof is geen organisch molecuul, maar meestal een anorganisch zout zoals strontiumnitraat, bariumchloride of koper(II)chloride. Wanneer de brandstof wordt verbrand, wordt de temperatuur hoog genoeg om het zout in de gasfase te brengen. In de gasfase komt het zout niet langer voor als ionen, maar is het grotendeels uiteengevallen in losse ongeladen atomen. In feite is dit een soort redoxchemie. Bijvoorbeeld voor bariumchloride:

Ba²⁺ + 2e^– ⇌ Ba (g)
2 Cl^– ⇌ 2 Cl• (g) + 2 e^–

De losse bariumatomen zorgen voor de kleur van de vlam. Door de enorm hoge temperatuur komt een elektron van het bariumatoom zo nu en dan in een hogere energietoestand terecht (ook wel aangeslagen toestand genoemd). Wanneer het elektron weer terugkeert naar de grondtoestand, wordt het verschil in energie uitgezonden in de vorm van een foton: we zien licht! Dit effect is overigens exact het principe achter de vlamkleurproefjes die je op de middelbare school misschien wel eens hebt gedaan.

Vlamkleuren zijn niet alleen erg mooi, ze worden in de praktijk ook voor analyse gebruikt. Met atomaire-emissiespectroscopie (AES) kun je de aanwezigheid en concentraties van vele elementen bepalen door nauwkeurig naar de emissies van de atomen in een vlam te kijken. Nauw verwant hieraan is atomaire-absorptiespectroscopie (AAS), waarbij je niet kijkt naar de emissie van licht van atomen in de vlam, maar juist naar de absorptie ervan.

Tot slot vond ik nog deze mooie demonstratie van de vlamkleuren van verschillende zouten op de JijBuis:

Liesegang ringen: ons resultaat

Een maand geleden schreven we over Liesegang ringen. Toen beloofden we om het maken van deze ringen zelf ook uit te proberen. Dat hebben we diezelfde dag nog gedaan, maar de eerste ringen waren pas begin deze week zichtbaar: diffusie is super traag. Super sorry.

Onze ingrediënten:

Dit is het recept dat wij gevolgd hebben:

Doe 1.5 g gelatine en 2.5 g cobalt(II)chloride hexahydraat in een 100 mL bekerglas.
Voeg 50 mL water toe.
Roer en verwarm tot alles is opgelost.
Giet de oplossing, terwijl deze nog warm is, over in een lange buis. Een reageerbuis is een goede optie.
Dek de oplossing af en laat de gel rustig afkoelen totdat deze mooi stevig is en niet meer vloeit.
Breng 1 mL geconcentreerde ammonia bovenop de gel
Sluit het mengsel goed af, zodat het water en de ammonia niet verdampen.
Laat de buis rustig staan.

Hieronder zie je onze mooie lichtrode gel voordat we de ammonia toevoegden.

Na het toevoegen van de ammonia zagen we al snel een mooie groenblauwe neerslag, maar voor lange tijd zagen we geen ringen ontstaan. Totdat we begin deze week dus het volgende zagen. Hadden wij even mazzel dat we zo’n lange buis hebben gebruikt!

In onderstaande afbeelding zie je de ringen een stuk duidelijker. Tussen de ringen is de oplossing volledig helder en lijkt deze ook kleurloos te zijn. We zullen het experiment nog een tijd laten doorlopen, dus als we nog spectaculaire dingen zien, zullen we dat zeker laten weten.

Voor degenen die dit zelf willen gaan uitvoeren, lijkt het handig om eens te proberen om een stuk minder ammonia toe te voegen, bijvoorbeeld slechts 0.2 mL. We hopen/denken/verwachten dat de Liesegang ringen dan eerder zichtbaar zullen zijn. Dat zou mooi zijn, want een maand is wel een erg lange duur voor een vrijdagmiddagexperiment.

Tot slot werden we er op gewezen dat er 14 december een artikel is verschenen over het ontstaan van Liesegang ringen in dispersies van nanodeeltjes met tegengestelde ladingen (UU studenten: PDF hier). Gaaf om te lezen dat er nog steeds onderzoek naar dit fenomeen wordt gedaan. Daniela, bedankt voor de tip!

Een magnetron en de lichtsnelheid

Het meten van de lichtsnelheid klinkt misschien als een lastige klus, maar wist je dat je dit met wat huis, tuin en vooral keuken apparatuur gewoon thuis kunt doen? Een magnetron verwarmt namelijk voedsel met microgolven, een vorm van elektromagnetische straling — net als licht. Deze microgolven hebben, net als geluidsgolven en licht, een bepaalde golflengte (λ), frequentie (f) en snelheid (v). Microgolven bewegen zich voort met de lichtsnelheid c (ongeveer 3·10⁸ m/s).

In de magnetron vormen deze microgolven een staande golf. Dit houdt in dat de amplitude van de golf op sommige plaatsen altijd nul is, zoals te zien is in onderstaand plaatje. Die plaatsen noemen we knopen. Op deze plaatsen warmt de magnetron je voedsel dus niet op. Omdat het nogal vervelend zou zijn als je pannenkoek op één plek nog koud was, terwijl die op een ander plek al was aangebrand, heeft de fabrikant zo’n mooie ronddraaiende schijf in de magnetron gebouwd waar je je shizzle op kunt zetten. Op die manier wordt je pannenkoek overal mooi warm.

Wat je op bovenstaand plaatje ook kunt zien, is dat de afstand tussen twee knopen (d) gelijk is aan de helft van de golflengte. Omdat voor alle soorten golven geldt dat hun snelheid het product is van hun golflengte en frequentie, v = λf, zou je dus de snelheid van de microgolven in de magnetron kunnen bepalen als je de golflengte zou weten; de frequentie kun je vinden op de achterkant van de magnetron. Mocht je de frequentie van jouw magnetron niet kunnen vinden, dan is 2,45 GHz een goede schatting.

En nu komt de grote truc: verwijder de draaischijf uit de magnetron en zet iets in de magnetron dat gemakkelijk smelt en een groot oppervlak heeft. Goede suggesties zijn grote plakken kaas (eventueel gecombineerd met een pannenkoek), boterhammen met een flinke laag boter, een plak chocolade of een bord hagelslag. Zet de magnetron aan totdat je lokaal smeltplekken ziet. De afstand tussen de smeltplekken is gelijk aan de halve golflengte en daarmee kun je de lichtsnelheid uitrekenen: v = λ·f = 2d·f.

Zie ook dit filmpje van YouTube, waarbij opgemerkt moet worden dat boterhammen smeren en filmpjes monteren een hele kunst is.

Tot slot wil ik, om te voorkomen dat ik gelyncht word door de imaginaire natuurkundekerels, nog vermelden dat bovenstaande berekening eigenlijk totale onzin is. De lichtsnelheid is namelijk een afgesproken constante, die exact gelijk is aan c = 299 792 458 m/s. Uit de lichtsnelheid wordt de meter weer bepaald, dus in feite ben je niet de lichtsnelheid aan het meten, maar je liniaal aan het ijken.

Liesegang ringen

Op thuisexperimenteren.nl kwam ik een mooi experiment tegen voor mensen die een beetje geduld hebben. In dit experiment ga je zogenaamde Liesegang ringen maken. Deze ringen ontstaan wanneer in een gel een speciale neerslagreactie tussen twee zouten plaatsvindt. Eén van de zouten zit hierbij al opgelost in de gel, terwijl de ander via diffusie langzaam de gel binnen komt, bijvoorbeeld door een druppeltje zoutoplossing bovenop de gel te plaatsen.

Je verwacht misschien dat er vlakbij de druppel veel neerslag ontstaat en dat dit gradueel minder wordt naarmate je verder bij de druppel vandaan komt, maar dat is niet wat er gebeurt! Er ontstaan juist ringen van neerslag, terwijl andere delen van de gel helder blijven. Dit is duidelijk te zien op onderstaande foto.

Liesegang ringen

Om zelf Liesegang ringen te maken, doe je het volgende:

Breng 8 g gelatine en 0.2 g ammoniumdichromaat [(NH₄)₂Cr₂O₇] in 200 mL demiwater.
Verwarm en roer goed zodat alles oplost.
Giet de oplossing in een reageerbuisje en op een petrischaaltje en laat afkoelen.
Maak een verzadigde zilvernitraat oplossing in 10 mL water.
Voeg ongeveer 1 mL van deze oplossing toe aan het reageerbuisje en leg een druppel op het petrischaaltje.
Zet de buis en het schaaltje op een rustige plek en observeer. Het duurt zeker een paar dagen voordat de eerste ringen te zien zijn.

Let op: dichromaat is giftig, dus wees voorzichtig en hygiënisch. In plaats van ammoniumdichromaat kun je ook kaliumdichromaat gebruiken (maar dat is net zo ongezond). Verder geeft zilvernitraat vervelende vlekken, dus knoei niet.

Bovenstaand recept is een voorbeeld; er bestaan vele varianten met allerlei zouten. Op deze website is een variant te vinden waarbij er neerslag ontstaat tussen magnesiumchloride en ammoniumhydroxide. Ook staan er mooie foto’s bij. Tot slot vond ik op flickr nog deze supervette foto, gemaakt met cobaltchloride en ammoniumhydroxide.

We gaan het zelf ook proberen en als het lukt, delen we natuurlijk de foto’s met jullie. Natuurlijk zijn we ook geïnteresseerd in jullie resultaten.