Ach ja, de verborgen schatten van YouTube. Hier hebben we er eentje. Een schoolvideo uit de jaren 1976 over zwavelzuur, voorzien van commentaar door John Cleese. Het filmpje is geupload in mei dit jaar met de vriendelijke toestemming van Akzo Nobel / ICI.
In het Engelstalige filmpje volgen we een typisch Britse detective die veel referenties maakt naar Sherlock Holmes en diens auteur. De detective heeft natuurlijk een hond bij zich want tegen jezelf praten is ook maar zozo. Die lieve schoolkindertjes moesten in de jaren ’70 natuurlijk al die LSD-verleidingen weerstaan, dus een rolmodel dat hardop in zichzelf praat zou fout zijn. Zelf vind ik het filmpje erg leuk, maar dat ligt natuurlijk vooral aan de commentator en zijn ‘stiekeme’ gastrol in het avontuur.
Disclaimer: ik heb geen technische scheikunde gestudeerd dus ik heb werkelijk geen idee hoe verouderd de systemen zijn die uitgelegd worden. Maar, het YouTube-bijschrift stelt met olijke zekerheid dat het filmpje nog altijd op scholen in het Verenigd Koninkrijk vertoond wordt. Toegegeven, het is een erg goed verhaal, maar ik zou me kunnen voorstellen dat er scholieren zijn die de veroudering van het filmpje op zouden merken. Vooral als de docent hiervoor speciaal de VHS recorder af moest stoffen.
Bonusvideo over Oleum hier. Gemaakt door een amateuristische sukkel omdat hij verkeerde handschoenen draagt, z’n ballonpipet ondersteboven houdt en hij in z’n eentje in een lab (of nog erger, thuis?) werkt.
De Scheikundejongens zijn enorm fan van experimenten die je zelf thuis kunt doen. Maar sommige experimenten kun je maar beter niet doen. In de categorie Don’t Do It Yourself (DDIY): het mengen van schoonmaakmiddelen. Op verpakkingen van schoonmaakmiddelen lees je vaak dat je dit niet mag doen. Maar waarom eigenlijk? Om dat te kunnen beantwoorden, moeten we eerst kijken waar schoonmaakmiddelen uit bestaan.
Een bruisend mengsel van Glorix en Harpic Max
De precieze samenstelling van schoonmaakmiddelen verschilt van product tot product, maar er zijn natuurlijk ook grote overeenkomsten. Vrijwel alle schoonmaakmiddelen — van afwasmiddel tot waspoeder — bevatten oppervlakte-actieve stoffen (surfactanten), met als uitzondering bijvoorbeeld spiritus of aceton. Oppervlakte-actieve stoffen zijn moleculen met een hydrofiele kop en een hydrofobe staart: hun hoofd wil graag in water zitten, hun staart in vet en olie. Daardoor worden vet en olie een stuk gemakkelijker om te verwijderen. Een blokje zeep bestaat praktisch alleen maar uit dit soort moleculen.
Sommige schoonmaakmiddelen bevatten ook bleekmiddelen. Een bleekmiddel is niets meer dan een oxidator. Er zijn twee belangrijke soorten: chloorbleekmiddelen en zuurstofbleekmiddelen. Een voorbeeld van de eerste soort is hypochloriet (ClO–), van de tweede waterstofperoxide (H2O2). Deze stoffen zijn goed in het afbreken van organische verbindingen (zoals kleurstoffen) en hebben daarom een blekende werking. De ‘gewone’ Glorix bevat hypochloriet. Glorix O2 bevat waterstofperoxide (dat is dus wat ze bedoelen met de kreet actieve zuurstof formule op de verpakking).
Andere schoonmaakmiddelen bevatten bijvoorbeeld weer (verdund) zoutzuur. Zoutzuur is niet echt een sterke oxidator, maar wel een sterk zuur, wat ook helpt om allerlei vuil weg te krijgen. Een voorbeeld hiervan is Harpic Max.
Maar wat gebeurt er dan als je verschillende (soorten) schoonmaakmiddelen mengt? Dat hangt natuurlijk af van de combinatie. Meng je een zoutzuur-houdend middel met een waterstofperoxide-houdend middel, dan gebeurt er ogenschijnlijk niks. Echter, het resulterende mengsel is iets dat sommige hobbyisten nog wel eens gebruiken om printplaten mee te etsen. Het toevoegen van zuur maakt waterstofperoxide namelijk een sterkere oxidator. Agressief spul dus, en niet iets voor thuis.
Het mengen van hypochloriet met waterstofperoxide geeft wel direct een zichtbare reactie. Het hypochloriet reageert met het waterstofperoxide onder vorming van onder andere zuurstofgas. Niet direct heel gevaarlijk, tenzij er brandbare materialen in de buurt zijn. De reactie is hieronder weergegeven:
.
De derde en laatst combinatie is meteen ook de gevaarlijkste: hypochloriet en zoutzuur. Meng je die twee, dan ontstaat er chloorgas, wat zelfs in lage concentraties extreem giftig of zelfs dodelijk is. Ook kan het bijvoorbeeld brandwonden veroorzaken. Het chloorgas wordt als volgt gevormd:
.
Conclusie: meng dus nooit schoonmaakmiddelen met elkaar. Dat staat natuurlijk ook al op de verpakking, maar sommige mensen doen het toch (filmpje). Als je dan toch twee verschillende schoonmaakmiddelen wilt gebruiken om een hardnekkige vlek weg te krijgen, spoel dan tussendoor met voldoende water.
Niets zo heerlijk als een obscuur stuk glaswerk. Vandaag: de Soxhlet (spreek uit: soks-let), vernoemd naar de Duitse chemicus Franz von Soxhlet (1848–1926).
Soxhletten (als dat een werkwoord is) is koffiezetten voor gevorderden. Waar gewoon koffiezetten enkelmaal extraheren is, kan een Soxhlet gebruikt worden om continu te extraheren. Voor de volledigheid: bij extractie wordt een vaste stof in een oplosmiddel gebracht en een van de componenten van de vaste stof lost op in het oplosmiddel. Door filtratie wordt het oplosmiddel (samen met de opgeloste stof) gescheiden van de vaste stof. De opgeloste stof kan dan van het oplosmiddel gescheiden worden door de vloeistof te verdampen.
Dit is precies wat een Soxhlet doet, maar dan in een meer continu proces. Een bekende proef die gebruik maakt van zo’n continu proces is de extractie van weekmakers — zoals [di(2-ethylhexyl) fthalaat (DEHP)] — uit scoubidou-touwtjes. De weekmaker DEHP lost wel op in chloroform, maar de rest van de scoubidou-touwtjes niet [1]. Nu lost DEHP niet heel fantastisch op in chloroform, dus je zou heel veel chloroform moeten gebruiken. Maar als er met heel veel oplosmiddel geëxtraheerd wordt, is de concentratie DEHP in chloroform erg laag. Als dan de oplossing ingedampt wordt, moet er heel veel chloroform verdampt worden en kan er nog wel eens wat DEHP meeverdampen. Dat zou zonde zijn.
Aanschouw: de legendarische Soxhlet. Wat er gedaan wordt, is het volgende. Zoals er op de geanimeerde afbeelding te zien is, wordt het oplosmiddel (chloroform, oranje in de afbeelding) in een rondbodemkolf gedaan. Die wordt verwarmt, verdampt en stijgt via de rechter arm de Soxhlet omhoog. Bovenop de Soxhlet zit een bolkoeler waar koud water doorheen stroomt. Daardoor koelt het verdampte oplosmiddel af, condenseert in de bolkoeler bovenin en druppelt in het gedeelte van de Soxhlet waar de vaste stof is (in een bakje of een huls van filterpapier-achtig materiaal). De weekmaker lost langzaam in de (nog een beetje warme) chloroform op. Omdat er zich steeds meer en meer chloroform verzameld, daar waar de scoubidou-touwtjes zitten, zal het bakje na een tijdje overstromen. Dat is de grote kracht van de Soxhlet, omdat er nu chloroform (met daarin opgelost de weekmaker) terugvloeit naar de rondbodemkolf. Terug in de rondbodemkolf kan er opnieuw chloroform verdampen, maar de weekmaker blijft achter in de rondbodemkolf.
Na uren of dagen “her-extraheren” is uiteindelijk bijna geen weekmaker meer te vinden in de scoubidou-touwtjes, er is niet veel chloroform gebruikt en er is al helemaal geen chloroform of weekmaker verloren gegaan, omdat er in een ‘gesloten’ systeem gewerkt wordt. Prachtig.
[1] Natuurlijk zitten er stiekem nog meer dingen in die vieze touwtjes die ook in chloroform oplossen, zoals sommige kleurstoffen, maar dat schuif ik voor het gemak maar onder het tapijt.
Al maanden heb ik het idee om hierover te schrijven, maar nu is dan écht het aardbeien seizoen fatsoenlijk bezig. Vandaag een eenvoudige manier om met DNA te spelen.
DNA vind ik maar merkwaardig spul: vier soorten basisblokjes, in een schijnbaar willekeurige volgorde. Sommige mensen geloven dat alle genetische informatie in DNA gecodeerd zit. Tegenwoordig zijn er een aantal sterke vermoedens dat er meer moleculen invloed hebben op de genetische code, zoals histonen. In één cel wel twee meter lang (als je al het DNA in die cel achter elkaar zou leggen). Zo’n DNA-streng is dan wel maar een miljoenste van een millimeter breed. Zou het nou niet leuk zijn, om wat zuiver DNA te kunnen zien? Met het blote oog?
Vandaag de extractie van DNA uit een aardbei. Waarom een aardbei? Mensen hebben twee kopieën van hun DNA in elke cel. Aardbeien daarentegen hebben er acht. Mensen zijn ‘diploïd’, aardbeien ‘octaploïd.’ Maar goed, genoeg theorie, tijd om vieze handen te krijgen.
Ethanol (bijvoorbeeld ontsmettingsalcohol, schoonmaakalcohol of spiritus)
1/2 theelepel zout
1/3 kop water
1 theelepel detergent (afwasmiddel of échte zeep)
Glas of kleine schaal
Theedoek of koffiefilter
Trechter
Hoog drinkglas
3 aardbeien, zonder kroontje
Hersluitbare plastic broodzakjes
Reageerbuis of klein glazen potje (bijv. kruidenpotje)
Lange satéprikkers
Uitvoering
Koel de alcohol in de diepvries. Die ga je later nodig hebben.
Meng het zout, water en de detergent (afwasmiddel) in een glas of kleine kom. Dit is de ‘extractievloeistof.’
Span de theedoek of het koffiefilter in de trechter en zet de tuit van de trechter in het glas.
Doe de aardbeien in de plastic zakjes en druk de lucht eruit. Zorg ervoor dat er geen lucht meer bij kan komen door ze af te sluiten.
Druk met je vingers de aardbeien stuk tot een papje (twee minuten). Zorg ervoor dat je het zakje niet kapot maakt.
Voeg drie theelepels van de extractievloeistof die je in stap twee maakte, bij de aardbeien in het zakje. Druk alle extra lucht er weer uit en hersluit het zakje. De detergent zorgt ervoor dat de cellen van de aardbeien open gaan en het DNA eruit kan komen. Het zout zorgt ervoor dat het DNA aan elkaar gaat plakken. DNA is een klein beetje negatief geladen, maar daar merk je verder niks van.
Druk weer voor ongeveer een minuut in het aardbeienpapje, zodat alles goed is gemengd.
Schenk het aardbeienmengsel vanuit het zakje, in de trechter (dus in het koffiefilter of in de theedoek). Laat het vocht in het glas druipen zodat er geen vocht meer achter blijft in de trechter.
De theedoek en het het aardbeienprutje heb je niet meer nodig, dus die kun je weg doen. Doe de inhoud van het glas met aardbeienvocht in de reageerbuis (of kleine glazen potje), zodat het ongeveer voor een kwart vol is.
Houd de reageerbuis (of kruidenpotje) schuin en schenk heel langzaam de ijskoude alcohol langs de kant. Als je dit voorzichtig genoeg doet, blijft het bovenop het aardbeienvocht liggen, omdat alcohol een kleinere dichtheid heeft dan water. Het is belangrijk dat de alcohol niet met het aardbeienvocht mengt, omdat het DNA zich tussen de twee vloeistoflagen zal verzamelen. DNA lost niet op in alcohol. Als de alcohol wordt toegevoegd, precipiteert het DNA uit en blijft de rest van het mengsel in oplossing in het water.
Doop een lang satéstokje in de reageerbuis, met de punt tussen de alcohollaag en het aardbijenwater in. Haal het satéstokje weer omhoog. Het witte (heldere) spul dat je nu omhoog trekt is het aardbeien-DNA. Tadaa!
Als je geen zin hebt in al dat geklooi met dingen, of heb je je aardbeien allemaal al opgegeten voordat je aan je experiment kon beginnen, dan kun je ook op de website van de Universiteit van Utah een DNA extractie doen: DNA Extraction Virtual Lab.
Met dank aan dr. Erika Eiser voor de tip, originele recept hier.
Een tijdje geleden had ik het genoegen om een lezing van prof. David MacKay bij te wonen. Al eerder schreven we over zijn fantastische boek. De gelegenheid waar hij sprak had te maken met een donatie van 20 miljoen Britse ponden aan het instituut waar ik nu stage loop. Gelukkig bleef hij nuchter en hield hij een eerlijk praatje.
Wat ik zo speciaal aan prof. MacKay vind, is zijn manier van uitleggen. Klimaatverandering en energiebesparing zijn geen gemakkelijke onderwerpen. Alleen al de wetenschappelijke concepten zijn niet eenvoudig, dus als daar dan ook nog eens morele en culturele overwegingen bij komen, is het goed te begrijpen dat de discussies snel uit de hand kunnen lopen. Ik denk dat het onze plicht als wetenschappers is, om niet-deskundigen uit te leggen zijn wat de feiten zijn. Een extreem handig middel is het concept van prof. MacKay: de gloeilamp. In een eerder filmpje van hem hier, konden we horen hoe hij uitlegde dat een 40 watt lamp elke dag 1 kilowattuur (kWh) gebruikt. Omdat joules en watturen lastige eenheden zijn om mee te rekenen — die eenheden zeggen niet veel mensen wat — introduceert hij de lamp. 24 uur een lamp aan laten is een duidelijk concept. Al het energiegebruik omrekenen naar eenheden van “gloeilampen” is een handig gedachtenexperiment.
Als wij, de Scheikundejongens, diep in ons hart kijken, zullen we ontdekken dat we alleen maar willen uitleggen. Dit soort vereenvoudigende concepten zijn hierin verschrikkelijk belangrijk.
Prof. MacKay is adviseur voor de Britse overheid. Hij adviseert de overheid over energie en klimaatverandering. Om de gevolgen van beslissingen over energie duidelijk te maken in het jaar 2050, heeft hij een een webtool gemaakt. Het is een programmaatje op het Internet waarmee iedereen kan “uitrekenen” wat elke energiebesparing voor nut heeft. Het is niet echt uitrekenen, maar meer het aanvinken van beslissingen. Een korte introductie door prof. MacKay zelf:
Ik vind dit een heel erg interessante gedachte: zelf kunnen zien wat elke overweging voor gevolgen heeft voor het jaar 2050. Geen geklier met moeilijke formules, niks vergeten en geen “ja maar…”. Als we meer en meer energie willen gebruiken, zullen er ook meer manieren moeten komen om energie op te wekken. Maar als we bepaalde manieren niet willen, dan zullen we ook minder energie moeten gaan gebruiken. Simpel als dat. Ik heb zelf even met de tool gespeeld en ik denk dat dit wel een interessante optie is:
Klik op de afbeelding om te zien of dit een realistisch idee is.
De daadwerkelijke webtool vind je hier en meer informatie over de tool hier. Er is onder het tabblad “Story” ook interessante achtergrondinformatie te vinden. Bekijk ook zeker eens de “Example Pathways”. Laat me alsjeblieft weten wat jullie van dit soort websites vinden, in de commentaren hieronder. Zou er ook een Nederlandse variant moeten komen? Is dit interessant voor het Nederlands scheikundeonderwijs?
.
.
