Kokeita rautakynsien ruostumisesta

Ruoste on laaja keskusteluaihe luonnontieteiden luokkahuoneissa kaikilla luokkatasoilla. Vaikka perusopettajat esittävät ruostunutta metallia yksinkertaisena esimerkkinä kemiallisesta reaktiosta, lukion opettajat viittaavat ruosteeseen selityksissä hapetus- ja pelkistysreaktioista. Julkisen koulun tai kotikoulun opiskelijat voivat tehdä kokeita ruostuvien rautakynsien luokkaan liittyvissä tehtävissä tai tiedemessuhankkeissa.

Väliaikaiset opiskelijat, jotka valmistautuvat tehtäviin etukäteen, voivat selvittää, mitkä nesteet aiheuttavat ruosteen muodostuminen nopein upotetuissa rautakynnissä. Kerää kuusi dekantterilasia tai juomalasia. Lisää 1 kuppi vesijohtovettä ensimmäiseen, 1 kuppi suolavettä toiseen, 1 kuppi hiilihapotettua sitruuna-lime-soodaa kolmanteen, 1 kuppi suolakurkkumehua neljänteen astiaan, 1 kuppi appelsiinimehua viidenteen ja 1 kuppi valkoviinietikkaa viimeiseen kuppi. Hypoteesaa mikä neste aiheuttaa naulan ruostumisen ensin. Upota yksi rautakynsi kumpaankin astiaan ja aseta dekantterilasit tai lasit paikkaan, jossa niitä ei häiritä. Tarkkaile nauloja päivittäin tarkistaaksesi ruosteen muodostumisen. Molempien vedessä olevien kynsien tulisi muodostaa ruoste kolmen viikon kuluessa, ja etikan pitäisi ruostua kynsi noin viikkoa myöhemmin. Sooda ja mehut eivät saisi aiheuttaa ruosteen muodostumista kynsiin.

Eksikkaattori on kaksitasoinen kaappi, joka pitää sisällön täysin kuivassa ilmakehässä. Näytteet asetetaan lankaverkkakerrokselle, ja kuivausaine, kuten silikageeli, varastoidaan pohjatasolle. Osta pieni eksikkaattori verkosta tai lääketarvikekaupasta. Aseta kolme puhdasta, kuivaa rautakynsiä eksikkaattorissa olevaan lankakudoskerrokseen ja laita 10 grammaa kalsiumkloridikiteitä eksikkaattorin pohjaan. Kasta kolme naulaa veteen ennen ripustamista eksikkaattorin ulkopuolelle kiinnittämällä ne langalla eksikkaattorin ovenkahvaan. Tarkkaile ja tallenna tiedot yhden viikon ajan. Vaikka eksikkaattorin ulkopuolella olevien kynsien tulisi muodostaa ruostetta, sisällä olevat kynnet pysyvät puhtaina. Opiskelijoiden tulisi nähdä tuloksista, että kosteus on avainasemassa ruosteen muodostumisessa ja että sen on oltava läsnä rautaa ympäröivässä ilmassa hapettumisen tapahtuessa.

Hypoteesitse, vaikuttavatko kylmän vai lämpimän ilman lämpötilat ruostumisen muodostumiskykyyn rautakynnillä. Kerää yhdeksän rautakynnet ja kolme saman kokoista dekantterilasia tai lasiastiaa. Aseta kolme naulaa vesijohtovedellä täytettyyn astiaan. Aseta kolme naulaa astiaan ja täytä jääkuutioilla. Aseta jäljellä olevat naulat vesijohtovedellä täytettyyn astiaan ja aseta lämpölampun alle. Jätä kaikki kolme astiaa suojaamattomalle alueelle ja tarkkaile päivittäin yhden viikon ajan. Jäätä on lisättävä toiseen astiaan usein kylmän ympäristön ylläpitämiseksi koko kokeen ajan. Happi, ruosteenmuodostuksen pääkomponentti, yhdistyy muiden elementtien, kuten raudan, kanssa lämpimämmin lämpötiloissa, joten lämpölampun alla olevan naulan tulisi ruostua ensin, kun taas jäässä olevan naulan tulisi muodostaa viimeinen ruoste pinta.

Tiheyskokeet ovat monipuolisia sopimaan useimpiin ikäryhmiin. Opiskelijoiden tulee olettaa, kuinka hapettumisreaktio, joka tuottaa ruostetta rautakynsiin, vaikuttaa kynsien tiheyteen. Osta 2 kiloa rautakynsiä ja erota 1 kilon ryhmiin. Varmista, että kunkin ryhmän massa ja tilavuus ovat samanarvoiset. Jätä yksi ryhmä sisätiloihin, jotta niihin ei muodostu ruostetta. Anna toisen ryhmän ruostua luonnollisesti ulkona tai kiihdytä ruosteen muodostumista edellisten kokeiden tekniikalla. Kun hapetus on valmis, laske toisen ryhmän massa ja tilavuus sen määrittämiseksi, tapahtuuko tiheyden muutosta hapetuksen aikana. Ruoste on vähemmän tiheää kuin rauta, mutta gramma rautaa tuottaa enemmän kuin 1 gramma ruostetta, joten opiskelijoiden tulisi havaita ruostuneen kynsisarjan painonnousu ja siten tiheyden kasvu.