Experimenten met het roesten van ijzeren nagels

Rust is een breed gespreksonderwerp voor wetenschappelijke klaslokalen op alle niveaus. Terwijl leraren in het basisonderwijs verroest metaal presenteren als een eenvoudig voorbeeld van een chemische reactie, wijzen leraren op middelbare scholen op roest in verklaringen van oxidatie- en reductiereacties. Studenten op de openbare school of thuisschool kunnen experimenten uitvoeren op roestende ijzeren spijkers voor klassikale onderzoeksopdrachten of wetenschappelijke beursprojecten.

Halfgevorderden die vooraf opdrachten voorbereiden, kunnen bepalen welke vloeistoffen de oorzaak zijn roestvorming snelste op ondergedompelde ijzeren nagels. Verzamel zes bekers of drinkglazen. Voeg 1 kopje kraanwater toe aan de eerste, 1 kopje zout water aan de tweede, 1 kopje koolzuurhoudende limoen-limoensoda aan de derde, 1 kopje augurkensap naar de vierde container, 1 kopje sinaasappelsap naar de vijfde en 1 kopje witte azijn tot de laatste kop. Stel een hypothese op met welke vloeistof een spijker het eerst gaat roesten. Dompel een ijzeren spijker onder in elke container en zet de bekers of glazen op een plaats waar ze niet gestoord kunnen worden. Observeer de nagels dagelijks om te controleren op roestvorming. De spijkers in water zouden binnen drie weken allebei moeten roesten en de azijn zou ongeveer een week later een spijker moeten roesten. De frisdrank en sappen mogen geen roest op de nagel veroorzaken.

Een exsiccator is een kast met twee niveaus die de inhoud in een volledig droge atmosfeer houdt. Monsters worden op een laag draadgaas geplaatst en een droogmiddel, zoals silicagel, wordt op het basisniveau bewaard. Koop een kleine exsiccator online of in een winkel voor medische artikelen. Plaats drie schone, droge ijzeren spijkers op de draadgaaslaag in de exsiccator en leg 10 gram calciumchloridekristallen op de bodem van de exsiccator. Dompel drie spijkers in water voordat u ze buiten de exsiccator hangt door ze met draad aan de deurhendel van de exsiccator te bevestigen. Observeer en registreer gegevens gedurende een week. Terwijl de spijkers aan de buitenkant van de exsiccator roesten, blijven de spijkers aan de binnenkant schoon. De leerlingen zouden uit de resultaten moeten zien dat vocht een sleutelelement is in roestvorming en aanwezig moet zijn in de lucht rondom ijzer om oxidatie te laten optreden.

Stel een hypothese op of koude of warme luchttemperaturen van invloed zijn op de snelheid waarmee roest op ijzeren spijkers wordt gevormd. Verzamel negen ijzeren spijkers en drie bekers of glazen containers van dezelfde grootte. Plaats drie spijkers in een bak gevuld met kraanwater. Plaats drie spijkers in een bak en vul deze met ijsblokjes. Plaats de resterende spijkers in een bak gevuld met kraanwater en plaats deze onder een warmtelamp. Laat alle drie de containers onbedekt in een ongestoorde ruimte en observeer dagelijks gedurende een week. Er moet regelmatig ijs aan de tweede container worden toegevoegd om tijdens het experiment een koude omgeving te behouden. Zuurstof, het belangrijkste bestanddeel van roestvorming, combineert gemakkelijker met andere elementen, waaronder ijzer, wanneer het warmer is temperaturen, dus de spijker onder de warmtelamp moet het eerst roesten, terwijl de spijker in ijs de laatste moet zijn die roest vormt oppervlakte.

Dichtheidsexperimenten zijn veelzijdig en passen bij de meeste leeftijdsniveaus. De leerlingen moeten een hypothese opstellen over hoe de oxidatiereactie die roest op ijzeren nagels veroorzaakt, de dichtheid van de nagels beïnvloedt. Koop 2 pond ijzeren spijkers en verdeel ze in groepen van 1 pond. Zorg ervoor dat de massa en het volume van elke groep gelijk is. Laat een groep binnen zodat er geen roest op kan ontstaan. Laat de tweede groep buiten natuurlijk roesten, of versnel de roestvorming met een techniek uit de vorige experimenten. Wanneer de oxidatie is voltooid, berekent u de massa en het volume van de tweede groep om te bepalen of er een verandering in dichtheid optreedt tijdens oxidatie. Roest is minder dicht dan ijzer, maar een gram ijzer zal meer dan 1 gram roest opleveren, dus studenten moeten een gewichtstoename en dus een toename in dichtheid waarnemen in de verroeste set spijkers.