การทดลองเรื่องสนิมของตะปูเหล็ก

Rust เป็นหัวข้อสนทนากว้างๆ สำหรับห้องเรียนวิทยาศาสตร์ทุกระดับชั้น ในขณะที่ครูประถมนำเสนอโลหะขึ้นสนิมเป็นตัวอย่างง่ายๆ ของปฏิกิริยาเคมี ครูผู้สอนในโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายชี้ไปที่การเกิดสนิมในคำอธิบายของปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชัน นักเรียนในโรงเรียนของรัฐหรือโรงเรียนบ้านสามารถทำการทดลองเกี่ยวกับตะปูเหล็กขึ้นสนิมสำหรับงานวิจัยในชั้นเรียนหรือโครงงานวิทยาศาสตร์

นักเรียนระดับกลางที่เตรียมการมอบหมายล่วงหน้าสามารถระบุได้ว่าของเหลวใดทำให้เกิด การเกิดสนิม เร็วที่สุดในตะปูเหล็กที่จมอยู่ใต้น้ำ รวบรวมบีกเกอร์หรือแก้วน้ำหกใบ เติมน้ำประปา 1 ถ้วยลงในน้ำแรก น้ำเกลือ 1 ถ้วย สำหรับน้ำที่สอง โซดามะนาว-ไลม์คาร์บอเนต 1 ถ้วย ส่วนที่สาม น้ำผักดอง 1 ถ้วยใส่ภาชนะที่สี่ น้ำส้ม 1 ถ้วยถึงภาชนะที่ห้า และน้ำส้มสายชูขาว 1 ถ้วยสุดท้าย ถ้วย. ตั้งสมมติฐานว่าของเหลวชนิดใดจะทำให้เล็บเกิดสนิมก่อน จุ่มตะปูเหล็กหนึ่งอันลงในภาชนะแต่ละอันแล้ววางบีกเกอร์หรือแก้วไว้ในที่ที่จะไม่ถูกรบกวน สังเกตเล็บทุกวันเพื่อตรวจหาการเกิดสนิม ตะปูที่แช่อยู่ในน้ำจะเกิดสนิมได้ภายในสามสัปดาห์ และน้ำส้มสายชูก็จะทำให้เล็บขึ้นสนิมได้ประมาณหนึ่งสัปดาห์ต่อมา โซดาและน้ำผลไม้ไม่ควรทำให้เกิดสนิมบนเล็บ

dessicator เป็นตู้สองระดับที่เก็บรักษาเนื้อหาในบรรยากาศที่แห้งสนิท ตัวอย่างจะถูกวางบนชั้นของผ้าก๊อซ และสารทำให้แห้ง เช่น ซิลิกาเจล จะถูกเก็บไว้ที่ระดับฐาน ซื้อเครื่องดูดความชื้นขนาดเล็กทางออนไลน์หรือจากร้านขายอุปกรณ์ทางการแพทย์ วางตะปูเหล็กแห้งและสะอาดสามอันบนชั้นผ้าก๊อซในเครื่องดูดความชื้น และใส่ผลึกแคลเซียมคลอไรด์ 10 กรัมที่ด้านล่างของเครื่องดูดความชื้น จุ่มตะปูสามตัวลงในน้ำก่อนที่จะแขวนไว้นอกเครื่องดูดความชื้นโดยใช้ลวดติดเข้ากับที่จับประตูเครื่องดูดความชื้น สังเกตและบันทึกข้อมูลเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ แม้ว่าตะปูที่อยู่ด้านนอกเครื่องดูดความชื้นจะเกิดสนิม แต่เล็บด้านในจะยังสะอาดอยู่ นักเรียนควรเห็นจากผลลัพธ์ที่ว่าความชื้นเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเกิดสนิมและต้องอยู่ในอากาศโดยรอบเหล็กเพื่อให้เกิดออกซิเดชัน

ตั้งสมมติฐานว่าอุณหภูมิของอากาศเย็นหรืออุ่นจะส่งผลต่ออัตราที่การเกิดสนิมบนตะปูเหล็ก รวบรวมตะปูเหล็กเก้าตัวและบีกเกอร์หรือภาชนะแก้วสามใบที่มีขนาดเท่ากัน ใส่ตะปูสามตัวลงในภาชนะที่เติมน้ำประปา วางตะปูสามตัวในภาชนะแล้วเติมน้ำแข็ง วางตะปูที่เหลือในภาชนะที่เติมน้ำประปาแล้ววางใต้ตะเกียงความร้อน ทิ้งภาชนะทั้งสามไว้ในบริเวณที่ไม่ถูกรบกวนและสังเกตทุกวันเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ ต้องเติมน้ำแข็งลงในภาชนะที่สองบ่อยๆ เพื่อรักษาสภาพแวดล้อมที่เย็นตลอดการทดลอง ออกซิเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของการเกิดสนิมจะรวมตัวกับองค์ประกอบอื่นๆ รวมทั้งเหล็ก ได้ง่ายกว่าที่อุณหภูมิอุ่นกว่า อุณหภูมิดังนั้นเล็บภายใต้โคมไฟความร้อนควรเกิดสนิมก่อนในขณะที่เล็บในน้ำแข็งควรเป็นสนิมบนตัวสุดท้าย พื้นผิว

การทดสอบความหนาแน่นมีความหลากหลายเพื่อให้เหมาะกับช่วงอายุส่วนใหญ่ นักเรียนควรตั้งสมมติฐานว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ก่อให้เกิดสนิมบนตะปูเหล็กส่งผลต่อความหนาแน่นของเล็บอย่างไร ซื้อตะปูเหล็ก 2 ปอนด์ และแยกเป็นกลุ่ม 1 ปอนด์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามวลและปริมาตรของแต่ละกลุ่มเท่ากัน ปล่อยให้กลุ่มหนึ่งอยู่ในบ้านเพื่อไม่ให้เกิดสนิมขึ้น ปล่อยให้กลุ่มที่สองเกิดสนิมตามธรรมชาติภายนอก หรือเร่งการเกิดสนิมโดยใช้เทคนิคจากการทดลองครั้งก่อน เมื่อการเกิดออกซิเดชันเสร็จสิ้น ให้คำนวณมวลและปริมาตรของกลุ่มที่สองเพื่อพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของความหนาแน่นเกิดขึ้นระหว่างการเกิดออกซิเดชันหรือไม่ สนิมมีความหนาแน่นน้อยกว่าเหล็ก แต่เหล็กหนึ่งกรัมจะให้การเกิดสนิมมากกว่า 1 กรัม ดังนั้น นักเรียนควรสังเกตน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นในชุดเล็บที่เป็นสนิม