Stáhnout - Chemgeneration.com

Prírodovedná
soutEZ
pro studenty stRedníc
h Skol
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Uživatelská příručka
Fyzikální a chemické pokusy
Úvod
Milí studenti,
Pokud čtete tuto příručku, nejspíš k tomu máte jeden ze dvou důvodů:
zajímají vás přírodní vědy, nebo se chcete se svými spolužáky pobavit.
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce vám ukáže, že tyto dva důvody lze
velmi dobře propojit.
Níže najdete stručné vysvětlení, co přesně přírodovědná soutěž Řetězová reakce
znamená a co musíte udělat, abyste se mohli stát součástí této zábavy, která je
současně určena k tomu, abyste si rozšířili své znalosti z přírodovědných oborů.
Jste připraveni? Dejme se do toho, a buďme tvůrčí a chytří!
Uživatelská příručka
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Co je to Stroj na řetězovou reakci?
Stroj na řetězovou reakci je zvláštní konstrukce vyrobená z běžných materiálů, ve které po sobě následuje sled fyzikálních a
chemických reakcí. Každá reakce spouští další akci, takže celý stroj funguje automaticky bez zásahu člověka.
Například kutálející se kulička strčí do řady dominových kostek, která převrátí šálek se solí, ten spadne do nádržky s vodou a
protože slaná voda je vodivá, rozsvítí LED diodu atd. atd.
Historie
Počátek tohoto výmyslu se datuje o sto let zpátky, kdy americký
karikaturista a vynálezce Rube Goldberg sestrojil první stroj, který prováděl
velmi jednoduchý úkon velmi složitým způsobem, zahrnujícím většinou
i řetězovou reakci. Asi nejslavnějším z těchto „vynálezů“
byl Samočinný ubrousek, jehož prostřednictvím se svět s
těmito báječnými podívanými setkal poprvé.
Každý má rád směšné stroje
V USA se neustále pořádá mnoho školních projektů,
soutěží a klubů na toto téma a studenti nadšeně konstruují
Goldbergovy stroje. Podobné soutěže pořádají i NASA a
Google a na kanále Discovery běží zcela nový televizní seriál
o tomto druhu strojů.
Cíl přírodovědné soutěže Řetězová reakce
Hlavním cílem přírodovědné soutěže Řetězová reakce je upozornit na význam vědy a na skutečnost, že fyzika a chemie mohou
být velmi zábavné a zajímavé, a že se nejedná jen o řadu vzorečků, které si musí člověk nacpat do hlavy.
Fyzika a chemie hýbou světem kolem nás. Teď je na vás, abyste je uvedli do pohybu!
Fyzika a chemie nás neviditelně obklopují. Pokud se zúčastníte naší soutěže, bude vaším úkolem pozorovat, analyzovat a vědecky
„kopírovat“ tyto procesy a reakce, které se kolem nás denně dějí. Jak? Buďte co nejvíce tvůrčí! Současně uvidíte, na co mohou být
dobré prázdné láhve, plechovky od coca-coly a plastové sáčky či jakýkoliv jiný druh recyklovatelného odpadu, a tím si začnete být
více vědomi životního prostředí a udržitelnosti.
Kdo se může soutěže zúčastnit?
Soutěž je určena pro skupinky středoškolských studentů (ve věku od 14 do 18 let) maximálně po pěti lidech s jedním odborným
poradcem (učitel chemie).
Členy týmu vybere učitel chemie podle výkonu studentů v hodinách v přípravném období soutěže, a zařadí do něj ty studenty,
kteří přijdou s nejoriginálnějšími vědecky odůvodnitelnými nápady.
Co je cílem soutěže?
Cílem je vymyslet a sestrojit stroj na řetězovou reakci, který předvede sled chemických a fyzikálních reakcí a bude současně
představovat báječnou podívanou.
Tým může pro sestavení stroje používat nejrůznější materiály:
• Nástroje a materiály z Magic boxu *,
• Pomůcky a materiály ze školní chemické laboratoře
• Jakékoliv jiné věci včetně hraček, které si studenti přinesou z
domova (například prázdné PET láhve, doma vyrobené věci
například z lepenky, plastové hračky apod.)
* Magic box je bezplatná startovací sada obsahující různé nástroje
a materiály, která je pro školy k dispozici v omezeném množství.
Kouzelná bedna není podmíněna účastí v soutěži.
3
Uživatelská příručka
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Jak na to?
Proměňte běžné materiály v mimořádný výmysl!
1. Plánování!
Přemýšlejte o tom, které fyzikální a chemické reakce do stroje na řetězovou
reakci zabudujete. Jako inspiraci můžete použít tuto příručku a videa některých
pokusů na stránce CHEMGENERATION.COM. Shromážděte své nápady, sepište si
je a nakreslete, a až budete hotoví, ukažte je svému učiteli chemie, který bude
vaším odborným poradcem.
2. Zkouška!
Nejslibnější nápady a fyzikální
a chemické reakce, které
si budete přát v řetězové reakci použít, je třeba předem vyzkoušet v praxi, ale
samozřejmě jen pod dozorem vašeho učitele chemie. Čím více si požadovanou
reakci vyzkoušíte, tím lépe bude ve vašem stroji na řetězovou reakci fungovat.
Chemické pokusy neprovádějte doma!
Čtěte „bezpečnostní pokyny” na str. 6!
3. Sestrojení!
Pokud máte opravdu dobré nápady, můžete se stát jedním z členů pětičlenného
družstva, které se zúčastní soutěže. Pak nastane skutečná týmová práce: vy a
další členové týmu budou muset krok po kroku sestrojit stroj na řetězovou reakci
ze všech vašich nápadů. Vyčleňte si na sestrojení dost času. Stroj sestavte v jedné
školní třídě, věnujte mu přestávky a také jistý čas po vyučování.
4. Natočení videa
Jakmile bude stroj hotov,
musíte ho uvést do chodu a
jeho chod natočit na video. To se zdá být lehký úkol, ale tak lehké to zase není.
Video musí být natočeno souvisle bez přerušení, což znamená, že kamera musí
natáčet přesně to, co se zrovna bude dít. Jakmile jeden z členů týmu představí
stroj a jeho funkce krok za krokem, může se pochlubit také svými teoretickými
vědomostmi. Na vysvětlení jednolitých fyzikálních a chemických reakcí, které
budou součástí funkce vašeho stroje, můžete použít tabuli nebo flip chart. Film
může být tak dlouhý, jak budete potřebovat, ale snažte se, aby nepřestal být zajímavý a aby se v něm pořád něco dělo.
5. Odeslání videa na webovou stránku
Nakonec se musíte přihlásit do soutěže online přihláškou, ke které připojíte vaše
natočené video a kterou odešlete prostřednictvím stránky CHEMGENERATION.
COM. Přihlášku musí předložit váš odborný poradce, učitel chemie.
6. Požádejte své kamarády, aby hlasovali!
Od teď nastane napjaté očekávání. Dříve než předložená videa posoudí
odborná porota, může o videích hlasovat veřejnost prostřednictvím stránky
CHEMGENERATION.COM. Sbírejte hlasy veřejnosti! Požádejte své kamarády, aby
se na video podívali, a pokud se jim bude líbit, aby mu dali svůj hlas.
Výsledky soutěže nejprve obdrží váš učitel, který vám poté sdělí snad dobré zprávy…
Podrobnosti o registraci:
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/
4
Základní pravidla
Automatický stroj
Podstatou stroje na řetězovou reakci je, že jakmile
jej spustíte, musí fungovat zcela sám jen na
základě svých fyzikálních a chemických reakcí bez jakéhokoliv
lidského zásahu.
Minimálně 10 kroků
Stroj se musí skládat alespoň z deseti různých
kroků. Samozřejmě reakcí může být více: čím
delší a zajímavější podívaná bude, tím větší bude mít tým
konstruktérů naději na úspěch v soutěži.
Minimálně tři kroky musí být založeny
na chemické reakci
Stroj by měl obsahovat alespoň 3 kroky, které
budou založeny na chemických reakcích (například
elektrolýza, zvětšení objemu látek, slané + kyselé reakce,
rozpustnost pevných látek apod.) Důkladně si prostudujte
chemické pokusy uvedené v této příručce, nápady proberte
se svým učitelem chemie, a pak si promyslete, které reakce
půjde vestavět do vašeho stroje na řetězovou reakci!
Jeden zásah povolen
Jak jsme uvedli v kapitole 1, cílem stroje na
řetězovou reakci je, aby po spuštění fungoval zcela
samostatně s využitím různých fyzikálních a chemických
reakcí, které ho budou udržovat v chodu bez jakéhokoliv
dalšího lidského zásahu. Může se však stát, že se něco
nepodaří a stroj se zasekne. V takovém případě je povoleno,
aby jeden člen týmu zasáhl, ale jen jednou.
Jeden střih povolen
V zásadě by video představující stroj na řetězovou
reakci mělo být natočenou souvisle bez střihů, což
znamená, že kamera by měla točit to, co se zrovna děje. Jen v
případě chemických reakcí je povolen jeden střih, který lze
provést v programu na editaci videí dodatečně. Toto řešení je
dovoleno tehdy, pokud nějaká chemická reakce bude trvat
příliš dlouho, takže kamera by musela čekat několik minut,
než bude reakce dokončena.
Vizuální prvky
Ne všechny chemické reakce se pro řetězovou
reakci hodí. Z toho důvodu je dovoleno využívat
chemických pokusů jako vizuálních prvků. V tomto případě
chemická reakce nespustí následující pohyb, ale proběhne
jen sama o sobě jako vizuální prvek. Řetězová reakce může
pokračovat zahájením dvou procesů současně jediným
prvkem: jedním z těchto procesů může být chemická reakce,
která proběhne jen sama o sobě, a druhým reakce, která
uvede do pohybu další prvek stroje.
Udržitelnost
Protože udržitelnost je stále důležitější, přidělí
porota body navíc takovému stroji, který
bude využívat zelené energie (tj. solární, větrné nebo
vodní), recyklace (například recyklovaného papíru) nebo
ekologických materiálů a technicky vyspělých řešení
(biologicky rozložitelné plasty, LED diody apod.).
Získejte body navíc
Můžete napomoci popularizaci vědy tím, že
zakomponujete logo stránek CHEMGENERATION.
COM různými způsoby do svého stroje (například na
papírovou vlaječku, samolepku apod.). Tyto vizuální prvky
přinesou týmu konstruktérů stroje body navíc, které mu udělí
porota.
Logo CHEMGENERATION.COM si lze načíst elektronickou
cestou na následující adrese:
http://www.chemgeneration.com/logo.zip
Rozesmějte ostatní!
I když fyzika a chemie jsou vážné vědy, vůbec
nám nebude vadit, když je představíte zábavným
způsobem, protože jedním z našich hlavních hesel je: Chemie
je „cool“, věda je zábava. Čím zábavnější vaše video bude, tím
bude úspěšnější, protože pro ně bude hlasovat víc lidí.
Pozor! Podrobná pravidla přírodovědné soutěže Řetězová reakce jsou uvedena v dokumentu
“Pravidla soutěže” na stránce CHEMGENERATION.COM
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/pravidla-souteze/
5
Uživatelská příručka
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Pomůžeme vám
Během období plánování a během pracovní fáze soutěže vás neopustíme. Vaše přípravy a praktickou realizaci podpoříme
následujícími materiály:
Uživatelská příručka Řetězová reakce
Uživatelská příručka Řetězová reakce, kterou
právě čtete, je oficiálním pomocným materiálem
přírodovědné soutěže Řetězová reakce. Obsahuje stručné
ilustrované popisy fyzikálních a chemických pokusů, které
můžete využít ve vašem stroji na řetězovou reakci. Prostudujte
si je a vylepšujte je, plánujte, jak je propojit, a vymýšlejte nové
reakce.
Videa pokusů na CHEMGENERATION.COM
Videa pokusů popsaných v této příručce můžete
shlédnout na stránce CHEMGENERATION.COM.
Fyzikální a chemické pokusy jsou předvedeny krok za krokem
ve zpomalené verzi, takže si můžete prohlédnout každý detail.
Videa vám také nabídnou několik nápadů, jak pokusy vzájemně
propojit.
Uživatelskou příručku si lze načíst a vytisknout ve formátu
PDF na této stránce:
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/
uzivatelska-prirucka/
Fyzikální a chemické pokusy si můžete prohlédnout na stránkách:
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/videa/
Ceny
První cena
Každý člen týmu vybraného odbornou porotou (5 studentů a jejich odborný poradce
– učitel chemie) obdrží hodnotnou cenu a škola, která vítězný tým do soutěže vyslala,
obdrží účelově vázanou finanční výhru.
Cena diváků
Všechna videa s natočenou řetězovou reakcí budou zařazena do video galerie na stránce
CHEMGENERATION.COM, kde pro ně veřejnost může hlasovat. Video s nejvíce hlasy
veřejnosti obdrží „cenu diváků“.
Ceny a podrobnosti o vyhlášení výsledků jsou uvedeny na stránce CHEMGENERATION.COM:
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/
Bezpečnostní pokyny
Opatrné používání vybavení
Každá fyzikální a chemická reakce vyžaduje soustředění a opatrnost. Všechno vybavení a nástroje je potřeba používat správně.
Nástroje z Magic boxu nepůjčujte malým dětem, smíte je používat jen vy a členové vašeho týmu. Pracujte vždy přesně podle
pokynů a v čistém prostředí.
Chemické pokusy: jen pod dozorem učitele
Během realizace chemických pokusů, popsaných v této příručce, můžete přijít do kontaktu s různými chemikáliemi, z nichž některé
jsou nebezpečné pro zdraví nebo životní prostředí. Z tohoto důvodu musí být všechny pokusy prováděny v souladu se zákony
o bezpečnosti chemických reakcí. Je důležité mít na paměti, že pokusy označené v této příručce červenou výstrahou smí být
prováděny jen pod přísným dohledem učitele. Chemické pokusy neprovádějte doma!
6
Příloha
Fyzikální a chemické pokusy
Vzorové pokusy, které jsou popsány na následujících stránkách Vám mohou
napomoci při sestavování Vašeho “stroje řetězové reakce”.
Bádejte a dejte volný průchod Vašim nápadům!
Upozornění!
Fyzikální a chemické pokusy si můžete prohlédnout na
stránkách CHEMGENERATION.COM:
http://www.chemgeneration.com/cz/chainreaction/videa/
Varování!
Některé chemické reakce obsahují zdraví či životnímu prostředí
škodlivé chemické látky. Proto doporučujeme realizovat tyto
pokusy ve školních laboratořích a to pouze pod odborným
dohledem Vašeho učitele chemie. Nedoporučujeme provádět
chemické pokusy doma! Pečlivě si přečtěte sekci “Bezpečnostní
pokyny” na straně 6!
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Srážka
Srážka je krátká dynamická událost vznikající z blízkého kontaktu mezi dvěma nebo více pohybujícími se tělesy a vedoucí
k prudké změně rychlosti (momentu, impulsu). Protože při řetězové reakci musíte udržovat předměty v neustálém pohybu,
musíte využívat srážek. Existuje mnoho druhů srážek. Jednou z nich je dokonale pružná srážka, která vzniká z interakce mezi
dvěma tělesy, při které je výsledný součet kinetické energie obou těles po srážce roven součtu jejich kinetické energie před
srážkou. Podívejme se na několik příkladů využití pro řetězovou reakci!
Newtonova kolébka
Vytvořte Newtonovu kolébku, která využívá dokonale pružné srážky, v níž
poslední kulička zahajuje řetězovou reakci sousedního prvku! Dejte kuličky
zavěšené na provázku blízko k sobě. Jakmile strčíte do jedné z krajních kuliček,
nastane následující proces:
Pokud se srazí dvě kuličky o stejné hmotnosti, vymění si navzájem rychlost
pohybu, kterou měly v okamžiku kolize. Pokud se tedy jedna kulička pohybovala
a druhá byla v klidu, pak se pohybující se kulička zastaví a nehybná kulička se
začne pohybovat stejnou rychlostí, jakou se pohybovala kulička, která do ní
vrazila. Pokud budou kuličky v řadě, tato síla projde celou řadou a vystrčí poslední kuličku nahoru. Pak se totéž bude opakovat v
opačném směru. Pokud se na konci řady pohne směrem nahoru víc kuliček, pak se stejný počet kuliček pohne nahoru i na opačném
konci řady.
Srážka na kolejích
Chcete-li zpomalit nebo dokonce zastavit těleso srážkou, použijte naprosto
nepružnou srážku. Nastavte dva objekty o stejné hmotnosti pohybující se
po kolejích proti sobě a postrčte je stejnou silou směrem k sobě. V tomto
experimentu se protisměrné momenty pohybu obou těles srazí, kinetická
energie je ztracena a obě tělesa se zastaví.
Tip: Abyste přesně věděli, co se stane po srážce těles, přečtěte si zákon
o zachování energie a zákon o zachování momentu pohybu (impulsu).
Rovnoměrně se měnící pohyb: zrychlení
Zrychlení je změna rychlosti pohybu tělesa v čase. Tato změna může být kladná nebo záporná (zpomalení).
Podívejme se, jak toho lze využít v řetězové reakci!
Nakloněná rovina
Postavte nakloněnou rovinu z dřevěné poličky podložením jednoho konce
několika knihami. Pak postavte skleněnou nebo kovovou kuličku nebo míček na
vršek svahu. Uvidíte, že se bude kutálet dolů po svahu rovnoměrně se zvyšující
rychlostí.
Písek na nakloněné rovině
Nyní naneste na spodní část nakloněné poličky písek a znovu spusťte dolů
kuličku. Uvidíte, jak se díky odporu písku bude rychlost kuličky zpomalovat
(záporné zrychlení = zpomalování) tam, kde se bude kutálet po písku. Pokud
bude tření dostatečně velké nebo svah dostatečně dlouhý, může se kulička
dokonce zastavit.
Tip: Vyzkoušejte různé materiály. Všimněte si, který materiál
představuje nejnižší tření a na kterém kulička dosáhne největšího
zrychlení nebo naopak zpomalení.
8
Fyzika
Volný pád, přitažlivost
Pokud necháte předmět padat v gravitačním poli Země, bude jeho pád
směřovat do centra Země. Volný pád nastává tehdy, pokud padající předmět
není ničím blokován. Je také zajímavé si všimnout, že díky gravitaci je
zrychlení volného pádu všech předmětů stejné. Proto také dva předměty
stejné velikosti, ale z různých materiálů upuštěné ze stejné výšky dopadnou
na zem současně.
Podívejte se na příklad!
Pád
Postavte dvě svislé trubky z plastových lahví a pak do jedné trubky upusťte lehký
pěnový míček a do druhé ve stejném okamžiku těžkou železnou kuličku. Uvidíte,
že obě tělesa dopadnou na zem ve stejném okamžiku. Přemýšlejte, jak tohoto
jevu využít v řetězové reakci.
Tip: Abyste přesně věděli,
co se děje při volném pádu,
prostudujte si gravitační zákon.
Brzdění
Brzdění představuje aerodynamickou nebo hydrodynamickou sílu, která působí proti směru pohybu pevného tělesa. Brzdná
síla se rovná síle vyvíjené pevným tělesem, které se pohybuje konstantní rychlostí. Brzdění závisí například na kvalitě brzdícího
média, ale i na velikosti, tvaru a rychlosti pohybujícího se tělesa.
Pokud chcete, aby se předmět ve vaší řetězové reakci pohyboval pomalu, používejte brzdných sil. Zde je několik příkladů.
Vícevrstevné hydrodynamické brzdění
V odměrném válci vytvořte několik vrstev kapalin o různé hustotě (například
jedlá želatina, med, voda, olej atd.) s nejhustší vrstvou dole. Experiment bude
ještě zvýrazněn, pokud různé vrstvy obarvíte různými potravinářskými barvami.
Pak upusťte do odměrného válce předmět a uvidíte, jak se bude pohybovat
horními řidšími vrstvami rychleji než spodními hustými kapalinami, v nichž se
zpomalí, nebo dokonce zastaví.
Padák
Také vzduch působí na pohybující se předměty. Tomuto jevu se říká odpor
vzduchu. Abyste si mohli odpor vzduchu vyzkoušet, sestrojte si padáček z
běžných materiálů. Vyřízněte kolečko z plastového sáčku a na jeho okraje
přivažte provázky ve vzdálenosti několik centimetrů od sebe. Na provázky
přivažte balastní závaží a padáček je hotov. Vyzkoušejte padáčky různých tvarů
a velikostí a porovnejte si, který z nich bude nejvíc brzděn odporem vzduchu.
Jak by měl být padáček upevněn, aby začal padat jen tehdy, když ho k tomu
přiměje předchozí prvek řetězové reakce?
9
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Spirálový a kruhový pohyb
Kruhový pohyb vzniká, když se objekt začne pohybovat dokola po kruhové dráze. Kruhového a spirálového pohybu lze
dosáhnout působením dostředivé síly, která přiměje těleso sledovat zakřivenou trasu. To může být následek přitažlivosti
(oběžná dráha), elektrické přitažlivosti, přítlačné síly nebo síly kabelu. Spirálový a kruhový pohyb mohou být v rámci řetězové
reakce velmi působivé.
Tady je několik příkladů.
Papírový kornout
Udělejte papírový kornoutek, postavte ho svisle, roztočte v něm rychle kuličku
a uvidíte spirálový pohyb. Síly (přitažlivá a přítlačná) nutí kuličku pohybovat se
současně dokola a dolů.
Jak tento prvek zapojit do řetězové reakce? Prostě udělejte v kornoutku dole
dírku, aby kulička dole vypadla a postrčila další prvek řetězové reakce.
Točící se sklenice
Položte na jednom konci
zúženou sklenici na bok a postrčte ji. Díky svému tvaru se bude kutálet dokola.
Spirálová skluzavka
Postavte spirálovou dráhu
z drátů nebo průhledných
plastových trubek a studujte
síly působící na kuličky,
která se bude po dráze kutálet. Podívejte se, jak se bude kulička pohybovat v
zatáčkách.
Kyvadlo
Kyvadlo je závaží zavěšené tak, aby se mohlo volně houpat, pokud je vysunuto z neutrální rovnovážné polohy. Kyvadlo se
kýve pravidelně. Kyvadlový pohyb lze vidět v řadě běžných struktur, jako jsou kyvadlové hodiny, houpačka nebo kuželky.
Také kyvadlový pohyb lze využít v řetězové reakci. Podívejme se, jak na to.
Kývající se kladivo
Přivažte kladivo v jednom bodě, zvedněte jeho hlavu nahoru a upevněte ji.
Jakmile předchozí prvek řetězové reakce rozpojí úchyt, kladivo se zhoupne a
může postrčit další předmět.
Stolní kuželky
Připevněte závaží (například
těžkou kuličku) na konec
provázku, přivažte druhý
konec provázku, zvedněte závaží a upevněte ho ve zvednuté poloze. Jakmile
upevnění rozvážete, předmět se začne houpat. Pokud mu do cesty postavíte jiný
předmět, kyvadlo ho postrčí, a řetězová reakce může začít.
Tip: Nastudujte si, jak fungují kyvadlové hodiny.
10
Fyzika
Jednoduché stroje: kladka
Jednoduchý stroj je mechanické zařízení, které mění směr a velikost síly. Jinými slovy: jednou z nejdůležitějších charakteristik
jednoduchých strojů je, že s jejich pomocí stačí vyvinout daleko menší sílu na pohnutí předmětem. Potřebná energie je
samozřejmě stejná.
Jedním z takových užitečných strojů je pevná kladka s nápravou nasazenou v
ložiscích připevněných k podpůrnému rámu. Podívejme se, jak jí lze využít v
řetězové reakci!
Jednoduchá kladka
Přivažte na pevnou kladku provaz a na jeho konec přivažte těžký předmět.
Kladkou tento těžký předmět snadno zvedneme zatažením za druhý konec
provazu.
Tip: Protože v řetězové reakci nesmíte hýbat předměty rukou, dobrým řešením
je uvázat na druhý konec provazu protizávaží, a k rozhýbání předmětu využít
gravitačních sil.
Archimédův systém kladek
Postavte Archimédův kladkostroj, který se skládá z mnoha kladek. V této
konstrukci každá z kladek snižuje váhu nákladu na polovinu, takže lze i velmi
těžký předmět snadno zvednout. Na tomto principu je například založena
funkce jeřábu na staveništi.
Dominový efekt
Padající kostky domina postavené v řadě jsou ovládány silou nárazové vlny, která projde celým systémem. Rychlost padání
závisí na výšce dominových kostek, vzdálenosti mezi nimi a na přitažlivosti. Pokusy prokázaly, že padání řady kostek je
nejrychlejší, když kostky naskládáme do vzájemné vzdálenosti rovnající se dvěma třetinám jejich výšky. Padající řada
dominových kostek může být působivá a úspěšná i v rámci řetězové reakce. Tady je pár příkladů.
Padající řada dominových kostek
Postavte vedle sebe stabilní předměty, které mohou snadno spadnout (například
krabičky zápalek), rovnoběžně do stejné vzdálenosti od sebe. Jakmile strčíte do
prvního předmětu, vytvoříte nárazovou vlnu, která projde celou řadou, a
všechny předměty popadají. Co se to vlastně děje? Působením nárazové vlny
jsou předměty vychýleny ze své rovnovážné polohy a padají díky přitažlivosti.
Řada zvětšujících se
dominových kostek
Postavte do řady zvětšující se předměty a uvidíte, jak jeden předmět dokáže
převrátit předmět, který je jeden a půl krát vyšší než předchozí. To může být
v řetězové reakci opravdu působivé! Stačí jen vymyslet prvek řetězové reakce,
který bude nastartován pádem řady dominových kostek…
Vymrštění
Aby předmět vyletěl do výšky, musíte mu dodat počáteční moment (hybnou sílu nebo energii). Velikost této energie musí být
dostatečná, aby překonala zemskou přitažlivost. Například se může jednat o pružinovou sílu natažené gumičky praku (viz
kapitola 10) nebo reakční sílu při startu rakety.
Vypuštění předmětu může být zajímavou součástí řetězové reakce. Podívejme se na pár příkladů.
11
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Katapultování lžičky
Udělejte katapult pomocí lžičky a gumiček. V tomto případě je síla potřebná na
spuštění katapultu dána pružnou silou gumičky.
Tip: Můžete vypustit cokoliv, aniž byste se museli stroje dotknout, tím získáte
velmi působivou součást řetězové reakce: připevněte natažený katapult drátkem
a spusťte ho přepálením drátku.
Vybuchující raketa
Využijte přetlaku vytvořeného chemickou cestou zplyňováním: vhoďte šuměnku
do nádoby zpola naplněné vodou a zavřete víčkem. Začne se vyvíjet plyn, který
za chvilku vymrští víčko nádoby vysoko nahoru. Taková výbušná reakce může
snadno spustit další prvek řetězové reakce.
Tip: Pomocí láhve s dlouhým hrdlem můžete řídit okamžik výbuchu
tak, aby šuměnka padla do kapaliny teprve tehdy, až předchozí prvek
řetězové reakce uvede láhev do pohybu.
Pružinová síla
Pokud natáhnete nebo stlačíte pružinu, vznikne reakční síla, která je přímo úměrná změně délky pružiny. To znamená, že čím
víc pružinu natáhneme, tím větší síla v ní vznikne. Stejně se chová i guma.
Pružinová síla je v řetězové reakci velmi užitečná, pokud chcete uvést předmět do velmi rychlého pohybu. Zde je několik příkladů.
Natažení pružiny
Zavěste pružinu na háček a na její konec zavěste těžký předmět, abyste ji natáhli.
Čím těžší předmět zavěsíte, tím víc se pružina protáhne a vy budete pozorovat
odskakující pohyb.
Gumový stroj
Zavěste pružinu na háček a
na její konec zavěste těžký
předmět, abyste ji natáhli.
Čím těžší předmět zavěsíte,
tím víc se pružina protáhne a vy budete pozorovat odskakující pohyb ...
Natahovací autíčko
V řetězové reakci můžete využít také natahovací autíčko! Jak tento staletí starý
vynález funguje? Kolečka točící se dozadu napínají v autíčku pružinu. Jakmile autíčko pustíte, energie uložená v pružině se náhle
přenese na kola a autíčko se rozjede.
Tip: Zeptejte se učitele chemie, jaké molekuly a vazebné síly jsou
odpovědné za pružnost gumičky.
12
Fyzika
Vztlak
Vztlak je síla směřující nahoru vyvíjená kapalinou nebo plynem proti váze ponořeného předmětu. Těleso ponořené do
kapaliny nebo plynu je nadlehčováno silou, která se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené. To je Archimédův zákon.
V řetězové reakci můžete využít vztlaku k pohybováním předměty v kapalině.
Tady je několik příkladů.
Potápějící se nafukovací balónek
Upevněte středně nafouknutý balónek ke dnu nádoby nebo akvária naplněného
vodou. Jakmile provázek rozvážete, vztlak vynese balónek na hladinu.
Samozřejmě provázek připevněný k balónku může vynést nahoru menší
předmět, který bude pokračovat řetězové reakci.
Kostka cukru jako zátěž
Vztlak můžete také studovat s pomocí kuličky z pěnového polystyrénu. Protože
v tomto materiálu je uzavřeno množství vzduchu, je těžké ho potopit. Budete na
něj muset přivázat mnoho závaží, například kostky cukru, aby se potopil. Pozor,
váha kostek cukru musí být větší než vztlak obou těles (cukru a kuličky). Jakmile
se kostky cukru ve vodě rozpustí, vztlak vynese kuličku na hladinu, kde může
kulička vrazit do dalšího předmětu, aby řetězová reakce mohla pokračovat.
Teplotní roztažnost
Teplotní roztažnost je tendence hmoty měnit objem v reakci na změnu teploty. Teplotní roztažnost lze pozorovat i v
každodenním životě, například u kovů, ale i tepelný stroj funguje na základě tohoto principu, který můžete velmi dobře využít
i v řetězové reakci. Podívejte se jak.
Tepelný stroj
Postavte tepelný stroj z běžných předmětů. Stroj bude vyrábět
rotační sílu díky zahřátému vzduchu a tato síla může v řetězové
reakci uvést do pohybu další předmět.
Vrtule točící se teplem
Hustota ohřátého vzduchu klesá. Žárovka nebo čajová svíčka
mohou ohřát vzduch tolik, že stoupající teplý vzduch dokáže
roztočit malý mlýnek.
Tip: Prostudujte si zákony termodynamiky.
13
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Změny skupenství hmoty
Hmota má různé fyzikální vlastnosti podle svého skupenství. Pevná látka se může změnit na kapalinu rozpouštěním nebo
táním, kapaliny se mohou změnit na plyny odpařováním. Změnu skupenství můžete využít také v řetězové reakci. Tady je
několik příkladů, jak na to.
Oheň, led a voda
Položte několik kostek ledu na kovovou destičku, kterou
budete zespoda zahřívat svíčkou. Jakmile se led rozpustí, voda
steče z povrchu destičky a tato kapající voda může zahájit další
část řetězové reakce.
Malý parní stroj
Parní turbínu můžete udělat z čehokoliv! Propíchněte velkou
korkovou zátku a dírkou prostrčte trubičku. Pak odřízněte
víčko kovové plechovky, naplňte ji vodou a pevně k ní přivažte
korkovou zátku. Jakmile vodu přivedete do varu, vznikající pára
může vycházet jen malou trubičkou, která pak pohne i vrtulí.
Změna hmotnosti
Hmotnost tělesa je úměrná jeho objemu. Změna hmotnosti často vede ke změnám pohybu, takže tento jev můžete využít pro
řetězovou reakci. Tady je několik příkladů.
Houbové závaží
Položte na každý konec houpačky jednu houbičku tak, aby byla houpačka
dokonale vyvážena. Pak na jednu z houbiček kapejte vodu. Budete překvapeni,
kolik vody dokáže pojmout jedna malá houbička. Zajímavé na tomto experimentu
je, že objem houbičky se nezmění, ale její hmotnost se několikanásobně zvětší.
Kuličková skluzavka
Do prázdného plastového
přivázaného
kalíšku
provázkem na kladku
sypte kuličky. Jak se bude hmotnost kalíšku zvyšovat, systém se začne
pohybovat. Kalíšek bude klesat dolů, zvedne kladku a uvede do pohybu
další prvek řetězové reakce.
Elektřina z obnovitelných zdrojů
Elektrický proud je uspořádaný tok nabitých částic (elektronů a iontů). Může vznikat z řady zdrojů, jako jsou fosilní paliva,
obnovitelné zdroje energie nebo dokonce i energie vzniklá z chemických reakcí (viz ovocný článek).
Použijte obnovitelnou energii pro výrobu elektřiny nebo pohyb předmětů v řetězové reakci. Podívejte se na pár příkladů.
Vodní mini elektrárna
Připojte osu vodního kola vyrobeného z běžných materiálů na mikro motor
na stejnosměrný proud (elektrický motor s nízkým příkonem), který lze také
použít jako generátor. Jakmile bude na kolo proudit voda, kolo se roztočí a svou
kinetickou energii přenese na generátor, který ji převede na elektrickou energii.
Tato energie bude schopna rozblikat LED diodu.
Stejný experiment lze provést s větrnými turbínkami poháněnými ventilátorem,
protože také energii větru lze převést na elektrickou.
14
Fyzika
Doma vyrobený solární panel
Připojte sluneční článek dráty na mikro motor na stejnosměrný proud (elektrický
motor s nízkým příkonem). Solární panel vyrábí elektrickou energii chemickou
cestou. Energii poskytne motoru, který roztočí kolo.
Tip: Pokud na tento pokus nebudete mít dost světla, umístěte k oknu
zrcadlo a odražené světlo nasměrujte na solární panel. Můžete také
použít silně svítící lampu.
Plachetnice
Větrná energie může vyvolat pohyb vozidel. Vzduch proudící z ventilátoru nebo
vysoušeče vlasů může přenést svou energii na lehký předmět, například na
plachetničku plovoucí po vodě. Teď už jen stačí vymyslet, jak ventilátor nebo
vysoušeč vlasů v rámci řetězové reakce zapnout!
Ozubené kolo
Ozubené kolo je rotující část stroje se zuby, které zapadají do jiného ozubeného kola, na které přenáší svůj krouticí moment.
Zařízení opatřená ozubenými koly mohou měnit rychlost, krouticí moment a směr zdroje energie.
Ozubená kola jsou například v přehazovačce kola, kde přenášejí energii na točící
se hnané kolo bicyklu. Ozubené kolo lze lehce zapojit do řetězové reakce. Zde
je příklad!
Ozubená kola vlastní výroby
Sestavte si systém ozubených kol různých velikostí z předmětů denní potřeby.
Rozhýbejte první kolečko, a tím uvedete do pohybu i ostatní kolečka, avšak
různou rychlostí podle jejich velikosti. Pokud na poslední kolečko upevníte
lopatku, může postrčit další prvek a řetězová reakce může pokračovat tímto
způsobem.
Magnety
Každý magnet má dva póly (severní a jižní); neexistuje jeden pól bez druhého. Opačné póly se přitahují, stejně se odpuzují.
Magnety ovlivňují nejen sebe navzájem, ale i určité kovové předměty (železo, slitiny): oba póly je přitahují.
Magnetem lze v řetězové reakci pohybovat kovovými předměty. Tady je příklad.
Magnetická nakloněná rovina
Pohybujte těžkou ocelovou kuličkou po nakloněné rovině silným magnetem,
kterým budete pohybovat pod povrchem. Kulička bude sledovat pohyb
magnetu, pokud bude v jeho magnetickém poli. Přemýšlejte, jak tohoto jevu
využít v řetězové reakci!
Tip: Přečtěte si, co je to vířivý proud, jaké materiály se dnes používají
jako nejsilnější magnety.
15
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Vibrace
Vibrace představuje periodický pohyb v čase. Existují mechanické vibrace a oscilace kolem rovnovážného bodu.
Vibrace může spustit zajímavý a efektní pohyb v rámci řetězové reakce. Podívejte se na příklad.
Datel
Prohlédněte si tradiční hračku, které se říká datel, a pokuste se tento jev
napodobit.
pokud necháte malého ptáčka na pružince vylézt na vršek tyčky, uvidíte, že hned
nespadne dolů, ale bude se dolů pohybovat postupně a bude vibrovat. V tomto
složeném pohybu hrají důležitou roli nejen vibrace, ale i přitažlivost a tření.
Tip: Nastudujte si, co je to rezonance, a co se stane, když budete
člověka na houpačce rozhoupávat stále výš a výš.
Rovnováha, těžiště
Rovnováha nastane, když budou síly působící na těleso nebo systém navzájem vyvážené. Předměty vyvedené z rovnováhy
mohou spustit efektní pohyb v rámci řetězové reakce. Tady je několik příkladů.
Vznášející se vidličky
Zaklesněte do sebe dvě vidličky na straně se zuby a z vyduté strany mezi
prostřední zuby zasuňte zápalku. Celou věc otočte a postavte na zápalku. Je to
neuvěřitelné, ale vidličky nespadnou a zůstanou stát v této zdánlivě nestabilní
poloze. Příčinou tohoto překvapivého jevu je, že těžiště systému je přímo pod
opěrným bodem (osa rotace).
Rovnováha provazochodce
Natáhněte provaz a postavte na něj předmět s kolečky (například motorku na
hraní). Na každou stranu dejte závaží tak, aby visela pod úrovní provazu. Protože
těžiště předmětu je pod opěrným bodem, zůstane předmět v rovnováze a může
se po provaze pohybovat.
Pružná loutka
Rozřízněte pingpongový míček na poloviny a dejte dovnitř těžký předmět,
například šroubek. Balónek znovu slepte a navlékněte ho do papírové zástěrky,
aby loutka měla pěkné tělíčko. Protože těžiště loutky bude na jedné straně, ať ji dáte do jakékoliv polohy, vždycky se vrátí do
neutrální rovnovážné polohy.
16
Fyzika
Protizávaží
Protizávaží je vyvažující závaží, které vyvažuje nebo snižuje účinky zátěže. Klasickým příkladem stroje s protizávažím
je starověký obléhací prak používaný ve středověkých bitvách. Tento stroj je schopen uložit a v určitém okamžiku uvolnit
mechanickou energii, funguje na principu přitažlivosti a lze jej využít v řetězové reakci.
Podívejte se jak!
Prak
Upevněte protizávaží na jeden konec vahadla. Druhý konec vahadla stáhněte
dolů a upevněte. Jakmile předchozí prvek řetězové reakce vahadlo uvolní,
přitažlivá síla stáhne protizávaží dolů a druhý konec vahadla se zvedne nahoru
a vymrští projektil.
Tip: Nastudujte si funkci věžového jeřábu a výtahu.
17
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Rozpustnost
Rozpustnost je možná díky srážkám molekul při neustálém pohybu rozpouštěné látky v rozpouštědle. Molekuly rozpouštědla
v kontaktu s částicemi rozpouštěné látky prostřednictvím vzájemných srážek rozbijí soudržnost mezi částicemi rozpouštěné
látky a kolem částic rozpouštěné látky se vytvoří obal z molekul rozpouštědla.
Rozpouštění může spustit v řetězové reakci působivé barevné děje. Zde je pár příkladů:
Ovocný čaj měnící barvu
Vložte sáčky ovocného čaje do horké vody. Rozpouštění v kapalině o vysoké
teplotě začne ihned: nejprve vodu zbarví rychle rozpustná barviva do modra. Po
nějaké době voda kolem čajových sáčků začne měnit barvu: objeví se červená.
Příčinou je přítomnost organických kyselin, které přidají proton navíc do molekul
vody, čímž se pH roztoku změní na kyselé. Tato změna se projeví změnou
zbarvení, pigmenty barvy se chovají jako ukazatele této reakce.
Rozpouštění nerozpustné látky
Vlijte nasycený lihový roztok síry do misky naplněné vodou. Nepolární molekuly
síry se ve vodě nerozpouštějí, ale rozpouštějí se v lihu. Smíchání těchto dvou
rozpouštědel sníží rozpustnost síry a začnou se tvořit koloidní částice: vytvoří
se suspenze. Pokud skleněnou misku prosvítíte laserovým paprskem, uvidíte
charakteristickou texturu suspenze lépe.
Nasycené a přesycené roztoky
Roztok je považován za nasycený, pokud rozpouštědlo za daných okolností není schopno pojmout více rozpustné látky. Tím je
dosaženo rovnovážného stavu. Koncentrace rozpuštěné látky je konstantní, je určena teplotou, při které došlo k rozpouštění
a nazývá se rozpustnost. Pokud rozpustíme méně látky, než je za daných podmínek možné, je roztok nenasycený. Rozpustnost
je u některých látek při vyšší teplotě mnohem větší, a pokud takový roztok vytvořený za horka pomalu ochladíme, dojde k
porušení rovnováhy. Přechodně může takový roztok obsahovat více rozpuštěné látky, než odpovídá rozpustnosti při dané
teplotě a takový roztok se jmenuje přesycený. Toto není stabilní stav, přebytek rozpustné látky se rychle sráží, například
působením mechanické síly.
Tento chemický jev lze zapojit do řetězové reakce. Podívejme se jak:
Tekutá socha
Vytvořte za horka fyziologický roztok octanu sodného a pomalu ho lijte na stůl
nebo do porcelánové misky. Jak kapalina dopadne na povrch, ihned začne
krystalizovat a bude tvořit vyšší a vyšší „solnou věž“. Takto lze vytvořit i malou
sošku. Dalším zajímavý jev nastane, jakmile začnete vzniklý krystalický octan
sodný opatrně zahřívat. Rozpustí se ve vlastní krystalové vodě (a nejedná se o
tání!).
18
Chemie
Vodivost solí
Některé materiály dobře vedou elektrický proud a jiné ne. Těm druhým se také říká izolanty. Dobrými vodiči jsou například
zinek, měď a kovy obecně, zatímco většina plastů jsou izolanty. Vodivost závisí na chemické struktuře materiálu. Pokud ji
změníte, můžete vyvolat vodivost. Nejsnazším způsobem je přidání soli do vody.
Zde je příklad:
Slanovodní vypínač
Vložte uhlíkové elektrody do misky naplněné destilovanou vodou, instalujte
nízkonapěťový zdroj a spotřebič, například LED diodu. Dioda zatím nesvítí, ale
jakmile do misky nasypete jemnozrnnou sůl, a v případě potřeby promícháte,
iontová složka v roztoku způsobí, že voda začne vést elektřinu a dioda se rozsvítí.
Protože slaná voda působí v tomto elektrickém obvodu jako vypínač, můžete
spojením tohoto obvodu spustit další prvek řetězové reakce.
Tip: Najděte si, který materiál je nejlepší vodič elektřiny!
Elektrochemie
Elektrochemie studuje chemické reakce vznikající působením elektrického proudu a procesy a pravidla přeměny chemické
energie na elektrickou.
Výroba elektrického proudu může být v řetězové reakci velmi užitečná. Zde je několik příkladů.
Ovocný článek
Vyrobte galvanický článek z malých kousků kovu a ovoce. Chemická reakce
bude vyrábět elektřinu. Vložte dva různé kovy (například Cu a Zn) do šťavnatého
kyselého kusu ovoce nebo zeleniny a LED dioda, připojená na kovy, se okamžitě
rozsvítí. Jak je to možné? Protože procesy uvolňování a absorpce elektronů se
odehrávají v různých částech článku, nastává mezi těmito dvěma částmi přenos
elektronů.
Kovy a okolní roztok (v tomto případě ovocná šťáva) se chovají jako elektrody a
elektrolyt s různým elektrickým potenciálem. Elektrody, propojené roztokem, tvoří galvanický článek a rozdíl potenciálů obou
elektrod je síla uvádějící do pohybu elektrony. Přeměna chemické energie na elektrickou je výsledkem oxidačních a redukčních
procesů probíhajících v elektrodách.
Tip: Přečtěte si, které jsou tři hlavní prvky elektrochemického systému!
19
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Acidobazické reakce
Tzv. acidobazické reakce jsou založeny na schopnosti kyselin „darovat“ proton (vodíkový iont) zásadám, které jsou schopny ho
„přijmout“. Kyselost nebo zásaditost se měří hodnotou pH.
Indikátor pH je chemický detektor protonů v acidobazické titraci. Pomocí indikátorů můžete v řetězové reakci provádět působivé
barevné změny. Tady je příklad!
Červené zelí
Nakrouhejte červené zelí a namočte asi na čtvrt hodiny do vody. Modrý roztok
bude dokonalým indikátorem kyselého nebo zásaditého prostředí po několik
dní: červená znamená kyselost, tmavě fialová znamená slabě zásadité (mírně
zásadité), zatímco zelená nebo žlutá znamená silně zásadité prostředí. V řetězové
reakci lze šťávu z červeného zelí smíchat se zásaditým mýdlovým roztokem
nebo s kyselou kyselinou octovou. Jak se kapaliny začnou promíchávat, uvidíte
probíhající barevné změny.
Tip: Je voda kyselina nebo zásada? Nebo může být oboje? Přečtěte si,
co je to amfolyt!
Skryté písmo
Skryté písmo, které lze zviditelnit chemickou reakcí, vyžaduje reakci, jejíž konečný produkt je barevný, ale nejméně jeden
z reaktantů je bezbarvý. Nejprve napište písmena na papír bezbarvým reaktantem a pak vyvolejte reakci. Reakce může mít
různý charakter: může to být reakce acidobazická, srážecí nebo oxidačně-redukční.
V řetězové reakci lze pomocí skrytého písma vyvolat napsaný chemický vzorec nebo vtipné sdělení, aniž byste se stroje dotkli.
Podívejte se jak!
Skryté písmo s kurkumou
Namočte párátko do zásaditého roztoku, příklad do vodného roztoku prášku do
pečiva, a napište své sdělení na bílý filtrační papír. Písmo nebude hned viditelné,
protože roztok jedlé sody je bezbarvý. Pokud na papír nanesete roztok kurkumy,
bílý papír zežloutne, zatímco alkalický povrch písmen zhnědne. Jak lze tento jev
vysvětlit? Barevná složka, zvaná kurkumin, v zásaditém prostředí zhnědne, takže
se chová jako indikátor zásaditosti.
Tip: V řetězové reakci lze sklenici naplněnou výtažkem z kurkumy nalít
na papír s nápisem jedlou sodou, čímž okamžitě zviditelníte vaše tajné
sdělení.
20
Chemie
Plyn, tvorba plynu
Plyn je jedním ze skupenství hmoty. Plyny a kapaliny se chovají podobně: tečou a odolávají deformaci. Plyny se rozpínají a
vyplňují celý prostor zásobníku, ve kterém jsou uloženy.
Při mnoha chemických reakcích se tvoří plyn, který může uvádět do pohybu prvky řetězové reakce. Podívejme se jak.
Mávající rukavice
Naplňte gumovou rukavici odolnou proti kyselinám směsí jedlé sody a kyseliny
citrónové. Pak ji opatrně natáhněte na hrdlo láhve z poloviny naplněné vodou.
Pro zahájení reakce nalijte roztok z rukavice do kapaliny v láhvi. Ve vodě
rozpustné pevné látky začnou spolu reagovat, vznikající oxid uhličitý nafoukne
balónek, který postrčí další prvek řetězové reakce kupředu..
Tip: Zeptejte se svého učitele chemie, co jsou to vzácné plyny a proč se
jim tak říká.
Pěnění
Vývojem plynu v kapalině se může kapalina napěnit. Pokud se plyn tvoří prudce, může se kapalina napěnit velmi rychle a
způsobit pohyb v rámci řetězové reakce. Podívejme se jak.
Jiskřící sopka
Dejte zásaditou jedlou sodu do kyselého octa a nalijte na to směs vody a jaru.
Reakcí kyseliny se zásadou vznikne oxid uhličitý a kapalina s jarem se rychle
napění.
21
Pokusy
Přírodovědná soutěž Řetězová reakce
Hoření
K hoření dochází, když se látka spojí s kyslíkem ze vzduchu. Tři podmínky pro vznik hoření jsou hořlavý materiál, kyslík a
zápalná teplota. Hoření je vždycky doprovázeno vznikem světla a tepla. V procesu hoření je to obvykle barva plamene, která
nás informuje o tom, jaký materiál se spaluje.
Hoření může být v chemické reakci velmi působivé, ale může i vyvolat pohyb. Podívejme se jak!
Pozor, hořlavý materiál! Tento experiment je potřeba provádět velmi
opatrně za dozoru učitele. Doporučují se vhodná ochranná opatření a
použití ochranných pomůcek. Pokus neprovádějte doma!
Divoký oheň
Napište text nebo nakreslete obrázek na kus papíru štětcem, který jste namočili
do koncentrovaného roztoku dusičnanu draselného! Označte si začátek textu
nebo obrázku a papír usušte. Pokud se papíru v místě označení dotknete
žhavým drátem, papír začne hořet, ale jen tam, kde se začne rozkládat dusičnan draselný, tj. po čáře písma nebo obrázku. Tento jev
lze vysvětlit tak, že dusičnan draselný má nízkou teplotní stabilitu a jeho rozklad splňuje dvě podmínky hoření, tj. požadovanou
teplotu a kyslík, proto se snadno zapálí a hoří.
Tip: Zjistěte, jaký je rozdíl mezi difúzním a smíšeným spalováním.
Plasty
Plasty jsou uměle syntetizované nebo modifikované organické polymery o vysoké molekulové hmotnosti. V každodenním
životě se s nimi setkáváme na každém kroku. Super absorpční polymery, které jsou schopné pohltit velké množství vody a
vodného roztoku, tvoří relativně novou skupinu plastů. Většinou se vyrábějí z částečně neutralizovaných, mírně propojených
sítí polyakrylových kyselin. Super savé látky se používají například na výrobu dětských plenek a dámských vložek, protože
pohlcují vlhkost, a v zemědělství pro pohlcení půdní vlhkosti.
Plasty a super absorpční látky mohou hrát v řetězové reakci specifickou roli. Tady je pár příkladů:
Rychle se nadouvající superabsorbent
Naplňte sklenici z poloviny superabsorpčním materiálem a nalijte na něj celou
sklenici vody. Protože superabsorbent dokáže vázat velké množství vody, zachytí
kapalinu uvnitř. Voda výrazně zvětší její objem, takže superabsorbent se stává
mnohokrát větší, vyplní celý pohár, ale nerozlije se ani, když bude pohár zavřený.
Tip: Víte, že už existuje ekologický zcela biologicky rozložitelný plast?
Vyhledejte si ho!
22
Chemie
Čistící přípravky
Čistící přípravky jsou povrchově aktivní látky, které snižují povrchové napětí hladiny rozpouštědla, obvykle vody, čímž dochází
k disperzi látek nerozpustných ve vodě (mastnoty a oleje). Většina čistících přípravků obsahuje molekuly nebo ionty polárních
(hydrofilních) a nepolárních (hydrofobních) skupin a vytváří emulze.
Podívejte se, jak můžete experiment s čistícím přípravkem zapojit do řetězové reakce.
Prášek pohybující se po vodní hladině
Nalijte vodu do Petriho misky a nasypte vysoce hydrofobní prášek z plavuně*,
který se rovnoměrně rozplyne po hladině vody. Jakmile do středu Petriho misky
kápnete kapku čistícího přípravku, prášek se „rozběhne“ po hladině. Čím se to dá
vysvětlit? Na vodní hladině molekuly čistícího přípravku „otáčejí“ svou hydrofilní
část směrem k vodě, zatímco jejich hydrofobní polovina „hledí nahoru“. Prášek se
po hladině pohybuje po této vrstvě.
* Žlutý prášek tvořený suchými spórami rostliny plavuně
Tip: Zjistěte si, jaké existují čtyři druhy čistících přípravků podle jejich
chemického složení.
Osmóza
Čistý pohyb rozpouštědla je od méně koncentrovaného ke koncentrovanějšímu. Pokud méně a více koncentrovaný roztok
oddělíte polo-propustnou membránou, propustí tato membrána menší molekuly rozpouštědla, ale nikoliv větší molekuly
rozpuštěné látky. Tomuto jevu se říká osmóza.
Tento zajímavý experiment může ozvláštnit vaši řetězovou reakci. Podívejte se jak!
Chemikova květinová zahrada
Vytvořte roztok vody a křemičitanu sodného v poměru 1:1, pak vložte „semena
květin“, tj. různé kovové soli (jako je síran železitý, chlorid niklu, síran manganatý,
chlorid chromitý, chlorid kobaltu, síran měďnatý, dusičnan hořečnatý). Soli se
začnou rozpouštět a kovové ionty vytvoří sraženinu s meta-silikátovými ionty
připomínající polo-propustnou membránu.
Tlak v membráně se začne zvyšovat působením osmózy a membrána
„praskne“, ale pak se znovu vytvoří v jiném tvaru díky kovovým iontům, které
z ní „vytrysknou“ ven. Tímto způsobem „porostou“ rostliny. Protože tato reakce
probíhá pomalu, je lepší tento experiment zařadit na začátek řetězové reakce.
Stačí jen vymyslet, jak kovové soli dostat do vody.
23
Poděkování
Naše poděkování patří všem partnerům a odborníkům za poskytnutí profesionální podpory vědecké soutěži „Řetězová reakce“:
• Prof. RNDr. Pavel Drašar, DSc.
Česká společnost chemická, 1. místopředseda a statutární zástupce předsedkyně
• Ing. Ladislav Novák
Svaz chemického průmyslu České republiky, ředitel
• RNDr. Ivana Lorencová
Národní technické muzeum, vedoucí Oddělení dějin techniky
• Ing. Mgr. Libor Bezděk
DDM hl. m. Prahy, ředitel
• Leona Gergelová Šteigrová
Moderní vyučování, šéfredaktorka
Sestavení a provedení
chemických experimentů:
Dr. Zoltán Murányi
Esterházy Károly College, Ústav chemie,
profesor a vedoucí Ústavu
Vince Oldal
Eszterházy Károly College, Ústav chemie,
profesor
Korektor:
Dr. Miklós Riedel
Eötvos Loránd University, Ústav fyzikální chemie,
člen
Sestavení obsahu:
Borbála Szendőfi
šéfredaktor webového
portálu Chemgeneration.com
Oznámení o autorských právech
Obsah těchto dokumentů je určen pouze k informativním účelům, může být kdykoli bez předchozího upozornění měněn a
nepředstavuje žádný závazek redaktorů. Redaktoři nepřebírají žádnou zodpovědnost za chyby nebo nepřesnosti, které se na těchto
dokumentů mohou objevit. Pokud není výslovně povoleno, nesmí být žádná část této publikace reprodukována, uchovávána v
systému vyhledávání nebo přeposílána, v žádné formě ani žádným způsobem, elektronickým, mechanickým, nahráváním nebo
jinak, bez předchozího písemného svolení vlastníků autorských práv. Veškerá autorská práva, obchodní známky, loga a názvy
společností uvedené na těchto dokumentů jsou majetkem jejich příslušných vlastníků.
Snažili jsme se v každém případě najít vlastníky autorských práv u daných materiálů a získat jejich svolení k použití těchto materiálů.
Pokud jsme se v nějakém případě zmýlili v těchto poděkováních nebo nevědomky porušili autorské právo, upřímně se omlouváme
a oceníme, pokud nás na to upozorníme, abychom mohli případnou chybu napravit.
Copyright © 2013. Všechna práva vyhrazena.