Fremstilling af bordbomber | Teknikfag - Proces, levnedsmiddel og sundhed A

Side 1

Procesteknik levnedsmiddel

Bordbomberapport

Indholdsfortegnelse

Indledning ............................................................................................................................................ 2 Formål .................................................................................................................................................. 2 Teori ..................................................................................................................................................... 2 Fremstilling af nitrovat......................................................................................................................... 6 Forsøgsbeskrivelse ....................................................................................................................... 6 Flowsheet ..................................................................................................................................... 7 Resultater ..................................................................................................................................... 7 Resultatbehandling ....................................................................................................................... 8 Konstruktion af bordbombe ................................................................................................................. 9 Forsøgsbeskrivelse ....................................................................................................................... 9 Forsøg – blå bordbombe ............................................................................................................ 12 Forsøg – sort bordbombe ........................................................................................................... 13 Resultatbehandling ..................................................................................................................... 15 Steffans diskussion ............................................................................................................................. 15 Cecilies diskussion ............................................................................................................................. 17 Konklusion ......................................................................................................................................... 20 Kildeliste ............................................................................................................................................ 20 Bilag 1 ................................................................................................................................................ 21 Bilag 2 ................................................................................................................................................ 22 Bilag 3 ................................................................................................................................................ 23

Side 2

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

2

Indledning

Vi har lavet et spændende projekt om bordbomber. Først lavede vi vores eget

cellulosenitrat/nitrovat ud fra bomuldsvat i en blanding af salpetersyre og svovlsyre. Derefter skulle

nitrovattet bruges i en bordbombe, vi selv fremstillede ud fra et paprør med tilhørende plastiklåg.

Undervejs arbejdede vi tæt sammen med Mads og Thomas om at fremstille to bordbomber, der var næsten ens og forudsigelige i deres eksplosion. Vi fik videnskabeligt og struktureret arbejdet os frem til to gode og flotte bordbomber.

Formål

Formålet er at fremstille en bordbombe efter kravene til en fabriksfremstillet bordbombe, der kan købes i butikkerne. Bordbombens opførsel skal kunne forudsiges.

Teori

En bordbombe er opbygget som vist på skitsen herunder.

Drivmidlet i bordbomben er skydebomuld (også kaldet cellulosenitrat eller nitrovat), som

fremstilles ved en nitrering af bomuldsvat, der består af lange glukose kæder ( ) OHC . Herunder
                                                    5106
                                                      n

ses en del af et cellulosemolekyle.

Side 3

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

3

Glukosemolekylerne er bundet sammen af et oxygenatom. Når vattet nitreres gøres det med salpetersyre blandet med svovlsyre. Når de to syrer blandes sker følgende:

     ++
+→ NOOHNOH
    2232

       +−
+→+ NOHHSOHNOSOH
       324342

Først dannes altså HSO^{-} og H NO^{+}, men denne er meget ustabil og vil hurtigt omdannes til vand

4 2 3 og en nitroniumion. Ved sammenblanding af koncentreret svovlsyre og koncentreret salpetersyre skal man være opmærksom på udvikling af nitrøse gasser. Nitroniumionerne bruges til nitrering af

vattet. NO^{+} ionerne tilføres til vattet ved at røre vattet rundt i en væskeblanding indeholdende

2 konc. svovlsyre (H

2 4 3

SO

) og konc. salpetersyre (HNO

). På ét glukosemolekyle kan der være 3 nitroniumioner ved fraspalting af hydroner – da der maks. kan fraspaltes 3 hydroner.

Strukturformlen for glukose ses herunder:

I cellulose skal OH-grupperne på carbonatom nr. 1 og 4 ikke nitreres, da de binder glukosemolekylerne til hinanden (det er oxygenatomer, der binder dem sammen, men nitreringsgraderne herunder er vist på separate glukosemolekyler.)

Cellulosenitrat ved en Cellulosenitrat ved en

fuldstændig nitrering (n = 3): nitreringsgrad på 2 (n = 2):

Cellulosenitrat ved den

dårligste nitreringsgrad (n = 1):

Side 4

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

4

                                            +
Nitrering af cellulose er en elektrofil substitution. NO

2 er et elektrofilt reagens. Dette reagens binder sig til OH-gruppen og danner kortvarigt et ustabilt mellemprodukt, hvorefter en hydron

                                               -
fraspaltes. Den fraspaltes til en base i systemet, altså HSO

4

. Derved gendannes svovlsyre, der altså har fungeret som katalysator. Desuden forskyder svovlsyre reaktionen herunder mod højre: fordi den reagerer med det dannede vand. (Når noget produkt i en ”ligevægt” fjernes, vil systemet forsøge at udligne dette ved at danne mere produkt.) Hvis ikke syren udvaskes kan det færdige nitrovat dog eksplodere uden ydre påvirkning.

Oxygen mangler to elektroner i yderste skal for at opfylde oktetreglen. Carbonatomet deler derfor en elektron med oxygen og det sammen gør hydrogenatomer, der har én elektron i yderste skal.

Nitroniumionen har en ladning på +1 og mangler derfor en elektron. Den får den ved at dele med
oxygen, mens den fraspaltede hydron så har en ladning på +1.

Der vil efter nitreringen af bomuldsvattet fås følgende

NOHCdSkydebomul 5: Nn −→⋅ OH 6    ⋅++
  nnn                               2

CO_{2}

⎜ ⎟_{225106}

2

CO

⎛ n ⎞

⎝ ⎠

+−

Her kan n være 1, 2 eller 3. Det angiver altså nitreringsgraden. Af de ti hydrogenatomer, der er, vil det antal, der svarer til nitreringsgraden, udskiftet med en nitroniumion. Hver nitroniumion har to oxygenatomer med. Derfor kan oxygenantallet i cellulosenitrat være de oprindelige fem plus to for hvert nitroniumion, der sættes på hvert enkelt glukosemolekyle i kæden. Hvis vattet nitreres for meget vil nitroniumionerne også sætte sig så på de oxygenatomer, der binder glukosemolekylerne sammen i cellulosekæden.

Når cellulose brænder udvikles der gas. Mængden af gas afhænger af nitreringsgraden som vist i reaktionsskemaerne herunder:

Side 5

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

5

⇒+++→= ½7)(½)(½3)(½2)(½4)()(1 gasgNsCgCOgOHsNOHCdårligsten

1)(1 ⇒++→+= 9)(½)(6)(½4)( gasgNgCOgOHgOsNOHCn

⇒++→+= ½10)(1)(6)(4)(½)(2 gasgNgCOgOHgOsNOHCn

⇒+++→= 11)(½1)()(5)(½3)()(3 gasgNgCOgCOgOHsNOHCnitreringBedsten

4 4

3 1

22796

222796

2222986

Som det kan ses ovenfor, er der to forskellige måder man kan regne mængden af udviklet gas ud.

Den ene mulighed er at tilføje oxygen på den ene side og så trække det fra igen, når man finder mængden af udviklet gas. Der vil måske være en smule oxygen i luften, som vil bruges til forbrændingen, men det kan ligeså nemt ske, at reaktionen går for hurtigt. Når vi regner uden oxygen bliver gasudviklingen mindre. Der er nok oxygen til de seks carbonatomer ved nitreringsgraden 1. Derfor bliver der dannet 3½ mol fast carbon. Dette kan ses som det sorte, der er efterladt i bordbomben efter eksplosion. Vi vælger dog at regne med, at der udvikles 10mol gas pr.

mol cellulosenitrat, da vores nitreringsgrad sandsynligvis vil være et decimaltal og mængden af gas næsten er ens ved alle tre nitreringsgrader. Når vi kender stofmængden af cellulosenitrat, kan vi finde stofmængden af gas ved at gange med 10.

nn ⋅= 10
 CNgas

Idealgasligningen kan derefter bruges til at beregne trykket i bordbomben.

V

⋅⋅ TRn

p ⋅⋅=⋅ TRnV

p =

Eksempel m 0,3g

M 12∙6 + 7 + 11∙16 + 3∙14 = 297g/mol

n 0,001mol

CN

Gassen er 10mol (ca.) fra 1 mol skydebomuld. Derfor kan vi finde stofmængden af udviklet gas i eksemplet.

n = 0,001mol

CN

n = n ∙10 = 0,01mol gas

gas CN

Idealgasningen bruges derefter til at finde det overtryk, der dannes i bordbomben.

Side 6

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

6

p = = = 2,8 atm

V 1,0 L mol ⋅ ⋅ 1000082,001,0 K

⋅ Kmol

⋅ Latm

⋅⋅ TRn

p ⋅⋅=⋅ TRnV

Eksplosionens størrelse afhænger ikke kun af mængden af cellulosenitrat som idealgasligningen kan give et indtryk af. Den afhænger også af, hvor indespærret luften er. Hvis luften ikke kan slippe ud vil det store tryk resultere i et stort brag. Luften vil altid finde det svageste sted og der vil bordbomben briste. Hvis der puttes alt for meget nitrovat i bordbomben vil eksplosionens størrelse ikke ændres. Det overskydende nitrovat, der ikke er brugt til at sprænge bordbomben vil blot brænde bagefter.

Fremstilling af nitrovat

Forsøgsbeskrivelse

Materialer: Vat, konc. salpetersyre, konc. svovlsyre, vand

Fremgangsmåde

PAS PÅ: Konc. salpetersyre og svovlsyre er stærkt ætsende (for R- og S-sætninger se bilag 3).

Desuden kan salpetersyre udvikle nitrøse gasser.

Arbejdet med de koncentrerede syrer skal foregå i stinkskab.

1. Ca. 3 gram vat afvejes præcist (2 decimaler).

60 mL konc. salpetersyre afmåles og ophældes i et bægerglas

2. 120 mL konc. svovlsyre afmåles og blandes meget forsigtigt i salpetersyren, omrøring.

3. I denne blanding (nitrervæske) tilsættes vattet og der omrøres omhyggeligt i et par min.

Henstand yderligere ca. 30 min. Afkøling

4. Vattet vaskes under rindende vand i 5 min (vaskevandet skal være neutralt).

5. Vattet koges i ca. 10 min, i ca.150 mL vand og skal derefter tørres (varmeskab, 60^{o} C)

Når vattet er tørt skal det igen vejes omhyggeligt.

Side 7

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

7

Flowsheet

Resultater

Vattets startvægt: 3,00g

Vattets vægt efter tørring i varmeskab: 4,54g

Billedet herunder viser det færdige nitrovat. Den gule farve skyldes, at vi ikke har fået vasket alt syren ud.

Vat

Nitrer væske Nitrering

HNO H SO

3 2 4

Omrøring

(30min)

Vaskes Syre

H O

2

Koges

H O

2

Tørres

H O

2

Nitro vat

Side 8

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

8

Resultatbehandling

C H O + n * NO^{+} → C H O
6 10 5 2 6 10-n 5+2n

M 3,00 g 4,54 g

M 162 g/mol m 54,4 g g

n 0185,0 mol mol

M 245,405 ===

N 18,5mmol 18,5mmol

Forholdet mellem C H O og C H O er 1:1.

6 10 5 6 10-n 5+2n

Molarmassen af carbon og oxygen er: mol mol g g

C 12: O 16:

Ovenfor har vi udregnet nitrovattets molarmasse. Vi trækker molarmassen for seks carbonatomer fra, da vi ved, at nitrovattet indeholder seks. Derefter trækkes molarmassen for fem oxygenatomer fra.

mol mol g g

=− 93,405)16*5(173,405

mol mol mol g g g

=− 173,405)12*6(245,405

Herefter kan vi opstille en ligning, hvor n er ubekendt:

1,853414*16*2)10(93,405 =⇒++−= nnnn

mol g

85,1=gradNitrerings

Da vi har en nitreringsgrad på 1,85, ligger vi mellem reaktionen hvor n = 1 og n = 2:

1)(:1      4)(               )(6)(     ⇒++→+= 9)( gasgNgCOgOHgOsNOHCn
                                   222796

4 2 2 4

3 1 1 1

)(:2 ⇒++→+= 10)(1)(6)(4)( gasgNgCOgOHgOsNOHCn

2 2

1 1

2222986

Vi får altså ca. 10 mol gas for hvert mol nitrovat.

nitrovatmolprmolcaGasmængde .10.=

Side 9

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

9

Konstruktion af bordbombe

Forsøgsbeskrivelse

Den oprindelige forsøgsbeskrivelse på det udleverede ark er vedhæftet som bilag.

Vi savede to paprør ud med en højde på 10cm. Deri borede vi et hul til en lunte. Lunten stammede fra et heksehyl. Som konfetti eksperimenterede vi lidt med flag og sølvpapir klippet i små stykker.

På billedet herunder ses én af bordbomberne (vi eksperimenterede med to). Denne bordbombe kaldes i eksperimentrækken ”blå bordbombe.” Det ses, at der nede i røret sidder et stykke pap til at holde den konfetti, der på billedet fyldes i. Pappet er klippet mange steder i kanten, så flapperne kan foldes op, hvorved der dannes en skål til konfettien. Vi eksperimenterede bl.a. med en plastikstøttefod som det ses på billedet. I bunden af røret ligger en smule nitrovat og lunten er stukket gennem hullet og forbundet hermed.

Side 10

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

10

Herunder ses et billede af en tændt bordbombe.

Stregerne på træpladen er tegnet med en passer. Der er 10cm i mellem dem og bordbomben er centrum. Den yderste cirkel markerer en radius på 40cm. Cirklernes formål er at vurdere det område konfettien spredes indenfor. Derved kan vi bedre sammenligne de enkelte eksperimenter i eksperimentrækken. På billedet herunder ses, hvordan konfettien fordeler sig inden for pladen.

Herunder ses de to færdige bordbomber. Formålet med forsøgsrækken er at bestemme den korrekte sammensætning af nitrovat og konfetti mm.

Side 11

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

11

Vi har i en eksperimentrække undersøgt følgende parametre:

• Mængde nitrovat

• Mængde konfetti

• Konfettiholderens placering

• Støttefødder

Vi har opstillet følgende krav til bordbomberne:

• Den må ikke vælte.

• Lyden skal være tilpas (braget må ikke være for højt, men skal stadig bære præg af en bordbombe).

• Konfettien skal spredes jævnt.

• Konfettien skal dale flot og ikke falde for langt fra bordbomben.

• Låget må ikke flyve højere end 2meter.

Side 12

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

12

Forsøg – blå bordbombe

Forsøg nr. Mængde Mængde Bemærkning Resultat nitrovat (g) konfetti (g)

1

0,0502 0,31 spredtes til radius

Det meste af konfettien på 40cm.

Bordbomben gav et lille hop og væltede.

2 Denne blanding

0,0763 0,32 bund lavet ud fra

Stabiliserende en stor vejeskål.

var næsten perfekt.

Konfettien spredte sig under

1m i diameter rundt om med jævn afstand.

Bordbomben væltede ikke.

Stabiliserende bund er ikke pæn.

3

0,0746 | 0,54 | Stadig med | Konfetti spredt

stabiliserende | fint, dog lidt til
plastbund. | den ene side (kan

skyldes træk eller trykket fra bordbomben).

Bordbomben blev stående. Låget en smule højt.

4

0,0758 | 0,5 | Metalbund sat på | Sagde flop-lyd.

med gaffa. Et | Låget røg ikke
stykke klart tape | særlig højt.
på låget. | Konfetti spredtes

ikke ordentligt.

5

0,1073 | 0,5 | Metalbund. | Konfetti spredte

sig inden for pladen. Forsøget godkendt.

6

0,1001 | 0,5 | Metalbund. | Konfetti spredtes

Konfettiholder | bedre. Dog stadig
længere nede (ca. | ikke helt tilfreds
5cm fra låget). | med resultatet.

7 0,111 0,52 I plastikstøttefod Ikke højt nok

Side 13

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

13

Konfettiholder | brag, konfetti
ved oprindelig | spredtes for lidt.

streg.

Rekonstruktion af forsøg 3.

8

0,2595 0,50 Metalbund. Lidt højere lyd.

Konfettiholder | Konfetti spredtes
ved nederste | fint. Dog lidt til
streg. (5cm fra | siden.

låg).

9

0,2578 0,51 Metalbund. Konfetti spredtes

Konfettiholder | inden for en halv
ved nederste | meters radius.
streg. | Ikke helt jævnt,

stadig mere i den ene side. Tilpas lyd. Lågets højde under 2m.

Acceptabelt.

Forsøg – sort bordbombe

Forsøg nr. | Mængde | Mængde | Bemærkning | Resultat

nitrovat (g) konfetti (g)

1 0,1007 0,78 (flag) Konfettien spredte sig over

2mr, bomulden brændte langsommere – det brændte stadig efter eksplosionen.

Bordbomben

væltede =>

konfetti spredt til den ene side.

2 | 0,101 | 0,99 (flag) | Metalring | Ikke nok konfetti.

indvendig i røret | Bordbomben blev
med hul til | stående. Ikke
lunten. | spredt ordentligt.

Landede i klatter.

3 | 0,1011 | 0,52 (sølvpapir) | Metalring. | Konfettiholderen

Lille stykke klart røg for højt op og

tape på låget. | konfettien spredte
Ændring af | sig ikke

Side 14

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

14

konfetti til | ordentligt. Låget
sølvpapir. Dette | røg ikke så højt
konfetti brugte vi | og der kom mest
fremover. | bare en flop lyd.

4 | 0,1010 | 0,5 | Metalring. | Konfetti spredtes

ikke nok. Ikke højt nok knald.

5 | 0,1530 | 0,51 | Metalring. | Lidt en flop lyd,

Konfettiholder sat | men konfettien
længere ned (ca. | spredtes fint
3cm fra låget) | inden for

træpladen.

6 | 0,2111 | 0,5 | Metalring. | En næsten

Konfettiholder | optimal
sættes længere | sammensætning.
ned (ca. 5cm fra | Konfettien dalede
låget). | smukt og spredtes

jævnt inden for en radius af

50cm. Stadig ikke ret højt knald.

7 | 0,2508 | 0,5 | Metalring. | Tilfredsstillende.

Konfettiholder | Ikke højt brag,
ved nederste streg | men konfetti
(5cm fra låget) | spredes fint inden

for pladen. Låget flyver højt.

8 | 0,2501 | 0,55 | Metalring. | Denne var perfekt

Konfettiholder | og virkede som
ved nederste | forudset! Konfetti
streg. | fordelte sig smukt

og jævnt i en radius af 0,5 meter, proppen røg 2 meter op i luften, og konfettiholderen røg ikke så højt op.

Side 15

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

15

Resultatbehandling

Vi finder rumfanget af de to bordbomber, der er næsten ens. Højden er 10cm og radius er 2,5cm.

==⋅⋅= 196,035,196105,2 LcmV

⋅⋅= hrV

Bordbombe

32

2 π π

Vi fastsætter temperaturen til 1000K.

Først udregnes vattets stofmængde, da vi kender massen og molarmassen. Derefter anvendes idealgasligningen til at udregne det overskudstryk, der opstår i bordbomben. Dette kan så lægges sammen med 1atm, det atmosfæriske tryk. Derved opnår vi det totale tryk i bordbomben. Herunder ses et eksempel på beregningerne for det første forsøg med den blå bordbombe. Flere udregninger kan ses i bilag 2.

=+= 86,1186,0 atmatmatmP

+= 1 atmPP

P_{overskud} = = 86,0 atm

196,0 L mol ⋅ ⋅,0002046,0 K

⋅ Kmol

⋅ atmL

V_{bordbombe}

⋅⋅ TRn

         gas
P     =
 overskud

=⋅= 002046,,010 molmoln

n_{vat} == 0002046,0 mol
/40,245 molg

0502,0 g

M_{vat}

m_{vat}
n_{vat} =

total overskudtotal gas

Diskussion elev 1

For at kunne fremstille en `nytårs´ bordbombe måtte vi først fremstille noget cellulosenitrat, der skulle fungere som drivmidlet i bordbomben. Dette gjorde vi ved en nitrering af vat, som består af

                                                        +
lange glukose kæder ( ) OHC . Ved nitreringen af vattet overføres nitronium-ioner (NO ) ved
                  5106
                    n

2

                                                   +
en elektrofil substitution, hvor der fraspaltes nogle hydroner (H

) – maks. 3 hydroner kan fraspaltes fra et glukosemolekyle.

Vi tog 3,00g vat og nitrerede dette. Vægten af cellulosenitratet blev 4,54g. Dette gav os en

nitreringsgrad på 1,85, hvilket ligger vi mellem reaktionen hvor n = 1 og n = 2:

1)(:1      4)(               )(6)(     ⇒++→+= 9)( gasgNgCOgOHgOsNOHCn
                                   222796

4 2 2 4

3 1 1 1

Side 16

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

16

)(:2 ⇒++→+= 10)(1)(6)(4)( gasgNgCOgOHgOsNOHCn

2 2

1 1

2222986

Dette medfører, at vi får en gasmængde på ca. 10mol gas pr. mol nitrovat.

Årsagerne til den lidt lave nitreringsgrad må hovedsageligt skyldes, at noget af vattet er gået tabt under vask af vattet. Vi skulle nemlig afkøle vattet efter 30mins nitrering i syreblandingen samt udvaske vattet for syre, ved at skylle vattet med vand. Derved har vi højest sandsynligt mistet noget cellulosenitrat, hvilket har givet os en ringere nitreringsgrad. Derudover kan den knapt så gode nitreringsgrad være forårsaget af, at vattet har været trykket for meget sammen, og derved har det været lidt for kompakt til, at nogle af nitronium-ionerne har kunnet reagere med vattet.

Herunder ses et billede af det færdige skydebomuld efter tørringen i varmeskab.

Den gule farve skyldes syrerester, hvilket betyder, at vi ikke fik udvasket alt syren ordentligt. Dette vil sige, at det var ved at blive nedbrudt. Men det fik dog ikke den store betydning for eksplosionens udfald, da vi brugte skydebomulden inden for kort tid.

Jeg vælger kun at kommentere på den sorte bordbombe, da bordbomberne næsten var ens mht.

dimensioner og slutresultatet af bordbomberne blev næsten ens, da vi anvendte stort set den samme mænge konfetti (ca. 0,5g) og samme mænge skydebomuld (ca. 0,25g). Den eneste forskel på bordbombernes sultresultat var, at den blå bordbombe ikke havde en jævn spredning af konfettien.

I første forsøg med den sorte bordbombe brugte vi 0,1007g drivmiddel til 0,78g konfetti (flag).

Dette resulterede i, at bordbomben væltede og konfettien spredte sig over 2m til den ene side.

I andet forsøg udbedrede vi bordbomben med en metalring indvendigt i bunden af røret med et hul til lunten. Igen brugte vi ca. 0,1g skydebomuld, men vi forøgede konfettimængden fra 0,78g til

0,99g flag, da vi ikke fandt konfettimængden tilstrækkelig i forhold til en rigtig nytårs bordbombe.

Resultatet heraf blev en dårlig spredning af konfettien, som lande i klatter, men bordbomben blev dog stående.

Side 17

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

17

I tredje forsøg ændrede vi konfettien fra 0,99g flag til 0,52g sølvpapir samt tapede vi låget med et lille stykke klart tape, for at opnå et større tryk og der med et større knald, når bordbomben affyredes. Resultatet blev, at konfettiholden blev skudt for højt op i luften, og at konfettien ikke spredtes ordentligt. Låget røg ikke så højt og vi opnåede en dårlig ’flop’ lyd.

Fjerde forsøg var en gentagelse af 3. forsøg, dog uden brug af tape. Dette resulterede igen i en dårlig spredning af konfettien samt et for lavt knald. Så vi forbedrede blot at låget samt konfettiholderen ikke blev skudt for højt, som i foregående forsøg.

I femte forsøg forøgede vi mængde af drivmiddel fra ca. 0,1g til 0,1530g. Konfettimængden var den samme (~0,5g), men konfettiholderen sænkedes til ca. 3cm fra lågets kant. Dette medførte at konfettien blev spredt fint inden for træpladen der var ca. 1m i diameter. Lyden af affyringen lød også mere som en ”`nytårs´ bordbombe”, dog stadig med en ’flop’ lyd.

Som forbedring øgede vi mængden af nitrovat til 0,2111g samt sænkede konfettiholder yderligere til ca. 5cm fra lågets kant i forsøg 6. Dette var i en næsten optimal sammensætning.

Konfettien dalede og spredtes jævnt inden for en radius af 50cm. Dog savnede vi stadig et højere knald.

I syvende forsøg fokuserede vi kun på at forbedre lyden af bordbomben, således at man ville kunne høre affyringen ordentligt. For at opnå et bedre brag forøgede vi igen mængden af skydebomuld fra 0,2111g til 0,2508g. Resultatet heraf var tilfredsstillende. Braget var ikke for højt, konfettien blev spredt fint inden for pladen og låget fløj op i en passende højde.

Sidste affyring var en gentagelse af det tilfredsstillende resultat, som vi opnåede ved forrige forsøg. Den eneste ændring var en lille forøgelse af konfetti mængde fra 0,5g til 0,55g. Resultatet blev præcist som vi havde forudsagt inden affyring, nemlig at konfettien ville fordele sig smukt og jævnt inden for en radius af 0,5m, proppen røg op i 2meters højde og konfettiholderen røg knapt så højt op – perfekt (karakter: 12) ☺

Diskussion elev 2

Ved fremstilling af cellulosenitrat fik vi en nitreringsgrad på 1,82, hvilket jeg umiddelbart vil vælge

at runde op til n = 2. Det er muligt, at nitreringsgraden faktisk er højere, men noget af vattet gik tabt

undervejs. Det var især under vask med rindende vand, at noget af vattet slap væk. Det kan rettes op på ved at vaske med en mindre kraftig vandstråle over et bægerglas. Efter kogningen var der også små bomuldstråde i vandet. Dertil kommer, at tørringen med papirservietter og findelingen inden tørring i varmeskab kan have medført et tab. Dette vil med al sandsynlighed have medført, at

Side 18

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

18 vægten af cellulosenitrat er mindre end den kunne have været. Derved vil den beregnede nitreringsgrad også være mindre end den måske i virkeligheden er.

Når bomuldsvattet afvejes er det desuden vigtigt ikke at sætte fingre på for mange gange, da vattet vil suge fedtet fra hænderne. Det samme gælder selvfølgelig det færdige cellulosenitrat, da fedtet fra fingrene vil gøre, at det brænder langsommere (da fedt brænder langsommere). Vi så, at nitrovattet var farvet gult efter tørringen som det kan ses på billedet herunder.

Dette skyldes, at der er rester af syre. Nitrovattet skal bruges inden for kort tid, da det pga. syren bliver ustabilt og kan selvantænde. Vask og kogning er processer, der skal trække syren ud af nitrovattet. Da vi bruger det inden for kort tid kan syren dog ikke nå at reagere med nitrovattet.

Syren vil nedbryde nitrovattet til bl.a. vand og carbon. Det er det frie carbon, der farver cellulosenitratet gult. Vi testede om nitrovattet var godt nok ved at tænde ild til den lille tot. Den brændte hurtigt og kunne derfor anvendes i vores borbbombe. Mads havde taget en købt bordbombe med som vi skilte ad. Vi prøvede at brænde nitrovattet af for at sammenligne hastigheden med vores eget nitrovat. Det købte nitrovat brændte væsentlig langsommere end vores eget nitrovat.

Vores nitreringsgrad er derfor bedre end det købte.

Ved første afprøvning af den blå bordbombe væltede bordbomben ved eksplosionen. Da et af vores opstillede krav var, at bordbomben ikke måtte vælte forsøgte vi at finde en løsning. Der måtte sættes en støttende bund på. Først skar vi et hul i en vejeskål, der passede med bordbomben.

Vejeskålen blev vendt om som det er vist på billedet herunder.

Side 19

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

19

Det forhindrede bordbomben i at vælte, men til gengæld ligner bordbomben ikke én der kan købes i butikkerne. Den er grim og det er heller ikke praktisk med en plastikfod, der smeltes af luntens flamme. Til gengæld spredtes konfettien meget jævnt i en radius på ca. 50cm. Vi gentog forsøget, men opdagede, at konfettien blev spredt skævt. Det kan være træk i lokalet eller trykket fra bordbomben, men ved nærmere eftertanke kan det også skyldes støttefoden, der gav et lille bug netop som lunten var tændt. Vi fandt derfor på at sætte end metalskive i bunden i stedet. Til den sorte bordbombe fandt vi en perfekt metalring med et hul til lunten. Begge løsninger kunne bruges.

Det gav en udseendesmæssig forbedring, mens bordbomben ikke væltede pga. metalskivernes vægt.

Vi eksperimenterede med cellulosenitratmængder fra 0,05g til 0,25g. Som sådan gjorde det ikke den store forskel, men vi vurderede alligevel, at det var hensigtsmæssigt at anvende 0,25g. Det er dog muligt, at noget af det blot brænder efter eksplosionen. Vi ville dog sikre os, at konfettien blev spredt flot og jævnt og valgte derfor at fremstille bordbomberne med 0,25g nitrovat. Trykket ved denne mængde er beregnet (se bilag 2) til 4,4atm’s overtryk ved den blå bordbombe og 4,27atm ved den sorte bordbombe (da vægten af nitrovattet varierer en smule). Det tryk, der faktisk når at blive dannet inden bomben eksploderer, er højest sandsynligt noget mindre. Vi er dog ikke i stand til at beregne præcis det tryk, der vil få bordbomben til at sprænge. Det ville kræve en længere forsøgsrække med mindre intervaller i mængden af nitrovat end den vi har udarbejdet. Vi prøvede også at sætte et lille stykke klart tape på låget for at opnå større tryk inden låget sprængte af, men det syntes vi dog ikke var en succes. Undervejs fik vi problemer med, at konfettien ikke blev spredt ordentligt, men lå i konfettiholderen efter sprængning. Vi satte derfor konfettiholderen længere ned, hvilket hjalp. Konfettien blev spredt jævnt inden for en radius af 40cm. Vi var dog stadig lidt utilfredse med lyden. Det var en meget flad lyd. Vi prøvede med mere sprængstof, men der skete ikke nogen markant forbedring (dog en forbedring fra forsøg 7 til forsøg 8). Jeg vil vurdere, at det kan skyldes flere gentagne sprængninger, der kan have gjort, at låget ikke sidder så tæt som det gjorde i de første forsøg, hvor lydstyrken var udmærket. Vi prøvede derfor også en rekonstruktion af forsøg tre men det ændrede ikke lydstyrken. Til sidst nåede vi frem til en brugbar sammensætning for den blå bordbombe: ca. 0,25g cellulosenitrat, ca. 0,5g konfetti, metalbund, konfettiholder halvvejs nede i bordbomben. Resultatet var, at konfettien spredtes inden for en halv meters radius. Ikke helt jævnt, stadig mere i den ene side. Det må nok vurderes, at paprøret er savet skævt, da det var et problem, der var til stede i hele eksperimentrækken. Lyden var tilpas og lågets højde var under 2m. Bordbomben opfyldte dermed vores krav.

Side 20

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

20

I den sorte bordbombe forsøgte vi med flag som konfetti, men de var for store i forhold til rørets radius og blev derfor ikke spredt ordentligt. Sølvpapirskonfettien var mindre og lettere og gav derfor et flottere resultat. Ellers var forsøgsrækken samt vurderinger og konklusioner undervejs nogenlunde de samme ved den sorte bordbombe som ved den blå bordbombe. Den sorte bordbombe blev i øvrigt brugt ved min lillebrors fødselsdag og fungerede fuldstændig som det kunne forventes af en købt bordbombe, altså løste vi opgaven, opfyldte formålet og vores opstillede krav.

Konklusion

Vi kan på baggrund af vores eksperimenter konkludere:

• Cellulosenitratet skal skylles grundigere for ikke at indeholde rester af syre.

• En metalring i bunden af bordbomben vil gøre, at den ikke vælter.

• Vi skal bruge ca. 0,25g cellulosenitrat i hver bordbombe.

• Vi skal bruge 0,5g sølvpapirskonfetti i små stykker.

• Konfettiholderen skal sidde ca. halvvejs nede i bordbomben for at konfettien spredes jævnt.

• Lyden var lidt lav, men acceptabel.

• Låget holdt sig under 2meter.

Alle de opstillede krav blev altså overholdet. Vi fik fremstillet to vellykkede bordbomber.

Kildeliste

Mygind, Helge: Kemi 2000 – A-niveau 2, P. Haase & Søns Forlag a/s 1996
kern.cooper.googlepages.com/Kemi.pdf

R- og S-sætninger (miljøstyrelsens hjemmeside var nede, vi benyttede derfor alternative, men mindre troværdige kilder):

www.horticoop.dk/?download=Salpetersyre.pdf
da.wikipedia.org/wiki/Svovlsyre

Billeder af forsøg: Thomas S. Henriksen

Side 21

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

21

Bilag 1

BORDBOMBE - projekt. Procesteknik uge 47-48, november 2009.

Opgave : Fremstil en bordbombe.

En `nytårs´ bordbombe skal fremstilles og faktorer som bordbombens størrelse, konfettimængden, mængden af drivmiddel (skydebomuld) skal bestemmes ved beregninger og forsøg .

1. Fremstilling af cellulosenitrat:

Materialer: Vat, konc.salpetersyre, konc.svovlsyre, vand…

Fremgangsmåde:

PAS PÅ: Konc. salpetersyre og svovlsyre er stærkt ætsende. Desuden kan salpetersyre udvikle nitrøse gasser.

Arbejdet med de koncentrerede syrer skal foregå i stinkskab.

Ca. 3 gram vat afvejes præcist (2 decimaler).

60 mL konc. salpetersyre afmåles og ophældes i et bægerglas

120 mL konc. svovlsyre afmåles og blandes meget forsigtigt i salpetersyren, omrøring.

I denne blanding (nitrervæske) tilsættes vattet og der omrøres omhyggeligt i et par min. Henstand yderligere ca. 30 min.

Afkøling

Vattet vaskes under rindende vand i 5 min (vaskevandet skal være neutralt..)

Vattet koges i ca. 10 min, i ca.150 mL vand og skal derefter tørres (varmeskab, 60^{o} C)

Når vattet er tørt skal det igen vejes omhyggeligt.

2. Fremstilling af bordbomben.

Materialer: pap/papir, tape, konfetti, lunter, cellulosenitrat ..

Inden selve bordbomben fremstilles, skal der tegnes/ designes/ dimensioneres og beregnes så meget

som muligt.

Anslåede mængder af drivmiddel til at løfte konfettien skal udregnes, ligesom konfettimængden, hvor hårdt låget skal sættes på, rørets dimensioner, mm....

Side 22

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

22

Fremgangsmåde:

Vha. pap/ papir, skal hylster, konfetti, konfettiholder, låg mm. fremstilles.

Når det hele er samlet, laves forsøgsserier der skal ende ud i en ”opskrift” på en bordbombe.

Til rapporten:

A. Bestem vattets nitreringsgrad ud fra veje-resultaterne.

B. Redegør for opbygningen af bordbomben, herunder samtlige beregninger, antagelser og testforsøg.

Bilag 2

Forsøg 1 – sort bordbombe

=+= 72,2172,1 atmatmatmP

+= 1 atmPP

P_{overskud} = = 72,1 atm

196,0 L mol ⋅ ⋅,0004103,0 K

⋅ Kmol

⋅ atmL

V_{bordbombe}

⋅⋅ TRn

         gas
P     =
 overskud

=⋅= 004103,,010 molmoln

n_{vat} == 0004103,0 mol
/405,245 gmol

1007,0 g

M_{vat}

m_{vat}
n_{vat} =

total overskudtotal gas

Forsøg 8 – sort bordbombe(rigtig)

Side 23

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

23

=+= 27,5127,4 atmatmatmP

+= 1 atmPP

P_{overskud} = = 27,4 atm

196,0 L mol ⋅ ⋅,0010191,0 K

⋅ Kmol

⋅ atmL

V_{bordbombe}

⋅⋅ TRn

         gas
P     =
 overskud

=⋅= 01019,0001019,010 molmoln

n_{vat} == 0010191,0 mol
/405,245 gmol

2501,0 g

M_{vat}

m_{vat}
n_{vat} =

total overskudtotal gas

Forsøg 9 – Blå bordbombe(rigtig)

=+= 4,514,4 atmatmatmP

+= 1 atmPP

P_{overskud} = = 4,4 atm

196,0 L mol ⋅ ⋅,0010505,0 K

⋅ Kmol

⋅ atmL

V_{bordbombe}

⋅⋅ TRn

         vat
P     =
 overskud

=⋅= 01051,0001051,010 molmoln

n_{vat} == 001051,0 mol
/405,245 gmol

2578,0 g

M_{vat}

m_{vat}
n_{vat} =

total overskudtotal gas

Bilag 3

R- og S-sætninger.

Konc. svovlsyre >80%

R35 | Alvorlig ætsningsfare
S1 | Opbevares under lås
S2 | Opbevares utilgængeligt for børn

S26 Kommer stoffet i øjnene, skylles straks grundigt med vand og læge kontaktes

S30 Hæld aldrig vand på eller i produktet

Side 24

[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret

[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09

24

S45 Ved ulykkestilfælde eller ved ildebefindende er omgående lægebehandling nødvendig; vis etiketten, hvis det er muligt

Konc. salpetersyre 40-62%

R35 | Alvorlig ætsningsfare
S1 | Opbevares under lås
S2 | Opbevares utilgængeligt for børn

S23 Undgå indånding af gas/røg/dampe/aerosoltåger (den eller de pågældende

betegnelser angives af fabrikanten)

S26 Kommer stoffet i øjnene, skylles straks grundigt med vand og læge kontaktes

S36 | Brug særligt arbejdstøj

S45 Ved ulykkestilfælde eller ved ildebefindende er omgående lægebehandling nødvendig; vis etiketten, hvis det er muligt