SRP i kemi
Du har valgt kemi som det ene fag. Her står, hvad faget skal bidrage med, hvilke områder der virker, og hvor det plejer at gå galt.
Af Emil Brandt Rex, gymnasielektor i dansk og historie
Fagets rolle
Hvad kemi skal bidrage med
Kemi svarer på tre spørgsmål, som næsten ingen andre fag kan svare på: hvad er stoffet, hvor meget er der af det, og vil reaktionen løbe. Faget leverer selv sine tal, fordi du måler dem i laboratoriet, og det kobler dem til en forklaring på molekyleniveau, så en farve, en lugt eller en virkning i kroppen bliver til struktur, bindinger og ligevægte. I en SRP er kemi derfor typisk det fag, der frembringer beviset, mens det andet fag forklarer, hvad beviset betyder for mennesker, natur eller samfund. Læreplanen kalder det selv en vekselvirkning mellem teori, modeller og eksperimenter, og det er præcis den vekselvirkning, en god kemidel viser.
Det er dét, en bedømmer leder efter: at faget gør et arbejde, som det andet fag ikke kunne have gjort. Står faget bare som kulisse, er opgaven reelt enkeltfaglig, uanset hvad der står på forsiden.
Metoder
Fagets metoder, og hvad de kan afgøre
Titrering og pH-analyse, herunder bjerrumdiagram
Afgør hvor meget der er af et stof i en prøve, og hvor stærk en syre eller base er. Du tilsætter dråbevis en opløsning, du kender koncentrationen af, indtil reaktionen lige er færdig, og regner baglæns til stofmængden. Titrerkurven giver dig samtidig pKs, og et bjerrumdiagram afgør, hvilken form molekylet har ved en bestemt pH. Det er den beregning, der kan svare på, om et lægemiddel optages i den sure mavesæk eller først i tyndtarmen. Læreplanen nævner både syre-base-titrering og andre typer, fx redoxtitrering.
Spektrofotometri med standardkurve
Afgør koncentrationen af et farvet stof ved at måle, hvor meget lys prøven sluger. Du laver først en række opløsninger med kendt koncentration, tegner absorbansen som en ret linje og aflæser din ukendte prøve på linjen. Metoden er stærk, fordi den giver mange målepunkter på kort tid, og fordi Lambert-Beers lov er en matematisk model, du kan efterprøve, ikke bare bruge. Den kan også afgøre, hvornår modellen holder op med at passe, fx ved høje koncentrationer.
Chromatografi og separation
Afgør hvor mange forskellige stoffer der er i en blanding, og hvor meget der er af dem. Stofferne trækkes gennem en stationær fase af en mobil fase og skilles ad, fordi de hænger forskelligt fast. Du kan bruge det til at vise, at koffeinindholdet i tre energidrikke faktisk er forskelligt, eller at et syntetiseret produkt stadig indeholder udgangsstoffet. På A-niveau er det ikke nok at kunne genkende pletter på en TLC-plade, du skal også kunne bruge metoden til at måle mængder.
Strukturopklaring med IR og 1H-NMR
Afgør hvilket molekyle du rent faktisk har i glasset. IR-spektret viser, hvilke funktionelle grupper der er til stede, og om der er dobbeltbindinger. 1H-NMR viser, hvor mange forskellige slags brintatomer molekylet har, hvor mange der er af hver, og hvem der sidder ved siden af hvem. Sammen kan de to metoder afgøre en struktur af et forholdsvis simpelt molekyle, og de er det bedste bevis for, at din syntese gav det produkt, du påstår. Området under 1500 cm i minus første potens, fingeraftryksområdet, er ikke kernestof.
Kemisk syntese med udbytteberegning
Afgør om en fremstillingsvej virker i praksis, og hvor godt den virker. Du blander udgangsstofferne, renser produktet og vejer det, og sammenligner så med det teoretiske udbytte fra reaktionsskemaet. Udbytteprocenten er et tal, du selv har frembragt, og den kan bruges til at sammenligne to fremgangsmåder, to temperaturer eller to katalysatorer. Den er også et tørt og pålideligt mål for, hvor meget der går tabt undervejs, og hvorfor.
Kemisk ligevægt og termodynamik
Afgør om en reaktion overhovedet kan løbe af sig selv, hvor langt den løber, og hvad der sker, hvis du ændrer temperatur, tryk eller koncentration. Fortegnet på Gibbs-energien fortæller, om reaktionen er spontan, og ligevægtskonstanten fortæller, hvor meget produkt der er tilbage, når det hele har lagt sig. Det er den metode, der kan svare på, hvorfor en industriproces køres ved netop den temperatur og det tryk, og hvorfor et højt udbytte og en hurtig reaktion tit trækker i hver sin retning. På A-niveau skal du også kunne regne ligevægtskoncentrationer efter en forskydning, ikke kun sige, hvilken vej den går.
Reaktionskinetik
Afgør hvor hurtigt en reaktion sker, og hvad hastigheden afhænger af. Ved at måle koncentrationen over tid og afbilde data på tre forskellige måder kan du afgøre, om reaktionen er af nulte, første eller anden orden, altså hvordan hastigheden hænger sammen med koncentrationen. Arrhenius-ligningen afgør derefter, hvor meget hurtigere det går, når du skruer temperaturen op, og hvor stor aktiveringsenergien er. Metoden er stærk i en SRP, fordi den giver en graf, du selv har målt, og en model, du kan holde grafen op imod.
Reglerne for SRP
- Omfang. 15 til 20 normalsider a 2400 enheder
- Fagkrav. To fag som hovedregel, hvoraf mindst ét er på A-niveau og mindst ét er et studieretningsfag
- Niveau. Faget indgår på det højeste niveau, du har eller har haft det på.
- Periode. Ti skoledage inden for perioden 1. marts til 15. april, med en samlet varighed på 50 timer
- Mundtligt. Mundtligt forsvar på cirka 30 minutter uden forberedelsestid, hvor du indleder med en præsentation på op til ti minutter
- Vægt på beviset. Vægten 2, altså det samme som et helt A-niveaufag
- Resumé. Et kort resumé på dansk på omkring 150 ord, som tæller med i omfanget
Kan jeg skrive i kemi alene?
Undtagelsesvis kan SRP skrives i kun ét fag på A-niveau, hvis området egner sig bedst til det. Din vejleder skal godkende det efter en faglig dialog.
Emner, der virker
Områder, der virker i kemi
- Lægemidler: syntese, syre-base-egenskaber og optagelse i kroppen. Du kan fremstille fx acetylsalicylsyre selv, regne udbytteprocent, kontrollere produktet med IR eller smeltepunkt og derefter bruge pKs og et bjerrumdiagram til at afgøre, om stoffet optages i mavesækken eller i tarmen. Emnet giver både egen syntese, egne måletal og en beregning, der forklarer en virkning i virkeligheden.
- Vandkvalitet: nitrat, phosphat eller metalioner i et vandløb. Du kan hente prøver fra samme sted over flere dage og måle koncentrationer med spektrofotometri eller titrering. Du får rigtige tal, som kan sammenlignes med officielle grænseværdier, og du kan diskutere detektionsgrænse og usikkerhed konkret i stedet for teoretisk.
- Fødevarekemi: C-vitamin, harskning eller konservering. Indholdet af C-vitamin i juice kan bestemmes ved redoxtitrering, og du kan følge, hvordan det falder over dage eller ved opvarmning. Det giver en måleserie med en tydelig tendens, som både kan beskrives kinetisk og bruges til at vurdere en holdbarhedsdato.
- Plast og polymerer: opbygning, nedbrydning og genanvendelse. Makromolekyler er kernestof på A-niveau, og hydrolyse af fx PET er en konkret reaktion, du kan følge. Emnet kobler direkte til en samfundsdebat, uden at kemien bliver til pynt, fordi bindingstyperne faktisk forklarer, hvorfor nogle plasttyper kan genanvendes og andre ikke.
- Batterier, brændselsceller og energilagring. Redoxreaktioner, spændingsrækken og Gibbs-energi hænger her sammen i én forklaring på, hvorfor en celle giver netop den spænding. Du kan bygge simple celler selv og måle spændinger, og du kan regne på, hvor meget energi der teoretisk kan hentes ud.
- CO2, havforsuring og carbonatligevægten. Emnet bruger både homogen og heterogen ligevægt, pH-beregning og Le Chateliers princip på én gang, og det er let at lave et forsøg, hvor du blæser CO2 i vand og følger pH. Det er også et af de steder, hvor et lille skift i pH betyder meget, og hvor du derfor skal være præcis med tal og enheder.
- Enzymer og katalyse. Du kan måle en enzymkatalyseret reaktion ved forskellige temperaturer og koncentrationer og bestemme reaktionsorden og aktiveringsenergi. Emnet forbinder biokemi og kinetik, og det viser tydeligt, hvad en katalysator gør, og hvad den ikke gør, nemlig at den ikke flytter ligevægten.
- Analyse af doping, rusmidler eller forfalskede produkter. Her står de analytiske metoder i centrum: chromatografi til at skille blandingen ad og NMR eller IR til at fastslå strukturen. Emnet tvinger dig til at diskutere, hvad en metode kan afgøre, og hvad den ikke kan, herunder detektionsgrænser og falske positive, og det er netop den vurdering, censor leder efter.
Fælder
Sådan gik det galt sidst
Kemien bliver pynt på partnerfaget
Kemien bliver pynt på partnerfaget. Du skriver en opgave om et lægemiddel, hvor kemi kun leverer en strukturformel, mens biologi eller samfundsfag laver alt arbejdet. Skriv i stedet mindst ét spørgsmål i problemformuleringen, som kun kan besvares med en kemisk beregning eller et kemisk forsøg, fx en koncentration, et udbytte, en pKs eller en aktiveringsenergi. Kan du fjerne kemien uden at miste et svar, er kemien ikke med endnu.
Dine data ligger i bilag
Dine data ligger i bilag. Mange lægger hele måleserien, grafen og beregningerne bagest, fordi opgaven fylder for meget. Men bilag bedømmes ikke, så det tæller ikke med. Læg selve grafen, de centrale beregninger og den analyse, du bygger konklusionen på, inde i selve opgaven, og lad kun rådata, øvelsesvejledninger og ekstra spektre ligge bagest.
Én måling gøres til et resultat
Én måling gøres til et resultat. Du titrerer én gang, får 0,082 mol per liter og skriver det som facit. Gentag mindst tre gange, tag gennemsnittet, og lav en blindprøve eller en kontrolmåling på en prøve, du kender svaret på. Så kan du både angive en spredning og sige noget om, hvorvidt metoden overhovedet virker i dine hænder.
Tal uden enheder og usikkerhed
Tal uden enheder og usikkerhed. Lommeregneren giver 0,0824719 mol per liter, og det tal ryger direkte ind i opgaven. Skriv i stedet det antal betydende cifre, dine måleinstrumenter kan bære, sæt enhed på hver eneste størrelse, og skriv en linje om, hvor den største usikkerhed kommer fra. Vejledningen fremhæver netop talforståelse, betydende cifre og enheder som en fast del af kemi A.
Redegørelsen fylder halvdelen af opgaven
Redegørelsen fylder halvdelen af opgaven. Otte sider om atomets opbygning og bindingstyper, før du overhovedet når til din egen måling. Redegør kun for det, du faktisk bruger senere, og gør det i det omfang, en klassekammerat fra en anden studieretning kan følge med. Alt andet stjæler plads fra analysen og vurderingen, hvor karakteren i praksis afgøres.
Metoden nævnes, men vurderes aldrig
Metoden nævnes, men vurderes aldrig. Du skriver, at du brugte spektrofotometri, men aldrig hvorfor netop den metode, og hvad den ikke kan afgøre. Skriv i stedet, hvilken type viden metoden giver, hvor den er følsom over for fejl, og hvad du kunne have brugt i stedet. Det er samtidig den lettest tilgængelige vej ind i den basale videnskabsteori, som SRP kræver.
Fagkombinationer
Fag, kemi spiller godt sammen med
Matematik
Matematik giver værktøjet til at behandle kemiens data ordentligt: regression på kinetikdata, logaritmer i pH og bjerrumdiagrammer, eksponentielt henfald og fejlregning. Kombinationen er ikke tilfældig, for læreplanen kræver, at kemi A som studieretningsfag har mindst ét forløb sammen med matematik.
Biologi
Kemi forklarer molekylet, biologi forklarer organismen. Enzymkinetik, stofskifte, hormoner og medicinvirkning bliver hele forklaringer, når kemien leverer bindingstyper, ligevægte og målte hastigheder, og biologien leverer cellen, vævet og kroppen.
Fysik
De to fag deler termodynamikken og spektroskopien. Batterier, brændselsceller, energiomsætning og lysets vekselvirkning med stof kan beskrives både som energi og som elektronoverførsel, og de to beskrivelser kan holdes op mod hinanden i stedet for at ligge side om side.
Samfundsfag
Kemi leverer tallet, samfundsfag leverer beslutningen. Grænseværdier for stoffer i drikkevand, afgifter på emballage eller regulering af et kemikalie bliver interessant, når du selv har målt koncentrationen og kan diskutere, om reguleringen står mål med det, målingen viser.
Historie
Et stof med en historie giver en naturlig opgave: kunstgødning og Haber-Bosch-processen, DDT, thalidomid eller CFC-gasser. Kemien forklarer, hvad stoffet gør og hvorfor, historien forklarer, hvordan samfundet reagerede, og hvad man vidste hvornår.
Idræt
Mælkesyre og syre-base-balance i blodet, energiomsætning, kosttilskud og dopingstoffer er kemi, længe før de er fysiologi. Idræt bidrager med testprotokoller og målinger på kroppen, kemi med bufferberegninger, redoxreaktioner og analysemetoder til at påvise stofferne.
Materialet og de særlige krav
Kemi kan levere egne måledata fra laboratoriet, og det er fagets stærkeste bidrag: titrerkurver og beregnede koncentrationer, absorbansmålinger og standardkurver, chromatogrammer med arealer, IR- og 1H-NMR-spektre, udbytteprocenter fra en syntese, måleserier af koncentration over tid til kinetik samt pH-målinger. Dertil kommer tabelværdier og databaser, som dine egne tal kan sammenlignes med, fx pKs-værdier, molare absorptionskoefficienter, standardentalpier og standardentropier. Faget kan også arbejde kritisk med andres eksperimentelle data, fx spektre eller måleserier fra en artikel, og vurdere kvaliteten af dem. Vejledningen nævner desuden, at det eksperimentelle arbejde helt eller delvist kan afvikles på en videregående uddannelsesinstitution eller en virksomhed, hvis det er praktisk muligt, hvilket åbner for udstyr, skolen ikke selv har.
Elevernes eget eksperimentelle arbejde skal udgøre mindst 16 procent af undervisningstiden på kemi A og mindst 20 procent på kemi B og C, og efterbehandling som databehandling og rapportskrivning tæller ikke med. Det er ikke et formelt krav, at der indgår eksperimentelt arbejde i en SRP med kemi, men vejledningen kalder det en lang tradition og peger på, at det giver dig gode muligheder for at vise selvstændighed og fagligt niveau. Hvis du har lavet eget eksperimentelt arbejde, skal dokumentation, data og efterbehandling stå inde i det skriftlige produkt, mens supplerende resultater kan ligge i bilag, og bilag er uden for bedømmelse. I SRP skal der desuden indgå basal videnskabsteori og overvejelser over metode, og vejledningen understreger, at skolerne kan udmønte det arbejde forskelligt, så spørg din vejleder, hvad der gælder hos jer. På kemi A som studieretningsfag skal mindst ét forløb være gennemført sammen med matematik.
Opgaveformuleringen skrives af din vejleder ud fra din problemformulering, og den skal indeholde et element af overraskelse: noget, I ikke har drøftet under vejledningen.
Spørgsmål og svar
Om forfatteren
Siden her er skrevet af Emil Brandt Rex, gymnasielektor i dansk og historie. Alt på Studiekompasset bygger på fagenes læreplaner og vejledninger, og hver side har sine kilder stående nederst. Finder du en fejl, så skriv til mig, og den bliver rettet.
Næste skridt
Metoden bag hele opgaven, fra emnevalg til aflevering, står i guiden.