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
[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
n
OHC
5106
. Herunder
ses en del af et cellulosemolekyle.
[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:
2232
324342
NOOHNOH
NOHHSOHNOSOH
Først dannes altså HSO
4
-
og H
2
NO
3
+
, men denne er meget ustabil og vil hurtigt omdannes til vand
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
2
+
ionerne tilføres til vattet ved at røre vattet rundt i en væskeblanding indeholdende
konc. svovlsyre (H
2
SO
4
) og konc. salpetersyre (HNO
3
). 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):
[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
2
2
225106
6
2
5: Nn
CO
CO
OH
n
NOHCdSkydebomul
nnn
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:
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
5
gasgNsCgCOgOHsNOHCdårligsten
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
gasgNgCOgCOgOHsNOHCnitreringBedsten
½7)(½)(½3)(½2)(½4)()(1
4
1
9)(½)(6)(½4)(
4
3
1)(1
½10)(1)(6)(4)(½)(2
11)(½1)()(5)(½3)()(3
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.
CNgas
nn 10
Idealgasligningen kan derefter bruges til at beregne trykket i bordbomben.
V
TRn
p
p
TRnV
Eksempel
m 0,3g
M 12∙6 + 7 + 11∙16 + 3∙14 = 297g/mol
n
CN
0,001mol
Gassen er 10mol (ca.) fra 1 mol skydebomuld. Derfor kan vi finde stofmængden af udviklet gas i
eksemplet.
n
CN
= 0,001mol
n
gas
= n
CN
∙10 = 0,01mol gas
Idealgasningen bruges derefter til at finde det overtryk, der dannes i bordbomben.
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
6
atm
L
K
Kmol
Latm
mol
V
TRn
p
2,8
1,0
1000082,001,0
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.
[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
HNO
3
H
2
SO
4
Nitrering
Omrøring
(30min)
Vaskes
H
2
O
Koges
H
2
O
Tørres
H
2
O
Syre
Nitro vat
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
8
Resultatbehandling
C
6
H
10
O
5
+
n * NO
2
+
→
C
6
H
10-n
O
5+2n
M
3,00 g
4,54 g
M
162 g/mol
mol
g
mol
g
n
m
M 245,405
0185,0
54,4
N
18,5mmol
18,5mmol
Forholdet mellem C
6
H
10
O
5
og C
6
H
10-n
O
5+2n
er 1:1.
Molarmassen af carbon og oxygen er:
mol
g
C 12:
mol
g
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
g
93,405)16*5(173,405
mol
g
173,405)12*6(245,405
mol
g
mol
g
mol
g
Herefter kan vi opstille en ligning, hvor n er ubekendt:
1,853414*16*2)10(93,405 nnnn
mol
g
85,1gradNitrerings
Da vi har en nitreringsgrad på 1,85, ligger vi mellem reaktionen hvor n = 1 og n = 2:
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
4
1
9)(
2
1
)(6)(
2
1
4)(
4
3
1)(:1
222796
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
2
1
10)(1)(6)(4)(
2
1
)(:2
2222986
Vi får altså ca. 10 mol gas for hvert mol nitrovat.
nitrovatmolprmolcaGasmængde .10.
[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.
[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.
[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.
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
12
Forsøg – blå bordbombe
Forsøg nr.
Mængde
nitrovat (g)
Mængde
konfetti (g)
Bemærkning
Resultat
1
0,0502
0,31
Det meste af
konfettien
spredtes til radius
på 40cm.
Bordbomben gav
et lille hop og
væltede.
2
0,0763
0,32
Stabiliserende
bund lavet ud fra
en stor vejeskål.
Denne blanding
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
stabiliserende
plastbund.
Konfetti spredt
fint, dog lidt til
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
med gaffa. Et
stykke klart tape
på låget.
Sagde flop-lyd.
Låget røg ikke
særlig højt.
Konfetti spredtes
ikke ordentligt.
5
0,1073
0,5
Metalbund.
Konfetti spredte
sig inden for
pladen. Forsøget
godkendt.
6
0,1001
0,5
Metalbund.
Konfettiholder
længere nede (ca.
5cm fra låget).
Konfetti spredtes
bedre. Dog stadig
ikke helt tilfreds
med resultatet.
7
0,111
0,52
I plastikstøttefod
Ikke højt nok
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
13
Konfettiholder
ved oprindelig
streg.
Rekonstruktion af
forsøg 3.
brag, konfetti
spredtes for lidt.
8
0,2595
0,50
Metalbund.
Konfettiholder
ved nederste
streg. (5cm fra
låg).
Lidt højere lyd.
Konfetti spredtes
fint. Dog lidt til
siden.
9
0,2578
0,51
Metalbund.
Konfettiholder
ved nederste
streg.
Konfetti spredtes
inden for en halv
meters radius.
Ikke helt jævnt,
stadig mere i den
ene side. Tilpas
lyd. Lågets højde
under 2m.
Acceptabelt.
Forsøg – sort bordbombe
Forsøg nr.
Mængde
nitrovat (g)
Mængde
konfetti (g)
Bemærkning
Resultat
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
indvendig i røret
med hul til
lunten.
Ikke nok konfetti.
Bordbomben blev
stående. Ikke
spredt ordentligt.
Landede i klatter.
3
0,1011
0,52 (sølvpapir)
Metalring.
Lille stykke klart
tape på låget.
Ændring af
Konfettiholderen
røg for højt op og
konfettien spredte
sig ikke
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
14
konfetti til
sølvpapir. Dette
konfetti brugte vi
fremover.
ordentligt. Låget
røg ikke så højt
og der kom mest
bare en flop lyd.
4
0,1010
0,5
Metalring.
Konfetti spredtes
ikke nok. Ikke
højt nok knald.
5
0,1530
0,51
Metalring.
Konfettiholder sat
længere ned (ca.
3cm fra låget)
Lidt en flop lyd,
men konfettien
spredtes fint
inden for
træpladen.
6
0,2111
0,5
Metalring.
Konfettiholder
sættes længere
ned (ca. 5cm fra
låget).
En næsten
optimal
sammensætning.
Konfettien dalede
smukt og spredtes
jævnt inden for
en radius af
50cm. Stadig ikke
ret højt knald.
7
0,2508
0,5
Metalring.
Konfettiholder
ved nederste streg
(5cm fra låget)
Tilfredsstillende.
Ikke højt brag,
men konfetti
spredes fint inden
for pladen. Låget
flyver højt.
8
0,2501
0,55
Metalring.
Konfettiholder
ved nederste
streg.
Denne var perfekt
og virkede som
forudset! Konfetti
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.
[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.
LcmV
hrV
Bordbombe
196,035,196105,2
32
2
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.
atmatmatmP
atmPP
atm
L
K
Kmol
atmL
mol
P
V
TRn
P
molmoln
mol
molg
g
n
M
m
n
total
overskudtotal
overskud
bordbombe
gas
overskud
gas
vat
vat
vat
vat
86,1186,0
1
86,0
196,0
,0002046,0
002046,,010
0002046,0
/40,245
0502,0
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
n
OHC
5106
. Ved nitreringen af vattet overføres nitronium-ioner (NO
2
+
) ved
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:
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
4
1
9)(
2
1
)(6)(
2
1
4)(
4
3
1)(:1
222796
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
16
gasgNgCOgOHgOsNOHCn
2
1
10)(1)(6)(4)(
2
1
)(:2
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.
[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
[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.
[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.
[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
[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....
[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
atmatmatmP
atmPP
atm
L
K
Kmol
atmL
mol
P
V
TRn
P
molmoln
mol
gmol
g
n
M
m
n
total
overskudtotal
overskud
bordbombe
gas
overskud
gas
vat
vat
vat
vat
72,2172,1
1
72,1
196,0
,0004103,0
004103,,010
0004103,0
/405,245
1007,0
Forsøg 8 – sort bordbombe(rigtig)
[navn fjernet] Levnedsmiddel A Afleveret
[navn fjernet] Bordbomberapport 18.12.09
23
atmatmatmP
atmPP
atm
L
K
Kmol
atmL
mol
P
V
TRn
P
molmoln
mol
gmol
g
n
M
m
n
total
overskudtotal
overskud
bordbombe
gas
overskud
gas
vat
vat
vat
vat
27,5127,4
1
27,4
196,0
,0010191,0
01019,0001019,010
0010191,0
/405,245
2501,0
Forsøg 9 – Blå bordbombe(rigtig)
atmatmatmP
atmPP
atm
L
K
Kmol
atmL
mol
P
V
TRn
P
molmoln
mol
gmol
g
n
M
m
n
total
overskudtotal
overskud
bordbombe
vat
overskud
gas
vat
vat
vat
vat
4,514,4
1
4,4
196,0
,0010505,0
01051,0001051,010
001051,0
/405,245
2578,0
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
[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