Teori
Mikrovågsugnar används för att värma mat som innehåller vatten. Vattenmolekylen, som är en dipol vibrerar under påverkan av mikrovågorna i mikron. Frekvensen på mikrovågorna som sänds ut från megatronen är 2450 MHz och våglängden är 12,24 cm. Vattnet i maten absorberar energi från mikrovågstrålningen i en process som kallas dielektrisk värmning.

Att en molekyl är en dipol betyder att den har en positivt och en negativt laddad del. Dipolerna svänger fram och tillbaka i mikrovågornas alternerande elektriska fält. Den friktion som uppstår mellan dipolerna gör att vattnet värms snabbt. Eventuella joner som normalt finns i kranvatten påverkar lösningen starkt, varför en saltlösning värms snabbare än destillerat vatten. Helt rent vattnen kan inte ta upp värme.

Material

  • några lika stora bägare
  • ett antal termometrar (gärna mikrovågsäkra)
  • grytlapp eller värmehandske
  • mätcylindrar
  • mikrovågsugn med roterande platta

Förslag på lösningar:

  • Avjoniserat vatten
  • kranvatten
  • glycerol
  • vinäger (3% eller 12%)
  • olja och is

Risker vid experimentet
Ämnen kan bli överhettade och stötkoka när man tar ut bägarna ur ugnen. Överhettad olja kan explodera eller börja brinna. Överhetta aldrig oljan. Akta dig för brännskador. Använd skyddsglasögon och personlig skyddsutrustning. En riskbedömning ges av undervisande lärare.

Utförande
Värm 20 cm3 vatten under en bestämd tid och testa dig fram hur lång tid det tar för att vattnet ska blir ca 50-60 0C. Det beror på mikrovågsugnens effekt. Mät sedan upp lika stora mängder av några olika vätskor och häll upp dem i likadana bägare. Ställ upp en hypotes och undersök den. Avbryt alltid värmningen när någon lösning börjar kokar!

Förslag till laboration:
Tag 3 av följande lösningar.  Mät upp 20 cm3 av lösningarna och mät temperaturen vid start. Värm i 20 sek eller i den tid som du har kommit fram till värmer vatten till ca 60 grader.

  1. Avjoniserat eller vanligt vatten
  2. Glycerol
  3. Vinäger
  4. Isbit (kall och torr)
  5. Olja

Ta ut bägarna ur mikrovågsugnen. Sätt en termometer i varje bägare. Rör runt med termometern i bägaren för att utjämna temperaturen. Arbeta snabbt, tänk på att lösningarna svalnar snabbt. Avläs temperaturen. Skriv ner dina resultat och förklara dem.

 

 

Till läraren:  

Riskbedömningsunderlag:
Glycerol: ej märkespliktigt
Vinäger (spädd ättiksyra) ej märkespliktigt

”Risker vid experimentet” gäller endast de kemikalier som nämnts, under förutsättning att beskrivna koncentrationer, mängder och metod används.
Som lärare förväntas du göra en fullständig riskbedömning för dig själv och din elevgrupp.

Starka dipoler värms upp fortare än svagare i en mikrovågsugn. Icke-dipoler värms inte upp ty de påverkas inte (lika mycket) av magnetfältet. Uppvärmningen fungerar inte med fruset vatten utan bara med vatten i flytande form. I is finns en kristallstruktur med vätebindningar som gör att vattnet inte kan svänga.

Vattenmolekylen
Vattenmolekylen är en dipol. Dipoler vänder sig fram och tillbaka efter magnetfältet Detta orsakar en värmeökning i vattnet. Mycket rent vatten värms alltså inte upp lika bra som kranvatten. Testa! Det kan vara svårt att få tag på superrent vatten (milliporvatten) men försök med att destillera avjoniserat vatten med mycket hög kolonn och tag bort den första fraktionen som kommer ut. Rengör även bägaren och tempometer med detta destillerade vatten.

I kranvatten finns alltid lite salter. Salterna behövs för att vattnet ska värmas i en mikrovågsugn. Vattenmolekylerna i en iskristall kan inte vända sig i magnetfältet och blir alltså inte varmt så länge vatten har kristallstruktur.

Exempel på andra starka dipoler är vinäger och glycerol. De blir mycket varmare än samma mängd vatten. Andra faktorer som påverkar uppvärmningen är dielektricitetskonstanten och värmekapaciteten. Värm inte upp etanol eller koncentrerad ättiksyra. Etanol kan överhettas och börja brinna. Även koncentrerad ättiksyra kan brinna (vilket inte alla kemister vet!) Ättikssyrans flampunkt är 400C.

Exempel på (ganska bra) icke-dipoler är olja. Var mycket försiktig och överhetta aldrig oljan! Upphetta ej mer än till 50-60 0C. Tag aldrig heptan eller fotogen. De kan överhettas och börja brinna. Resultat: 20 cm3 av varje ämne (Medelvärde av dubbelprov)

Ämne Temp C 40 sek. Värme-kapacitet J/g.K Dielektricitetskonstant kommentar Risker
Dubbeldestillerat vatten 28,1 4,19 80,1 dipol men inga joner Ingen risk
Avjoniserat vatten 47,2   78,3 dipol och några joner Ingen risk
Kranvatten 50,4     dipol och flera joner Ingen risk
Vinäger (3%)
Ättiksprit (12%)
54,8
55,7
Konc. 2,03 6,15 dipol Svag lösning. Ingen risk.
Olja 29,5 Oktan 2,22 1,95 inte dipol

Olja kan övertändas/

explodera vid överhettning

Glycerol 87 2,43 42,5 dipol Ingen risk
Etanol 67,4 2,40 25,7 dipol

Etanol kan övertändas/

explodera vid överhettning