Wow

Blog 47, Wow

Wanneer iets nieuw of onverwacht voor ons is, of anders uitkomt dan wij verwacht hadden, dan verwondert het ons. Is onze verwondering buitengewoon groot, dan verbaast het ons. Is hetgeen onze verwondering gaande maakt, vergezeld van iets raadselachtigs, dan zeggen wij, dat het ons bevreemdt. Treft ons iets aangenaams dat een sterken indruk op ons maakt, zonder dat wij het nog verwachtten of er op voorbereid waren, dan verrast het ons.
(Bron: Handwoordenboek van Nederlandsche Synoniemen (1908))

Eén van de leukste dingen van het lesgeven in een vak als scheikunde is dat je het hebt over zaken uit het dagelijks leven die leiden tot verwondering. Er hangt een waas van tovenarij rond chemie. De paradox is dat je door uit te leggen hoe het een en ander werkt het risico loopt dat je die verwondering wegneemt. Dat geldt niet voor alle leerlingen en zeker ook niet voor mij. Ik kan erg genieten van redeneringen die complexe vragen op een inzichtelijke manier beantwoorden. Bijvoorbeeld de vraag:

Als stoffen zijn opgebouwd uit moleculen, over hoeveel moleculen hebben we het dan?

Ik vraag de geachte lezer van deze blog nu niet af te haken, maar door te lezen en met mij de verwondering te proeven van zo'n mooie redenering, die te maken heeft met een héél klein korreltje stof en een heleboel water. Ja echt, een proefje dat je thuis zou kunnen uitvoeren, geeft een idee van het aantal moleculen in dit kleine korreltje. Ik vertel het zoals ik het aan de leerlingen van de 3e klas uitlegde.

"Bij de volgende proef ga ik proberen een schatting te maken van het aantal moleculen in dit korreltje kaliumpermanganaat. Zien jullie het korreltje zitten in deze reageerbuis?"
"Ik zie niets, meneer"

Ik loop met het reageerbuisje rond en ze zien het minieme korreltje zitten. Vervolgens ga ik weer achter mijn demonstratietafel staan en spuit een beetje water in de reageerbuis. Het water kleurt direct behoorlijk paars en als ik even schud, ziet iedereen een donkerpaarse oplossing.

"Wow, hoe kan dat nou?"
"Kaliumpermanganaat is een hele sterke kleurstof, misschien hebben jullie wel eens die goocheltruc met toverwater gezien. De goochelaar heeft in drie wijnglazen hele kleine verschillende korreltjes kleurstof gestopt, die je niet kunt zien als ze onderin het glas liggen omdat daar het pootje aan het glas vastzit. Hij giet er helder water uit een glazen kan in en, ja hoor, opeens is het water gekleurd."

Ik pak nu maatcilinder (een soort maatbeker) van 1 liter en giet de paarse vloeistof erin. Daarna houd ik de maatcilinder onder de kraan tot die met 1 liter water is gevuld. De vloeistof is nog steeds donkerpaars gekleurd.

"Zien jullie hoe sterk die kleurstof is? Ik vraag me af hoeveel water je erbij kunt doen tot je geen kleur meer ziet. Maar ik ben bang dat ik niet zo'n grote maatcilinder heb. Hoe moet ik dit nu oplossen?"

De leerlingen kijken me vragend aan. Dit is een vraag die ze niet kunnen beantwoorden. Ik probeer ze te helpen met de opmerking dat je de hoeveelheid water natuurlijk kunt vergroten, maar dat je ook kunt nadenken over hoe je de hoeveelheid kleurstof kunt verkleinen.

"Meneer, meneer, ik weet het. Gewoon wat vloeistof afgieten en er dan opnieuw water bij doen."
"Wat knap van je, zo doe je dat dus. Snapt de rest het ook?"

Dat blijkt niet het geval.

"Ik laat het jullie gewoon zien. Kijk ik gooi nu de helft van de vloeistof weg en nu doe ik er weer water bij. Je ziet dat de vloeistof nog steeds paars is. Welk deel van het korreltje zit er nog in?"
"De helft, meneer."
"Precies, ik ga dat nu herhalen, net zo lang tot we de kleur niet meer zien."

Met veel commentaar van de klas dat het nu toch echt niet meer of juist wel zichtbaar is, ga ik door met verdunnen. Er gaat heel wat water doorheen. Uiteindelijk blijkt dit 9 keer te lukken.

"Ik ga jullie nu laten zien hoe je met dit waterballet een idee kunt krijgen over het aantal moleculen dat in dat kleine korreltje zit. Daarvoor moet ik iets aannemen. Ik beweer dat als je de kleur nog net kunt zien er minstens 1 molecuul in een druppel vloeistof zit. Om verder te kunnen rekenen moeten we het volume van een druppel weten."

Er volgt nu een heel gesprek over hoe je het volume van een druppel kunt bepalen. Ik vermeld hier alleen het resultaat. Een druppel vloeistof heeft een volume van 0,055 ml. Het andere gegeven is dat het volume van het korreltje 1 mm3 is. Bij het berekenen van het aantal moleculen wordt het eenrichtingverkeer. De vragen mogen na de uitleg gesteld worden. Het bord ziet er zo uit:

Ter informatie nog even dit. In werkelijkheid is het aantal moleculen nog veel en veel groter. Maar het doel van de les is bereikt; leerlingen realiseren zich dat het aantal moleculen waaruit een stof is opgebouwd zeer groot is.