ARTIKKEL Når faget vokser ut av fenomenene.pdf
ARTIKKEL Når faget vokser ut av fenomenene.pdf
ARTIKKEL Når faget vokser ut av fenomenene.pdf
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
NÅR FAGET VOKSER UT AV FENOMENENE<br />
Naturen som historieforteller<br />
Aksel Hugo<br />
Program for pedagogikk<br />
Norges landbrukshøgskole - 2002
NÅR FAGET VOKSER UT AV FENOMENENE<br />
2<br />
Det sporhunden har til felles med den musiserende,<br />
diktende, lyttende, lesende – og mer generelt – den<br />
sant oppdagende bevissthet, er at nuet er fylt med<br />
forventning.<br />
Peder Christian Kjerschow<br />
La oss begynne med lukt og smak. En svensk gartner jeg kjenner, fortalte begeistret om en<br />
fransk parfymør han hadde truffet, som med egen nese kunne atskille og identifisere mer enn<br />
tusen ulike parfymelukter. Gjennom mange års iherdig og konsentrert beskjeftigelse med<br />
parfyme, hadde han dyrket frem sin evne til å skjelne og oppleve en hel liten verden <strong>av</strong> lukt -<br />
en verden som for oss med u<strong>ut</strong>viklet luktesans forblir et slags ennå uoppdaget kontinent. Jeg<br />
bruker med vilje begrepet ”dyrket frem”, for den evnen parfymøren hadde <strong>ut</strong>viklet, var vokst<br />
frem gjennom årelang og intens beskjeftigelse med parfymelukt. Gartnerens begeistring<br />
skyldes at dette var noe han kjente igjen fra egen årelang yrkes<strong>ut</strong>øvelse som epledyrker og<br />
eplekjenner. Gjennom intens og langvarig beskjeftigelse med epleveksten og ulike eplesorters<br />
kvaliteter, var blikket hans blitt rikere, opplevelses- og skjelneevnen dypere. I et intervju om<br />
hagebruk som pedagogisk arena (Krantz 2000), bruker han følgende interessante formulering:<br />
Man måste odla relationen. Det er primært det forhold som vi opparbeider som må pleies og<br />
forfines. Dyrkes forholdet, vil - på samme måte som i et vennskap - erfaringsfylde vokse med.<br />
Det gjelder i forhold til venner, som det gjelder i forhold til roser, epler og egentlig all natur.<br />
Spørsmålet er hvordan vi kan bringe dette perspektivet inn i naturfagundervisningen. Hvordan<br />
kan læreren <strong>ut</strong>vikle egne erfaringsevner og dyrke sitt eget forhold til <strong>fenomenene</strong>? Og hva kan<br />
elevene på ulike klassetrinn inviteres med på? Intensjonen med dette kapittelet er å gi deg som<br />
leser noen ledetråder i forhold til mulige øvelsesveier for lærer og elev. Jeg begynner med noe<br />
så konkret som en ”mester”, en som forbilledlig får <strong>faget</strong> til å vokse frem <strong>av</strong> <strong>fenomenene</strong>.<br />
Som det fremgår <strong>av</strong> beskrivelsen, var vedkommende kjemiker <strong>ut</strong> i fingerspissene. Han kjente<br />
stoffene og hadde opparbeidet seg et forhold til dem, slik gartneren hadde det i forhold til<br />
eplene sine. I tillegg er det tydelig at han har et forhold til ungdommene – at han kjenner deres<br />
ståsted og <strong>ut</strong> fra dette kjennskapet opererer som pedagog. I mellomrommet, i broen mellom<br />
<strong>fenomenene</strong>s verden og elevenes, <strong>ut</strong>folder han sitt spillerom som naturdidaktisk kunstner.<br />
Michael Faraday som pedagog<br />
Tidspunktet er en eller annen gang tidlig i 1860-årene. Stedet er the Royal Academy of<br />
Science i London. Oppe på podiet står en <strong>av</strong> datidens mest berømte naturvitenskapsmenn,<br />
Michael Faraday. Nede i salen er det ikke vitenskapsakademiets medlemmer som sitter, men<br />
en samling ungdommer som Faraday (til manges forskrekkelse) har åpnet akademiets dører<br />
for. I en serie på seks forelesninger ønsker han å gi de unge tilhørere en oversikt over datidens<br />
kjemi. Intet mindre! Overraskende er ikke bare valget <strong>av</strong> tilhørerskare, men også valget <strong>av</strong><br />
tema. Bare hør hva han sier i sin korte innledning til den ukelange forelesningsserien:<br />
"I propose, in return for the honour you do us by coming to see what are our proceedings<br />
here, to bring you, in the course of these lectures, the Chemical History of a Candle... (1)
Her velges det <strong>av</strong> Faraday altså noe så lite oppsiktsvekkende som et stearinlys! Og han blir<br />
ved fenomenet uken gjennom! Pedagogisk sett er det et genialt trekk Faraday her gjør ved<br />
å velge et hverdagslig, tilsynelatende lite interessant fenomen. Hvis man virkelig setter<br />
seg inn i alle prosesser knyttet til det brennende stearinlyset, åpenbarer det ikke bare sine<br />
egne, men universets lovmessigheter. Det er Faradays begrunnelse for å velge stearinlyset,<br />
en begrunnelse han legger frem for ungdommene allerede til å begynne med:<br />
...There is not a law under which any part of this universe is governed which does not come<br />
into play, and is touched upon in these phenomena. There is no better, there is no more<br />
open door by which you can enter into the study of natural philosophy, than by considering<br />
the physical phenomena of a candle. I trust, therefore, I shall not disappoint you in<br />
choosing this for my subject rather than any newer topic, which could not be better, were it<br />
even so good."<br />
For at stearinlyset skal <strong>av</strong>sløre alle sine hemmeligheter, fordres det imidlertid en uvant<br />
grad <strong>av</strong> iakttagende innlevelse fra observatørenes side. Det ser Faraday som sin oppg<strong>av</strong>e å<br />
sørge for. I løpet <strong>av</strong> ukens seks foredrag går han gjennom flammen på langs og på tvers,<br />
til han har kartlagt hele den kjemiske historien knyttet til forbrenningen <strong>av</strong> stearinen.<br />
Samtidig blir det hele veien gjort sidesprang fra stearinlyset og over i kjemien knyttet til<br />
de prosesser som blir påvist: Lysfenomenet og forbrenningsprosessen gir anledninger til<br />
sidesprang inn i kjemiforsøk knyttet til datidens lyskjemi, spunnet inn i betraktninger om<br />
forholdet mellom lys og varme. Påvisningen <strong>av</strong> vanndamp som et biprodukt <strong>av</strong><br />
forbrenningsprosessen gir anledning til sidesprang inn i vannets og hydrogenets kjemi,<br />
samtidig som sinkbatteriets kjemi kan gjøres rede for. Så igjen tilbake til stearinlyset og<br />
oksygenets betydning for forbrenningen, noe som gir anledning til en ny ekskursjon inn i<br />
kjemien - oksygenets kjemi og forbrenning <strong>av</strong> ulike metaller i rent oksygen. Slik spinnes<br />
det hele veien tråder fra stearinlyset, <strong>ut</strong> i de universale kjemiske prosesser og så tilbake til<br />
stearinlyset igjen. I tillegg gjennomgås en rekke fysiske forhold knyttet til fenomenet, som<br />
den kapillære væskestrøm i veken eller aerodynamikken knyttet til flammens struktur. Det<br />
hele krydres underveis med en rekke eksotiske fenomener som hydrogenballongen, limelight,<br />
flammetyper, skyggetyper og røykstrukturer.<br />
Som i forbrenningsprosessen selv, <strong>av</strong>sl<strong>ut</strong>tes det med karbondioksidet - og i tilknytning til<br />
dette; karbonets kjemi. Dette muliggjør skrittet fra kjemien over i biologien, med<br />
påvisning <strong>av</strong> analogien mellom vår egen respirasjon og forbrenningsprosessen i<br />
stearinlyset. Så til sl<strong>ut</strong>t spennes buen mellom biologien og det vi i dag ville kalle<br />
økologien - idet samspillet mellom planterikets og dyrerikets respirasjon i begeistrede<br />
ordelag trekkes inn:<br />
Wonderful is it to find that the change produced by respiration, which seems so injurious to us<br />
(for we cannot breathe air twice over), is the very life and support of plants and vegetables that<br />
grow upon the surface of the earth... and they all move abo<strong>ut</strong> to produce the one great work of<br />
making the animal and vegetable kingdoms subservient to each other.<br />
Slik makter Faraday, med <strong>ut</strong>gangspunkt i et skarve stearinlys, for et ulærd publikum å<br />
formidle det viktigste han vet om fysikk, kjemi og biologi i løpet <strong>av</strong> seks forelesninger.<br />
Det bemerkelsesverdige, pedagogisk sett, er at han i tillegg får frem sammenhengene de<br />
ulike prosesser imellom, og finner trådene fra detaljene <strong>ut</strong> i de store livssammenhenger –<br />
fra det som er forbrenningsfenomener og stoffkjemi hele veien <strong>ut</strong> til økologien.<br />
3
Det elegante Faraday gjør, er å benytte fenomenet selv til å strukturere faghistorien som<br />
han forteller. Overskriften han velger synliggjør dette grepet: The chemical history of a<br />
candle: Fra dag til dag i den ukelange forelesningsserien følges stearinens vei oppover i<br />
lyset og flammen i en stoffskiftehistorie som ender der vår egen <strong>ut</strong>pust ender, med<br />
karbondioksid og vann. Det er en reell historie vi kan følge om vi bare ser prosessen.<br />
Linjen i historien er det naturen selv som gir, mens forsker-pedagogens rolle blir å bruke<br />
enkelthistorien til å komme inn til vesensforståelser som er allmenne, slik en god forteller<br />
vil kunne gjøre det. Grepet Faraday velger, kan vi allment betegne som fenomenologisk<br />
metode i natur<strong>faget</strong>. Vi skal komme tilbake til dette begrepet senere i kapittelet.<br />
Den innebygde sammenhengen<br />
Både fra lærere og elever kan vi ofte høre et stønn over at fagene er for fragmenterte, at det er<br />
for mange løsrevne biter som blir presentert. Det integrerende grep som Michael Faraday gjør<br />
er ganske enkelt: Greier du å hente <strong>ut</strong> alle de ulike fag og prosesser fra ett og samme fenomen,<br />
så har du samtidig – <strong>ut</strong>en å omtale sammenhenger - vist hvordan disse fag og prosesser som et<br />
hele henger sammen.<br />
Dette prinsippet kan, som vi skal komme tilbake til, <strong>ut</strong>pensles mer i detalj også for andre deler<br />
<strong>av</strong> kjemien. Før vi gjør det, la oss presisere at fenomenorientert undervisning er et helt allment<br />
grep som sprenger grensene for fag og fagområder. For natur<strong>faget</strong>s del, er det mest åpenbare å<br />
begynne med selve naturen som fenomen i hele sin vidde. Har skolen et eget referanseområde<br />
i tilknytning til naturfagundervisningen? I så fall vil det på samme måte som stearinlyset har<br />
hele kjemien i seg, kunne sies å inneholde alt naturfag. Også her vil det være naturhistorier å<br />
ta <strong>ut</strong>gangspunkt i som selv gir struktur til undervisningens design; det kan være store historier<br />
over lange tidsløp slik de arter seg i vegetasjonshistorie eller jordsmonnsdannelse. Eller det er<br />
historier knyttet til botanisk suksesjon, <strong>ut</strong>vikling <strong>av</strong> hogstklasser, enkeltvekster (morfologisk i<br />
forhold til vekstvilkår), økologisk samspill mellom enkeltarter, enkle fuglebiografier osv. Inn<br />
i dette levende nettverket <strong>av</strong> historier i historier, vil det naturligvis også foregå en masse<br />
kjemi knyttet for eksempel til nedbrytning (forbrenning) og fotosyntese, til geologi (sure og<br />
basiske bergarter), til jord og til sopp og planteliv. Antallet historier som kan forfølges er<br />
uendelig, så det sier seg selv at kunsten ligger i å velge et <strong>ut</strong>valg som treffer både læreren og<br />
elevene – og som samtidig kan bygge opp under den faglige fokusering en ønsker i akkurat<br />
den klassen på akkurat det klassetrinnet. Selv har jeg god erfaring med å knytte<br />
undervisningen opp mot et referanseområde hvor vi kommer igjen og igjen, til ulike årstider<br />
og med ulike blikk i forhold til prosesser og fenomener. Som grunnleggende<br />
bakgrunnshistorie gir jeg elevene forståelsen <strong>av</strong> de lange linjene i landskapsprosessene – til de<br />
selv kan se en slags sakte film i terrenget fra istid gjennom jordsmonnsdannelse og<br />
vegetasjonshistorie. Målet blir å få forståelsen så langt at de evner å gjenfinne historien i<br />
terrenget (<strong>fenomenene</strong>) de hvor som helst har under føttene og rundt seg. Terrenget som før<br />
bare var et fiksérbilde, en statisk overflate – får liv og begynner å bli dynamisk, begynner å<br />
leve i tiden.<br />
Bildeserien på neste side gir tre glimt <strong>av</strong> jordsmonnsdannelsen. Den går hånd i hånd med en<br />
suksesjon <strong>av</strong> planter – fra l<strong>av</strong> (rett på fjellet) til mose, gras og høyere planter. For å se denne<br />
historien må vi se stasjonene – omtrent som i en tegneserie – og så selv bringe inn bevegelse<br />
som får historien frem som noe vi ser inne i oss, selv om det er frosne bilder vi ser i terrenget.<br />
4
5<br />
Pionerstadiet:<br />
l<strong>av</strong> <strong>vokser</strong> direkte på fjell,<br />
planter <strong>vokser</strong> i sprekkene.<br />
Jord dannes langsomt:<br />
Mosen må gi tapt for graset.<br />
Det har visst vært noen her og<br />
fjernet mose – morellsteinene<br />
vitner om måkene!<br />
Plantesuksesjon og jordsmonn:<br />
Kan du lage en film <strong>av</strong> hvordan<br />
jordsmonnsdannelsen har foregått<br />
i samspill med plantesuksesjonen<br />
i tidsrommet fra fjellet var bart?
Til den vide terrenghistorien hører det med to grunnprosesser, som preger dannelseshistorien i<br />
både stort og smått, nemlig dynamikken mellom oppbygging og nedbryting. Den gjenfinner vi<br />
overalt vi snur oss hen. Forståelsen <strong>av</strong> historiene knyttet til jordsmonnsdannelse, planteliv og<br />
økologi kan knyttes opp mot denne allmenne verdensdynamikk. Soppenes spesifikke rolle i<br />
naturen blir tydelig, og dynamikken mellom forbrenning og fotosyntese, som vi har vært inne<br />
på i kjemien, får pl<strong>ut</strong>selig et livsnært, reelt og dramatisk bilde (bare se rundt deg) å knytte an<br />
til.<br />
Jeg nevner dette allerede her, fordi det kan passe å ha disse <strong>ut</strong>e-erfaringene knyttet til biologi i<br />
minne når vi nå setter oss inn i klasserommet eller kjemisalen for å arbeide med kjemien på en<br />
måte som tar Faraday ett skritt videre. Vi skal fordype oss i forbrenningsfenomenet, og vi skal<br />
se hvordan det er mulig å gå ett skritt videre over til fenomenet syrer og baser, og mer<br />
generelt til karbonets kjemi. Kunsten er å bygge <strong>ut</strong> fenomenfordypningen slik at den knytter<br />
an til – og fordyper - det vi ønsker å gjennomgå pensummessig.<br />
En helt vanlig fyrstikk<br />
Om vi nå spør oss selv eller elevene hvor Faradays stearinflamme kom ifra, vil vi forfjamses<br />
litt. Hvor kommer lyset fra? Hvor har det sitt opph<strong>av</strong>? Vi merker at det svimler litt, og kan vel<br />
føle tilfredshet eller ubehag ved det – alt etter legning og type. Vi kan uansett nøkternt ta tak i<br />
tenningsprosessen og undersøke den litt nærmere. Den begynner som kjent med en helt vanlig<br />
fyrstikk.<br />
Dette å stoppe opp litt og, som et barn, spørrende iaktta de helt vanlige fenomener er <strong>av</strong> og til<br />
helt på sin plass. Fyrstikken er et godt eksempel på noe vi har sett så mange ganger at vi ikke<br />
egentlig iakttar, men bare registrerer: ”Aha, en fyrstikk”. Vi er straks ferdige med saken når vi<br />
har registrert det. Men hva er det egentlig vi har foran oss? En trepinne – et eller annet treslag<br />
må det være – firkantet – den rødbrune kuleformen i den ene enden, hvor hele poenget med<br />
fyrstikken liksom sitter – hvordan lages den? Slik forsker det spørrende blikket når vi tar noe i<br />
nærmere øyesyn. Og akkurat dette, å ta noe i nærmere øyesyn, er faktisk en sentral egenskap å<br />
lære elevene. Ikke bli overrasket om det er en <strong>av</strong> de såkalt svake elevene som er den sterke<br />
iakttageren og rask til å oppdage finere detaljer: ”Det er noe glatt i treverket, noe<br />
impregneringsgreier – men det glatte mangler i den enden som vender vekk fra<br />
fyrstikkhodet!”<br />
Litt omtanke må til når en deler <strong>ut</strong> fyrstikker til en<br />
klasse elever, det sier seg selv. Ellers blir det lett mye<br />
røyk, og lite forståelses-ild. Skal vi undersøke<br />
fyrstikken skritt for skritt, er det lurt å vente med å<br />
dele <strong>ut</strong> ripeflaten. Først etter den tørre undersøkelsen<br />
– hvor spørsmål gjerne kan få henge i luften, kan det<br />
passe med en intensivert studie <strong>av</strong> hvordan fyrstikken<br />
brenner. Her er det greit å si til elevene at de har kort<br />
tid på seg (den tiden en fyrstikk brenner) til å få med<br />
seg og beskrive så nyansert og nøkternt som mulig<br />
hva de ser og sanser.<br />
Det er mulig å samle trådene etter en slik første, korte undersøkelsesøkt, ved å samle sammen<br />
de observasjonene som er gjort i et felles bilde, gjerne på t<strong>av</strong>len. Her gir jo fenomenet selv en<br />
viss struktur som vi kan følge i beskrivelsen. Begynner vi med fyrstikken <strong>ut</strong>ent og tegner den,<br />
6
kan vi sette noen n<strong>av</strong>n – og samle opp et bilde med bildetekst. Her er det mulig for læreren å<br />
trå til med tilleggsopplysninger. For eksempel treslaget (gjerne osp), impregneringen (parafin<br />
for at treet lett skal ta fyr fra svovelet) og i tillegg et salt som kveler etterglødingen og gjør at<br />
det ikke faller glødende biter ned (ammoniumhydrogensulfat). Om en også har oppskriften på<br />
tennsatsen, blir jo følelsen <strong>av</strong> å kjenne fenomenet ytterligere forsterket. Den oppskrift jeg har<br />
fått tak i for selv å lage tennsats lyder slik:<br />
1,5 gram svovel (brennbart emne)<br />
12 gram kaliumklorat (<strong>av</strong>gir oksygen)<br />
5 gram manganoksid og 5 gram jernoksid (katalysator, friksjonsmiddel)<br />
2,5 gram gummi arabicum i 10 ml vann (blir bindemiddel)<br />
Alle pulveringrediensene knuses godt, slik at de blir godt blandet. Vann og gummi<br />
arabicum (blir bindemiddel) blandes og las svelle. Deretter varmes det opp til 50-70<br />
grader celsius slik at det løses opp. Alt pulver, bortsett fra kaliumkloratet, blandes<br />
sammen og røres inn i bindemiddelet til det blir en homogen blanding. Så tilsettes<br />
kaliumkloratet, og man rører forsiktig om. Fyrstikkene kan nå dyppes og henges til tørk.<br />
Den voldsomme, brusende tenningen som fyrstikkhodet gjør, knytter seg altså til oksygen<br />
som blir frigjort fra et salt det er bundet i (kaliumklorat). Selve tenningsprosessen som ligger<br />
for<strong>ut</strong> for dette er jo et mysterium for seg. Hvordan tar det fyr? Det er tydelig at svovelet<br />
brenner og at det lukter litt svoveloksid, og at parafinet brenner kan man se på den lille dråpen<br />
som noen <strong>av</strong> elevene har observert i forkant <strong>av</strong> flammen på undersiden <strong>av</strong> fyrstikken. At<br />
trestykket brenner er altså kun siste trinn i en lang kjede <strong>av</strong> en godt planlagt ”brannstafett”. Så<br />
langt er prosessen klar. Det som er vanskelig å få grep om, er selve starten. Hva er<br />
betingelsene for at det i det hele tatt tar fyr? Hvilket stoff er det som begynner å brenne? Og<br />
hvordan skjer dette? Friksjon og varme går det an å formidle og erfare: Vi drar fyrstikken, og<br />
lager på den måten varme. Slik er det prosessen starter – men altså <strong>ut</strong>en ild, kun med varme.<br />
Gåten er jo denne overgangen fra ren varmeprosess og over til den flammende ilden med de<br />
tilhørende kjemiske prosessene.<br />
Det er en aha-opplevelse for mange å få vite at prosessen starter i ripeflaten; at det er den som<br />
egentlig først tar fyr! De som iakttar nøye selve tenningsøyeblikket, kan se at det flammer opp<br />
i flaten – men sporene kan jo lett tolkes som merker etter svovelhodets forbrenning. Det mest<br />
overbevisende indisiet på at det rødbrune stoffet i flaten er uunnværlig i tenningsøyeblikket er<br />
rett og slett den <strong>ut</strong>brukte (<strong>ut</strong>brente) ripeflaten hvor det ikke går an lenger å få til noen tenning.<br />
Nå er tiden inne for å gi oppskriften på ripeflaten. Også denne må ha et bindemiddel som brer<br />
stoffene <strong>ut</strong> over flaten (gummi arabicum) i tillegg til et friksjonsmiddel (kalsiumkarbonat) og<br />
det lett antennelige stoffet (rødt fosfor).<br />
7
8 gram rødt fosfor (lett antennelig stoff)<br />
5 gram kalsiumkarbonat (friksjonsmiddel)<br />
3 gram gummi arabicum i 15 ml vann (bindemiddel)<br />
Bindemiddelet lages på samme måte som med tennsatsen. Tilsett rødt fosfor og<br />
kalsiumkarbonat og rør godt om. Stryk et tynt lag <strong>av</strong> massen på et stykke kartong.<br />
Etter en times tørketid vil ripeflaten være klar.<br />
I forlengelsen <strong>av</strong> fyrstikkundersøkelsen, er det naturlig å ta fatt i teknologihistorien som ligger<br />
bak det fyrtøyet vi tar for gitt i dag. Rent fenomenologisk er jo denne kulturhistorien en del <strong>av</strong><br />
”dannelseshistorien” til det vi har foran oss på bordet. Det som vi i dag tar for gitt, og de fleste<br />
ikke engang er klar over, var en gang en viktig oppfinnelse. Fosforet og svovelet har skilt lag<br />
– slik at tenningen bare kan skje mot ripeflaten på esken. Det var på verdens<strong>ut</strong>stillingen i 1855<br />
i Paris at de to svenske brødrene Lundstrøm fikk førstepris for sine sikkerhetsstikker. For<strong>ut</strong><br />
for det var det fosforstikkene som dominerte med en tennsats <strong>av</strong> kaliumklorat (gir oksygen)<br />
og hvitt fosfor (som er giftig). Briten Robert Hoyle (1627-1691) var den første til å oppdage at<br />
en svovelstikke tok fyr <strong>av</strong> seg selv hvis den hadde vært nær hvitt fosfor. Allikevel ser ikke<br />
den kjemiske fyrstikken som bygger på dette prinsippet dagens lys før så sent som<br />
begynnelsen <strong>av</strong> 1800-tallet. Det var også først da (1805) at franskmannen Chansel oppdaget<br />
hvordan oksygen frigjøres når svovelsyre spalter kalsiumklorat. Ut ifra denne oppfinnelsen<br />
laget han de såkalte dyppestikker; med en tennsats <strong>av</strong> nettopp kalsiumklorat, sukker og<br />
gummi arabicum som han dyppet vanlige svovelstikker ned i. <strong>Når</strong> denne tennsatsen ble<br />
dyppet i svovelsyre, skjedde det en kjemisk varme<strong>ut</strong>vikling som var sterk nok til at stikkene<br />
tok fyr. Det er trolig dette fyrtøyet som en gammel norsk sjømann beskriver sitt første møte<br />
med i 1836:<br />
Vort værste Arbeide var at faa ild paa Kabyssen, og holde Ilden vedlige. Og den som ikke har prøvet<br />
Taalmodighedsarbeidet med Knusk og Flint, kan ikke engang forestille sig hvordan vi h<strong>av</strong>de det. Saa var det en<br />
Gang i Falmo<strong>ut</strong>h – jeg tror det var i 1836. Skipperen kom noksaa lurt bort til mig og sagde at nu skulde jeg slippe<br />
Kommercen med Knusk og Flint. Og meget hemmelighedsfuldt kaldte han os sammen, trak en Fladske og nogle<br />
Pinder op af Lommen og begyndte sit Experiment. Vi gabte naturligvis af Nysgjerrighed, men holdt paa at falde<br />
overende af Forbauselse, da han ved at dyppe en Pinde i Fladskens Væske fik Pinden til at brænde. Det var ikke frit<br />
for at jeg mistænkte ham for at staa i Ledtog baade med det ene og det andet, men den som blev glad det var mig.<br />
Dette var de første Fyrstikker jeg saa. Wetting, Ol<strong>av</strong> (1968), Norsk fyrstikkindustri. Universitetsforlaget (s. 27)<br />
Allerede fra oldtiden kan man lese om svovelstikker. De var ikke fyrstikker i vår forstand, da<br />
de ikke hadde evnen til å tennes, men bare et hjelpemiddel når man allerede hadde en glo for<br />
hånden. <strong>Når</strong> man stakk stikker <strong>av</strong> mer eller mindre rent svovel bort i en glo og blåste, tok først<br />
svovelet fyr, siden treet. Tykke tråder <strong>av</strong> lin eller bomull har også blitt svovlet opp og brukt til<br />
opptenning. Opedal fra Kinsarvik beskriver prosessen med smelting, trekking og tenning slik:<br />
Dei la svovelet i ei skjøe, ei lita kole eller i eit brot og sette på glørne så det bråna. Sidan duppa dei nedi ein tjukk,<br />
heimgjord bomullstråd eller ein grov lintråd. No kunde dei dra svoveltråd upp or kari. Dei klypte honom i stubbar<br />
så lange som fyrstikker, slo eldjarn mot flintstein så det sprang gneistar ned i tunder, stakk burttil svoveltråden so<br />
han tok eld. Med den brennande tråden kveikte dei talgljos, og talgljoset stakk dei burt i kveiksla under veden på<br />
gruva. Wetting, Ol<strong>av</strong> (1968), Norsk fyrstikkindustri. Universitetsforlaget (s. 17)<br />
Svovelstikkene var altså et hjelpemiddel til å gjøre glo til flamme. Selve gloen var det lightermetoden<br />
en benyttet seg <strong>av</strong> for å få, med ildjern mot flintstein. Så gjaldt det å fange gloen opp<br />
og få den til å fate – og stafetten var i gang fra svovel, via talglys og til knusket under veden. I<br />
fyrstikken som vi tenner <strong>ut</strong>en å tenke mer over det, har mennesker forfinet denne ildstafetten i<br />
en fortettet, brannsikker og giftfri form. Se nå har vi straks noe mer mellom hendene enn ved<br />
timens begynnelse. Vi har fått en relasjon til fyrstikken, og kan legge den bort. Selve flammen<br />
og forbrenningsprosessen kan vi undersøke videre i det stearinlyset som er blitt tent.<br />
8
Flammen som fenomen<br />
Dersom det ikke er trekk i rommet, er det en stabil og formfullendt flamme vi har foran oss –<br />
<strong>ut</strong>en blafring og soting. Vi trenger ikke fortelle elevene det, men tenk et øyeblikk over hvilken<br />
lang vei teknologihistorien la bak seg før den endte opp med dette klimaks: En stille, lukt- og<br />
osløs flamme i en oljelampe som ikke trenger noen skål (den lager den jo selv), og heller ikke<br />
renner fordi stearin som fettstoff er akkurat mykt nok til å smelte godt og akkurat hardt nok til<br />
å beholde formen. Som en fullendt frukt, <strong>ut</strong>en å prange med sin perfeksjon, umulig å forbedre,<br />
er stearinlyset (som fyrstikken) kommet for å bli i vår kultur.<br />
Har vi dempet lyset i rommet for å kunne se flammene bedre, vil det - før vi kommer så langt<br />
som til å undersøke dem - ofte oppstå et interessant fenomen, nemlig en høytidsstemning som<br />
brer seg i rommet. <strong>Når</strong> den brer seg, kan den oppleves som litt upassende, liksom. Og det er jo<br />
interessant. Hvorfor er den upassende? Som sanseiakttagelse, bør den ikke få lov å høre med?<br />
Indre erfaringer klinger videre som indre spørsmål, - samtidig som det nå handler om å vende<br />
oppmerksomheten til elevene nøkternt mot forbrenningsprosessen og flammen de har etablert<br />
foran seg. Jeg bryter stillheten: ”Hvordan ville dere beskrive flammen? Fortell så det er mulig<br />
for en som er blind å se den for seg i detalj!” Det blir gjerne stille en stund. Det som jo skulle<br />
være så lett, viser seg å være vanskelig – litt overveldende. Noen elever blir nok også hindret i<br />
at de forventer at det er bestemte ting jeg vil at de skal se, og lurer på hva dette kan være. Det<br />
blir selvsagt en sperre for å komme i gang og å stole på sine egne sanser. Andre kan være litt<br />
overveldet <strong>av</strong> hele saken – får liksom ikke fatt i det hele: Denne stille og enkle flammen, er jo<br />
et dramatisk og enormt sammensatt foretak: helheten er dynamisk; formen er den samme hele<br />
tiden og likevel hele tiden ny – fast stearin blir til flytende og til gass – stoff forvandles og går<br />
over til å gi lys og varme (den overgangen er jo ikke så enkel å fatte) - veken trekker opp<br />
væske i den ene enden og gløder oransje i den andre akkurat der flammehuden berører den –<br />
luften settes i bestemte bevegelser rundt flammen osv. Denne bevegeligheten hele veien gjør<br />
forstanden litt svimmel rett og slett. Det er vanskelig for fornuften å finne noe å bite seg fast i<br />
når fenomenet det står overfor stadig forvandles og samtidig strømmer. Jeg sier alt dette som<br />
forklaring på den nølingen som ofte kommer i elevgruppen.<br />
For å samle klassen i denne litt famlende åpningssituasjonen, kunne det passe å gi et samlende<br />
bilde og innspill fra min side her. Jeg spør: ”Hvis dere tok film <strong>av</strong> stearinlyset noen timer, hva<br />
ville dere da se om dere kjørte filmen i rask kino?” Det blir klart at stearinlyset forsvinner, at<br />
det går opp i røyk. Vi har med stoff-forvandlinger å gjøre - og det vi vil undersøke i<br />
kjemitimen er hva slags forvandlinger som foregår i og omkring flammen. Det som i tillegg<br />
møter oss der, i samspill mellom forvandling <strong>av</strong> stoffene, er <strong>fenomenene</strong> lys og varme. Der vil<br />
fysikktimene overta. Dermed er det plassert inn i stearinlysopplevelsen hva vi nå skal<br />
gjennomgå, og hva vi vil ha mulighet til å gå videre på senere. For elevene er det<br />
tilfredsstillende å få plassert ting: Slik og slik nå, og resten kommer i andre timer og<br />
sammenhenger! I virkeligheten hører disse tingene sammen; stoff og lys/varme, kjemi og<br />
fysikk, det ser dere jo. Og det er noe annet som dere også kan se. Om dere virkelig<br />
konsentrerer dere og forestiller dere filmen <strong>av</strong> stearinlyset, som lyser og varmer og samtidig<br />
gradvis ”forsvinner”, om dere ser dette for dere og så kjører filmen baklengs, hva ser dere da?<br />
Da vil dere først se sl<strong>ut</strong>ten på filmen - altså ingenting, og så et stearinlys som strekker seg opp<br />
<strong>av</strong> bordplaten og <strong>vokser</strong> rakt i vei til full høyde! Ja, dere vil se stoff-forvandlingen i baklengs<br />
film. Og forbrenningen baklengs, hva slags prosess er det?<br />
9
FOTOSYNTESE<br />
lys og varme<br />
karbondioksid + vann organisk stoff + oksygen<br />
lys og varme<br />
FORBRENNING<br />
Om det lykkes å få elevene til å beholde forbindelsen til det de umiddelbart ser – og samtidig<br />
forsterke prosessen for sitt indre øye og reversere den, har jeg som naturfaglærer oppnådd det<br />
nærmeste jeg kommer en opplevelse <strong>av</strong> pensumformlene (se forrige side). Saken er at elevene<br />
bør kjenne formlene som noe mer enn et bokst<strong>av</strong>elig innhold. Hele elevgruppen vinner jo på å<br />
kunne forbinde de tørre formlene med et opplevelsesinnhold. Dette lille intermessoet blir slik<br />
sett et kontrapunkt til den fordypningen vi skal gå inn i. Vi har plassert undersøkelsen vi skal i<br />
gang med inn i en sammenheng som omfatter andre fag og virkeligheter enn kjemiens – vi har<br />
et grep om det hele før vi går inn i detaljene.<br />
Det er spennende å være lærer når prosessen kommer i gang og elevene her og der begynner å<br />
melde inn hva de ser. Det krevende er å være åpen som lærer og til stede både i det som skjer<br />
i elevene og det en selv ser (det er jo første gang jeg ser og hører akkurat dette!) og å føye<br />
denne åpenheten sammen med en ledelse som vet noen stasjoner vi vil til, hvor vi kan samle<br />
trådene.<br />
Det er klart at vi skal dit at vanndamp og karbondioksid påvises – og at elevene får erfare det<br />
som formelen viser i overgangen fra organisk stoff. I tillegg er det oksygenets rolle som vi jo<br />
kan vise på ulike sett – gjerne tradisjonelt med en glassklokke over et stearinlys som flyter på<br />
en kork - hvor vannet stiger og ca. 20 % <strong>av</strong> luftvolumet blir borte. Men før vi kommer dit, har<br />
den faste stearinen en lang vei å gå opp gjennom flammen. Her er noen knagger på denne<br />
veien som kan være en hjelp til å få øye på:<br />
1. Stearinens vandring<br />
Vi kan se overgangen fra fast til flytende rundt koppdannelsen - og vi kan ane overgangen fra flytende til gass<br />
og transporten i veken. De dansende bevegelsene i koppen viser en roterende bevegelse. Slik h<strong>av</strong>strømmene<br />
drives <strong>av</strong> temperaturdifferanser er det også i dette h<strong>av</strong>et voldsomme strømninger. Veken trekker opp stearinen –<br />
det er et fenomen vi kjenner når vi stikker et hårrør ned i vann. Om det i tillegg er andre krefter som driver<br />
strømmen opp og inn i flammen (vedheng i parafinstrømmen, driv fra temperatur eller trykk) er interessante<br />
spørsmål. På yttersiden <strong>av</strong> stearinlyset er det en skorsteinseffekt. Det foregår en konstant transport <strong>av</strong> luft opp<br />
over kanten, denne konstante tilførselen er en for<strong>ut</strong>setning for den jevne flyten i flammen. Den bidrar også til å<br />
kjøle kanten på lyset slik at den holder seg stiv nok til å være en skikkelig kopp.<br />
2. Flammens fargestruktur<br />
Vi kan tydelig se det mest gull-lysende område fra øvre halvdel og ned omkring et tydelig gråere område midt i<br />
nedre halvdel omkring veken. Vi kan også se en tydelig oransje glød i vekens tupp i sidekant <strong>av</strong> flammen og<br />
blålig hud i flammens underkant. Den grå sonen rett rundt veken som ikke gløder, er stearingass. Stikker du en<br />
nål inn i denne sonen soter den ikke. Det gjør det derimot lenger opp hvor flammen lyser som sterkest. Jeg<br />
anbefaler å la elevene gjøre en oppdagelse <strong>av</strong> hva som er inne i flammen ved å stikke en metallgjenstand inn.<br />
10
Hva er det der i det aller helligste – der det lyser skarpest? Jo, der er det som svartest! Noen vil si SOT. Ja det er<br />
rett; sot! Og hva er sot, hvilket kjemisk stoff er det? Det blir gjerne litt stille da. Så er det en som prøver seg med<br />
KULL eller KARBON. Ja det er riktig, dette er kull – det er det som dere skriver C for i kjemien. Er alle med på<br />
det! Det er ikke stearin, det er KULL, rent kullstøv! For de fleste er dette ”aller enkleste” en aha-opplevelse. Inne<br />
i flammen, der det lyser, er kaoset optimalt. Der er historien kommet så langt at stearinen er revet i filler. At det<br />
er akkurat da det lyser, kan vi jo undres over eller oppleve som vakkert. Og samtidig er det litt overraskende at<br />
det rett og slett er glødende kull vi ser inne i enhver stearinlysflamme. At kull kan gløde har jo alle sett. Men<br />
visse selvsagtheter blir annerledes når de kommer i en ny sammenheng.<br />
Det vil være en fordel å ha en <strong>ut</strong>brent kullbit liggende – og kunne ta den opp og ta hardt i den og bli litt svart på<br />
fingrene samtidig som vi kommer til dette poenget. KULL! Det blir liksom kjernen i timen å komme dit – har vi<br />
sett og sagt det, blir det lettere å fatte at det er KULLdioksyd – og samtidig underligere. Overgangen fra stearin<br />
til kull er allerede et lite mirakel for mange <strong>av</strong> elevene – ja for hvordan kan egentlig noe bli til noe annet? For<br />
dem som er interessert i organisk kjemi hører det med til historien at det vil være en lang rekke overgangsstadier<br />
på veien fra stearingass til kull, og at det finnes en <strong>av</strong>ansert kjemi knyttet til disse ustabile mellomformene.<br />
<strong>Når</strong> lamper oser, hva er det da som skjer? Har noen sett hvordan taket ser <strong>ut</strong> i en stue hvor parafinlampens<br />
flamme har blitt for høy? <strong>Når</strong> en flamme oser, brytes flammehudens overside opp, og kullet går til værs<br />
uforbrent. At vi kan tenne på dette kullet (noe stearingass vil det også være) i stripen <strong>av</strong> os etter at vi har slukket<br />
flammen og få en flamme til å brenne seg ned til veken gjennom løse lufta, vil kunne illustrere dette at kullet<br />
faktisk brenner.<br />
Den glødende tuppen på veken gir oss en indikasjon på at det må være her (i flammens hudområde) at karbonets<br />
ekteskap med oksygenet finner sted. At veken er flettet, bidrar for øvrig til at den bøyer seg litt og stikker <strong>ut</strong> på<br />
siden, slik at den brennes <strong>av</strong> i møtet med oksygenet. Derved slipper den å klippes. Av og til kan vi se at dette<br />
ikke fungere og veken må klippes. Spørsmålet om blåfargen langs kanten <strong>av</strong> flammen bringer oss i kontakt med<br />
fargelæren – som vi her må la ligge. Det samme gjelder hele startprosessen før det oppstår en dynamisk likevekt<br />
i flammen. Hvordan foregår den? Svært ofte vil vi se at flammen <strong>vokser</strong> (på stearinen i veken) – før den dernest<br />
begynner å skrumpe inn – til den så tar seg opp igjen ved å begynne å smelte unna stearin som mater veken. Vi<br />
kan også komme borti flammer som står og vibrerer opp og ned lenge i en slags hysterisk <strong>av</strong>-og-på-likevekt.<br />
Etter å ha dannet et bilde <strong>av</strong> hele forbrenningsprosessen så formelen er dokumentert, er det på<br />
sin plass å trekke tråden fra forbrenningen i stearinlyset til forbrenningen slik vi kjenner den i<br />
åndingen i dyrecellen. Underveis kan vi også ha lagt inn en kommentar om en forbindelse: for<br />
eksempel er det mulig å assosiere til hvordan de ville oppleve dette å mangle oksygen, å ikke<br />
få puste, når eleven ser flammen som er i ferd med å dø <strong>ut</strong> under glassklokken. Lungene våre<br />
bringer oksygen til kroppen – og blodet bringer dette <strong>ut</strong> til cellene. Jo, det har de hørt. Det de<br />
ikke har hørt eller tenkt, er at flammen er naturens modell <strong>av</strong> en levende celle. Akkurat som i<br />
flammen, er det også slik i kroppen deres at likevekten er dynamisk - og de faste formene bare<br />
tilsynelatende står der urørlige. Stoffene kommer og går, strukturen består. Hva trenger denne<br />
flammen for å brenne? Den må mates gjennom veken med kullstoffer <strong>av</strong> et eller annet slag og<br />
så må den tilføres oksygen. Hvem opplever det som upassende at lyset og livet er beslektet?<br />
Fenomenets mangfold – oksidene<br />
Hvor detaljert en går i dybden i forhold til et fenomen, og i dette tilfelle hvor mange timer en<br />
bruker på å komme gjennom flammen, vil selvsagt kunne variere. Poenget rent didaktisk er å<br />
kunne veksle mellom å gå i dybden og bredden. Har vi fått en relasjon til et fenomen som for<br />
eksempel forbrenning, har vi forstått temaet til bunns, så vil vi lett kunne ta imot et mangfold<br />
<strong>av</strong> variasjoner <strong>av</strong> dette temaet <strong>ut</strong>en at stoffmengden kjennes tyngende. Tvert imot, kjennes det<br />
faktisk både befestende og belivende <strong>ut</strong> for det vi allerede har gjennomgått når det viser seg å<br />
kunne varieres i et mangfold <strong>av</strong> former. Mange variasjoner kan da tas imot på relativt liten tid,<br />
<strong>ut</strong>en at det kjennes <strong>ut</strong> som faglig overkjøring.<br />
11
Vi har brent stearin. Er det andre stoffer som også brenner? De mulige variasjonene <strong>av</strong> temaet<br />
forbrenning er jo gedigen. Det viser seg at alle organiske stoffer brenner – ja, hele<br />
milliontallet <strong>av</strong> organiske karbonforbindelser som plantene syntetiserer i forlengelsen <strong>av</strong><br />
fotosyntesen. <strong>Når</strong> de brennes, lager de altså alle det samme oksidet – karbondioksid.<br />
Klimadebatten kan her tas opp med kull- og gasskraftverk og spørsmål knyttet til <strong>ut</strong>slipp <strong>av</strong><br />
CO2 eller NOx. Uten å gå helt i detalj er det mulig å gå inn på de ulike brennstoffene som<br />
parafin, bensin, propan, b<strong>ut</strong>an og metan osv. Vi kan gjøre oppmerksom på gulfargen som er<br />
karakteristisk for flammen fra stoff som inneholder karbon - som minner oss om sola, som var<br />
fadder for all denne stoffdannelse.<br />
Hva med andre stoffer enn de organiske? Brenner de? Hva skal til for at de brenner? Her er en<br />
overgang mulig til oksidene som kjemisk gruppe. Slik vi ville frem til opplevelsen <strong>av</strong> kullet i<br />
stearinlyset som et tyngdepunkt i undersøkelsen <strong>av</strong> flammen, vil mangfoldet <strong>av</strong> forbrenninger<br />
kunne lede frem til sikkerhet om at hvert stoff som brenner danner sitt oksid. Svovel og fosfor<br />
som vi har hørt om allerede, er de mest nærliggende å ta tak i. Vi kan hente frem stoffene i ren<br />
form, det lysegult, rene svovelpulveret og det rødbrune fosforpulveret. Det er jo et poeng å få<br />
se stoffene med egne øyne – om ikke elevene får lov å behandle dem. Etter min erfaring kan<br />
det ikke gjøres for tydelig, noe <strong>av</strong> det vi gjør i kjemitimen. Om vi har to petriskåler hvor<br />
fosforet og svovelet får vise seg, kan vi legge til en tredje skål ved siden <strong>av</strong> med det tredje<br />
ikke-metallet, karbon. Om det er grafitt eller en trekullbit har ingen ting å si. Vi kjenner jo<br />
allerede den historien, vet hva som vil skje om vi brenner dette svarte stoffet. Da får vi<br />
karbondioksid. Nå ligger det mye i kortene der allerede. Om vi brenner de andre stoffene: hva<br />
får vi da? Petriskålene slik de blir plassert ved siden <strong>av</strong> hverandre formulerer spørsmålet.<br />
Svaret bør jeg ikke si, men vise. For å vite hva vi får når vi brenner de to stoffene, må vi jo<br />
brenne dem!!! For å få frem forskjellen i flammefarge, og et kvalitativt inntrykk <strong>av</strong> hvor ulikt<br />
de brenner, har jeg hatt god erfaring med å ta en spiseskje svovelpulver, tenne det i skjeen<br />
over en brenner og helle det flytende og brennende stoffet over en håndballstor,<br />
halvkuleformet stein inne i <strong>av</strong>trekkskapet. Svovelet vil først smelte og blir rødlig flytende før<br />
det brenner med en kald og blålig flamme som liksom bare slikker over stoffet. Det røde<br />
fosforet brenner i et kraftig, <strong>ut</strong>strålende oransje-gult. Vi vil se at det oser, og vil – på tross <strong>av</strong><br />
<strong>av</strong>trekkskapet vite det også med nesen, denne stikkende og ubehagelige lukten - før vi får<br />
begrepet svoveloksid (mer presist svoveldioksid, det har med mengdeforholdet å gjøre –<br />
poenget her er at forbrenning <strong>av</strong> svovel gir et oksid <strong>av</strong> svovel). Tilsvarende vil begrepet<br />
fosforoksid kunne knyttes til gassen som fosforet gir. De tre ikke-metallene karbon, svovel og<br />
fosfor kan altså brenne ved å forbinde seg med oksygen og danne ulike oksider.<br />
Hva med metallene da? Kan de brenne? Noen sier kanskje nei, noen ja. Det slår aldri feil om<br />
vi da trekker frem et magnesiumbånd og tenner på det. En flamme som er så sterk og hvit at<br />
vi må beskytte øynene og ikke se direkte på den, og som i fotografiets barndom ble brukt som<br />
flash i lampen. Det drysser et hvitt pulver ned som vi kan samle opp og som ikke er giftig. Det<br />
er – ja det er magnesiumoksid. <strong>Når</strong> magnesium brenner, dannes et oksid som ikke en gass,<br />
men et hvitt pulver. Det kalles talkum, dette turnerne faktisk bruker som anti-glippe-middel på<br />
hendene når de skal gjøre øvelser i svingstang. Vi samler pulveret opp, for det vil vi trenge til<br />
neste trinn i undersøkelsen når vi skal se på syrer og baser. Vi brenner kobber og får en grønn<br />
flamme og kobberoksid (irr), vi brenner jernspon og får herlige stjerneskudd (de brukes også<br />
der) og vi brenner natrium og får en sterk gul farge (den brukes også i stjerneskudd). Det kan<br />
også fungere å rett og slett samle stjerneskudd fra nyttårsaften. Fyrverkeri er metaller i brann.<br />
12
Poenget er å bre et tema – i dette tilfelle forbrenning - <strong>ut</strong> i bredden i mange variasjoner. Det er<br />
velgjørende med variasjon i verden, samtidig som det gir oss innblikk i noe som er fast i dette<br />
mangfoldet: Oksygenets rolle blir tydelig den samme uansett hva det er vi brenner. Det vet jo<br />
alle i dag, men igjen er det mulig å dykke inn i selvsagtheten. Historien om hvordan L<strong>av</strong>osier<br />
påviser oksygen og finner frem til oksygenets rolle i forbrenningen er spennende og lærerik i<br />
denne sammenhengen. Det er ikke selvsagt at det hvite pulveret som det brente magnesiumet<br />
legger etter seg er en forbindelse mellom oksygen og magnesium. Undersøker vi stoffvekten,<br />
blir det tydelig at stoffet er blitt tyngre. Veier vi nøyaktig, vil vi se at tyngdeforholdet mellom<br />
magnesium og pulveret vil stemme med tyngdeforholdet mellom Mg og MgO.<br />
Selv om det er fristende å ta med det fascinerende smellet i ekteskapet mellom oksygenet og<br />
hydrogenet – med forbrenningen <strong>av</strong> hydrogen, som gir den overordentlig besynderlige asken:<br />
VANN – lar vi dette ligge i denne sammenhengen. Vi vil føre linjen videre fra oksidene til de<br />
produkter de lager når de føres over i vannet – nemlig syrene og basene. Da får vannet og den<br />
fenomenologiske undersøkelse <strong>av</strong> dette vidunderlige verdensstoff vente – om enn det altså er<br />
til stede som den anonyme tumleplass for syrene og basene. La det være nevnt at faren er stor<br />
for å redusere fenomenet til dette skrifttegnet H2O, å tro man da har fattet vannets fulle vesen.<br />
Det samme gjelder syrene og basene. Det blir litt fattigslig om syrebegrepet begrenser seg til<br />
bokst<strong>av</strong>en H + og det vi vet om baser er at de alle har formelen OH - . Den enkleste måten å få<br />
et forhold til syrene og basene på, er å lære å lage noen <strong>av</strong> dem. Begrepet dannelseshistorie er<br />
også en inngangsport til å si oss noe vesentlig om det som blir dannet.<br />
Fra oksider til syrer og baser<br />
Hva gjør brusfabrikkene for å lage brus i brusen? De tilsetter den samme gassen som kommer<br />
brusende <strong>ut</strong> når vi åpner korken på en flaske farris. Så langt er det lett å følge fenomenet: Det<br />
du setter inn, kommer senere <strong>ut</strong>. Legg merke til at gassen derfor må kunne løses i vann, slik et<br />
fast stoff (for eksempel salt) også kan løses. Og hvilken gass er det som tilsettes? Kulldioksid<br />
(karbondioksid) blåses inn i det fargeløse sukkervannet før passelige doser med kunstig farge<br />
og smak tilsettes. Det er i grunnen hva man ser i en brusfabrikk. Og når brusen blir tilsatt en<br />
gass, er det ikke bare for brusingens skyld. Hva er grunnen? Jo, det skal smake svakt syrlig <strong>av</strong><br />
leskedrikken. Og hvilken svake syre er det som dannes når kulldioksid ledes i vann? Da får vi<br />
…(her kan vi vente litt og få med klassen på det banale, men essensielle) ..helt riktig: kullsyre.<br />
De har hørt ordet mange ganger: kullsyre. Men smaken <strong>av</strong> kull i ordet; forbindelsen til kullet i<br />
flammen, er ny. Helt nytt er det også dette enkle fenomen at vi får en syre når vi leder en gass<br />
ned i vann. Rent fenomenologisk er jo forvandlingen, fra en smak- og luktløs gass til en syrlig<br />
smak på tungen, heller ikke enkel å fatte.<br />
Hvis vi nå har beholdt de tre skålene med ikke-metaller (karbon, svovel, fosfor), kan det være<br />
på sin plass å spørre seg hva som skjer når vi gjør noe tilsvarende med svovel og fosfor. Det<br />
vi allerede vet, er at de alle tre danner oksider som er gasser. Hvis vi tar fosforets og svovelets<br />
oksidgasser og leder dem i vann, hva får vi da? Legg merke til at konklusjonen vi er kommet<br />
frem til i forhold til karbon gir spørsmålet i forhold til fosfor og svovel. Vi kan nå ta den tiden<br />
det tar å svare med et forsøk. Det ligger i luften at det kanskje blir noe likt, men hva vil det si?<br />
Ønsker vi å øve elevenes evne til å se sammenhenger og mønstre, er det slike enkle oppg<strong>av</strong>er<br />
vi kan bygge begrepsveksten rundt. Brenner vi nå svovel og leder gassen over i vann, vil vi få<br />
kraftig rødfarging med lakmus, som er tegn på at vi har en sterk syre. En enkel måte er å fukte<br />
et lakmuspapir, klebe det på tvers over åpningen <strong>av</strong> et reagensrør, med litt svovel i bunnen <strong>av</strong><br />
røret, og varme opp svovelet så gassdannelsen inntrer. Igjen får vi altså en syre – men en sterk<br />
syre. Hva slags sterk syre kan det være vi her har fått? Tenkningen blir <strong>ut</strong>fordret i møtet med<br />
13
erfaringen. Det må bli svovelsyre, det! Joda, det er det. Og igjen har vi åpning for en viss ahaopplevelse<br />
knyttet til et ”kjent” begrep. Alle har hørt om svovelsyre – noe fryktelig sterkt og<br />
farlig. Her har vi altså laget den, akkurat på samme måte som vi lager kullsyre. At den kalles<br />
svovelsyrling, og kan gjøres ennå sterkere så vi får svovelsyre, er her ikke det vesentlige – det<br />
får bli en tilleggsopplysning. Om vi har kjent det stikkende litt i nesen, vet vi at dette er sterke<br />
greier, og at fuktigheten i nesen vår er nok til å sørge for syredanningen. Og hva tvil skje om<br />
vi brenner fosfor og leder fosforoksidgassen i vann? (pause…) Riktig, joda, vi får fosforsyre.<br />
Deduksjon kalles dette – <strong>ut</strong>en at vi trenger å nevne det. Vi kan gjøre forsøket for fosfor, eller<br />
bare fortelle om det i skjemaet som på t<strong>av</strong>len kommer frem knyttet til de tre ikke-metallene.<br />
Poenget er mønsteret som nå begrepsmessig danner seg; veien kjemisk fra rent grunnstoff via<br />
forbrenningsprosess (med oksygen) til et oksid og videre i en løsningsprosess (med vann) til<br />
en syre.<br />
ikke-metaller<br />
OKSYGEN VANN<br />
KARBON karbon(di)oksid kullsyre<br />
SVOVEL svovel(di)oksid svovelsyre(syrling)<br />
FOSFOR fosforoksid salpetersyre<br />
På svensk heter oksygen ”syra” og på norsk het det i gamle dager surstoff. N<strong>av</strong>net er altså<br />
knyttet til denne dannelseshistorien som vi har fulgt. Også det greske n<strong>av</strong>net oksy-genium<br />
betyr syre-danner. Kullsyre er et eksempel på en svak syre, og svovelsyre et eksempel på en<br />
sterk syre. Hvordan vi her går videre, er et åpent spørsmål. Vi kunne igjen gå mer i bredden;<br />
fordype syrene, gi formler og reaksjonsligninger eller gå mer i bredden, hvor også organiske<br />
syrer trekkes inn. Maursyre, sitronsyre og eddiksyre er stoffer elevene har vært borti - enten<br />
de har brent seg på brennesle eller spist en salat med dressing.<br />
Jeg foretrekker å vente med denne <strong>ut</strong>dypingen til vi har resten <strong>av</strong> mønsteret på plass. Griper vi<br />
nemlig nå tilbake til metalloksidene og spør hva som skjer når de løses i vann, er vi der igjen i<br />
mønsterjakten. Ut fra en slags begrepsmessig estetikk, er det naturlig å forfølge metallene den<br />
samme veien vi har fulgt ikke-metallene. Som kjent, samlet vi opp det som drysset da vi brant<br />
magnesium; et hvitt pulver (magnesiumoksid). Samlet vi det opp i en petriskål, kan vi forsøke<br />
å løse det i vann og tilsette litt lakmusløsning. Løsningen blir svakt blå. Vi får altså her en<br />
basisk reaksjon. Og hvilken base kan dette være? Magnesiumbase eller magnesiumhydroksid,<br />
som er en relativt svak base. Om vi gjør det samme med natrium får vi natriumhydroksid, og<br />
en sterk blåfarge som tegn på en sterk base. Slik kan vi fortsette med alle typer metalloksider;<br />
alle vil de lage baser. En del <strong>av</strong> disse stoffene vil også være kjente fenomener, slik som irr fra<br />
kobber og rust fra jern.<br />
14
OKSYGEN VANN<br />
METALL METALLOKSID BASE<br />
NATRIUM svovel(di)oksid natriumhydroksid<br />
KALSIUM kalsiumoksid kalsiumhydroksid<br />
KOBBER kobberoksid kobberhydroksid<br />
MAGNESIUM magnesiumoksid magnesiumhydroksid<br />
Det vi interesserer oss for i denne omgang, er de metallene som danner sterke baser, og det er<br />
jordalkalimetallene; natrium (på engelsk sodium, der<strong>av</strong> sodal<strong>ut</strong>, eller kaustisk soda) og kalium<br />
(der<strong>av</strong> kalil<strong>ut</strong>) – som er lettmetaller. Kalsium danner også et hydroksid vi skal komme tilbake<br />
til – en base som er relativt sterk, kalsiumhydroksid. Det som er fascinerende med disse lette<br />
metallene, er at de ikke må brennes for å løses i vann. De er så fyrige i sin natur, at de løser<br />
seg direkte i vannet <strong>ut</strong>en å brennes (til oksid) først. At gasser kan løses i vann, er ikke lett å<br />
fatte. Men at metaller også gjør det, er sensasjonelt! Å slippe noen små ubåter med<br />
h<strong>av</strong>regrynstore metallbiter i et beger med vann er fascinerende. Bare vær klar over at det er<br />
hydrogen det vi da ser bruse. Poenget rent fenomenologisk er at natrium tydelig er mer fyrig<br />
enn kalsium i sin reaksjonsmåte i vannet. Kalsiumbitene synker til bunns og må få hjelp <strong>av</strong><br />
hydrogenbobler for å stige til værs igjen – mens natrium viser seg å være lettere enn vann og<br />
freser omkring som små jetbåter på overflaten. Jeg sier dette fordi det gir et visst bilde <strong>av</strong><br />
natrium – som kan gi et bilde på et meget reaksjonskraftig stoff. Som kjent er<br />
natriumhydroksid da også en sterk base. <strong>Når</strong> vi kjøper l<strong>ut</strong> for å l<strong>ut</strong>e møbler eller l<strong>ut</strong>efisk, er<br />
det denne basen vi kjøper, i granulert form. Dere kan altså lage den selv, om dere har tilgang<br />
til metallet. Det er svært enkelt – og farlig!<br />
Flere indikatorfarger<br />
Før vi gjør neste skritt over i saltene, la oss stoppe opp et øyeblikk og gjøre et lite dybdedykk<br />
i forhold til den indikatorfargen vi har brukt. Lakmusløsning og lakmuspapir er noe elevene<br />
kjenner, igjen <strong>ut</strong>en kanskje å kjenne det helt. I ungdomsskolen pleier jeg å introdusere det ved<br />
å la elevene få et lakmuspapir hver, og så få i oppg<strong>av</strong>e å sjekke pH i eget spytt. Som regel vil<br />
dette fenge alle, også de eventuelle jentene som ikke er så opptatt <strong>av</strong> syrer og baser. Det er en<br />
enkel måte å komme dit at ”vi er i gang”.<br />
Så kan vi ta fatt i selve fargestoffet: Lakmus er et stoff hentet <strong>ut</strong> fra en l<strong>av</strong>-art som <strong>vokser</strong> i<br />
fjellområdene i varme kyststrøk. Dette at plantesafter vil endre farge ved ulik pH, er egentlig<br />
et allment fenomen. Om en vil lage sin egen indikator, er rødkålsaft ypperlig. Også den vil<br />
farges sterkt rød mot sur reaksjon og blå mot basisk. Det er også mulig å gjøre mer <strong>ut</strong> <strong>av</strong> dette<br />
med fargestoffene, og bruke omslaget til å gjøre et forsøk med ulike plantesafter. Mackensen<br />
(1987) gjengir et forsøk han har gjort med elever, hvor de har tatt for seg med både slåpetorn,<br />
bringebær, surkirsebær, bjørnebær og rødbete! Det kan bli mye saftklining, men også herlige<br />
farger. Oppsettet er enkelt: Med ferdige løsninger <strong>av</strong> ulik pH tilsettes de ulike plantesaftene i<br />
en serie på fire ulike surhetsgrader mellom pH 1 og 12.<br />
15
PLANTE PLANTESAFT Ph 1 Ph 6-7 Ph 10 Ph 12<br />
farge og Ph<br />
slåpetorn lys, blassrød intens lyserød rød, gråaktig rødbrun, grønnlig<br />
3,5 grønnaktig rødbrun<br />
bringebær mørkerød intens lyserød rød, gråaktig rød med sterkt grønnlig<br />
3,0 gråskjær rødbrun<br />
surkirsebær mørkerød intens lyserød rød med sterkt brungrønn med som 10<br />
3,0 gråskjær gråskjær<br />
bjørnebær rød intens lyserød brunrød med rødbrun med som 10<br />
3,0 gråskjær gråskjær<br />
rødbete kraftig rød rød med stenk mørkerød rød med lett brun,<br />
3,0 <strong>av</strong> fiolett brunskjær lett gul<br />
Som forsøk, illustrerer dette fargeomslagene ved ulik pH. Det blir tydelig hva en indikator er,<br />
og at vi selv kan lage en standard, for<strong>ut</strong>satt at stoffene oppfører seg fargemessig likt i lik pH.<br />
For norske forhold ville det være interessant å prøve med blåbærsaft eller rips. Vi kan også ta<br />
i bruk kjemiske indikatorer, bromtymolblått for eksempel.<br />
Fra syrer og baser til salter<br />
Vi går tilbake til sporet vi har fulgt. Kanskje har vi hatt litt tid til å spre <strong>ut</strong> syrene og basene og<br />
gitt en oversikt over de viktigste typer og bruksområder. I tilknytning til spyttprøven, kan vi gi<br />
litt stoff om kroppen og pH. Noen vil være litt surere og noen litt mer basiske i en klasse –<br />
men jevnt over holder spyttet ca. pH 7. Magen vår er derimot sur, det vet vi. Hvilken pH er<br />
det i magen? Og hvilken funksjon har syren der? Miljøet i tarmene er derimot svakt basisk …<br />
Skal vi strukturere undervisningen etter den kjemiske dannelseshistorien, etter mønster fra det<br />
Faraday gjør, ser vi at det neste skrittet må bli å spørre: Hva skjer om vi blander en syre og en<br />
base? Vi kan forestille oss at vi har lagt bak oss en lang rekke med syrer og baser:<br />
SYRER BASER<br />
H2CO3 (kullsyre) NaOH (natriumhydroksid)<br />
H2SO4 (svovelsyre) KOH (kaliumhydroksid)<br />
H3PO4 (salpetersyre) CuOH2 (kobberhydroksid)<br />
HCl (saltsyre) CaOH2 (kalsiumhydroksid)<br />
Det er jo egentlig to fenomener som vi kan skille fra hverandre når vi blander syrer og baser.<br />
Det ene er nøytralisasjonsfenomenet, hvordan surhetsgraden endrer seg - og det andre er stoffforvandlingen;<br />
hvordan det dannes noe kvalitativt nytt, nemlig salter (og vann).<br />
Spranget i fargeomslag<br />
Det første og enkleste vi kan gjøre, er å ta <strong>ut</strong>gangspunkt i to skåler med henholdsvis saltsyre<br />
(rødfarges med lakmusløsning) og natronl<strong>ut</strong> (blåfarges med lakmusløsning). Selve omslaget<br />
vil vi i titreringssammenheng kunne finne helt presist. Her er det snakk om å få et kvalitativt<br />
forhold til det som foregår. Effekten <strong>av</strong> dråpene er fascinerende, og vi må være på vakt idet<br />
16
det brått slår om. Det vesentlige å få frem, er at et lite <strong>ut</strong>slag mengdemessig (den <strong>av</strong>gjørende<br />
dråpen!) gjør et stort <strong>ut</strong>slag fargemessig og følgelig pH-messig. Det finnes et sprang der hvor<br />
likevekten vipper over. <strong>Når</strong> likevekten skal gjennomgås teoretisk, med beregninger <strong>av</strong> pH, er<br />
det en fordel å ha opplevd dette spranget.<br />
surt<br />
basisk<br />
NaOH<br />
HCl NaOH<br />
Natriumklorid<br />
Vi kan her spørre litt ledende: ”Skulle dere noen gang mangle salt til maten, hva kunne dere<br />
gjøre da?" Og så kan vi så virkningsfullt som det er mulig å få til, <strong>ut</strong>en at det er farlig, gjøre<br />
eksperimentet med saltdannelse <strong>ut</strong> fra saltsyre og natriumhydroksid. Nå skifter vi fra petriskål<br />
til middels store måleglass, og fokuserer på at blandingen vi ender opp med, skal ligge<br />
akkurat på vippen, med pH 7. For å få en renere opplevelse, bruk gjerne bromtymolblått –<br />
hvor fargen er gul i det sure og blå i det basiske. Ved omslaget er den ubeskrivelig vakkert<br />
grønn! Skal vi tro på våre egne teorier, betyr det at det ikke er farlig å stikke fingeren nedi. I<br />
tillegg vet også læreren at det ikke er farlig å smake på væsken vi da har fått på fingeren! Den<br />
smaker ganske riktig; SALT. Nå er temaet salter innledet. Vi kan presisere at det vi kaller salt<br />
(natriumklorid) bare er ett <strong>av</strong> mange salter – nemlig natriumklorid.<br />
Om vi tar en flat skål og heller litt <strong>av</strong> løsningen tynt over den, kan det stå å fordampe slik at vi<br />
ved en senere time kan se de fine kubiske krystallene (eventuelt ved hjelp <strong>av</strong> forstørrelser). Vi<br />
kan nå skrive reaksjonslikningen på t<strong>av</strong>la, og gjerne bruke fargekritt for å tydeliggjøre hvor de<br />
to elementene i saltet stammer fra.<br />
SYRE + BASE = SALT + VANN<br />
HCl NaOH NaCl H2O<br />
I forhold til design <strong>av</strong> undervisningen, er vi ved et punkt hvor det er mulig å gå videre enten i<br />
dybden eller i bredden. Vi kan ta tak i salt (NaCl) og gjøre ekskursjoner omkring betydningen<br />
<strong>av</strong> dette stoffet i både naturen og kulturen. Salt<strong>ut</strong>vinning og saltets effekt kan disk<strong>ut</strong>eres. <strong>Når</strong><br />
vi salter mat, hvorfor holder den seg? Hva skjer med mikroorganismene? Her er det videre en<br />
bro til fenomenet osmose, som kan trekkes inn i denne sammenheng: Frosken kan drikke bare<br />
ved å stikke føttene ned i en dam! Saltbalansen i kroppen vår må også reguleres. Og hvordan<br />
kan laksen regulere saltbalansen sin når den svømmer fra saltvann over i ferskvann? I kjemien<br />
er det en bro over til <strong>fenomenene</strong> løselighet og felling. Saltinnholdet i h<strong>av</strong>et bør også nevnes –<br />
og de store mengdene natrium som kan <strong>ut</strong>vinnes derfra (elektrolyse). Om h<strong>av</strong>et inneholder så<br />
så mange prosent NaCl, hvor mange kilo natrium kan vi få fra et tonn sjøvann? Slik kan vi gå<br />
i dybden omkring fenomenet salt.<br />
17<br />
HCl<br />
basisk<br />
surt
Vi kan også gå i bredden – og <strong>ut</strong>vide begrepet til å omfatte mangfoldet <strong>av</strong> salter. Saltinnholdet<br />
i h<strong>av</strong>et bringer oss eventuelt til et punkt hvor vi kan gå over i denne ”bredden”. Som dere vet,<br />
er det også andre salter enn NaCl i h<strong>av</strong>et! Om elevene ikke har gjort det før, bør vi ta oss tid<br />
til et blikk på hvor mangfoldig saltene opptrer i sin geometri og estetikk. Noe enhetlig kan vi<br />
jo også merke i mangfoldet <strong>av</strong> former; – dette edelstenlignende, denne skjønne blandingen <strong>av</strong><br />
noe hardt, jordisk og likevel himmelsk, strålende som synssansen føler seg tiltrukket <strong>av</strong>. Det<br />
er fort gjort å samle et brett med ulike salter – gjerne med n<strong>av</strong>nelapper ved siden <strong>av</strong>. Poenget<br />
er ikke å kunne alle n<strong>av</strong>nene, men å se ”aha – et mangfold <strong>av</strong> variasjoner over samme tema!”<br />
Som nevnt er det faktisk fantastisk å se hvor kubiske disse saltkornene i virkeligheten er – de<br />
er virkelig terninger om vi kikker på dem med forstørrelse.<br />
Dyrking <strong>av</strong> kobbersulfatkrystaller<br />
Om vi også har kobbersulfat på det brettet vi viser frem, vil fargen fascinere. For at elevene<br />
skal få et forhold til fenomenet salter som de husker lenge, vil det være en g<strong>av</strong>e å legge inn<br />
en liten øvelse hvor elevene får lov å dyrke sine egne krystaller. Skal vi dyrke krystaller? Men<br />
kan de vokse da? – vil en elev kanskje spørre. Ja de kan da det. Vi må bare ta tiden til hjelp!<br />
Avrunding – et mangfold <strong>av</strong> saltoppskrifter<br />
Vi har gått en vei med elevene hvor den faglige prosessforståelsen <strong>vokser</strong> fram som et skjelett<br />
- ledd for ledd - ettersom vi systematisk forfølger <strong>fenomenene</strong>. I tillegg forsøker vi underveis<br />
å gi kjøtt på beinet med stoff som berører elevenes livsverden og viser relevansen <strong>av</strong> det vi<br />
rent begrepsmessig forstår. <strong>Når</strong> vi har kommet dit at saltene er dannet, er det en prosessrekke<br />
som er <strong>av</strong>rundet. En måte å forsterke denne følelsen <strong>av</strong> å ha kommet rundt og beherske det<br />
hele på, er å gi elevene nøkkelen som gjør at de selv kan lage saltoppskriften til ethvert salt.<br />
Hvis dette skjemaet vi tegnet stemmer for alle salter, kan vi bruke det til å for<strong>ut</strong>si hvilke syrer<br />
og baser vi må sette sammen for å få et bestemt salt. Vi gjentar den enkle formelen:<br />
SYRE + BASE = SALT + VANN<br />
I prinsippet kan vi nå lage hvilken som helst base, kun ved å brenne metallet og løse oksidet i<br />
vann. Og syrene har vi også fått et grep om. Vi setter dem opp, og begynner å trekke linjer fra<br />
18<br />
KOBBERSULFAT<br />
Bildet viser resultatet <strong>av</strong> en<br />
elevøvelse med ”dyrking”<br />
<strong>av</strong> kobbersulfatkrystaller.<br />
En sytråd er hengt ned i en<br />
mettet løsning og latt stå i<br />
en uke. Langsom <strong>av</strong>kjøling<br />
gir store krystaller. Hvert<br />
salt har sin karakteristiske<br />
farge og form. Som vi ser<br />
har kobbersulfat en egen<br />
rombisk måte å vokse på.
en bestemt syre til en annen bestemt base. Den første linjen kan vi eksempelvis trekke mellom<br />
svovelsyre og kobberhydroksid. Det saltet vi da får, blir nettopp kobbersulfat!<br />
SYRE SALT BASE<br />
H2CO3 (kullsyre) NaOH (natriumhydroksid)<br />
H2SO4 (svovelsyre) KOH (kaliumhydroksid)<br />
H3PO4 (salpetersyre) CuOH2 (kobberhydroksid)<br />
Kobbersulfat<br />
HCl (saltsyre) CaOH2 (kalsiumhydroksid)<br />
Cu SO4<br />
Er alle med på det? At dere må velge svovelsyre og kobberhydroksid om dere ønsker å lage<br />
kobbersulfat? Er det noen som ikke er med så langt? Nei! Og om dere fikk i oppg<strong>av</strong>e på prøve<br />
å lage kobbersulfat og kun hadde svovel og kobber <strong>ut</strong>delt, hva ville dere gjøre da? Slik kan vi<br />
kort repetere igjen veien frem dit vi nå er kommet: Vi må brenne og leske de to stoffene for å<br />
lage henholdsvis svovelsyre og kobberhydroksid. Dernest kan vi blande de to stoffene og få et<br />
herlig turkisblått salt. Og for å lage krystaller <strong>av</strong> saltet vet vi allerede hva vi skal gjøre. Om vi<br />
nå <strong>ut</strong>vider hele krysningskartet, er det klart at elevene vil få en aha-opplevelse kombinert med<br />
å oppleve mestring når mønsteret blir begrepsmessig klart for dem. En verden <strong>av</strong> salter <strong>vokser</strong><br />
frem bare <strong>av</strong> de 8 syrene og basene vi har skrevet opp. Vi kan trekke linjer og n<strong>av</strong>ngi saltene:<br />
H2CO3 (kullsyre) NaOH (natriumhydroksid)<br />
H2SO4 (svovelsyre) KOH (kaliumhydroksid)<br />
H3PO4 (salpetersyre) CuOH2 (kobberhydroksid)<br />
HCl (saltsyre) CaOH2 (kalsiumhydroksid)<br />
kalsiumkarbonat - kalk<br />
kakalkkalk<br />
Kalsiumsulfat - gips<br />
19<br />
kalsiumklorid - veisalt<br />
kalsiumfosfat
Dernest kan vi kaste oss <strong>ut</strong> i det – og spørre oss om hvilke salter vi vil få om vi blander syre<br />
med base Y. Eller vi kan gå motsatt vei, og spørre hvilke syrer og baser som er involvert for å<br />
produsere bakepulver når vi ser på pakken at formelen er natrium(bi)karbonat, NaHCO3. Hvis<br />
elevene får litt øvelse i dette, kan de etter hvert få følelsen <strong>av</strong> å faktisk ha lært mye. Som vi vil<br />
komme tilbake til senere, er fokus her primært på det kvalitative. Mengdeforhold som tallene<br />
i formlene indikerer, kan vi gjerne gjøre oppmerksomme på – men nettopp da bare som det de<br />
er, nemlig <strong>ut</strong>trykk for mengdeforholdene når stoffene reagerer. Det viktige er imidlertid å få et<br />
forhold til stoffene som bokst<strong>av</strong>ene (Cu, Ca, Na osv.) er forkortelser for. Det samme kan sies<br />
om bindinger og ionefordeling (plusser og minuser). De representerer aspekter ved prosessene<br />
vi har sett på som det går an å fokusere på – <strong>ut</strong>en at de skal bli til hinder for å få med seg dette<br />
som ligger til grunn for forkortelsene vi bruker i formelspråket. Også den kvantitative kjemien<br />
kan vi bygge opp fenomenologisk, gjerne med <strong>ut</strong>gangspunkt i et tydelig forsøk som hydrolyse<br />
<strong>av</strong> vann. Det må imidlertid bli et eget fokus å arbeide med støkionometri og mengder. Fokus i<br />
det vi her har omtalt, er relasjons- og begrepsdannelsen <strong>ut</strong> fra erfaringer med grunnfenomener<br />
i kjemien. Den må også læringsmessig komme først, som kontekst for å forstå forkortelsene vi<br />
gjør i kjemiske likninger, forholdstallene, det periodiske system, atomteori, bindingsteori osv.<br />
Veien tilbake – forbrenning <strong>av</strong> salter<br />
Mønsteret blir komplett når vi viser den veien det er mulig å gå tilbake fra saltene til syrene<br />
og basene. Om vi tar en liten bit kobbersulfat og brenner den i bunnen <strong>av</strong> et reagensglass, vil<br />
vi se at den går i oppløsning mens den klare blå fargen blir blassere og går mot hvitt. Det<br />
stiger gass opp <strong>av</strong> røret, samtidig som det dannes litt vanndamp på glassets innside<br />
(krystallvann!). Ut fra hva vi nå vet om kobbersulfat, kan vi spørre oss rent teoretisk (deduktiv<br />
metode) hva vi forventer vil stige til værs når vi brenner saltet. Og om vi lar gassen farge et<br />
lakmuspapir, blir det rødt – og det lukter litt stikkende (svoveldioksid). Vi får bekreftet at vi<br />
nå kjører prosessen i revers. I bunnen <strong>av</strong> reagensglasset ligger det en hvitgrønn liten klump<br />
som ikke kan være noe annet enn kobberoksid (irr). Om dere lurer på hvorfor det heter base,<br />
så er dette grunnen. <strong>Når</strong> vi brenner et salt, er det vi får igjen på bunnen – i basis <strong>av</strong><br />
reagensglasset – metalloksidet som er base-danneren. Det som stiger til værs vil være syredanneren.<br />
Under temaet kalk, vil vi se at det samme gjelder forbrenning <strong>av</strong> kalsiumkarbonat.<br />
SALT<br />
ild / syre<br />
IKKE-METALLOKSID SYRE<br />
METALLOKSID BASE<br />
Vi vet at syrene kan lage stygge etsende brennmerker – og at de slik sett har en virkning som<br />
er beslektet med flammens (forbrenningens). Om vi drypper noen dråper konsentrert saltsyre<br />
på en kobbersulfatkrystall, vil vi se en liknende effekt som hvis vi brenner saltet! Det vil løse<br />
seg opp; noe vil stige til værs (ikke-metalloksidet) og noe vil bli liggende som ”base i bånn”<br />
(metalloksidet). Det er viktig at denne tilbakereisen ikke er en ny lang historie, men bekrefter<br />
og besegler det vi allerede har <strong>av</strong>rundet; et ekstranummer ved forestillingens sl<strong>ut</strong>t. Sl<strong>ut</strong>ten kan<br />
godt bringe oss helt tilbake til <strong>ut</strong>gangspunktet: <strong>Når</strong> saltsyre dryppes på kalk eller på sneglehus<br />
(kasiumkarbonat) ser vi en tilsvarende fresereaksjon. Nå er det imidlertid ikke svoveldioksid<br />
som stiger til værs, men en gass vi skulle kjenne godt fra før, nemlig karbondioksid.<br />
20
Temafordypning – kalk og karbondioksid<br />
Vi er tilbake ved karbondioksidet, og ser at det har noe med kalk å gjøre. Skal vi senere kunne<br />
vise karbonets kretsløp i naturen, hører faktisk denne kalkhistorien med. Dette poenget er det<br />
imidlertid mulig for læreren å holde tilbake, til det viser seg mer <strong>av</strong> seg selv. <strong>Når</strong> nå det lange<br />
”draget” - fra stearinlyset frem til syrene, basene og saltene - er tilbakelagt, er det velgjørende<br />
å stå over for noe helt nytt - en ny historie. Og dekker vi opp med et visst øyenslyst-<strong>ut</strong>bud <strong>av</strong><br />
skjell- og sneglehusformer, er vi straks midt oppe i den nye historien: kalk.<br />
Det er bløtdyrenes hus vi ser; hus som faktisk kan vokse og likevel beholde samme form! Om<br />
vi legger dem ved siden <strong>av</strong> hverandre, ser vi at det er en usymmetrisk dreining om midtaksen i<br />
snegle-spiralformene og en (mer eller mindre) symmetrisk dreining i skjellene. Formspråket –<br />
det bør gå an å bruke det begrepet om arkitekturen vi ser - kan minne om vekstformer slik vi<br />
kjenner dem fra planteriket (karbonets hjemmebane). Bemerkelsesverdig er det også hvordan<br />
vannets to bevegelsesformer; bølgebevegelser og spiralbevegelser, er som frosset fast i disse<br />
vanndyr-skapte formene. Korallrevene og kalkalgene (forameniferene) er jo historier for seg,<br />
som det er mulig å gå videre i dybden på i biologien.<br />
Fra jordbruket kjenner vi sure og mer basiske jordarter. Spør vi igjen om dannelsehistorien,<br />
fører sporene tilbake til løsmassene (mineralandelen i jorden). Mineralmateriale som stammer<br />
fra kalkbergarter gir mer basisk jordsmonn,, mens sure gneis- og granittbergarter (kiselholdig)<br />
vil gi sure jordarter. Igjen er vi tilbake til samspillet mellom jordsmonnsdannelse og plantevekst<br />
i landskapshistorien.<br />
21
Uansett om vi går i dybden eller feier over med noen korte glimt; med h<strong>av</strong>et som arena, kan vi<br />
pensle <strong>ut</strong> kalkdannelsen og følge historien videre over i kalksteindannelsen. Det som de fleste<br />
vet, er at olje- og gassfeltene er resultater <strong>av</strong> levende prosesser (planter). At alt kalkfjellet som<br />
vi ser og kan ha som fast grunn under føttene også er vokst <strong>ut</strong> <strong>av</strong> bløte dyr – slik negler <strong>vokser</strong><br />
<strong>ut</strong> <strong>av</strong> fingrene våre – det er underlig og litt ufattelig å tenke på. Det hjelper da å se det for seg<br />
i en bildeserie som viser veien og overgangene. Kunsten er å lage rekken, slik at den viser det<br />
vesentlige trinn for trinn.<br />
Rekken i bildet over får frem de viktigste overgangene langs en lang omdanningshistorie – fra<br />
skjell til fossil, fra fossil til kalkstein, så en kalkstein som også har et sjikt marmoromdanning<br />
(i en og samme stein), dernest marmor med tydelig blinkende krystall-lignende strukturer – og<br />
til sl<strong>ut</strong>t et rendyrket saltkrystall (kalkspat). Rekken gir samtidig en bro fra biologien, og dens<br />
kalkformer (skjellkalk), tilbake dit vi var i den uorganiske kjemien (krystallinsk kalk).<br />
Vi har bygget opp et mer eller mindre rikt bilde <strong>av</strong> kalken og dens mange ansikter i naturen.<br />
Kalkballansen i menneskets kropp er det også mulig å knytte an til her – igjen kanskje bare i<br />
form <strong>av</strong> å henvise til noe vi vil komme tilbake til i biologien. To sykdommer er jo forbundet<br />
med ubalanse i kroppens kalkbalanse: benskjørhet (osteoporose) og åreforkalkning. Dette gir<br />
oss et bilde <strong>av</strong> dynamikken i knokkelbyggingen i vår egen kropp. Også her er det faktisk slik<br />
at formene – de er jo mye mer komplekse enn bølgen og spiralen - beholdes samtidig som de<br />
<strong>vokser</strong> med oss!<br />
22
Vi lager sement<br />
<strong>Når</strong> vi bygger våre hus med sement, er det ikke alltid like <strong>av</strong>ansert arkitektur og formspråk i<br />
husbyggingen. Men i prinsippet er det den samme prosessen som sneglehusene er bygget på.<br />
Og hva er sement? Hvordan lager vi den? Historisk var det brenning <strong>av</strong> kalkstein som ga oss<br />
sementen, bindemiddelet for å mure og støpe. Kan vi brenne stein? Så veldig brennbar er nok<br />
ikke kalksteinen, men med høy nok temperatur ”brytes den ned” slik vi så saltene gjorde det i<br />
et tidligere forsøk. Det er en tidkrevende prosess, hvor det handler om å tilføre mye varme i<br />
tillegg til å ha god tid. Det er som vi skal se (til forskjell fra brenning <strong>av</strong> stearin!) en endoterm<br />
reaksjon. Vi må tilføre varme for å få dannet oksidet (brent kalk, CaO).<br />
Brent kalk<br />
Om en bare har et brannsikkert underlag (en helle eller en plate med gl<strong>av</strong>e under) er det fullt<br />
mulig å lage en liten kalkovn i klasserommet eller på labben ved hjelp <strong>av</strong> 6 ildfaste mursteiner<br />
– to i bunnen, to som vegger i en spiss V-form og to på tvers som tak. Selv bruker jeg knust<br />
marmor (mindre stykker tar kortere tid) og en kraftig gassbrenner. I Mackensen (1987) finnes<br />
det flere oppskrifter, mye stoff om kalkforsøket og en god redegjørelse om gamle kalkovner.<br />
<strong>Når</strong> kalkstenen begynner å gløde, er prosessen i gang – først bare svakt på hjørner og kanter –<br />
men etter hvert dypere og dypere inn i steinen. Jeg har erfart elever som det gjør godt å få stå<br />
en god stund i heten mens rødgløden sakte, sakte griper dypere og dypere inn i den steinen de<br />
har lagt inn. En urolig g<strong>ut</strong>tesjel på ungdomstrinnet kan det gjøre godt å få være helt dradd inn<br />
i en slik varmeprosess hvor det ikke er noe annet enn bråket fra brenneren og lyset fra steinen<br />
å se i et kvarters tid. Er jobben gjort skikkelig, vil vi se at steinen har mistet strukturene og det<br />
som binder den sammen. Et hvitt stoff er igjen, som kan pulveriseres. Dette er brent kalk. Det<br />
var dette man hadde som sement i gamle dager – <strong>ut</strong>en noen tilsetningsstoffer.<br />
Lesket kalk<br />
Så kommer neste trinn , nemlig å leske kalken – dvs. å forbinde den med vann. Hva skjer når<br />
vi heller vann i den brente kalken. Forsiktig! Det bruser voldsomt og <strong>ut</strong>vikles varme. Ja her er<br />
det en eksoterm reaksjon. Det kalde vannet vi tilfører blir glovarmt … nokså underlige greier.<br />
Og om vi filtrerer den hvite grøten vi da har fått, er det ikke slik at vi får vann. Det er nemlig<br />
en løsning vi har – såkalt lesket kalk (Ca(OH)2). Om vi tilsetter lakmusløsning, ser vi at det er<br />
en base! Det blir nokså mørkeblått. Joda, det stemmer jo med fasiten vår. Vi kan sjekke pH –<br />
om vi vil, også, med et pH-papir. Om vi damper <strong>ut</strong> vannet vil vi sitte igjen med nok et hvitt<br />
pulver – vi trenger ikke å gjøre det. Det er altså et annet stoff enn brent kalk – nemlig lesket<br />
kalk eller kalkvann.<br />
Kalkdannelse<br />
Vi kjenner fra kjemien at blakking <strong>av</strong> kalkvann er en vanlig måte å påvise karbondioksid på.<br />
Vi har ikke gjort dette før nå, for å spare fenomenet slik at det kunne gi mest mulig - på rett<br />
sted til rett tid. Nå er tiden inne. Og lar vi en elev få en gummislange eller et sugerør og blåse<br />
noen min<strong>ut</strong>ter, skjer dette lille mirakel. Vannet blakkes – eller sagt mer presist, det blir dannet<br />
kalk!<br />
Om vi setter opp de tre prosessene i en trekant, får vi frem en viss estetikk i prosessbildet –<br />
med enn forskjøvet symmetri hele veien i forhold til hva som går inn og hva som går <strong>ut</strong> <strong>av</strong><br />
prosessen. Det vi ikke har påvist, er at det kommer noe <strong>ut</strong> <strong>av</strong> prosessen hvor vi varmer opp<br />
kalken. Det er faktisk slik at det lar seg gjøre å påvise karbondioksid omkring kalkovnen. I<br />
underkant <strong>av</strong> ovnen vil gassen ”renne ned” når brenningsprosessen er godt i gang – og det vil,<br />
med litt hell, la seg gjøre å påvise at stearinlysflammer ikke trives der. Det er ellers naturligvis<br />
ulike måter å få hele trekanten frem på – med ulik grad <strong>av</strong> elevdeltagelse. Poenget er at det gir<br />
både klarhet og en følelse <strong>av</strong> noe tiltalende når det ”stemmer” slik som det gjør i kretsen her.<br />
23
CaCO3 - kalk<br />
CO2<br />
varme<br />
Ca(OH)2 - lesket kalk<br />
På skolen ble vi spurt om karbondioksidet er organisk eller uorganisk. Saken er at det er midt<br />
imellom; det er som formidler mellom de to verdenene at det opererer: Fra luften inn i planten<br />
og tilbake igjen (fotosyntese) – fra luften og inn i pusten og tilbake (ånding) - fra pusten inn i<br />
steinen og tilbake igjen (kalkdannelse)! Dette endepunktet er det vi når når vi ser hvordan vi<br />
kan blakke kalkvann og lage stein igjen. Den steindannelsen som murere og sneglehusbyggere<br />
har felles <strong>av</strong>sl<strong>ut</strong>tes med denne ”forsteiningsprosessen”. Gjennom de tre trinnene har vi fått et<br />
dynamisk bilde <strong>av</strong> en prosess som må være analog til den som ligger bak dannelsen <strong>av</strong> alle de<br />
vakre skjellene og muslingene vi har på bordet.<br />
Legg merke til at denne innhentingen <strong>av</strong> karbondioksid har tre ikke like, men analoge former i<br />
naturen. I kalkorganismene er det kalk som dannes (med vann som medium) og i fotosyntesen<br />
er det sukker. <strong>Når</strong> vi kommer over til den <strong>av</strong>anserte biokjemien knyttet til åndingsprosessene i<br />
dyrecellen og Krebs syklus (sitronsyresyklusen), er det faktisk en tilsvarende prosess hvor det<br />
hentes inn og skilles <strong>ut</strong> karbondioksid i en kretsprosess som danner et <strong>av</strong>sl<strong>ut</strong>tet hele.<br />
Uten at vi trenger å gå inn på dette, ser vi allerede et bilde <strong>av</strong> karbonets mangslungne kretsløp<br />
– hvor vi kan f<strong>av</strong>ne alle prosessene vi har berørt. Om vi tar med olje og kull i bildet, er det en<br />
fin oppg<strong>av</strong>e for elevene å tegne inn de prosesser vi har vært gjennom i sitt eget bilde. Det blir<br />
slik sett mulig å finne en naturlig bro fra kjernen <strong>av</strong> kjemien over til kjernestoff i økologien.<br />
De fenomenale <strong>fenomenene</strong><br />
Kjemien kan som kjent fenge gjennom spektakulære fargeforsøk og knalleffekter. Det er ikke<br />
noe galt i dette, tvert imot. Jeg vet <strong>av</strong> erfaring at elevene elsker det spektakulære. Eksempelvis<br />
kan noe så enkelt som løselighets-fenomenet gjøres til noe stort bare ved å slukke lyset, velge<br />
en stor nok kolbe, riktig belysning (helst nedenfra) og rett valg <strong>av</strong> salt som løses: Benytter du<br />
kaliumpermanganat, er det nok med noen ørsmå korn til en stor rund kolbe. Du trenger ikke å<br />
si noe som helst, bare la fenomenet <strong>ut</strong>folde seg – med voldsom fiolett farge i dansende vakre<br />
slør <strong>av</strong> spiralbevegelser, og merke hvordan elevenes oppmerksomhet suges inn i undring over<br />
det som skjer, eller i ren nytelse <strong>av</strong> langsomheten og skjønnheten i den fargede bevegelsen.<br />
24<br />
varme<br />
H2O - vann H2O - vann<br />
CO2<br />
CaO – brent kalk
Her er det enkle fenomenet gjort stort og spektakulært, rett og slett ved å synliggjøre det. Hva<br />
som egentlig foregår når disse små kornene med salter løses i vann er jo underlig. Eksempelet<br />
illustrerer et viktig poeng i fenomenologisk metode: La <strong>fenomenene</strong> selv komme til orde. For<br />
å få dette til, må vi gjerne bruke det spektakulære, men legg merke til at det spektakulære ikke<br />
får en egenverdi, og at det er oppstyret som blir saken. Vi kan nøkternt bruke innføringen som<br />
en inngangsport til å snakke om løselighet, som er et sentralt og omfattende begrep i kjemien.<br />
Kolben kan settes til side, og ved sl<strong>ut</strong>ten <strong>av</strong> timen viser det seg at væsken – <strong>ut</strong>en at vi har rørt<br />
i den – er helt ensfarget, fargen er helt jevnt fordelt i hele vannmassen <strong>av</strong> seg selv. Underlig!<br />
Målet må likevel være å styre unna det spektakulære som inngangsvinkel. Det beste eksempel<br />
jeg har, er fra en kollega som fortalte hvordan han hadde kokt vann med sin 8. klasse. Joda, de<br />
hadde kokt vann. Og det var en <strong>ut</strong>rolig opplevelse! Slik han fortalte det, var ulike grupper blitt<br />
<strong>ut</strong>styrt med brennere, vannbeger, termometre og stoppeklokke. Rent metodisk handlet det om<br />
å lære nøyaktighet i måling, å lage skjemaer, og overføre dette til en graf. De satte i gang med<br />
full fyr – og det hele gikk i fin fart oppover skalaen mot 100. Det var først da det hele liksom<br />
tok <strong>av</strong>: Var det ikke litt naturstridig at temperaturen overhode ikke lot seg rikke på, at det ikke<br />
gikk an – tross voldsom varme - å få den i alle fall litt oppover? Ikke minst en del <strong>av</strong> g<strong>ut</strong>ta ble<br />
litt irriterte nærmest, på egne vegne, og fyrte på for å se om de ikke kunne overvinne denne<br />
gjenstridige naturloven. I grunnen ble det opplevd som litt <strong>av</strong> et FENOMEN, som noe <strong>ut</strong>rolig<br />
underlig fra deres side, at det slik pl<strong>ut</strong>selig stopper opp. Saken er at ungdommene har rett, det<br />
er et fenomen hvordan temperaturstigningsfenomenet gjør et sprang og ikke vil mer - og går<br />
over i faseovergangsfenomenet. Og dette spranget – som alle sprang i fysikken og kjemien -<br />
gjør at varmelæren slett ikke er noen enkel sak å forstå seg på. Vi som har lært at vannet ved<br />
det og det trykk koker ved 100 o C, er ferdige med fenomenet koking med denne fasitviten.<br />
For ungdommene var denne fasiten egentlig begynnelsen, den var et spørsmål og slik sett en<br />
vei inn i varmelærens mysterier. Jeg kan – for den som er interessert i å forfølge mysteriet ett<br />
skritt videre - bare anbefale den fenomenologisk orienterte artikkelen om varmelæren jeg har<br />
gjengitt i litteraturlisten (Basfeld, 1998).<br />
Tenningsfenomenet, som vi tidligere har studert, er et annet eksempel på noe helt fenomenalt.<br />
Jeg vet ikke noen bedre måte å formidle tenningsprosessen på i sakte film, enn å fordype seg i<br />
det som på egenhånd begynner å skje når et stykke hvitt fosfor legges i en skål. Om vi slukker<br />
lyset i rommet, vil vi se at lys langsomt kommer tilsyne i stoffet. Gradvis lyser det sterkere og<br />
sterkere opp innenfra, i et grønnlig skjær. Lyset slipper fri inne i materien – begge går hånd i<br />
hånd en liten stund - til det hele pl<strong>ut</strong>selig tar fyr! Det er ikke tvil om at gradvise og sprangvise<br />
forvandlinger skjer. Men forstår vi dem? Følger vi dem? Hvor kommer lyset fra? Kan vi si at<br />
vi gjennomskuer det vi ser? Er vi ærlige i forhold til hva vi faktisk begriper? Forstår vi<br />
hvordan stoffsubstanser – et stykke fosfor, eller et stearinlys – kan <strong>av</strong>føde noe så ufattelig som<br />
lys? Er det ikke gåtefullt? Og er det ikke underlig hvordan lyset brer seg <strong>ut</strong>en selv å komme til<br />
syne, annet enn der det er noe å belyse? Likner det ikke den like underlige måten vår egen<br />
oppmerksomhet brer seg på i verden?<br />
25
Litteratur<br />
Basfeld, Martin (1998), Phänomen – Element – Atmosphäre. Zur Phänomenologie der<br />
Wärme. I Phänomenologie der Natur, <strong>ut</strong>gitt <strong>av</strong> Gernot Böhme og Gregor Schiemann,<br />
Suhrkamp Taschenbuch wissenschaft, bind 1325.<br />
Faraday, Michael (1862), The chemical history of a candle, A course of lectures deliverede<br />
before a juvenile audience at The Royal Instit<strong>ut</strong>ion, Chatto Windus publishers<br />
(tilgjengelig fra Universitetsbibliotektet i Oslo, Fc 1573).<br />
Julius, Fritz (1978), Stoffeswelt und Menschenbildung, Chemie an einfachen Phänomenen<br />
dargestellt, Verlag Freies Geistesleben, St<strong>ut</strong>tgart.<br />
Krantz, Lasse (2000), sitert fra dokumentarfilmen Det store spelet, Visions AS 2000.<br />
Mackensen (1987), Feuer – Kalk – Metalle, Einführende Unterrischtsgebiete aus<br />
phänomenologischem Ansatz für die Chemieepochen der 7. und 8. Klasse.<br />
Wetting, Ol<strong>av</strong> (1968), Norsk fyrstikkindustri, Universitetsforlaget.<br />
26