En donation fra Nordea-fonden medførte i 2012, at 3.xKe på Aabenraa Statsskole fik et spændende, naturvidenskabeligt projekt med fokus på at undersøge grundstoffet tantal.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6/7, 2013 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af lektor Karl P. Larsen, Aabenraa Statsskole
I forbindelse med Dansk Naturvidenskabsfestival 2012 var det, takket været en donation fra Nordea-fonden, muligt at søge om midler til gennemførelsen af utraditionelle naturvidenskabelige projektforløb. Forinden havde jeg haft fornøjelsen af at deltage i to finalerunder af det nu hedengangne DM for Naturfagslærere og var faktisk allerede gået i gang med næste ide.
Ifølge Stx-bekendtgørelsen for bl.a. kemi B-nivauet skal der undervejs behandles:
Stoffers anvendelse i hverdagen og i teknologisk sammenhæng
Og som kernestof også uorganisk kemi med stofkendskab til udvalgte forbindelser af metaller.
En moderne mobiltelefon indeholder et antal kondensatorer, hvor det dielektriske materiale er tantal(V)oxid, men hvad er så tantal?
Yderligere inspireret af det meget smukke GEUS-kort over forekomster af metaller og mineraler på Grønland var det oplagt(!) at undersøge grundstoffet tantal, et metal, eleverne i 3.xKe næppe havde hørt om før.
Ansøgningen blev imødekommet, og det gav mulighed for at inkludere et antal spændende aktiviteter i projektet, herunder besøg af eksperter og ekskursioner ”ud-af-huset”. Ta-metal og Ta-forbindelser er i øvrigt heller ikke billige!
Projektet var centreret i ugerne omkring Naturvidenskabsfestivalen (uge 39) og fremefter.
Program
Indledning: Om fasediagrammer, røntgendiffraktion og røntgenfluorescens.
Tantals geokemi: Forekomst, udvinding etc. Foredrag ved seniorrådgiver Per Kalvig, GEUS, København.
Tantals fysik og kemi: Eksperimenter i eget kemilaboratorium.
Syntese af uorganiske materialer: Foredrag ved adjunkt Mogens Christensen, KI/ÅU.
Analysemetoder: Røntgenfluorescens, røntgenkrystallografi. Besøg med eksperimenter på KI/ÅU, Lab. for uorganisk kemi og Lab. for analytisk Kemi.
Besøg på Dong Energy, Ensted, ICP-OES–analyser.
Anvendelser af tantal: Besøg på Tantaline, Danfoss, Nordborg.
Evaluering: Grupperapporter, udstilling på skolen.
Det overordentligt inspirerende foredrag ved seniorforsker Per Kalvig, der havde lavet et helt specielt foredrag til lejligheden, var stærkt medvirkende til, at forløbet blev en succes. For mange elever er grundstoffer og kemikalier noget, det står på hylder eller rulleborde i nydelige små beholdere, men med foredraget blev det klart, at vejen fra forekomsten i grundfjeldet til det færdige produkt ofte er lang og teknisk besværlig og oftest iblandet økonomiske og måske endda politiske overvejelser, jvf. coltan-problematikken i det centrale Afrika.
Der var således en kærkommen lejlighed til at slå et slag for geokemien, som i lyset af udviklingen i grønlandsk minedrift måske vil komme til at indtage en mere synlig plads i gymnasiets kemiundervisning fremover.
Mogens Christensen, KI/ÅU holdt et spændende foredrag om moderne syntesemetoder. Indlægget gav eleverne et glimrende indblik i, hvordan der arbejdes med kemien på universitetsniveau. De var således godt rustede til besøgene på Kemisk Institut ved Århus Universitet, hvor de fik lejlighed til at prøve analyseteknikkerne PXRD og røntgenfluorescens på diverse tantal-prøver.
Afprøvning af teknikker
Der blev bl.a. målt XRF på tantalit (FeTa2O6), som det viste sig at være ganske svært at fremskaffe.
Det viste sig, at der også var Nb i prøven, hvilket bekræftede udsagnet om, at Nb og Ta ofte erstatter hinanden i mineraler.
På lignende vis blev det bekræftet, at der var Ta i de små gule kondensatorer.
Pulverdiffraktionsteknikken blev afprøvet under kyndig vejledning af Anders Blichfeld, og det var rart at se, at det dyrt indkøbte mineral faktisk var tantalit:
På Dong Energy, Enstedværket, blev der i deres særdeles veludstyrede analyselaboratorium (ikke mindre end tre ICP-opstillinger, herunder ét MS-koblet) lavet ICP-OES-målinger på Ta og Ta2O5. Kalibreringskurver med R2-værdier på 1,000 overbeviste eleverne om værdien af omhyggeligt laboratoriearbejde og bekræftede prøvernes renhed.
Besøg hos Tantaline – anvendelser
Sidste led i projektet var et besøg hos firmaet Tantaline, der har til huse i lejede bygninger hos Danfoss i Nordborg.
Dette firma kan i en delikat proces, der involverer metallisk Ta, Cl2 og H2 og TaCl5 i gasform og særdeles nøje kontrol af temperaturforløbet, belægge diverse metalemner med et lag af Ta, som har vist sig at være særdeles resistent overfor specielt stærke syrer.
Direktør Peter Lock berettede entusiastisk om firmaets start og fremtidsudsigter, der synes gode, og ganske aktuelt har der på det seneste været en artikel om firmaet i DTU´s Dynamo nr. 32, marts 2013. Så selv ”nørdede” metaller er faktisk vigtige.
Det har naturligvis ikke været tanken at gøre eleverne til krystallografer eller analysekemikere, men bevillingen fra Nordea-fonden gjorde det muligt, med udgangspunkt i, hvad Per Kalvig kalde et ”lidt nørdet metal”, at vise teoretisk og anvendt kemi på højt niveau og give et lille indblik i, hvilke spændende muligheder kemien tilbyder på de videregående studier og i industrielle anvendelser.
Tre af eleverne valgte efterfølgende SRP-opgaver, der var direkte relaterede til indtryk, de fik i løbet af Ta-projektet (syntese og analyse af magnetiske materialer, diamanter og substitutter herfor og fluorescens; de to første med praktikophold på KI/ÅU).
Bevilgede midler i 2013
Der er også bevilget midler fra Nordea-fonden i forbindelse med Dansk Naturvidenskabsfestival i efteråret 2013, så jeg kan kun på det varmeste anbefale, at man udnytter denne glimrende mulighed for at tilføre kemiundervisningen spændende aspekter, der ellers kun meget vanskeligt ville være økonomisk mulighed for.
Til slut en stor tak til Nordea-fonden, seniorforsker Per Kalvig, GEUS, adjunkt Mogens Christensen, KI/ÅU, Anders Blichfeld, KI/ÅU, lektor Niels Pind, KI/ÅU, laboratoriechef Edith Thomsen, Dong Energy og direktør Peter Lock for deres store velvillighed og indsats i forbindelse med projektet.
Ta-kondensatorer til XRF-undersøgelser; eget foto.
GeoViden, 2005, no. 1, p. 19.
Per Kalvig, GEUS. Skolens geolog var med; eget foto.
Moderne PXRD-udstyr er imponerende; eget foto.
Tantalit; http://www.mindat.org
Tantalit, XRF; eget eksperiment.
Tantalit, PXRD; eget eksperiment.
Billede 8 – PDF Card:
Tantalit, PXRD, PDF-card.
Princippet i ICP-OES gennemgås; eget foto.
Og hvem var så Tantalus? http://www.tantaline.com
Ta-resistens over for svovlsyre; Tantaline pp-show, dia 10.
Fra den afsluttende udstilling; eget foto.
