Undervisningsopplegg

Passer for

  • vg1

Rust

I dette undervisningsopplegget skal elevene undersøke hva som skjer når noe ruster. Ved å bruke enkle midler som spiker og stålull skal de undersøke hva som får jern eller stål til å ruste, og hvordan vi kan hindre at materialer korroderer. 

Redoksreaksjoner er et komplisert faglig tema, og i naturfag på yrkesfag på Vg1 skal dette temaet normalt ikke dekkes. På teknikk og industriell produksjon er imidlertid materiallære et sentralt tema, noe som er fint å kunne utnytte i et tverrfaglig samarbeid. I dette undervisningsopplegget legges det vekt på utforskende aktiviteter med vekt på å observere hva som skjer når noe ruster, og hvordan vi kan hindre eller begrense at materialer tæres opp av rust. De praktiske øvelsene kan gjerne gjennomføres på verkstedet.

propell rust

  • Læreplan i naturfag (NAT01-04)

    Kjerneelement

    • Naturvitenskapelige praksiser og tenkemåter (KE67)
    • Energi og materie (KE69)

    Kompetansemål

    • Vg1 TP
      • undersøke egenskapene til ulike materialer og overflatebehandlinger og vurdere bruk av disse i et bærekraftsperspektiv (KM742)

Grunnleggende ferdigheter

  • Muntlige ferdigheter (GF1)
  • Å kunne skrive (GF2)
Forsøk og praktisk arbeid

Hva er rust?

I denne aktiviteten skal elevene bruke forhåndskunnskapene sine til å dokumentere hvordan rust ser ut, og hvor det forekommer. 

rust4

Be elevene ta fem ulike bilder av noe som har rusta og skrive en kort beskrivelse av hva rust er. Denne oppgaven kan du gjerne gi som lekse. 

Del elevene inn i grupper på 2–4 elever. Be elevene presentere bildene for hverandre og forklare hvordan de kan se at bildene viser rust. Be de også diskutere hvilke materialer som ruster.

Etter at alle har presentert bildene sine, skal gruppa i fellesskap velge ut de fem bildene de mener best beskriver begrepet rust. I tillegg skal de bli enige om en kort tekst som beskriver begrepet rust.

La gruppene presentere bildene og teksten i plenum. Klassen gir tilbakemelding til gruppene om valg av bilder og beskrivelsen av begrepet rust.

Faglig forklaring

De fleste metaller er uedle og vil etter hvert korrodere. Når jern korroderer, kalles det rust, mens korrosjon av kobber kalles irr.

Grunnleggende ferdigheter

Digitale ferdigheter: Elevene dokumenterer fenomenet rust ved å ta bilder av overflater som ruster.

Muntlige ferdigheter: Elevene beskriver hva de har funnet, lytter til andres beskrivelser og diskuterer hva som kjennetegner rust og overflater som ruster.

Å kunne skrive i naturfag: Når elevene skal formulere en kort, skriftlig beskrivelse av rust, vil de reflektere mer over sine ordvalg, og om teksten representerer det gruppa har blitt enige om.

Vurdering

Elevene presenterer sine observasjoner og bilder, og gir hverandre tilbakemeldinger i små grupper og i klassediskusjon. Lærer gir tilbakemelding på presentasjoner og diskusjoner i klassediskusjon.

Materialer og utstyr

kamera

Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • korrosjon
    reaksjon mellom materialer og oksygen (utveksling av elektroner). Stoffet som dannes legger seg ofte på overflaten av metallet. Rust er et eksempel på korrosjon av jern.
  • oksidasjon
    kjemisk reaksjon der et stoff reagerer med oksygen. Et stoff som blir oksidert gir fra seg elektroner. Stoffet som samtidig reduseres, tar opp elektroner.
  • rust
    en kjemisk forbindelse mellom jern (Fe) og oksygen. Jernet tæres i stykker av prosessen (oksidasjon) og danner rødbrune «skorper» på metallet.

Er del av

Forsøk og praktisk arbeid

Hva påvirker reaksjonshastigheten til rusting?

En dott med stålull ruster raskere i varmt enn kaldt vann. Elevene skal utforske videre om det kan være andre ting som kan påvirke reaksjonshastigheten til rusting.

Grubletegning. Del elevene inn i grupper på 2–3, og gi hver gruppe et eksemplar av grubletegning om rusting. Be elevene diskutere utsagnene og hvem de er mest enige med og hvorfor.

Oppsummer diskusjonen i plenum der hver gruppe får si noe om hva de snakket om.

rusting

Stålulldemonstrasjon. Vis fram stålull og spør klassen om hva stålull egentlig er. Spør: Kan stålull ruste?

Demonstrer at stålullen kan ruste raskt hvis du legger en dott av den i vann og rører rundt. Etter allerede få minutter observeres at vannet i glasset får en brun farge. Tips: Bruk varmt vann, da får du en tydelig farge etter 2 minutter.

Legg en dott med stålull i varmt vann og rør rundt. Legg en dott med stålull i varmt vann og rør rundt.

Etter to minutter har stålullen rusta. Etter to minutter har stålullen rusta.

 

Planlegge utforsking. Spør elevene: Hva påvirker reaksjonshastigheten til rusting av stålull? [varmt/kaldt vann, surt vann, basisk vann, saltvann] Skriv forslagene på tavla. La elevene jobbe i grupper på 2–3, der hver gruppe skal prøve ut ett eller to av forslagene.

Diskuter i klassen hvordan forsøket må settes opp for å finne ut ved hvilke forhold stålulla ruster fortest. Husk å minn elevene på at de alltid må ha et referanseglass (f.eks. kaldt, ferskt vann) å sammenligne med.

Gjennomføring. Hver gruppe skal lage en hypotese før de får sette i gang forsøket. Minn elevene på at de alltid må ha tenkt ut hvordan de kan se / finne ut om hypotesen stemmer / ikke stemmer. I denne fasen kan det være nyttig å bruke et skjema som støtte til å jobbe systematisk med en parameter av gangen.

I skjemaet under er demonstrasjonsforsøket brukt som eksempel:

skjema rust

 

Oppsummering i klassen. Si: Hva kan påvirke reaksjonshastigheten til rusting av stålull? Kan vi nå si noe om ved hvilke forhold stålullen ruster raskest? Oppsummer resultatene til alle gruppene. Si: Har forsøket blitt gjort mange nok ganger til at vi kan trekke en konklusjon? Kan det være noen feilkilder som kan påvirke resultatet?

Forslag til utvidelse av forsøket: Er det nå mulig å kombinere flere av parametrene? Ved hvilke forhold vil stålulla ruste raskest?

Sammenstill alle resultatene i en klassediskusjon og trekk en konklusjon sammen.

Her ser vi forskjell på reaksjonshastigheten av rusting i varmt og kaldt vann. Her ser vi forskjell på reaksjonshastigheten av rusting i varmt og kaldt vann.

 

Materialer og utstyr

  • fin stålull (uten såpe)
  • begerglass
  • vann
  • salt
  • sur løsning
  • basisk løsning
Forsøk og praktisk arbeid

Hva skjer når noe ruster?

Spør: Hva må til for at noe ruster? Hva skjer egentlig når noe ruster?

Grubletegning. Vis grubletegning om rustne spiker. Les høyt de ulike utsagnene eller la elevane lese de selv. 

Bruk  tenk-par-del  der hver enkelt elev først tenker gjennom hvem han/hun er mest enig med. La de så fortelle hverandre to og to hva de tenker. Be de om å grunngi hvorfor de tenker som de gjør. La til slutt noen av elevene fortelle hele klassen hva de snakket om. 

rustnespiker

 

Demonstrasjonsforsøk med stålull. Fortell elevene at vi skal observere hva som skjer når en dott med fuktet stålull får stå en stund. Repeter sammen med elevene hva rusting egentlig er. [Rusting er en kjemisk reaksjon som skjer sakte. I en kjemisk reaksjon reagerer to eller flere stoffer med hverandre og danner nye stoffer.]

Be elevene diskutere i grupper på 2–3 elever: Hva tror dere vi kan observere når stålulla begynner å ruste? 

Du kan ha gjort klart forsøkets tre første punkter slik at det bare er igjen å snu reagenglassene og sette de fast i stativene: 

  1. Hell vann farget med konditorfarge i glasskaret. Vannet behøver ikke være farget, men da er det lettere å observere vannstanden.
  2. Fest en liten dott stålull med tape i bunnen av det ene reagensglasset og fyll opp med farget vann, ca. halvfullt.
  3. Fyll et annet reagensglass med farget vann slik at de to rørene har nøyaktig like høy vannstand. 
  4. Hold tommelen for åpningen på reagensglassene og sett de opp ned i karet med farget vann. Kontroller at vannstanden fortsatt er like høy i de to reagensglassene. Heng reagensglassene i stativ, slik at reagensglassene stikker nedi vannet i glasskaret, Figur 6
  5. Sett et merke på begge reagensglassene der vannet rekker.
  6. Vent i ca. 1,5–2 timer. Observer endringene i vannstanden.

Faglig forklaring

Rusting skjer når jern reagerer med oksygengass i lufta eller oksygengass oppløst i vann. Den kjemiske forbindelsen mellom jern og oksygen, som er i fast form, tar mye mindre plass enn oksygengass. Dette skaper et undertrykk i reagensglasset slik at vannet fra glasskaret presses opp i reagensglasset.

Kommentarer/praktiske tips

I dette forsøket tar det en del tid før vi kan se resultatene, så det kan egne seg som et demonstrasjonsforsøk.

Materialer og utstyr

  • reagensrør
  • konditorfarge
  • stålull uten såpe
  • vann
  • glasskar

Er del av

Forsøk og praktisk arbeid

Hvordan kan vi hindre at materialer korroderer?

I denne øvelsen skal elevene utforske ved hvilke forhold en jernspiker ruster mer eller mindre.

 

propell rust

 

Oppdrag. Gi elevene dette oppdraget: En båtpropell av stål skal utrustes med en offeranode, som er et metall som beskytter propellen mot rust. Du har to ulike typer metaller å velge i mellom: magnesium og kobber. Hvilket metall skal du velge?

Spør elevene: Hvorfor ruster et bilskrog? Et bilskrog lages ofte av stål, og i kontakt med vann og salt vil det korrodere. For at bilskrogene ikke skal ruste så raskt dekkes de med et lag med sink før de lakkeres. Sink er et uedelt metall og gir lett fra seg elektroner. Hvis det blir skade i lakken, «ofrer» sinken seg og ruster i stedet for stålet.  

Forsøk. Si: I dette forsøket skal dere finne ut om det er andre typer metall som kan fungere som offeranode for propellen som er laget av stål. Vi bruker en stålspiker som skal være en modell for propellen, og ulike metaller som skal surres rundt spikeren for å se om dette beskytter stålet i spikeren.

Del inn i grupper på 2–4 elever. Be hver gruppe om å lage en hypotese med begrunnelse. Si: Lag en hypotese som svarer på spørsmålet: I hvilken rekkefølge vil spikrene ruste?

Del ut til hver gruppe tre jern-/stålspikre, tre reagensglass, magnesiumbånd, kobbertråd og et stativ. 

Be elevene følge denne instruksjonen:

  1. Klipp av en bit magnesiumbånd og tvinn rundt den ene spikeren.
  2. Klipp av en kobbertråd og bøy den rundt den andre spikeren.
  3. Legg de tre spikerne (én spiker har ingenting rundt seg) ned i hvert sitt reagensglass, og fyll på vann slik at spikrene dekkes.

Spiker med kobbertråd og spiker med magnesiumbånd. Spiker med kobbertråd og spiker med magnesiumbånd.

Spikrene må stå noen dager. Be elevene observere hver dag og dokumentere med å ta bilder. Be elevene lande på hvilket metall de vil velge for å lage båtpropellen.

Etter at forsøket er ferdig gjennomført, oppsummerer dere resultatene fra alle gruppene i klassen. Be elevene skrive en rapport fra forsøket som har med bildene de har tatt underveis.

Ha en faglig oppsummering i klassen: For å unngå at et metall ruster, kan det kobles sammen med et metall som er mindre edelt, en offeranode. Da vil det minst edle metallet «ofre seg», og offeranoden ruster før det andre metallet. Offeranoden må derfor byttes ut med jevne mellomrom. Når du velger type offeranode, må du derfor velge et metall som er mindre edelt enn metallet i selve propellen. Metallene som lett gir fra seg elektroner (oksideres) er de uedle metallene, og metallene som holder seg best i metallform kalles edle metaller. Spenningsrekka viser metallenes edelhet i stigende rekkefølge. Les mer.

Forslag til utvidelse av forsøket: Er det forskjell på hvilken type offeranode du skal velge om propellen skal gå i ferskvann eller saltvann? 

Resultat etter tre dager. Resultat etter tre dager.

Faglig forklaring

Når jern/stål ruster, dannes det jernoksid som løser seg opp i vann fordi det er så porøst. På denne måten tæres jernet opp i korrosjonsprosessen. For å unngå korrosjon på metaller benyttes ofte maling eller lakkering slik at oksygen og vann ikke kommer i kontakt med metallet. Maling og lakk slites også, så det er viktig at dette vedlikeholdes og ikke får riper.

En annen metode for å unngå korrosjon er bruk av offeranode, dette kalles ofte galvanisk korrosjon: Hvis to forskjellige metaller kobles sammen, vil det minst bestandige (minst edle) bli oksidert. Denne kunnskapen benyttes for å beskytte materialer, f.eks. spiker, skip eller annet som er utsatt for fukt og oksygen.

Ulike metaller korroderer på ulikt vis: Aluminium korroderer også, men da dannes det et belegg som er tett og som legger seg inntil metallet og hindrer/reduserer videre korrosjon.

Kommentarer/praktiske tips

Her har vi brukt kobber og magnesium, men prøv gjerne også andre metaller som er tilgjengelige, for eksempel sink eller aluminium (aluminiumsfolie).

 

Grunnleggende ferdigheter

Gruppearbeidet gir trening i muntlige ferdigheter. I samtalene må elevene formulere og formidle fagstoff, lytte til hverandres innspill og sammen resonnere seg fram til hvilke hypoteser som kan være fornuftige og hvordan hypotesene kan testes.  

Vurdering

Veiled gruppene mens elevene diskuterer hypotesene sine med begrunnelser.

Elevene skal skrive en rapport til forsøket. Mange elever synes det er vanskelig å skrive rapport, så det er viktig at du også gir en muntlig eller skriftlig vurdering av rapporten, slik at elevene vet hvordan de kan forbedre seg i rapportskriving.

Materialer og utstyr

  • reagensglass
  • jern/stålspiker (ikke galvanisert)
  • to metalltråder der den ene er av et metall som er mer edelt enn jern (for eksempel kobber) og den andre av et metall som er mindre edelt enn jern (for eksempel magnesium)

Er del av

Læringsressurs

Nettressurser