Opgaver til T1.4

Opgaverne hører til siden T1.4 PVC og blødgørere. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T1.4.1: De vigtigste ord

Hvad står forkortelsen PVC for?
Hvad kaldes chlorethen også?
Hvad er en blødgører?
Hvad er et tilsætningsstof? Nævn tre eksempler.
Hvad betyder det, at et stof er hormonforstyrrende?

Hjælp 1

Find ordene i afsnittene Et hvidt stof, som ingen kunne bruge, Hård og blød PVC og Blødgørere, der vandrer på siden T1.4.

Hjælp 2

Forkortelsen PVC er dannet af det andet navn for chlorethen med poly foran. En blødgører er et af flere stoffer, som fabrikken blander ind i plasten. Ordet hormonforstyrrende er sat sammen af hormon og forstyrre.

Facit

Polyvinylchlorid.
Vinylchlorid.
Et stof med små molekyler, som bliver blandet ind i plasten. Molekylerne lægger sig mellem kæderne, så plasten bliver blød og bøjelig.
Et stof, som fabrikken blander ind i plasten. Eksempler er blødgørere, farvestoffer, stoffer, der beskytter plasten mod sollys, og stoffer, der gør plasten mindre brandbar.
At stoffet kan påvirke kroppens egne hormoner.

Opgave T1.4.2: Fra chlorethen til PVC

PVC dannes ved en polyaddition af chlorethen:

n CH₂=CHCl → [−CH₂−CHCl−]_n

Hvor mange atomer af hvert grundstof er der i ét molekyle chlorethen? Skriv molekylformlen.
Hvad sker der med dobbeltbindingen mellem de to carbonatomer under reaktionen?
Hvad viser de kantede parenteser, og hvad står n for?
Tre chlorethenmolekyler sætter sig sammen. Hvor mange carbonatomer, hydrogenatomer og chloratomer er der i det stykke kæde, de danner?
Dannes der andre stoffer end polymeren?

Hjælp 1

Læs afsnittet Fra olie til plast på siden Tema: Fossile brændstoffer og plast, og se på figuren med de tre trin. PVC dannes på samme måde som polyethen.

Hjælp 2

Tæl atomerne i chlorethen i reaktionsskemaet: begge carbonatomer, alle hydrogenatomerne og chloratomet. I en polyaddition sidder alle atomer fra monomererne i polymeren, så tre monomerer giver tre gange så mange atomer som én monomer.

Facit

2 carbonatomer, 3 hydrogenatomer og 1 chloratom. Molekylformlen er C₂H₃Cl.
Den åbner sig og bliver til en enkeltbinding. De to carbonatomer binder sig i stedet til nabomolekylerne.
De kantede parenteser viser den enhed, der bliver gentaget gennem hele kæden. Bogstavet n står for et stort tal, ofte flere tusinde.
Kædestykket er tre monomerer og har 6 carbonatomer, 9 hydrogenatomer og 3 chloratomer. Molekylformlen for stykket er C₆H₉Cl₃.
Nej. I en polyaddition dannes der kun ét stof, og alle atomer fra monomererne sidder i polymeren.

Opgave T1.4.3: Hård PVC

Eugen Baumann fandt PVC i 1872, men stoffet lå ubrugt hen i mere end 50 år. Hvorfor?
Udfyld skemaet, og afgør for hver binding, om den er upolær eller polær.

Binding	Beregning	ΔEN	Slags binding
C−H
C−C
C−Cl

Hvilket atom i bindingen C−Cl får en lille negativ ladning, δ−?
Polyethen har kun bindingerne C−H og C−C. Forklar, hvorfor kæderne i PVC holder bedre fast i hinanden end kæderne i polyethen.
I 1926 blandede Waldo Semon PVC med en olieagtig væske. Forklar, hvorfor plasten blev blød.

Hjælp 1

Læs afsnittene Et hvidt stof, som ingen kunne bruge og Hård og blød PVC på siden T1.4. Elektronegativiteterne står i figuren i afsnit 3.3: H 2,1, C 2,5 og Cl 3,0.

Hjælp 2

Træk den mindste elektronegativitet fra den største. Under 0,5 er bindingen upolær, og fra 0,5 op til 2,0 er den polær, så 0,5 hører med til de polære. Du kan begynde dine sætninger sådan:

I PVC er bindingen C−Cl …, så kæderne har små …
I polyethen er alle bindingerne …, og derfor …
Den olieagtige væske var en … Dens små molekyler lagde sig …

Facit

Ren PVC var hård og skør. Når den blev varmet op, begyndte den at gå i stykker, før den blev blød nok til at kunne formes.
Skemaet:

Binding	Beregning	ΔEN	Slags binding
C−H	2,5 − 2,1	0,4	upolær
C−C	2,5 − 2,5	0,0	upolær
C−Cl	3,0 − 2,5	0,5	polær

Chloratomet, fordi chlor har den højeste elektronegativitet. Carbonatomet får en lille positiv ladning, δ+.
I PVC er bindingen C−Cl polær, så kæderne har små positive og negative ender. De negative ender ved chloratomerne tiltrækker de positive ender i nabokæderne, og derfor holder kæderne godt fast i hinanden. I polyethen er alle bindingerne upolære, så kæderne har ingen positive og negative ender, der kan tiltrække hinanden på den måde.
Væsken var en blødgører. Dens små molekyler lagde sig mellem kæderne og skubbede dem lidt fra hinanden. Derfor holdt kæderne ikke så godt fast i hinanden og kunne lettere glide, og plasten blev blød og bøjelig.

Opgave T1.4.4: Blødgører i en haveslange

En blød haveslange af PVC vejer 1,20 kg, og 0,360 kg af massen er blødgører. Regn med, at resten af slangen er PVC.

Beregn masseprocenten af blødgører i slangen.
På siden T1.4 står der, at op mod en tredjedel af massen i en blød haveslange kan være blødgører. Passer slangen med det?
Hvor mange kilogram PVC er der i slangen?
Blødgøreren er ikke bundet til kæderne og kan langsomt vandre ud af plasten. Forklar, hvad der sker med slangen, når meget af blødgøreren er forsvundet.

Hjælp 1

Masseprocent står i afsnit 5.1. Her er blødgøreren stoffet, og slangen er blandingen. Til spørgsmål d skal du læse afsnittene Hård og blød PVC og Blødgørere, der vandrer på siden T1.4.

Hjælp 2

Divider massen af blødgører med slangens masse, og gang med 100 %. En tredjedel svarer til omkring 33 %. Til spørgsmål d kan du begynde sådan: “Når der er mindre blødgører mellem kæderne, kommer kæderne … og holder …”

Facit

m(blødgører) = 0,360 kg og m(slange) = 1,20 kg

\[ \text{masseprocent} = \frac{m(\text{blødgører})}{m(\text{slange})} \cdot 100\ \% \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}360\ \mathrm{kg}}{1{,}20\ \mathrm{kg}} \cdot 100\ \% = 30{,}0\ \% \]

Slangen indeholder 30,0 % blødgører.

Ja. En tredjedel er omkring 33 %, og 30,0 % er lidt mindre end det.
Massen af PVC er

\[ m(\text{PVC}) = m(\text{slange}) - m(\text{blødgører}) = 1{,}20\ \mathrm{kg} - 0{,}360\ \mathrm{kg} = 0{,}840\ \mathrm{kg} \]

Der er 0,840 kg PVC i slangen.

Når der er mindre blødgører mellem kæderne, kommer kæderne tættere på hinanden og holder bedre fast i hinanden. De kan ikke længere glide så let, og slangen bliver hårdere og stivere.

Opgave T1.4.5: Phthalater i legetøj

Siden 2020 må fire af de mest brugte phthalater i hele EU højst udgøre 0,1 % af plasten i de fleste ting, vi køber.

Hvor mange gram af de fire phthalater må der højst være i 100 g plast?
En badeand af blød PVC vejer 50,0 g. Hvor mange gram må de fire phthalater højst udgøre? Regn også svaret om til milligram.
Forestil dig en gammel badeand på 50,0 g, hvor 30,0 % af massen er phthalater ligesom blødgøreren i haveslangen i opgave T1.4.4. Hvor mange gram phthalater er der i den?
Hvor mange gange så meget er det, som der højst må være i dag?
Hvorfor er phthalater et særligt stort problem i legetøj til små børn?

Hjælp 1

Læs afsnittet Blødgørere, der vandrer på siden T1.4. Masseprocent står i afsnit 5.1, hvor 1,2 % salt i et brød betyder 1,2 g salt i 100 g brød.

Hjælp 2

Massen af et stof findes ved at dividere masseprocenten med 100 % og gange med blandingens masse. Der går 1000 mg på 1 g. Til spørgsmål d skal du dividere massen fra spørgsmål c med massen fra spørgsmål b. Til spørgsmål e kan du begynde sådan: “Phthalaterne er ikke bundet til kæderne, så når et barn sutter på legetøjet, …”

Facit

0,1 g. Procent betyder hundrededele, så 0,1 % af 100 g er 0,1 g.
Den største masse, der er tilladt, er

\[ m(\text{phthalater}) = \frac{\text{masseprocent}}{100\ \%} \cdot m(\text{badeand}) = \frac{0{,}1\ \%}{100\ \%} \cdot 50{,}0\ \mathrm{g} = 0{,}05\ \mathrm{g} \]

Badeanden må højst indeholde 0,05 g phthalater. Det er 50 mg.

Massen af phthalater i den gamle badeand er

\[ m(\text{phthalater}) = \frac{30{,}0\ \%}{100\ \%} \cdot 50{,}0\ \mathrm{g} = 15{,}0\ \mathrm{g} \]

Den gamle badeand indeholder 15,0 g phthalater.

Forholdet mellem de to masser er

\[ \text{forhold} = \frac{15{,}0\ \mathrm{g}}{0{,}05\ \mathrm{g}} = 300 \]

Den gamle badeand indeholder 300 gange så meget phthalat, som der må være i dag.

Phthalaterne er ikke bundet til kæderne, så de kan vandre ud af plasten. Når et lille barn sutter på legetøjet, kan de komme ind i munden på barnet, og flere phthalater er hormonforstyrrende.

Opgave T1.4.6: Chlor i PVC

PVC er bygget af enheden C₂H₃Cl, som bliver gentaget gennem hele kæden. Brug atommasserne C 12,01 u, H 1,008 u og Cl 35,45 u.

Hvor mange atomer af hvert grundstof er der i enheden C₂H₃Cl?
Beregn molarmassen for C₂H₃Cl.
Hvor mange gram chlor er der i 1 mol C₂H₃Cl?
Beregn masseprocenten af chlor i PVC.
Et kloakrør af hård PVC vejer 2,00 kg. Regn røret som ren PVC. Hvor mange kilogram chlor er der i røret?

Hjælp 1

Molarmassen beregnes som i afsnit 4.2, og masseprocenten som i afsnit 5.1. Her er chloratomerne stoffet, og hele enheden C₂H₃Cl er blandingen.

Hjælp 2

Molarmassen er:

\[ M(\mathrm{C_2H_3Cl}) = 2 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 3 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 35{,}45\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 62{,}49\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

1 mol C₂H₃Cl vejer altså 62,49 g, og 35,45 g af det er chlor. Til spørgsmål e: Divider masseprocenten med 100 %, og gang med rørets masse.

Facit

2 carbonatomer, 3 hydrogenatomer og 1 chloratom. Enheden har samme formel som chlorethen, fordi der ikke forsvinder atomer i en polyaddition.
Molarmassen er

\[ M(\mathrm{C_2H_3Cl}) = (2 \cdot 12{,}01 + 3 \cdot 1{,}008 + 35{,}45)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 62{,}49\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

I 1 mol C₂H₃Cl er der 1 mol chloratomer.

\[ m(\mathrm{Cl}) = 35{,}45\ \mathrm{g} \]

1 mol C₂H₃Cl vejer 62,49 g.

\[ \text{masseprocent} = \frac{m(\mathrm{Cl})}{m(\mathrm{C_2H_3Cl})} \cdot 100\ \% = \frac{35{,}45\ \mathrm{g}}{62{,}49\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 56{,}7\ \% \]

56,7 % af massen i PVC er chlor. Mere end halvdelen af plastens masse er altså chlor.

Massen af chlor i røret er

\[ m(\mathrm{Cl}) = \frac{\text{masseprocent}}{100\ \%} \cdot m(\text{rør}) = \frac{56{,}7\ \%}{100\ \%} \cdot 2{,}00\ \mathrm{kg} = 1{,}13\ \mathrm{kg} \]

Der er 1,13 kg chlor i røret.

Opgave T1.4.7: Når PVC brænder

Når PVC brænder, dannes der hydrogenchlorid. Reaktionsskemaet er skrevet for enheden C₂H₃Cl. Hvor meget hydrogenchlorid dannes der, når 1,000 kg PVC brænder?

2 C₂H₃Cl + 5 O₂ → 4 CO₂ + 2 H₂O + 2 HCl

	2 C₂H₃Cl	2 HCl
m	1000 g
M	62,49 g/mol	36,46 g/mol
n

Vis, at reaktionsskemaet er afstemt.
Trin 1, ned: Beregn stofmængden af C₂H₃Cl.
Trin 2, på tværs: Find stofmængden af hydrogenchlorid.
Trin 3, op: Beregn massen af hydrogenchlorid.
Hvorfor er røgen fra en brand med PVC ætsende?

Hjælp 1

Tæl atomerne af hvert grundstof på begge sider af pilen som i afsnit 1.4. Mængdeberegningen følger skemaet i afsnit 4.5. Til spørgsmål e skal du læse afsnittet Når PVC brænder på siden T1.4.

Hjælp 2

Husk at gange med koefficienten: 2 C₂H₃Cl indeholder 4 carbonatomer. Oxygen findes både i CO₂ og i H₂O, og hydrogen findes både i H₂O og i HCl. Stofmængden af C₂H₃Cl er 16,00 mol. Koefficienterne er 2 for C₂H₃Cl og 2 for HCl, så der dannes lige så mange mol hydrogenchlorid, som der brænder C₂H₃Cl.

Facit

Atomerne før og efter pilen:

Grundstof	Før pilen	Efter pilen
C	4 i 2 C₂H₃Cl	4 i 4 CO₂
H	6 i 2 C₂H₃Cl	4 i 2 H₂O og 2 i 2 HCl, i alt 6
Cl	2 i 2 C₂H₃Cl	2 i 2 HCl
O	10 i 5 O₂	8 i 4 CO₂ og 2 i 2 H₂O, i alt 10

Der er lige mange atomer af hver slags på begge sider, så reaktionsskemaet er afstemt.

Stofmængden findes med massen og molarmassen.

\[ n(\mathrm{C_2H_3Cl}) = \frac{m}{M} = \frac{1000\ \mathrm{g}}{62{,}49\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 16{,}00\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 2 : 2.

\[ n(\mathrm{HCl}) = \frac{2}{2} \cdot 16{,}00\ \mathrm{mol} = 16{,}00\ \mathrm{mol} \]

Massen findes med stofmængden og molarmassen.

\[ m(\mathrm{HCl}) = n \cdot M = 16{,}00\ \mathrm{mol} \cdot 36{,}46\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 583{,}4\ \mathrm{g} \]

Der dannes 583,4 g hydrogenchlorid. Mere end halvdelen af plastens masse bliver altså til hydrogenchlorid, fordi mere end halvdelen af massen i PVC er chlor.

	2 C₂H₃Cl	2 HCl
m	1000 g	583,4 g
M	62,49 g/mol	36,46 g/mol
n	16,00 mol	16,00 mol

Røgen indeholder hydrogenchlorid, som er en syre. Når gassen kommer i vand, afgiver hvert HCl-molekyle en hydron til et vandmolekyle, og der dannes saltsyre. Derfor er røgen ætsende og farlig at indånde, og forbrændingsanlæg skal rense røgen, før den bliver lukket ud.