Chemie in de klas

Hoe leer je kinderen iets over wetenschap? Ik ging met mijn pipetjes, peper en heel veel glitter naar de Jonge Onderzoekers om hen te leren hoe je vuil afstoot. En ik kwam met goud glinsterende gympen weer thuis.

8 oktober 2020

‘Waarom moeten jouw kleren in de was, terwijl planten van een regenbuitje al helemaal schoon worden? De natuur maakt prachtige water- en vuilafstotende oppervlakken. Gastdocent Annemarie Maan, RUG polymeerchemie, onderzoekt hoe dat werkt en wat we daarvan kunnen leren. Je gaat met Annemarie vuilafstotende oppervlakten bedenken, bouwen en testen.’

Lekker kliederen met water en glitter
Peter Struwe

Dit is het bericht dat ik ontving, de avond voordat ik een les gaf bij de Jonge Onderzoekers. De Jonge Onderzoekers is een activiteitencentrum, opgericht om kinderen al op jonge leeftijd (leeftijd 8-12 jaar) de kans te geven om te snuffelen aan allerlei onderwerpen binnen de wetenschap. De activiteiten worden volledig begeleid door opgeleide vrijwilligers, zodat activiteiten betaalbaar blijven. Zo werd ook ik uitgenodigd om als vrijwilliger te vertellen over mijn onderzoek.

Alles wordt vies!

En zo geschiedde. Op 11 september loop ik het gebouw in van de Jonge Onderzoekers, en word ik door de overige vrijwilligers naar de ruimte begeleid. Ik pak mijn spulletjes uit, sluit mijn laptop aan, en zet alvast de potjes met water en pipetjes op tafel voor het eerste experiment. En dat was dan ook direct mijn misstap nummer 1. De kinderen komen één voor één binnen, 1 meisje en 9 jongens. Zodra ze zitten, ontdekken ze al gauw de pipetjes. Binnen vijf minuten zijn het echter geen pipetjes meer, nee, het zijn mini-waterpistolen geworden! Het wordt een compleet waterbad, nog voordat de les was begonnen. Al doende leert men.

Nadat het waterbad is opgeruimd, kan de les daadwerkelijk beginnen. Ik heb de les zo opgebouwd dat de deelnemers voornamelijk kunnen leren door te doen, in plaats van alleen maar te luisteren. Het eerste deel, ‘Vuil’, gaat in op de problemen van vastplakkend viezigheid. Alles wordt smerig en dit leidt tot verstoppingen en oplopende kosten om alles weer schoon en werkend te krijgen. Hoe kunnen we dit nu oplossen?

Ik vraag het de kinderen. Eén van hen zegt overtuigend: ‘Niets! Want als je niets doet, kan het toch ook niet vies worden?’ Heerlijk, die kinderlogica. Een ander zegt: ‘Kunnen we de spullen niet met iets bedekken waardoor het niet meer vuil kan worden?’ Precies! En de natuur is ons daar al een stapje in voor. Sommige planten, zoals de lotus en lelie, zijn namelijk waterafstotend, en nemen zo ook vuil mee dat op het blad terecht komt. Ik laat een filmpje zien van een lelieblad. Zoals je ziet, blijft niets op het blad achter, maar glijdt het er allemaal van af.

Om de kinderen verder te overtuigen, heb ik ook twee soorten bladeren meegenomen: een mandarijnblad (waterafstotend) en een eikenblad (niet waterafstotend). Ik vraag wie de bladeren wil testen; alle vingertjes gaan omhoog. Ik wijs twee kinderen aan, maar nog voor ik de stengel met bladeren kan aangeven, worden de bladeren al snel met harde hand van hun steel gerukt. RIP bladeren.

Testkwartiertje met (vuilafstotende)bladeren. — Testkwartiertje met (vuilafstotende) bladeren.
Peter Struwe

Gelukkig is het verschil tussen beide bladeren nog aantoonbaar: het water glijdt van het mandarijnblad af, maar het eikenblad blijft kletsnat. Maar, hoe kan het nou dat het ene blad waterafstotend is en de ander niet? Één voor één komt ieder met hun suggestie naar voren. ‘Het ligt aan de vorm van het blad!’ ‘Niet! Het komt omdat het ene blad groter is dan de ander!’ Ik leg uit dat de vorm en de grootte er niet zozeer toe doen, maar wel wat er op het oppervlak zit. Het ligt namelijk aan de structuur en de chemie van het blad. Met het blote oog kunnen wij dat niet zien, maar als je flink inzoomt op bijvoorbeeld een lotusblad, dan zie je een bobbelige structuur. Op elk van die bobbels zit een dun waxlaagje. En samen zorgt dat ervoor dat het water eraf glijdt en zo ook het vuil wordt meegenomen.

Door dit prachtige systeem uit de natuur te kopiëren, is het al gelukt om textiel vuilafstotend te maken. En dat mogen jullie nu gaan testen! Jullie gaan het verschil ontdekken tussen textiel dat is behandeld met een vuilafstotende laag, en ééntje die dat niet heeft (een simpele theedoek). Ik geef elk van de kinderen een stukje van beide textiel, en de waterpret begint. De theedoek maakt al snel plaats voor het andere stukje textiel, want ‘DIE IS VET!’ schreeuwen de kinderen bijna in koor. Hierop blijft het water namelijk gebold liggen, en glijdt het alle kanten op. Alsof het een knikkerkast is, wordt er met de waterdruppeltjes gespeeld. Met peper en glitter testen ze vervolgens de vuilafstotende werking van het bewerkt stukje textiel, en ja hoor, alles glijdt er samen met het water van af. ‘WOOOOW, MAG IK DIT HOUDEN?!’ vraagt de één naar de ander. Tuurlijk mag dat.

Achteraf had ik echter moeten weten dat bij kinderen geldt ‘hoe viezer, hoe beter’, en kwam ik niet met mijn paarse, maar met goud glinsterende schoenen weer thuis.

Glijden en stuiteren

Na al het geklieder en geglitter is het tijd voor de tweede helft van mijn les, ‘Lab’. Dit deel gaat over mijn eigen onderzoek. Het is natuurlijk prachtig dat er al zo’n vuilafstotende beschermlaag bestaat, maar vaak zijn ze te duur om te maken in grote hoeveelheden, zijn ze niet goed voor het milieu, of werken ze op een gegeven moment niet meer. En daar wil ik een stokje voor steken; ik wil een beschermlaagje maken dat deze problemen niet heeft. Maar hoe doe ik dat? Met polymeren! Ik vraag de kinderen of ze weten wat polymeren zijn. Ze kijken me met grote lege ogen aan.

Een groep kinderen zit rond een tafel in een klaslokaal. — Ik bij de Jonge Onderzoekers
Peter Struwe

Ik leg uit dat het een soort plastic is, en dat je het overal kunt vinden; in je drinkflesje, je telefoon, je schoenen, je jas. Maar dat is in het groot. In het klein, ziet het er eigenlijk uit als een soort bolletjesketting. Elk bolletje kun je zien als een molecuul. Één voor één klikken ze aan elkaar vast, tot het een hele lange keten wordt, een polymeerketen. En als je veel van dit soort ketens naast elkaar vastplakt op een oppervlak, krijg je iets wat lijkt op een borstel. Zo’n polymeerborstel is super goed in staat om vuil tegen te houden, dankzij zijn speciale structuur en chemie. Het lijkt dus eigenlijk wel een beetje op het principe van het lotusblad: het oppervlakte is niet plat, maar heeft allemaal oneffenheden.

Ik pak mijn model erbij, gemaakt van chenilledraad, en laat een pompomballetje erop vallen. Zie je? Het vuildeeltje valt er zo van af! Helaas is dat bij mijn kat een ander geval…

Nu is het weer tijd voor een testkwartiertje. Ik vraag of de kinderen mij kunnen helpen een vuilafstotend oppervlak te maken. Ik deel stukken piepschuim uit en leg satéprikkers op tafel. Door de satéprikkers op een bepaalde afstand en hoogte van elkaar in het piepschuim te prikken, kunnen ze hun eigen oppervlakte structuur creeëren. Met een pingpongbal testen ze dan vervolgens of het vuilafstotend is: het pingpongballetje moet er van af glijden of stuiteren, maar mag niet vast komen te zitten of het piepschuim raken. Ik geef ze de tijd om te puzzelen. Terwijl de één gefocust de satéprikkers doormidden aan het breken is, vliegt bij de ander het pingpongballetje al in het rond.

DIY vuilafstotende laagjes bouwen
Peter Struwe

Na een tijdje laat ik de deelnemers één voor één naar voren komen. Elk van hen legt uit hoe ze bij hun design zijn gekomen, en ze laten zien of het werkt met het pingpongballetje. Zo heeft de één een pyramide systeem bedacht, terwijl de ander het principe laat zien via een gradient in hoogte. Ik sta versteld van hun creatief denkvermogen, en laat dat ook merken. Trots zegt een deelnemer, verstopt in zijn te grote labjas: ‘Ik heb het al 50 keer getest, en elke keer deed hij het goed, dus ik weet zeker dat hij voldoet aan de eisen!’ Een echte wetenschapper in de dop.

Geweldig Initiatief

En dat brengt me bij het einde van de les. Als afsluiter vraag ik de kinderen waar zij zo’n vuilafstotende laag voor zouden willen gebruiken. ‘Voor mijn schoenen, want ik houd van voetbal maar er blijft altijd zoveel modder op zitten’. ‘Voor mijn lievelings t-shirt, want ik heb één keer gemorst en ik krijg die vlek er niet meer uit’. ‘Voor mijn fiets, zodat hij niet vies en roestig wordt als ik hem een keer vergeet binnen te zetten’. Vervolgens was er ééntje die heel snugger zei: ‘zorgt het er ook voor dat mijn kamer schoongehouden wordt?’ Helaas, zo ver gaat onze technologie nog niet.

Eenmaal thuis heb ik een hernieuwd respect ontwikkeld voor docenten, want wat ben ik moe! En dat na maar twee uurtjes lesgeven. Ik vind het erg knap hoe je een klas in toom kunt houden, dag in dag uit, en informatie kunt overdragen aan zulke stuiterballetjes. Maar wat was het leuk om te doen! Het was niet alleen leerzaam voor de kinderen (hoop ik), maar ook voor mijzelf! Op een laagdrempelige manier heb ik mijn onderzoek moeten overbrengen aan kinderen die in principe nog niets met scheikunde te maken hebben gehad.

Over elk klein dingetje moet je dan nadenken. Kennen ze deze term? Is dit te ingewikkeld? Met welk alledaags voorwerp zou ik het kunnen vergelijken? Daarnaast was het geweldig om te zien hoe kinderen op deze manier al in een vroeg stadium enthousiast gemaakt kunnen worden voor de wetenschap, en ze zo hopelijk te stimuleren om bètavakken te kiezen op latere leeftijd. Zo blijkt maar weer: Je bent nooit te jong om te beginnen, maar ook nooit te oud om te leren.