EKSPERYMENTY - POKAZ    25 lutego 2012

KATALIZA W CHEMII

Katalizator to substancja w której obecności reakcje chemiczne zachodzą szybciej, a sam katalizator nie zostaje zużywany trakcie procesu.

http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/kataliza.htm

- do porcji wody utlenionej w probówce, zalkalizowanej niewielka ilością sody, dodać odrobinę nadmanganianu potasu z apteczki. Woda utleniona powoli samorzutnie się rozkłada: w butelce widoczne są stale niewielkie pęcherzyki gazowego tlenu. Po dodaniu soli manganu rozkład gwałtownie się przyspiesza (jest to wygodna metoda otrzymywania tlenu).

- we wszystkich organizmach żywych powoli powstają niewielkie ilości szkodliwego nadtlenku wodoru. Wszystkie organizmy zawierają katalizator rozkładający powstający nadtlenek wodoru. Katalizator ten, to enzym - katalaza. Do porcji soku z utartego kartofla dodać wody utlenionej. Powstaje gęsta piana z powstającego tlenu. Również katalaza jest powodem pienienia po polaniu krwawiącego miejsca wodą utlenioną.

- amylaza ze śliny. Przygotować porcję ok. 1-procentowego kleiku skrobiowego (mąka kartoflana i wrząca woda). Oraz rozcieńczony wodą ok. 1: 20 roztwór jodyny. Sprawdzić, że dodanie kropli jodyny do kropli roztworu skrobi powoduje granatowe zabarwienie (test obecności skrobi). Do porcji ok. 2 ml roztworu skrobi dodać tyle samo śliny, szybko wymieszać, natychmiast pobrać zakraplaczem jedną kroplę mieszaniny i dodać do niej kroplę jodyny. Powtarzać test co kilkadziesiąt sekund. Kolejne testy dają zabarwienia: fioletowe, brunatne, pomarańczowe, jasnożółte (zabarwienie jodyny, brak skrobi). Po ok. 1-2 minutach następuje całkowity rozkład skrobi pod działaniem enzymu amylazy zawartej w ślinie. 

- piana mieszaniny wodoru i tlenu wytworzonej w niewielkim elektrolizerze jest trwała w zwykłych warunkach (reakcja syntezy wody jest bardzo powolna), ale eksploduje po podpaleniu. Porcja mieszaniny wodoru i tlenu, w kubeczku plastikowym, po nałożeniu na watkę z katalizatorem platynowym - eksploduje bez podpalenia. Podobny katalizator użyty jest w turystycznej grzałce benzynowej do rąk (bezpłomieniowe utlenianie par benzyny na kontakcie platynowym, 30 ml - 12 godzin grzania). http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/wynalazki.htm ("grzejnik benzynowy")

NIETYPOWA KINETYKA CHEMICZNA

Zaprezentowałem przykład reakcji „zegarowej” – Reakcję Landolta. Efekt powstania ciemnego zabarwienia pojawia się bardzo gwałtownie, po ok. minucie po zmieszaniu bezbarwnych roztworów. http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/landolt.htm

Niekiedy udaje się stworzyć warunki, w których reakcje chemiczne przebiegają jako procesy oscylacyjne – podobnie jak wahadło zegara. Prezentowałem reakcję oscylacyjną Briggsa-Rauschera (bezb. – niebieski – bezb. – niebieski itd).

FOTOCHEMIA

Zjawiska powstawania kolorów oraz emisji światła polegają na zmianie stanów energii elektronów cząsteczek.

- chemiczny światłomierz. Żółtawy roztwór nie reaguje nawet po ogrzaniu do wrzenia. Po wstawieniu w strumień światła rzutnika powstaje niebieskie zabarwienie produktów reakcji. Intensywność barwy niebieskiej jest proporcjonalna do dawki światła. Ilustracja faktu, że światło może być potężnym czynnikiem chemicznym. Ostrzeżenie przed niekorzystnymi skutkami nadmiernego opalania na plaży i solarium. Fotouczulenia i raki skóry.

http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/aktynometr.htm

- chemiluminescencja. Energia reakcji chemicznej może być bezpośrednio przekazana elektronom. Bardzo rzadko zdarza się, że takie wzbudzone elektronowo cząsteczki emitują nadwyżkę energii nie jako ciepło, ale jako światło. Prezentowałem chemiczną latarkę: niewielka ilość Luminolu wsypana do plastikowej butelki z mieszaniną NaOH i rozpuszczalnikiem DMSO, po silnym wstrząśnięciu emituje na zimno intensywne niebieskawe światło. Roztwór Luminolu stosowany jest jaki test wykrywania krwi (hemoglobina jest katalizatorem tej reakcji). Jedna z plam, zawierająca ślady krwi, po spryskaniu roztworem Luminolu, świeci niebiesko w ciemności.

http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/chemiczna%20latarka.htm

ELEKTROCHEMIA

- „żywe ogniwo”. Dwie osoby trzymają w ustach dwa kawałki metali: wstążkę magnezową oraz monetę miedzianą, połączone przewodem z miliamperomierzem. Prąd nie płynie i reakcje nie zachodzą. Po podaniu sobie dłoni zwilżonych wodą, miernik wskazuje przepływ prądu. Zasada działania ogniw elektrochemicznych.

- „płynny silnik elektrochemicznomagnetohydrodynamiczny”. Elektroliza roztworu siarczanu miedzi pomiędzy koncentrycznymi elektrodami miedzianymi, z niewielkim magnesem w środku. Posypany talkiem roztwór wiruje na skutek działania siły Lorenza.

REAKCE WYBUCHOWE

- wybuchowy rozkład nadtlenku organicznego.

- wybuch mieszaniny gazu ziemnego z tlenem, w kartonowej butelce. Zagrożenie gazem ziemnym.

EKSPERYMENTY UNIKIDS,         5 marca 2011:

OTRZYMYWANIE I WŁAŚCIWOŚCI GAZÓW:  WODORU, TLENU, DWUTLENKU WĘGLA I METANU

WODÓR  H₂

Gazowy wodór H₂ i kationy wodorowe H⁺ powodujące właściwości kwasowe, są zupełnie różnymi substancjami, których nie wolno mylić. Gazowy wodór można otrzymać w reakcji kwasów z niektórymi metalami. My otrzymujemy go w reakcji stężonego roztworu NaOH („kret”) z metalicznym glinem (aluminium). NaOH jest silnie żrący (rękawice ochronne), trzeba zadbać o osłonę powierzchni stołu i ochronę oczu (maska na twarz). Reakcja z blaszką aluminiową może być gwałtowna, należy mieć zapas wody do ochłodzenia. Lepiej użyć kawałka grubego drutu aluminiowego, niż blaszki. Wodór jest palny, a mieszanina wodoru z powietrzem wybuchowa. Wodór jest bez zapachu, ale rozpylona mgiełka roztworu NaOH powodować może kaszel.

Wodór jest ok. 14 razy lżejszy od powietrza. Można go zważyć w odwróconej torebce plastikowej.

Głos w gazowym wodorze rozchodzi się szybciej niż w powietrzu; gwizdek daje podwyższony dźwięk.

PODCZAS EWENTUALNEGO SAMODZIELNEGO EKSPERYMENTOWANIA W DOMU, PROSZĘ O NADZÓR:

1. Konieczne zabezpieczenie powierzchni stołu; okulary ochronne, rękawice i przygotowany zapas wody chłodzącej (reakcja może być po pewnym czasie burzliwa). Roztwór NaOH jest silnie żrący, a opary nieco drażniące.

TLEN  O₂

Gazowy tlen O₂ otrzymać można w wyniku rozkładu wody utlenionej H₂O₂ Woda utleniona powinna być lekko zalkalizowana, np. sodą, a rozkład katalizowany maleńką ilością, jak główka zapałki - KMnO₄ („kali”). Piękna polska nazwa „tlen” pochodzi od łatwości utleniania (spalania) w tym gazie. Powietrze zawiera tylko ok. 1/5 tlenu, więc w czystym tlenie spalanie jest bardzo gwałtowne. Rozżarzone łuczywko w tlenie zapala się płomieniem; w czystym tlenie pali się nawet żelazo. Czysty tlen jest oczywiście bez zapachu (powietrze przecież także nie pachnie). Tlen stosowany np. w szpitalach jest nieco szkodliwy (zbyt silnie utleniający), i stosowany jest tylko w stanach zagrożenia życia.

MIESZANINA PIORUNUJĄCA

Mieszanina łatwopalnego gazowego wodoru z tlenem, jest silnie wybuchowa – „mieszanina piorunująca”. Otrzymać ją można w wyniku elektrolizy, w prostym aparacie z korpusu plastikowej strzykawki, podłączonego do zasilacza od np. drukarki. Mieszaninę odprowadza się rurką plastikową do naczynka napełnionego wodą z dodatkiem szamponu lub Kokosalu, powstaje warstwa piany. Piana po podpaleniu długim łuczywem, silnie eksploduje. Koniecznie przedtem trzeba odsunąć elektrolizer na bezpieczną odległość (cofający się w rurce płomień może rozerwać elektrolizer i opryskać żrącą zawartością). W wyniku tego spalania powstaje odrobina wody (wodór = hydrogenium = „tworzący wodę”).  2 H₂ + O₂  = 2 H₂O

        SUGERUJĘ ABY SAMODZIELNIE NIE EKSPERYMENTOWAĆ W DOMU

DWUTLENEK WĘGLA

Dwutlenek węgla CO₂ otrzymujemy w reakcji wodorowęglanu sodu NaHCO₃ („soda oczyszczona”) z dowolnym kwasem, np. cytrynowym. Jest gazem cięższym od powietrza i można go zważyć w plastikowej torebce. Ma kwaskowaty smak. Oranżada w proszku składa się z kwasu cytrynowego, sody oczyszczonej, cukru i dodatków smaku owocowego. Ma właściwości gaśnicze: świeczka „polana” dwutlenkiem węgla z kubeczka, gaśnie. Do plastikowego pudełeczka po filmie fotograficznym do połowy napełnionego wodą można wrzucić tabletkę musującej np. witaminy C i szybko zatrzasnąć przykrywkę. Po ok. minucie wydzielający się gazowy CO₂ z trzaskiem wyrzuca przykrywkę. Uwaga - aby nie uszkodzić twarzy (okulary ochronne!). Dwutlenek węgla powstaje w wyniku spalania większości paliw; wzrost jego zawartości w powietrzu może być powodem niekorzystnych zmian klimatycznych. Prowadzona jest światowa kosztowna akcja ograniczenia jego emisji.

Głos w gazowym dwutlenku węgla rozchodzi się wolniej niż w powietrzu; gwizdek daje dźwięk obniżony.

WYBUCH GAZU ZIEMNEGO

Metan CH₄ jest palnym gazem używanym w domowych instalacjach kuchennych. Mieszanina gazu ziemnego z powietrzem, a jeszcze bardziej z tlenem, jest silnie wybuchowa. Jest to największe zagrożenie w naszych domach. W wyniku wybuchów gazu ziemnego co roku zniszczonych zostaje wiele mieszkań, domów, kopalni. Gaz ziemny prawie nie ma zapachu. Dla zwiększenia bezpieczeństwa jest on sztucznie „nawaniany”. Eksperyment polega na podpaleniu zaledwie 1 litra mieszaniny gazu ziemnego z tlenem, w kartonowym pojemniku po mleku. Podczas głośnego wybuchu powstają jedynie miękkie odłamki kartonu.

Podczas wypadków eksplodują z reguły bardzo znaczne objętości mieszaniny z powietrzem. Skutki wybuchów są tragiczne: zrujnowane i zawalone domy (np. wiele lat temu wieżowiec  we Wrzeszczu), zrujnowane kopalnie (Halemba)...

http://kwpsp.wroc.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=69&Itemid=46       

        SUGERUJĘ ABY SAMODZIELNIE NIE EKSPERYMENTOWAĆ W DOMU, natomiast można odtworzyć fragment nagrania dźwiękowego tego eksperymentu: http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/Raszkfragm_.mp3   (fragment wywiadu dla Radia Gdańsk), link pochodzi z: http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/wybuchy.htm

INNE FILMY ZWIĄZANE Z DZISIEJSZYM PROGRAMEM   (uczcie się angielskiego...)

http://www.youtube.com/watch?v=fesgl5Cs5FY   film o wodorze

http://www.youtube.com/watch?v=WuG5WTId-IY   film o tlenie

http://www.youtube.com/watch?v=trhXiCxvzu4   flm o dwutlenku wegla

http://www.youtube.com/watch?v=yXB3ULFKl0o&feature=related   film o metanie

http://www.youtube.com/watch?v=DzLX96VWTkc   Sześciofluorek siarki   SF₆   jest tak ciężkim gazem, że może "na nim" pływać łódeczka z folii

http://www.youtube.com/watch?v=5X-R04bDv7E&feature=related  Głos w gazowym bardzo lekkim helu jest podwyższony, a w bardzo ciężkim gazowym sześciofluorku siarki   SF₆ - silnie obniżony. Skrajnie głupie eksperymenty z wdychaniem gazów i par (np rozpuszczalników) oraz zabawa we wdychanie "gazu rozweselającego" (podtlenku azotu), jest rozpowszechniona wśród bezmyślnej młodzieży. Płuca są bardzo wrażliwe na obecność domieszek, i łatwo jest o zachłyśnięcie się lub tzw. "bezdech". Notowane są częste tragiczne skutki takich skrajnie głupich zabaw! Takich eksperymentów nie wykonujmy (prosi o to zresztą eksperymentator na początku filmu!)

PROGRAM POPRZEDNICH ZAJĘĆ

Kwasy i zasady (alkalia) w życiu codziennym

www.chem.univ.gda.pl/~tomek/kolory.htm

Kwas octowy, ocet , CH₃COOH, słabo kwasowy

Kwas cytrynowy, kwasowy

Kwas solny HCl silnie kwasowy, żrący

Soda oczyszczona NaHCO₃ , b.słabo alkaliczna

Soda kalcynowana Na₂CO₃ (otrzymana przez prażenie sody oczyszczonej), alkaliczna

Proszek do prania, alkaliczny

Wodorotlenek sodu, („kret”)  NaOH, silnie alkaliczny, żrący

 „kap” - roślinny wskaźnik pH z czerwonej kapusty, kolorowe sałatki

fenoloftaleina; reakcja zobojętnienia, stechiometria reakcji

chemiczna pisanka świąteczna

„znikający atrament”

Pieniący kolorowy koktajl: soda oczyszczona + kwas cytrynowy + sok z czerwonej kapusty

Mieszanie barwników, rozdział chromatograficzny mieszanin              www.chem.univ.gda.pl/~tomek/chromatografia.htm

Szczegóły - na stronach, których adresy podane są wyżej. Proszę o ew. korespondencję mailową:

Tomasz Pluciński
tomek@chem.univ.gda.pl