Styren czyli fenyloeten to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu. Związek ten poddany reakcji rodnikowej polimeryzacji łańcuchowej, tworzy polistyren (McMurry, 2000) (Rys. 1):
Rysunek 1. Schemat tworzenia polistyrenu.
W wyniku ogrzania w parze wodnej granulek polistyrenu otrzymuje się polistyren spieniony, który wykorzystywany jest przy produkcji pianek i styropianu.
Spieniony polistyren bardzo szybko rozpuszcza się w acetonie (propanonie), czyli popularnym rozpuszczalniku organicznym (Atkins i Jones, 2004). Podczas tego procesu dochodzi do zmiany formy polimeru: ze stałego na ciekłą. W trakcie rozpuszczania styropian staje się miękki i uwalnia pęcherzyki gazu uwięzione w piance, co obserwujemy jako pienienie się. Po odparowaniu acetonu polistyren ponownie twardnieje.
Uwaga substancje niebezpieczne!
Aceton
Literatura:
Atkins, P. i Jones, L. (2004). Chemia ogólna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
McMurry, J. (2000). Chemia organiczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
Szkło wodne, czyli nasycony roztwór krzemianu sodu, to gęsta (syropowata) bezbarwna ciecz, którą można otrzymać w wyniku rozpuszczania stopionego SiO2 i Na2CO3. Znajduje zastosowanie jako klej mineralny, środek do impregnowania drewna, przy produkcji detergentów jak również przy produkcji żywic silikonowych (Bielański, 2010).
W podwyższonej temperaturze, podczas stapiania SiO2 i Na2CO3 wiele wiązań Si—O ulega rozerwaniu, w wyniku czego uporządkowana struktura kryształów zanika. Podczas ochładzania ciekłej mieszaniny następuje odtworzenie wiązań Si—O, przy czym niektóre atomy krzemu wiążą się z jonami tlenu i sodu tworząc grupy Si—O– Na+, zamiast wiązań Si—O—Si występujących w czystej krzemionce (Rys. 1) (Atkins i Jones, 2004).
Rysunek 1. Element struktury łańcucha metakrzemianu sodu.
Szkło wodne jest wykorzystywane do otrzymywania polimerów krzemoorganicznych. Roztwory krzemianów metali alkalicznych mają odczyn silnie zasadowy, co sprzyja tworzeniu się łańcuchów silikonowych. W naszym doświadczeniu pod wpływem alkoholu część atomów tlenu zastała zastąpiona grupą etylową —CH2—CH3 (Polymers Slime & Superball) (Rys. 2.):
Rysunek 2. Fragment struktury polimeru silikonowego.
W zależności od rodzaju przyłączonych grup oraz warunków syntezy powstające silikony mogą być cieczami lub ciałami stałymi o różnym stopni twardości.
Uwaga substancje niebezpieczne!
Szkło wodne
Etanol
Literatura:
Atkins, P. i Jones, L. (2004). Chemia ogólna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
Bielański, A. (2010). Podstawy Chemii Nieorganicznej (wyd. szóste). Warszawa: PWN.
„Próba Tollensa” lub inaczej „Próba lustra srebrowego” służy do wykrywania związków o właściwościach redukujących. Związkiem wykorzystywanym w tej próbie jest kation diaminasrebra(I) [Ag(NH3)2]+ utworzony w wyniku zalkalizowania roztworu azotanu(V) srebra(I) roztworem amoniaku. W pierwszym etapie powstaje brunatny osad tlenku srebra(I) (Bielański, 2010):
2Ag+ + 2OH− → Ag2O↓ + H2O
Po dodaniu nadmiaru roztworu amoniaku, osad tlenku srebra(I) ulega roztworzeniu i powstaje jon koordynacyjny (Bielański, 2010):
Ag2O + 4NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH−
Pozytywny wynik Próby Tollensa, w postaci lustra srebrowego osadzonego na ściankach naczynia, dają związki o właściwościach redukujących zawierających w swojej strukturze najczęściej tzw. grupę aldehydową. Doświadczenie to jest również wykorzystywane do odróżnienia aldehydów od ketonów (Cotton i Wilkinson, 1988). W doświadczeniu wykorzystano glukozę, przedstawiony proces opisuje równanie:
W doświadczeniu przedstawiono także otrzymywanie lustra miedziowego. W tym przypadku zastosowanie glukozy, może prowadzić jedynie do redukcji miedzi na I stopnień utlenienia i powstania ceglastoczerwonego osadu tlenku miedzi(I). W celu redukcji i otrzymania metalicznej miedzi konieczne jest wykorzystanie bardzo silnego reduktora jakim jest hydrazyna (Rys. 1).
Rysunek 1. Wzór strukturalny hydrazyny.
Cząsteczka hydrazyny zbudowana jest z dwóch połączonych ze sobą grup aminowych. Stopień utlenienia azotu w tej cząsteczce wynosi -II, co sugeruje, że może działać zarówno jako reduktor i utleniacz. Hydrazyna ma zdolność do bezprądowego redukowania metali takich jak np.: Ni, Co, Fe, Cr czy Cu (Cardulla, 1983), co wykorzystano i przedstawiono na filmie. Hydrazyna jest też stosowana jako jeden ze składników paliwa rakietowego.
Do zlewki z roztworem siarczanu(VI) miedzi(II) wprowadzono małymi porcjami hydrazynę. Proces utlenienia prowadzi do powstania azotu:
N2H4 → N2 + 4H+ + 4e–
W wyniku redukcji powstaje metaliczna miedź:
2Cu2+ + 4e– → 4Cu
Można zapisać sumaryczne równanie redoks:
2Cu2+ + N2H4 → 2Cu + N2 + 4H+
Uwaga substancje niebezpieczne! Hydrazyna jest silnie trującą i toksyczną substancją, wchłania się przez skórę i drogi oddechowe. Zatrucie hydrazyną grozi trwałymi uszkodzeniami narządów wewnętrznych. Może powodować raka.
Hydrazyna
Azotan(V) srebra(I)
Amoniak r-r
Siarczan(VI) miedzi(II)
Literatura
Bielański, A. (2010). Podstawy Chemii Nieorganicznej (wyd. szóste). Warszawa: PWN.
Cardulla, F. (1983). Hydrazine. Journal of Chemical Education, 60(6), str. 505. doi:10.1021/ed060p505
Cotton, F. A. i Wilkinson, G. (1988). Advanced Inorganic Chemistry (wyd. 5). Wiley.
Doświadczenie przedstawia cynkowanie powierzchni miedzianych. Proces może wydawać się nietypowy, ponieważ szereg napięciowy metali wskazuje, że nie powinien on zachodzić.
Podczas ogrzewania cynku w obecności roztworu NaOH o stężeniu 3 mol/dm3 zachodzi reakcja (Atkins i Jones, 2004):
Zn + 2OH– + 2H2O → [Zn(OH)4]2- + 2H2↑
W momencie kontaktu monety miedzianej z powierzchnią metalicznego cynku, następuje powolne roztwarzanie cynku z jednoczesnym jego wydzieleniem na powierzchni miedzianej. Reakcja ta zachodzi dzięki powstałemu nadnapięciu czyli odchyleniu potencjału elektrody od jego wartości równowagowej (McNaught i Wilkinson, 1997). W roztworze ustala się równowaga:
[Zn(OH)4]2- + 2e– Zn + 4OH–
Cynk tworzy cienką warstewkę na powierzchni miedzi (Sękowski, 1987). Moneta pokryta tą warstwą wyglądem przypomina srebro. Po wprowadzeniu monety do płomienia palnika, w temperaturze 200 oC następuje utworzenie stopu cynku i miedzi czyli mosiądzu (Pluciński, 1997), o charakterystycznej żółtej barwie przypominającej złoto (zobacz doświadczenie #20 – Wytapianie mosiądzu w kuchence mikrofalowej).,
Atkins, P. i Jones, L. (2004). Chemia ogólna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
McNaught, A. i Wilkinson, A. (1997). IUPAC Compendium of Chemical Terminology – Gold Book (wyd. 2). Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi:doi:10.1351/goldbook.
Pluciński, T. (1997). Doświadczenia chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan.
Sękowski S. (1987) Galwanotechnika domowa. Warszawa: WNT.
Zn + 4OH–