Archiwa kategorii: doświadczenia

#31 Punkt potrójny i zamarzanie ciekłego azotu

Share

Fazą termodynamiczną nazywamy fragment układu o jednolitych właściwościach fizycznych. Dla substancji chemicznych fazę możemy utożsamiać ze stanem skupienia. Standardowo wyróżniamy trzy stany skupienia: gaz, ciecz i ciało stałe, choć poza typowymi fazami istnieje jeszcze plazma, szkło rotacyjne, fazy ciekłokrystaliczne i inne (Atkins, 2007).

Substancja może istnieć w danej fazie w pewnym zakresie ciśnienia i temperatury. Przemiany pomiędzy fazami mogą zatem zachodzić pod wpływem zmian temperatury i ciśnienia. Zakresy tych parametrów w których różne fazy są termodynamicznie trwałe oraz parametry przemian fazowych obrazuje diagram fazowy (Atkins, 2007). Na diagramie obszary równowagi pomiędzy dwoma fazami widoczne są jako linie. W miejscu przecięcia linii znajduje się tak zwany punkt potrójny. W temperaturze i ciśnieniu określonym przez ten punkt wszystkie trzy stany skupienia są w równowadze przez co możemy zaobserwować wrzenie i krzepnięcie substancji w tym samym czasie. Poniżej przedstawiamy diagram fazowy azotu.

wykres-fazowy-azotuRys. 1. Diagram fazowy azotu (www.wolframalpha.com)

Na diagramie widoczny jest również punkt krytyczny. Punkt ten określa temperaturę krytyczną, czyli temperaturę powyżej której nie da się skroplić substancji, niezależnie od wartości ciśnienia.

Celem naszego doświadczenia było pokazanie właściwości substancji w punkcie potrójnym. W pierwszym przypadku wykorzystaliśmy 2-metyloproan-ol (alkohol tert-butylowy). Dzięki pompie próżniowej o wysokiej wydajności gwałtownie obniżyliśmy ciśnienie w kolcie. Alkohol prawie natychmiast zaczął wrzeć. Po chwili wrzenie ustało, a ciecz zaczęła zamarzać. W tym momencie wyłączyliśmy pompę. Układ dąży do osiągnięcia równowagi między powstałym ciałem stałym, cieczą i znajdującym się w kolbie gazem. Ponieważ pompa usunęła większość gazu z kolby, układ dąży do zwiększenia ilości gazu i zaczyna gwałtownie wrzeć.

W podobny sposób można spowodować zamarznięcie ciekłego azotu. Również w tym przypadku udało nam się doprowadzić układ do stanu w którym ciekły azot jednocześnie zamarza i wrze. Ponieważ temperatura punktu potrójnego dla azotu to -210 oC, (dla alkoholu tert-butylowego ok. 25 oC) (The National Institute of Standards and Technology (NIST)) po wyłączeniu pompy azot bardzo szybko paruje podnosząc ciśnienie w układzie i stały azot szybko się topi.

Dziękujemy doktorowi Pawłowi Stelmachowskiemu z Grupy Chemii Powierzchni i Materiałów WCh UJ za użyczenie pompy próżniowej.

Literatura:

Atkins, P. W. (2007). Chamia fizyczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.

NIST: http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C75650&Mask=4 dostęp online z dn. 29.10.2015.

http://www.wolframalpha.com/input/?i=nitrogen+phase+diagram

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share

Czekadełko

Share

W ramach rozgrzewki przed nowym sezonem przygotowaliśmy dla Was klip będący kompilacją opublikowanych dotychczas doświadczeń.
Jeśli się podoba bardzo prosimy o udostępnienie na Facebooku itp.

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share

#30 Flubber – superlepka ciecz

Share

Boraks to związek o wzorze sumarycznym Na2B4O7 ∙ 10H2O. Wzór ten opisuje jednak jedynie skład pierwiastkowy tej substancji, natomiast w żaden sposób nie uwzględnia jej struktury. Przyjmuje się, że bor tworzy hydroksoanion o wzorze sumarycznym [B4O5(OH)4]2- (Bailer, Emeléus, Nyholm i Trotman-Dickenson, 1973), gdzie dwa atomy boru posiadają liczbę koordynacji LK = 3, a dwa pozostałe LK = 4 (Rys. 1) (Bielański, 2010).

Rysunek 1. Struktura anionów tworzących boraks.

Boraks znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle szklarskim i wykorzystywany jest do produkcji środków czyszczących. Stopiony jest używany do czyszczenia powierzchni metalicznych (Bielański, 2010).

W naszym doświadczeniu zmieszaliśmy 4% roztwór boraksu z 4% roztworem alkoholu poliwinylowego (Rys. 2). Alkohol poliwinylowy to jeden z nielicznych polimerów rozpuszczalnych się w wodzie.

Rysunek 2. Wzór półstrukturalny meru alkoholu poliwinylowego.

Rozpuszczalność alkoholu poliwinylowego w wodzie zależy od długości łańcuchów polimerowych. Parametr ten jest związany z masą cząsteczkową alkoholu, im wyższa masa tym słabsza rozpuszczalność.

Alkohol poliwinylowy wykorzystywany jest do produkcji materiałów z tworzywa sztucznego  np. rękawic ochronnych, nici chirurgicznych, folii, płyt oraz rur. Ponadto jest składnikiem kropli do oczu, preparatów zapewniający odpowiednie nawilżenie rogówki i spojówek.

Pod wpływem jonów boranowych w roztworze alkoholu poliwinylowego dochodzi do sieciowania polimeru i tworzenia wiązania ─C─O─B─. Proces ten skutkuje gwałtownym wzrostem lepkości cieczy. Otrzymany polimer można z łatwością formować, jednakże pozostawiony w spoczynku rozpływa się na powierzchni (Griffen, Harrison i Shallcross, 2007).

Do mieszaniny dodano również szczyptę fluoresceiny – czerwonego, syntetycznego barwnika (Rys 3.).

Rysunek 3. Wzór półstrukturalny fluoresceiny.

W roztworze o odczynie zasadowym, fluoresceina przyjmuje żółto-zieloną barwę. Związek ten  absorbuje promieniowanie z zakresu nadfioletu i światła niebieskiego. W wyniku  absorbcji promieniowania cząsteczki przechodzą do wzbudzonego stanu elektronowego. Podczas powrotu do stanu podstawowego cząsteczki fluoryzują czyli spontanicznie emitują nadmiar energii, jest to widoczne jako świecenie (Atkins, 2003).

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

Fluoresceina GHS07

Boraks GHS08

Literatura:

Atkins, P. (2003). Chemia Fizyczna (8 ed.). Warszawa: PWN.

Bailer, J. C., Emeléus, H. J., Nyholm, S., & Trotman-Dickenson, A. F. (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. (J. C. Bailer, Ed.) Oxford: Pergamon Press.

Bielański, A. (2010). Podstawy Chemii Nieorganicznej (szóste ed.). Warszawa: PWN.

Griffen, A., Harrison, T. i Shallcross, D. (2007). Primary circuses of experiments. Science in School(7), strony 28-32.

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share

#29 Znikający styropian

Share

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 GHS07 GHS02

 Literatura:

Atkins, P. i Jones, L. (2004). Chemia ogólna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.

McMurry, J. (2000). Chemia organiczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share