Archiwa tagu: reakcja barwna

#32 Bijące serce rtęciowe

Share

Rtęć jest jednym z dwóch pierwiastków, które w temperaturze pokojowej są w stanie ciekłym. Doświadczenie pt. „Bijące serce rtęciowe” związane jest z utlenianiem metalicznej rtęci, a następnie redukcją powstałych jonów do czystego metalu. Procesowi temu towarzyszą zmiany w napięciu powierzchniowym rtęci, obserwowane jako zmiany w kształcie kropli tego metalu.

W doświadczeniu wykorzystano rozcieńczony roztwór manganianu(VII) potasu i kwasu siarkowego(VI), stężony kwas siarkowy(VI) oraz rtęć. Krople rtęci należy pokryć zakwaszonym roztworem manganianu(VII) potasu pod wpływem którego powierzchnia rtęci ulega utlenieniu do Hg+:

5Hg → 5Hg+ + 5e–

8H+ + MnO4– + 5e– → + Mn2+ + 4H2O

Proces ten zachodzi w środowisku kwasowym. Powstałe jony rtęci, mogą dalej ulegać reakcji utleniania do HgO, tlenku, który jest nietrwały w środowisku kwasowym:

HgO + 2H+ → Hg2+ +H2O

Jednocześnie dochodzi do wytrącenia w postaci cienkiej warstewki nierozpuszczalnej w wodzie soli siarczanu(VI) rtęci(I):

SO42- + 2Hg+ → Hg2SO4(s)

Utworzona warstwa soli obniża napięcie powierzchniowe rtęci, kropla się spłaszcza. Po przyłożeniu żelaznego gwoździa zachodzi utlenienie żelaza z jednoczesna redukcją anionów manganianowych(VII):

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2(g)

8H+ + 5Fe2+ + MnO4– → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Dodatkowo jony rtęci, jako mniej aktywne są wypierane z roztworu:

Fe + 2Hg+ → Fe2+ + 2Hg

Stopniowo zachodzi proces rozpuszczania powstałej wcześniej warstwy soli Hg2SO4:

Fe + Hg2SO4(s) → Fe2+ + 2Hg + SO42-

Roztwarzanie warstwy soli powoduje zwiększenie napięcia powierzchniowego metalu. Kropla rtęci odrywa się od powierzchni żelaza. Zachodzące procesy obserwowane są jako pulsowanie powierzchni metalu. Siłą napędową oscylacji jest przeniesienie elektronów z żelaza do roztworu manganianu za pośrednictwem rtęci. Żelazo jest donorem elektronów, a rtęć działa jako przełącznik do ich transferu. W uproszczeniu proces można opisać następująco:

5Fe + 16H+ + 2MnO4– → 5Fe2+ + 2Mn2+ + 8H2O

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Kwas siarkowy(VI) GHS05
  • Manganian(VII) potasu GHS03GHS07GHS09
  • Rtęć GHS06GHS08GHS09

Literatura:

Avnlr, D. (1989). Chemically Induced Pulsations of Interfaces: The Mercury Beating Heart. Journal of Chemical Education, 66(3), strony 211-212. doi:10.1021/ed066p211

Ramírez-Á, E., Ocampo-Espindola, J., Montoya, F., Yousif, F., Vazquez, F. i Rivera, M. (2014). Extensive Study of Shape and Surface Structure Formation in the Mercury Beating Heart System. The Journal of Physical Chemistry, 118(45), strony 10673-10678. doi:10.1021/jp507596b

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.

Share

#21 Cyjanotypia – oldschoolowa technika fotograficzna

Share

Związek kompleksowy tris(szczawiano)żelazian(III) potasu absorbuje światło w zakresie widzialnym. W trakcie tego procesu elektrony w ligandzie ulegają wzbudzeniu i zachodzi proces ich przeniesienia z ligandu na atom centralny. W efekcie kation żelaza(III) ulega redukcji do żelaza(II), a ligandy zostają utlenione do dwutlenku węgla (Abrahamson, 2001):

2[Fe(C2O4)3]3- → 2Fe2+ + 5C2O42- + 2CO2

Proces ten zachodzi podczas naświetlania. Wywołanie obrazu wymaga zanurzenia bibuły w roztworze haksacyjanożelazianu(III) potasu. Po połączeniu ww. substancji tworzy się nierozpuszczalny błękit pruski: Fe4[Fe(CN)6]3 (Lawrence & Fishelson, 1999).

Efekt ten jest stosowany w technice fotograficznej nazywanej cyjanotypią, znanej już od lat 80. XIX wieku.

Przepis na wykonanie papieru światłoczułego i zdjęcia:

1. Rozpuścić 1g K3[Fe(C2O4)3] w 25 cm3 wody.

2. W roztworze zanurzyć bibułę.

3. Wysuszyć w suszarce w temperaturze 60oC.

5. Naświetlić (15 – 30 min.).

6. Po naświetleniu umieścić bibułę w naczyniu z 0,03 mol/dm3 roztworem K3[Fe(CN)6].

7. Bibułę przemyć wodą destylowaną i ponownie wysuszyć.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

K3[Fe(CN)6] jest związkiem nietoksycznym, lecz w kontakcie z mocnymi kwasami tworzy toksyczne, silnie trujące gazy.

Literatura

Abrahamson, H. B., 2001. The Photochemical Basis of Cyanotype Photography. Journal of Chemical Education, Tom 78 (3), p. 311.

Lawrence, G. D. i Fishelson, S., 1999. Blueprint Photography by the Cyanotype Process. Journal of Chemical Education, Tom 76 (9), p. 1216A.

Share

#18 Fioletowe pary jodu

Share

Jod występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych – I2. W warunkach standardowych (oraz normalnych) jest to ciało stałe barwy fioletowej. Brom, czyli pierwiastek leżący w tej samej grupie bezpośrednio nad jodem jest cieczą, a flor i chlor to gazy. Stopniowa zmiana stanu skupienia kolejnych fluorowców wynika nie tylko ze wzrastającej masy cząsteczkowej. Za stały stan skupienia jodu odpowiadają głównie stosunkowo silne oddziaływania międzycząsteczkowe typu dipol indukowany – dipol indukowany. Wszystkie cząsteczki dwuatomowe zbudowane z dwóch takich samych atomów (tzw. homoatomowe) są niepolarne. Jednak duże chmury elektronowe atomów jodu mogą łatwo przemieszczać się względem jąder atomowych, a tym samym cząsteczki uzyskują chwilowy moment dipolowy (indukowany moment dipolowy).

Schemat tworzenia się dipoli indukowanych

Rysunek 1. Schemat tworzenia się dipoli indukowanych.

Oddziaływanie między powstałymi dipolami odpowiadają za stały stan skupienia jodu. Oddziaływania te nie są jednak zbyt mocne, do zniszczenia sieci krystalicznej jodu wystarczy już temperatura 114 oC.

Dość często można spotkać się ze stwierdzeniem, że jod pod ciśnieniem atmosferycznym nie ulega stopieniu, a podczas ogrzewania zachodzi proces sublimacji, podobnie jak dla CO2. Niestety w przypadku jodu nie jest to prawda, co można zobaczyć na poniższym diagramie fazowym.

Diagram fazowy jodu

Rysunek 2. Diagram fazowy jodu.

Jak widzimy ogrzewanie stałego jodu pod ciśnieniem 101,3 kPa (1 atm) prowadzi najpierw do przejścia w fazę ciekłą (temp. topnienia 113,6 oC), a dopiero w temp. 184,4 oC w gaz.

Podczas naszego doświadczenia jod reaguje z magnezem zgodnie z równaniem:

Mg + I2 → MgI2

Proces ten jest egzotermiczny, wydzielone ciepło powoduje stopienie oraz wrzenie jodu. Powstały jodek magnezu to ciało stałe barwy białej. Jest to substancja nietrwała, rozkłada się już w temperaturze pokojowej. W obecności powietrza zachodzi również reakcja z tlenem prowadząca do wydzielenia jodu:

2MgI2 + O2 → 2MgO + 2I2

Jod jest niezbędny w naszym organizmie do prawidłowego działania tarczycy. Należy jednak pamiętać, że jest to zarazem substancja trująca, dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka to około 4 g jodu.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Jod  GHS07GHS09
  • Magnez GHS02
Share