Archiwa tagu: reakcja barwna

#13 Fontanna chlorowodorowa

Share

Przedstawione doświadczenie stanowi jedną z metod otrzymywania kwasu chlorowodorowego. W pierwszym etapie otrzymuje się chlorowodór przez działanie stężonym roztworem kwasu siarkowego(VI) na chlorek sodu. Reakcja na zimno zachodzi zgodnie z równaniem (Bielański, 2010):

NaCl(s) + H2SO4(aq) → NaHSO4(aq) + HCl(g) (1)

Gęstość chlorowodoru (ρ = 1,49 g/cm3) jest większa od gęstości powietrza (ρ = 1,19 g/cm3) (Mizerski, 2013), dlatego gaz ten może być zbierany w otwartej kolbie tak jak przedstawiono na filmie. Gazy lżejsze od powietrza należy zbierać w naczyniu odwróconym do góry dnem. O wypełnieniu naczynia zbieranym gazem informuje nas intensywne czerwone zabarwienie  uniwersalnego papierka wskaźnikowego umieszczonego u wylotu kolby.

Kolbę z chlorowodorem należy zamknąć korkiem z rurką odprowadzającą i zamocowanym wkraplaczem, w którym znajduje się niewielka ilość wody. Rurkę zanurzamy w krystalizatorze wypełnionym wodą z dodatkiem wskaźnika, np. oranżu metylowego. Efekt fontanny obserwujemy po wkropleniu wody do wnętrza kolby. Chlorowodór to gaz bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. Po dodaniu nawet niewielkiej ilości wody do kolby znaczna ilość gazu ulega rozpuszczeniu. W kolbie tworzy się podciśnienie, które powoduje zassanie wody z krystalizatora. Równocześnie obserwujemy zmianę barwy roztworu z pomarańczowej na czerwoną. Chlorowodór rozpuszcza się w wodzie tworząc kwas chlorowodorowy, który ulega procesowi dysocjacji elektrolitycznej:

HCl(g) \overset{H_{2}O}{\rightarrow} HCl(aq) (2)

HCl(aq) \overset{H_{2}O}{\rightarrow}  H+(aq) + Cl–(aq) (3)

Powstające kationy wodoru odpowiadają za kwasowy odczyn roztworu, a tym samym za barwę wskaźnika. Zmiana barwy oranżu metylowego następuje w zakresie pH od 3,1 do 4,4 (Bielański, 2010). Taka sama sytuacja miała miejsce kiedy zbliżono zwilżony uniwersalny papierek wskaźnikowy do wylotu kolby. Wydzielający się chlorowodór rozpuszcza się w wodzie obecnej na zwilżonym papierku wskaźnikowym i tworzy roztwór o odczynie kwasowym, odpowiedzialnym za zmianę jego barwy.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

    • Kwas siarkowy(VI) GHS05
  • Niebezpieczny produkt reakcji: chlorowodór GHS06GHS05

Literatura

Bielański, A., 2010. Podstawy Chemii Nieorganicznej. szóste red. Warszawa: PWN.

Mizerski, W., 2013. Tablice chemiczne. Warszawa: Wydawnictwo Adamantan.

Share

#7 Otrzymywanie piany – pasta do mycia zębów dla słonia

Share

Doświadczenie przedstawione na filmie prezentuje katalityczny rozkład nadtlenku wodoru. Katalizatorem tej reakcji jest jodek potasu, a dokładnie jony jodkowe pochodzące z dysocjacji elektrolitycznej tej soli (Conklin, Kessinger, 1996). Proces ten zachodzi dwuetapowo, z udziałem produktu przejściowego – anionu jodanowego(I):

H2O2 + I– → H2O + IO–

H2O2 + IO– → H2O + O2 + I–

Sumaryczne równanie reakcji:

2H2O2 → 2H2O + O2

Dzięki obecności płynu do mycia, wydzielający się tlen tworzy pianę.

W drugiej części doświadczenia do mieszaniny dodano roztwór siarczanu(VI) miedzi(II). W wyniku tej reakcji powstaje jodek miedzi(II) (Suchow, 1984), który jest związkiem nietrwałym i rozkłada się na jodek miedzi(I) i jod (Bielański, 2010).

Cu2+ + 2I– → CuI2

2CuI2 → 2CuI + I2

Proces ten można zapisać sumarycznie:

2Cu2+ + 4I– → 2CuI + I2

Powstająca piana ma kolor brunatny pochodzący od powstającego jodku miedzi(I) oraz jodu. Dodatkowo na filmie można zaobserwować wydzielające się filetowy pary jodu. Proces rozkładu nadtlenku wodoru jest procesem egzoenergetycznym, w wysokiej temperaturze powstający jod łatwo sublimuje.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Perhydrol

Literatura:

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

Conklin Jr., A. R. i Kessinger, A. (1996). Demonstration of the Catalytic Decomposition of Hydrogen Peroxide. Journal of Chemical Education, 73 (9), str. 838.

Suchow, L. (1984). Simplest formula for copper iodide. Journal of Chemical Education, 61 (6), str. 566. doi:10.1021/ed061p566.2

Share

#4 Reakcja oscylacyjna Briggsa-Rauschera

Share

Przygotowanie roztworów:

Do kolby miarowej o pojemności 100 cm3 nalać niewielką ilość wody destylowanej i rozpuścić kolejno substancje podane poniżej, roztwór uzupełnić do kreski.

Roztwór 1:

  • 4,28 g jodanu(V) potasu – KIO3
  • 0,45 cm3 stężonego kwasu siarkowego(VI) – H2SO4 95-96%

Roztwór 2:

  • 13,6 cm3 perhydrolu – H2O2 30 %

Roztwór 3:

    • 1,56 g kwasu malonowego – CH2(COOH)2
    • 0,34 g monohydratu siarczanu(VI) manganu(II) – MnSO4•H2O
  • 3 g skrobi rozpuszczalnej (skrobi nie trzeba rozpuszczać, można pozostawić w postaci zawiesiny, jednak  takim przypadku należy dodać osobno przygotowany wskaźnik – kleik skrobiowy)

Wskaźnik:

  • Do probówki wprowadzić niewielką ilość (1 łyżeczkę) skrobi rozpuszczalnej, dodać około 5 cm3 wody i ogrzewać do całkowitego rozpuszczenia.

Aby mieć pewność, że reakcja zajdzie wedle oczekiwań, należy odmierzyć substancje zgodnie z podaną dokładnością.

Zmieszanie podanych powyżej roztworów powoduje zapoczątkowanie reakcji oscylacyjnej, której towarzyszy zmiana barwy roztworu od bezbarwnej poprzez żółtą do granatowej. Proces ten jest zwany reakcją Briggsa-Rauschera (Briggs, Rauscher; 1973) i składa się 30 etapów  (Noyes, Furrow; 1982). Poniżej przedstawimy tylko główne reakcje będące sumą różnych etapów pośrednich.

Początkowo jony jodanowe(V), pochodzące z dysocjacji KIO3, ulegają redukcji do kwasu jodowego(I) pod wpływem nadtlenku wodoru. Wydziela się widoczny na filmie bezbarwny gaz – tlen. Proces zachodzi zgodnie z równaniem:

R1: IO3– + 2H2O2 + H+ → HIO + 2O2 + 2H2O

Następnie, otrzymany kwas reaguje z nadtlenkiem wodoru, powstają jony jodkowe:

R2: HIO + H2O2 → I– + O2 + H+ + H2O

Powstałe jony jodkowe ulegają procesowi synproporcjonowania z kwasem jodowym(I) zgodnie z równaniem:

R3: HIO + I– + H+ → I2 + H2O

Biegnące procesy powodują zabarwienie roztworu na żółto-bursztynowy kolor. Barwa ta pochodzi od powstającego jodu. Równocześnie zachodzi reakcja jodu z kwasem malonowym:

R4: I2 + CH2(COOH)2 → ICH(COOH)2 + H+ + I–

Jod cząsteczkowy I2 reaguje z jonami jodkowymi I– i powstaje anion trójjodkowy I3–, który następnie tworzy ze skrobią związek kompleksowy o barwie granatowej:

R5: I2 + I–  \rightleftarrows I3–

R6: I3– + skrobia \rightleftarrows granatowy związek kompleksowy

W roztworze równocześnie biegną reakcje zużywające jod:

R7: 5H2O2 + I2 → 2HIO3 + 4H2O

W związku z tym stan równowagi przedstawiony w równaniach R5 i R6 jest przesuwany w kierunku substratów, towarzyszy temu rozkład związku kompleksowego i zanik granatowej barwy roztworu.

W wyniku reakcji R7 powstają jony IO3–, które reagują zgodnie z równaniem R1, co zapoczątkowuje nowy cykl reakcji.

Możemy również zapisać sumaryczne równanie reakcji:

IO3– + 2H2O2 + H+ + CH2(COOH)2 → ICH(COOH)2 + 3H2O + 2O2

Przedstawiony opis jest uproszczeniem zachodzących procesów. Osoby zainteresowane dalszym zgłębieniem tematu odsyłamy do podanej poniżej literatury.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

    • Kwas siarkowy(VI) GHS05
    • Jodan(V) potasu GHS03
    • Perhydrol
  • Siarczan(VI) manganu(II) monohydrat GHS08

Literatura

Briggs, T., Rauscher, W. (1973). An oscillating iodine clock. Journal of Chemical Education, 50 (7), str. 496. doi:10.1021/ed050p496

Noyes, R., Furrow, S. (1982). The oscillatory Briggs-Rauscher reaction. 3. A skeleton mechanism for oscillations. Journal of the American Chemical Society, 104 (1), str. 45–48. doi: 10.1021/ja00365a011

 

Share