Archiwum kategorii: ciekawe doświadczenia

#12 Węże – ostatnie starcie (wąż z sacharozy i p-nitroaniliny)

Stężony kwas siarkowy(VI) to bezbarwna, gęsta, oleista ciecz wykazująca silne właściwości higroskopijne. Pod jego wpływem substancje organiczne ulegają odwodnieniu, a w wyniku reakcji powstaje węgiel.

C₁₂H₂₂O_11(s) $\overset{H_{2}SO_{4(st.)}}{\rightarrow}$ 12C_(s) + 11H₂O_(c)

Proces ten jest silnie egzotermiczny. Sacharoza ulega stopieniu i wydziela się para wodna. Mogą również powstawać inne gazowe produkty reakcji np.: CO₂ i SO₂.

2H₂SO₄_(aq) + C_(s) → CO₂_(g) + 2SO₂_(g) + 2H₂O_(g)

Podobnie jak w przypadku węży z sacharozy i wodorowęglanu sodu (#10 Ekologiczne węże Farona) powstający węgiel zostaje „nadmuchany” przez wydzielające się gazy, tworząc czarnego, gąbczastego węża.

Reakcja zwęglania cukru zachodzi stosunkowo powoli. W przypadku zastosowania para-nitroaniliny (Rys. 1) proces zwęglania zachodzi bardzo gwałtownie, wręcz wybuchowo. Ze względu na szybkość tej reakcji, nie zawsze powstające produkty tworzą formę przypominającą węże.

Rysunek 1. Wzór półstrukturalny p-nitroaniliny.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

- 4-nitroanilina

Kwas siarkowy(VI)

#11 Właściwości ciekłego tlenu

Tlen to bezbarwny, bezwonny gaz, stanowiący ok. 21% objętości powietrza. Występuje głównie w postaci cząsteczek dwuatomowych O₂. Tlen skrapla się w temperaturze -182,96 ^oC tworząc bladoniebieską ciecz.

Do otrzymania ciekłego tlenu można wykorzystać ciekły azot. Temperatura wrzenia azotu wynosi -195,80 ^oC, dlatego w jego obecności tlen ulega skropleniu. Ciekły azot, należy umieścić w naczyniu z materiału dobrze przewodzącym ciepło (np. w metalowej puszce). Na ściankach puszki tlen ulega skropleniu, a dodatkowo osadza się zamarznięta woda i dwutlenek węgla, co doskonale widać na filmie.

Wysycenie substancji ciekłym tlenem znacznie ułatwia i przyspiesza przebieg reakcji spalania. W przypadku papierosa czy waty bawełnianej proces zachodził wręcz wybuchowo. Ciekły tlen wraz z ciekłym wodorem są wykorzystywane jako paliwo rakietowe.

Tlen wykazuje właściwości paramagnetyczne (Atkins i Jones, 2004). W uproszczeniu można powiedzieć, że zachowuje się jak magnes (McNaught i Wilkinson, 2005). Właściwość ta wynika z obecności dwóch niesparowanych elektronów w cząsteczce tlenu (Rys. 1).

Rys. 1. Schemat orbitali molekularnych cząsteczki O₂

Gęstość ciekłego tlenu wynosi 1,14 g/cm³, ciekłego azotu 0,81 g/cm³, a wody 1,00 g/cm³(Mizerski, 2013). Z tego powodu ciekły tlen wlany do cylindra z wodą opada na dno, a ciekły azot utrzymuje się na powierzchni wody.

Literatura:

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

McNaught, A. D., Wilkinson, A. IUPAC Compendium of Chemical Terminology – Gold Book, 2 red., Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997.

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

#10 Ekologiczne węże Farona

W doświadczeniu tym wykorzystuje się związki, które można znaleźć w kuchni. Pierwszym ze składników jest sacharoza, czyli cukier spożywczy, drugim zaś wodorowęglan sodu – główny składnik sody oczyszczonej i proszku do pieczenia. Ponadto potrzebny jest popiół np. z ogniska oraz wysokoprocentowy (palny) roztwór alkoholu.

Należy przygotować mieszaninę cukru i wodorowęglanu sodu w stosunku masowym 10:1. Cukier można lekko rozetrzeć (niestety wykorzystanie cukru pudru nie daje oczekiwanych efektów). W naczyniu żaroodpornym należy umieścić popiół i wsypać przygotowaną mieszaninę. Popiół wokół mieszaniny należy nasączyć etanolem i podpalić. Węże rosną pod wpływem ciepła wydzielanego podczas spalania etanolu.

C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

Podczas ogrzewania wodorowęglan sodu ulega termicznemu rozkładowi:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Wydzielający się tlenek węgla(IV), odpowiada za właściwości spulchniające proszku do pieczenia oraz sodzie oczyszczonej.

Równocześnie cukier topi się i ulega zwęgleniu:

C₁₂H₂₂O₁₁ → 12C + 11H₂O

Powstający w trakcie reakcji spalania węgiel zostaje „nadmuchany” przez wydzielający się dwutlenek węgla i powstaje czarny wąż.

Doświadczenie to może być bez trudu i większego zagrożenia przeprowadzone w domu ze względu na nieszkodliwy charakter powstających produktów. Pamiętajcie jednak, że alkohol jest wysoce łatwopalny, nie należy np. dolewać etanolu podczas wykonywania doświadczenia.

#9 Duch w butelce

Przedstawione doświadczenie nie wymaga specjalistycznego sprzętu i odczynników. Opiera się na reakcji spalania par alkoholu wypełniających butelkę. W zaprezentowanym eksperymencie wykorzystano propan-1-ol, ale można również użyć innego lotnego alkoholu np. etanolu.

W pierwszej części eksperymentu spalono pary alkoholu w obecności powietrza. W tym celu kolbę stożkową o pojemności 5000 ml napełniono niewielką ilością propanolu, a następnie rozprowadzono go po ściankach kolby. Dzięki temu pary alkoholu wypełniają równomiernie całą objętość. Po przyłożeniu zapalonego łuczywa następuje reakcja spalania. Ilość tlenu wewnątrz kolby jest zbyt mała, aby spalanie mogło zajść z pełną szybkością. Podczas reakcji powietrze jest zasysane do kolby, niebieski płomień wędruje w dół i słychać charakterystyczny dźwięk. Równanie zachodzącej reakcji:

2C₃H₇OH + 9O₂ → 6CO₂ + 8H₂O

W drugiej części doświadczania butelkę wypełniono tlenem, otrzymanym w wyniku katalitycznego rozkładu nadtlenku wodoru (10% roztwór) przy użyciu tlenku manganu(IV). Rozkład zachodzi zgodnie z równaniem:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Do butelki tak jak poprzednio wprowadzono alkohol. Po przyłożeniu zapalonego łuczywa obserwujemy gwałtownie przebiegającą reakcje spalania. Ponieważ proces ten jest procesem egzoenergetycznym, wydzielone ciepło powoduje częściowe stopienie plastikowej butelki. Doświadczenia w tym wariancie nie należy wykonywać w szklanej butelce, ze względu na ryzyko rozsadzenia naczynia!