Roztańczony sód, czyli o sodzie co lubi podskakiwać! (Skaczący sód)

Roztańczony sód

Sód nale­ży do gru­py meta­li alka­licz­nych, tzw. litow­ców. Jest to gru­pa pier­wiast­ków nad wyraz reak­tyw­nych. W szcze­gól­no­ści, każ­dy z litow­ców reagu­je gwał­tow­nie z wodą, a im niżej w ukła­dzie okre­so­wym się znaj­du­je tym ta reak­cja jest bar­dziej widowiskowa/niebezpieczna (nie­po­trzeb­ne skre­ślić).

Na pew­no widzia­łeś jak zacho­wu­je się lit wrzu­co­ny do spo­re­go kry­sta­li­za­to­ra z wodą: po pierw­sze pły­wa po  powierzch­ni bo jego gęstość jest mniej­sza niż wody (!), po dru­gie wydzie­la­ją się spo­re ilo­ści gazo­we­go wodo­ru, któ­ry może nawet samo­rzut­nie pod­pa­lić się. Sód reagu­je jesz­cze gwał­tow­niej, samo­za­płon wodo­ru jest nie­mal gwa­ran­to­wa­ny, a przy więk­szych ilo­ściach może dojść do małej eks­plo­zji. Potas czę­sto wybu­cha przy pierw­szym kon­tak­cie z wodą. Rubid wybuch­nie na pew­no, a cez nie tyle co wybuch­nie a eks­plo­du­je z hukiem!

W pro­po­no­wa­nym doświad­cze­niu, doda­my pew­ną ilość sodu (i to wca­le nie taką małą) do wody ale … ale w spryt­ny spo­sób. Pokaz wyko­na­my tak, że sód będzie nie­ja­ko tań­czyć po powierzch­ni wody. Co wię­cej, pod­czas poka­zu przy każ­dym kon­tak­cie sodu z w wodą poja­wiać się będzie bar­wa, a roz­twór z bez­barw­ne­go szyb­ko zmie­ni się w różo­wy lub nie­bie­ski. Zapy­tasz pew­nie gdzie tkwi haczyk? Domyśl­ny jesteś, bo fak­tycz­nie haczyk jest!

Materiały:

  • Sód (meta­licz­ny)
  • Woda
  • Naf­ta
  • Feno­lo­fta­le­ina
  • Tymo­lo­fta­le­ina
  • 2x cylin­der 500 ml
  • Spo­ra kuwe­ta
  • Pia­sek

Przygotowanie, wykonanie i uwagi:

Doświad­cze­nie pole­ga na przy­go­to­wa­niu cylin­dra napeł­nio­ne­go DWIEMA cie­cza­mi. Naj­pierw do cylin­dra nale­wa­my 200 ml wody sta­ra­jąc się, aby woda nie zwil­ży­ła ścia­nek naczy­nia. Do wody doda­je­my kil­ka kro­pli alko­ho­lo­we­go roz­two­ru feno­lo­fta­le­iny lub tymo­lo­fta­le­iny (naj­faj­niej jed­nak wyko­nać pokaz z dwo­ma cylin­dra­mi, gdzie w każ­dym umie­ści­my inny wskaź­nik pH).

Następ­nie do naczy­nia (oby­dwóch jeśli decy­du­jesz się na pokaz z dwo­ma cylin­dra­mi) nale­wa­my bar­dzo deli­kat­nie naf­tę. Trze­ba to zro­bić tak deli­kat­nie jak to moż­li­we, więc pierw­sze ml war­to wpro­wa­dzić do cylin­dra po ścian­ce za pomo­cą pipe­ty, nie­mal doty­ka­ją­cej powierzch­ni wody. Zale­ży nam, aby powsta­ła wyraź­na, dobrze zazna­czo­na gra­ni­ca faz. Dla­cze­go mia­ła­by taka gra­ni­ca powstać? Oczy­wi­ście dla­te­go, że naf­ta nie mie­sza się z wodą. Naf­ta to cie­kła frak­cja ropy naf­to­wej mają­ca gęstość 0,78–0,81 g/ml i będą­ca mie­sza­ni­ną węglo­wo­do­rów, któ­rych czą­stecz­ki zawie­ra­ją 12–15 ato­mów węgla. Teraz na pew­no rozu­miesz, dla­cze­go nale­wa­my naf­tę jako dru­gą. Po pro­stu, pły­wa ona po powierzch­ni wody. Naf­ty nale­ży nalać 250 ml. Tak przy­go­to­wa­ny cylin­der z dwo­ma cie­cza­mi jest goto­wy do poka­zu.

Prze­pro­wa­dze­nie poka­zu: Cylin­dry ustaw na kuwe­cie, do któ­rej wcze­śniej nasy­pa­łeś spo­ro pia­sku. Następ­nie, do cylin­drów (oby­dwu lub tyl­ko jed­ne­go) wrzuć w tym samym momen­cie po jed­nym drob­nym kawa­łecz­ku sodu. Sód ma gęstość 0,96 g/ml, a więc zanu­rzy się w naf­cie i opad­nie na dno. Ale zaraz! Dnem nie jest szkło cylin­dra! Dnem jest gra­ni­ca faz, a zaraz pod war­stwą naf­ty znaj­du­je się prze­cież war­stwa wody! Co się sta­nie? Oczy­wi­ście sód zacznie gwał­tow­nie reago­wać z wodą, a przy tym zacznie pod­ska­ki­wać i tań­czyć na jej “powierzch­ni”. Całe­mu spek­ta­klo­wi będzie towa­rzy­szyć poja­wie­nie się kolo­ru będą­ce­go wyni­kiem alka­li­za­cji roz­two­ru wod­ne­go, wyni­ka­ją­ce­go z dyso­cja­cji powsta­ją­ce­go wodo­ro­tlen­ku sodu. Doświad­cze­nie trwa dość dłu­go więc każ­dy z obser­wa­to­rów będzie mógł podejść i dokład­nie obej­rzeć ów sodo­wy taniec.

Uwa­ga: W doświad­cze­niu powsta­je wodór, to te bąbel­ki, któ­re powo­du­ją, że sód pod­ry­wa się do “tań­ca”. Wodór jest pal­ny, choć lepiej chy­ba zawsze mówić, że jest po pro­stu wybu­cho­wy (wodór ma jed­ne z naj­więk­szych zakre­sów wybu­cho­wo­ści, już 4% gazo­we­go wodo­ru w powie­trzu skut­ku­je powsta­niem mie­sza­ni­ny sil­nie wybu­cho­wej). Naf­ta rów­nież jest pal­na, dla­te­go uwa­żaj szcze­gól­nie pod­czas tego poka­zu! W razie wypad­ku, np. pęk­nię­cia cylin­dra naf­ta i pra­wie na pew­no ule­gnie zapło­no­wi! Dobrze jest prze­pro­wa­dzać pokaz w kuwe­cie z pia­skiem, tak aby naf­ta i woda roz­la­ła się i wsią­kła w pia­sek. Pamię­taj też, że pło­ną­ce­go sodu nie wol­no gasić wodą! Moż­na go zasy­pać nad­mia­rem pia­sku lub przy­kryć całość kocem gaśni­czym. Ostroż­no­ści nigdy za wie­le!

Wyjaśnienie, równania i wnioski:

Wie­lu z Was na pew­no domy­śli­ło się jaka jest “tajem­ni­ca” tań­czą­ce­go sodu. Sód, prze­ni­ka­jąc przez barie­rę z naf­ty wcho­dzi w kon­takt z wodą i zacho­dzi reak­cja:

2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2

Wydzie­la­ją­cy się wodór pod­ry­wa sód w górę, tak, że wyglą­da jak­by pod­ska­ki­wał na wodzie. Nie docho­dzi jed­nak do zapło­nu wodo­ru ponie­waż war­stwa naf­ty unie­moż­li­wia kon­takt wodo­ru z powie­trzem (a więc tle­nem). Bez tle­nu nie ma spa­la­nia (tle­no­we­go), a więc sód reagu­je ale ina­czej niż jesteś do tego przy­zwy­cza­jo­ny!

Skąd zmia­na kolo­ru? Kolor poja­wia się, ponie­waż w wyni­ku reak­cji powsta­je wodo­ro­tle­nek sodu (NaOH). Wodo­ro­tle­nek sody jest sil­ną zasa­dą i w wodzie natych­miast dyso­cju­je, zgod­nie z rów­na­niem reak­cji:

NaOH -> Na+ + OH-

Obec­ność jonów OH- dra­stycz­nie wpły­wa na ilość jonów H+ w roz­two­rze. W śro­do­wi­sku obo­jęt­nym, czy­li przed doda­niem sodu ilość jonów H+ jest usta­lo­na i wyno­si 0,0000001 mol (10-7 mol; tak jest ich tam mało!). W śro­do­wi­sku zasa­do­wym, pH wzra­sta do oko­ło 13–14 a zatem ilość jonów H+ male­je co naj­mniej milion krot­nie! Tak dra­stycz­na zmia­na pH wpły­wa na struk­tu­rę wskaź­ni­ków: feno­lo­fta­le­iny i tymo­lo­fta­le­iny. W obu przy­pad­kach w śro­do­wi­sku kwa­śnym (pH~1) i sła­bo zasa­do­wym (pH<8) wskaź­ni­ki te są bez­barw­ne, za to w śro­do­wi­sku śred­nio zasa­do­wym (a takie począt­ko­wo zapew­nia powsta­ją­cy wodo­ro­tle­nek sodu) prze­cho­dzą w for­my barw­ne: mali­no­wą (feno­lo­fta­le­ina: pH>8.2) oraz nie­bie­ską (tymo­lo­fta­le­ina: pH>10.5). Oto cała tajem­ni­ca doświad­cze­nia! Jeśli chcesz, możesz spró­bo­wać je zmo­dy­fi­ko­wać, sto­su­jąc inne wskaź­ni­ki alka­cy­me­trycz­ne. Powo­dze­nia!

Aha. Być może zasta­na­wia Cię jak to jest z tą zmia­ną kolo­ru w zależ­no­ści od struk­tu­ry wskaź­ni­ka. Przyj­rzyj się poniż­sze­mu sche­ma­to­wi zwra­ca­jąc bacz­nie uwa­gę, co dzie­je się z mole­ku­ła wskaź­ni­ka — w tym przy­pad­ku feno­lo­fta­le­iny. Zwy­cza­jo­wo przy­ję­ło się, że w śro­do­wi­sku kwa­śnym i lek­ko zasa­do­wym feno­lo­fta­le­ina jest bez­barw­na. Jaka zmia­na struk­tu­ral­na powo­du­je poja­wia­nie się bar­wy mali­no­wej? Na koniec jesz­cze cie­ka­wost­ka: zauważ, że ani­ma­cja roz­po­czy­na się od kolo­ru czer­wo­ne­go! Tak, tak, w śro­do­wi­sku super-kwa­śnym, feno­lo­fta­le­ina nie jest bez­barw­na, jest czer­wo­na!

Roztańczony sód
Na_Sodium
Sód

Produkty dostępne w naszym sklepie:

Chcesz być na bieżąco z nowymi pokazami i projektami? Nic prostszego, polub naszą stroną na Facebooku!

Z góry dziękujemy 🙂

Updating…
  • Brak produktów w koszyku.