Biały kieł”, czyli o chemicznej paście do zębów

Słoniowa pasta do zębów

Doświad­cze­nie o wdzięcz­nej nazwie “Sło­nio­wa pasta do zębów” to wido­wi­sko che­micz­ne, pod­czas któ­re­go wydzie­la się dużo, dużo… pia­ny i to w bar­dzo krót­kiej chwi­li. Ponie­waż  pia­na wyglą­da rze­czy­wi­ście jak wiel­ka por­cja pasty do zębów wśród che­mi­ków na całym świe­cie przy­ję­ła się nazwa jak w tytu­le.

Pokaz pole­ga na obser­wa­cji reak­cji pomię­dzy nad­tlen­kiem wodo­ru (H2O2) oraz jod­kiem pota­su (KI). W wyni­ku tej reak­cji wydzie­la się pokaź­na ilość gazu (w tym przy­pad­ku tle­nu, O2). Wydzie­la­ją­ce się bąbel­ki tle­nu są nie­ja­ko wyła­py­wa­ne przez deter­gent w wyni­ku cze­go powsta­je rze­czo­na pia­na.

UWAGA: Doświad­cze­nie wyma­ga sto­so­wa­nia nie­bez­piecz­nej sub­stan­cji jaką jest per­hy­drol. Per­hy­drol to han­dlo­wa nazwa 30% wod­ne­go roz­two­ru nad­tlen­ku wodo­ru. W tak wyso­kim stę­że­niu nad­tle­nek wodo­ru jest bar­dzo nie­bez­piecz­ny. Per­hy­drol nie jest lot­ny, ale jest żrą­cy, więc kon­takt cie­czy ze skó­rą i ocza­mi pro­wa­dzi do poważ­nych opa­rzeń che­micz­nych. Nawet chwi­lo­wy kon­takt z per­hy­dro­lem pozo­sta­wia cha­rak­te­ry­stycz­ne mar­twi­cze bia­łe pla­my. Pod­czas pra­cy z per­hy­dro­lem musisz OBOWIĄZKOWO uży­wać ręka­wicz­ki oraz oku­la­ry ochron­ne. Dodat­ko­wo, w trak­cie poka­zu wydzie­la się spo­ra ilość tle­nu i cie­pła. Nale­ży zatem uni­kać otwar­tych źró­deł ognia w pobli­żu miej­sca demon­stra­cji. Mie­sza­ni­na reak­cyj­na może się dość moc­no roz­grzać, a powsta­ją­cy gaz może wyrzu­cić pia­nę z dużą pręd­ko­ścią. Dobrze jest stać w bez­piecz­nej odle­gło­ści. I na koniec, jeśli zamie­nisz cylin­der na kol­bę lub butel­kę upew­nij się, że wylot jest wystar­cza­ją­co sze­ro­ki aby gwał­tow­nie wzra­sta­ją­ce ciśnie­nie nie roze­rwa­ło naczy­nia.

Spo­ro tych ostrze­żeń, ale to waż­ne; doświad­cze­nie doświad­cze­niem ale bez­pie­czeń­stwo i zdro­wie są naj­waż­niej­sze! No to do dzie­ła!

Materiały:

  • per­hy­drol (30% roz­twór H2O2)
  • nasy­co­ny roz­twór jod­ku pota­su (KI)
  • deter­gent kuchen­ny
  • barw­ni­ki do żyw­no­ści
  • cylin­der mia­ro­wy (500 ml)
  • 2 zlew­ki (250 ml)

Przygotowanie, wykonanie i uwagi:

Przy­go­to­wa­nia roz­po­czy­na­my odpo­wied­nio wcze­śnie przed poka­zem. Na począ­tek nale­ży przy­go­to­wać roz­twór jod­ku pota­su (KI), któ­ry nazwie­my Roz­two­rem A, a cza­sie poka­zu nale­ży przy­go­to­wać roz­twór per­hy­dro­lu z deter­gen­tem. Dru­gi roz­twór nazwie­my Roz­two­rem B.

Roz­twór A: Roz­twór KI powi­nien być nasy­co­ny. Roz­pusz­czal­ność jod­ku pota­su w wodzie wyno­si oko­ło 145 gra­mów. Ozna­cza to, że w 100g wody (w temp. 20 st. C) da się roz­pu­ścić aż 145g tej soli! Spo­ro, wyglą­da na to, że ten jodek jest świet­nie roz­pusz­czal­ny. Nam potrzeb­ne będzie jed­nak 50g takie­go roz­two­ru. Na pod­sta­wie powyż­szych infor­ma­cji powi­nie­neś sam obli­czyć ile wody i ile KI trze­ba ze sobą zmie­szać. A zatem do dzia­ła! Wyszło Ci, że potrzeb­ne będzie 20,5g wody i 29,5g jod­ku? Dokład­nie tak, bar­dzo dobrze! W takim razie odważ wyzna­czo­ne ilo­ści i wymie­szaj w jed­nej ze zle­wek. Tak przy­go­to­wa­ny roz­twór jest goto­wy i może spo­koj­nie cze­kać na dzień poka­zu.

Roz­twór B: To po poro­stu per­hy­drol z dodat­kiem nie­wiel­kiej ilość dowol­ne­go deter­gen­tu. Do naszych celów wystar­czy 50 ml. Odmierz zatem taką ilość i wlej do zlew­ki, a następ­nie dodaj tro­chę deter­gen­tu  (pły­nu do mycia naczyń) po czym dokład­nie wymie­szaj. Twój roz­twór B jest zasad­ni­czo goto­wy. Jeśli chcesz, możesz też dodać kil­ka kro­pli barw­ni­ka spo­żyw­cze­go aby nadal “paście” kolor. (Tyl­ko uwa­ga, sprawdź PRZED poka­zem czy Twój barw­nik, zamiast jod­ku pota­su, nie zaini­cju­je reak­cji!)

Prze­pro­wa­dze­nie demon­stra­cji: Pokaz pole­ga na prze­la­niu roz­two­ru per­hy­dro­lu do cylin­dra, a następ­nie na szyb­kim i ener­gicz­nym doda­niu roz­two­ru jod­ku pota­su. W efek­cie otrzy­ma­my fon­tan­nę pia­ny, któ­ra czę­sto wzbi­ja się nawet na kil­ka metrów! Dla­te­go uwa­żaj aby pia­na na “przy­kle­iła się do sufi­tu!”. Tak, tak, zna­ne są i takie przy­pad­ki!

Wyjaśnienie, równania i wnioski:

Fun­da­men­tal­ną reak­cją, któ­ra zacho­dzi w roz­two­rze jest reak­cja roz­kła­du nad­tlen­ku wodo­ru na tlen i zwy­kła wodę. Reak­cja zacho­dzi zgod­nie z rów­na­niem:

2 H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g)

No dobrze. Zapy­tasz pew­nie po co w takim razie ten jodek pota­su? Bar­dzo dobre pyta­nie! Otóż reak­cja roz­kła­du jest kata­li­zo­wa­na przez jony I- zgod­nie z nastę­pu­ją­cym mecha­ni­zmem reak­cji:

H2O2(aq) + I-(aq) → OI-(aq) + H2O(l)
H2O2(aq) + OI-(aq) → I-(aq) + H2O(l) + O2(g)

Teraz na pew­no rozu­miesz, dla­cze­go w pierw­szym rów­na­niu nie uwzględ­ni­łem jonów jod­ko­wych? Przyj­rzyj się powyż­szym rów­na­niom; gdy­by­śmy doda­li rów­na­nia stro­na­mi (a może­my to zro­bić) to co otrzy­ma­my? Wła­śnie tak, rów­na­nie, któ­re poda­łem na począt­ku. Oka­zu­je się, że jony jod­ko­we  choć są aktyw­ny­mi i waż­ny­mi ele­men­ta­mi reak­cji, nie mają wspły­wu na koń­co­wą ste­chio­me­trię reak­cji ponie­waż dokład­nie taka ilość jaka sta­no­wi sub­stra­ty powsta­je jako pro­dukt (to samo doty­czy jonów OI-; na mar­gi­ne­sie, OI- to jony pod­jo­da­we, a więc pocho­dzą­ce z dyso­cja­cji bar­dzo nie­trwa­łe­go kwa­su jodowego(I) lub zwy­cza­jo­wo kwa­su pod­jo­da­we­go). Taka reak­cja nazy­wa się reak­cją kata­li­tycz­ną, a sub­stan­cja kata­li­za­to­rem.

Reak­cje kata­li­tycz­ne zacho­dzą zna­cze­nie szyb­ciej niż w przy­pad­ku reak­cji zacho­dzą­cych bez udzia­łu kata­li­za­to­ra acz koń­co­wy pro­dukt jest ten sam. Kata­li­za­tor potra­fi przy­spie­szyć szyb­kość reak­cji wie­le tysię­cy, a cza­sem i milio­nów razy. Zaraz, zaraz — powiesz, czy to zna­czy, że taki per­hy­drol roz­ło­żył­by się na wodę i tlen tak­że bez dodat­ku jod­ku? Tak, ale trwa­ło­by to nie­współ­mier­nie dłu­go i zde­cy­do­wa­nie nie było­by tak wido­wi­sko­we!

Być może już się domy­śli­łeś, że bar­dziej roz­cień­czo­ny, bo 3% roz­twór nad­tlen­ku wodo­ru znaj­du­je zasto­so­wa­nie to tu to tam nie­mal codzien­nie, w posta­ci tzw. wody utle­nio­nej. Na pew­no usły­sza­łeś kie­dyś, że woda taka “zwie­trza­ła”. Ozna­cza to wła­śnie, że zawar­ty w niej nad­tle­nek wodo­ru roz­ło­żył się i woda utle­nio­na stra­ci­ła swo­je wła­ści­wo­ści dezyn­fek­cyj­ne.

Zapy­tasz jesz­cze, a po co ten deter­gent? A ja odpo­wiem tak: wyko­naj podob­ne doświad­cze­nie, ale bez dodat­ku deter­gen­tu! Powo­dze­nia!

© Opra­co­wa­nie opi­su: dr Patryk Zale­ski-Ejgierd / Zdję­cia: Scien­ce Pho­to Libra­ry

piana
2-elephants-toothpaste-experiment-science-photo-library
How-to-Make-Elephant-Toothpaste-BABBLE-DABBLE-DO-striped

Preparatyka (opcjonalna):

Otrzy­my­wa­nie szcza­wia­nu żela­za: Szcza­wian żelaza(II) otrzy­masz w wyni­ku reak­cji zacho­dzą­cej w roz­two­rze roz­pusz­czal­nej soli żelaza(II) oraz kwa­su szcza­wio­we­go. Szcza­wian żelaza(II) jest solą trud­no roz­pusz­czal­ną , w związ­ku czym w mia­rę doda­wa­nia kolej­nych por­cji kwa­su szcza­wio­we­go do roz­two­ru, będzie się wytrą­cał z nie­go w posta­ci osa­du.

W celu przy­go­to­wa­nia roz­two­ru zawie­ra­ją­ce­go jony Fe2+, użyj soli, któ­ra jest po pierw­sze dobrze roz­pusz­czal­na, a po dru­gie i po trze­cie łatwo dostęp­na i tania. Dobrym wybo­rem będzie zasto­so­wa­nie chlor­ku żelaza(II), FeCl2, lub siarczanu(VI) żelaza(II), FeSO4.

Skró­co­ny zapis reak­cji strą­ca­nia ma zatem postać (pomi­jam tu jony chlor­ko­we / siarczanowe(VI), gdyż te pozo­sta­ją nadal w roz­two­rze):

Fe2+(aq.) + C2O22-(aq.) -> FeC2O4(s)

Po strą­ce­niu osa­du pozo­sta­je tyl­ko prze­myć go kil­ku­krot­nie wodą, dokład­nie wysu­szyć, a następ­nie sprosz­ko­wać (świet­nie do tego nada­je się np. sta­ry mły­nek do kawy). Two­ja por­cja szcza­wia­nu żelaza(II) jest goto­wa! Uda­nych doświad­czeń!

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.