Weird Science

Świecąca blaszka - katalizator miedziowy

Kata­liza kon­tak­towa

Kata­li­za­tor jest sub­stan­cją che­miczną, która dodana do układu reak­cyj­nego obniża ener­gię akty­wa­cji reak­cji che­micz­nej, czego efek­tem jest wzrost szyb­ko­ści reak­cji che­micz­nej. Ener­gia akty­wa­cji jest z kolei najm­niej­szą ilo­ścią ener­gii, jaką musi posia­dać układ reak­cyjny, by reak­cja mogła w ogóle zajść. Ilu­struje to poniższy wykres:

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/8/8d/Ener­gia_akty­wa­cji.svg, dostęp: 19.02.2012

O kata­li­za­to­rach mówi­li­śmy już w przy­padku wykry­wa­nia amy­lazy.

Kata­li­za­tor uczest­ni­czy w reak­cji che­micz­nej, ale nie ulega trwa­łej prze­mia­nie che­micz­nej. Sub­stan­cja taka wpływa na prze­bieg reak­cji zmie­nia­jąc jej mecha­nizm. Dzia­ła­nie kata­li­za­tora opiera się na pow­sta­wa­niu w reak­cji z sub­stra­tem przej­ścio­wego nie­tr­wa­łego związku che­micz­nego, który rea­guje dalej z wytwo­rze­niem pro­duktu końc­o­wego i odtwo­rze­niem wyj­ścio­wego kata­li­za­tora. W ten spo­sób reak­cja prze­biega szyb­ciej niż bez uży­cia kata­li­za­tora.

Kata­li­za­tory dzieli się zwy­kle ze względu na fazę w jakiej one występują pod­czas reak­cji:

Do dru­giej kate­go­rii należą między innymi kata­li­za­tory kon­tak­towe, gdzie reak­cja zacho­dzi na powierzchni sta­łego kata­li­za­toa, zaś rea­genty występują w fazie cie­kłej lub gazo­wej. Uży­wa­jąc pow­szech­nie dostęp­nych mate­ria­łów możemy prze­pro­wa­dzić przy­kła­dową reak­cję tego typu. Dodat­kową zachętą może być inte­re­su­jący efekt wizu­alny.

Potrzebne mate­riały

Tak jak obie­ca­łem, potrze­bu­jemy jedy­nie dwóch łatwo dostęp­nych sub­stan­cji:

Ostrze­że­nie: Ace­ton nie jest tok­syczny, jed­nak dłu­go­tr­wałe wdy­cha­nie jego par może powo­do­wać ból i zaw­roty głowy, a w więk­szych ilo­ściach zatru­cia. Ace­ton jest bar­dzo lotny i łatwo­palny; należy zacho­wać ostrożn­ość wobec źródeł zapłonu. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Ace­ton można oczy­wi­ście kupić w skle­pie che­micz­nym, ale można go z łatwo­ścią nabyć w skle­pach z far­bami i roz­pusz­czal­ni­kami, jest on też skład­ni­kiem niek­tórych zmy­wa­czy lakieru do paznokci. Blaszka mie­dziana powinna być jak naj­cieńsza, o powierzchni kilku cen­ty­me­trów kwa­dra­to­wych. W razie braku takiej bla­chy można ją zastąpić roz­kle­pa­nym dru­tem mie­dzia­nym, lub nawet zwit­kiem jak naj­cieńszego drutu wyko­na­nego z tego metalu.

W blaszce należy wywier­cić nie­wielki otwór i zawie­sić ją na kawałku cieńk­iego drutu sta­lo­wego przy­mo­co­wa­nego do poprzeczki. Powinno wyglądac to jak niżej.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Pokaz!

Jeśli mamy przy­go­to­wane wszystko co trzeba to możemy przy­stąpić do doświad­cze­nia.

Na dno nie­wiel­kiej zlewki wle­wamy 1-2cm3 ace­tonu, a następ­nie dobie­ramy tak dłu­gość zdrutu, na którym jest zawie­szona mie­dziana blaszka, by znaj­do­wała się ona tuż nad roz­two­rem. Jest to bar­dzo ważne! Blaszka nie może być zanu­rzona w ace­to­nie, ani być zawie­szona w zbyt dużej odle­gło­ści od jego powierzchni. Teraz możemy przy­stąpić do ini­cja­cji reak­cji: blaszkę musimy nieco pod­grzać w pło­mie­niu pal­nika lub zapal­niczki, a następ­nie szybko (tak by nie zdążyła osty­gnąć) zawie­sić ją nad powierzch­nią cie­czy. Uzy­skany efekt można zoba­czyć poni­żej:

Ilustracja

Miedź zamiast osty­gnąć zaczyna się roz­grze­wać aż do momentu, kiedy zaczyna świe­cić poma­rańczo­wym świa­tłem! Wymaga to z pew­no­ścią dosyć wyso­kiej tem­pe­ra­tury.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Świe­ce­nie roz­ża­rzo­nej blaszki widać wyraźnie nawet w jasno oświe­tlo­nym pomiesz­cze­niu.

Wyja­śnie­nie

Ace­ton jest związ­kiem z grupy keto­nów. Jest bar­dzo lotny i łatwo­palny, pali się jasnym pło­mie­niem. W przed­sta­wio­nym doświad­cze­niu warunki jed­nak nie dopusz­czają do jego zapłonu.

Podob­nie jak w pro­ce­sie spa­la­nia docho­dzi tutaj do gwałt­ow­nego łącze­nia z tle­nem, dzieje się to jed­nak na dro­dze kata­li­tycz­nej. Miedź jest tutaj kata­li­za­to­rem kon­tak­to­wym; na powierzchni wstęp­nie pod­grza­nej mie­dzi pary ace­tonu, którymi z racji jego lot­no­ści jest wypełn­iona zlewka, zostają utle­nione tle­nem atmos­fe­rycz­nym. Pro­duk­tami tej reak­cji jest głów­nie dwu­tle­nek węgla i para wodna, pow­stają także nie­wiel­kie ilo­ści innych związ­ków. W cza­sie tego pro­cesu zostają uwol­nione duże ilo­ści ener­gii na spo­sób cie­pła, dzięki czemu blaszka roz­grzewa się coraz bar­dziej.

Można dostrzec także inne cie­kawe zja­wi­sko: roz­grzana blaszka nie świeci rów­no­mier­nie. Po powierzchni mie­dzi prze­my­kają naprze­mienne fale ciem­niej­szej i jaśniej­szej barwy. Jest to spo­wo­do­wane nie­rów­no­mier­nym roz­kła­dem tem­pe­ra­tur, czego powo­dem jest nie­jed­na­kowe roz­miesz­cze­nie w całej objęto­ści zlewki obu sub­stra­tów: par ace­tonu i tlenu. Na dro­dze kon­wek­cji docho­dzi też do ciągłego mie­sza­nia tych dwóch sub­stan­cji gazo­wych, przez co do powierzchni blaszki dociera raz mniej, raz więcej rea­gen­tów, co skut­kuje różn­i­cami w wydaj­no­ści reak­cji i uzy­ski­wa­nej tem­pe­ra­tu­rze.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa