Weird Science

Żarłoczny roztwór

Pozorny para­doks

Czy jeste­śmy w sta­nie scho­wać coś w naczy­niu, jeśli roz­miar tego przed­miotu jest więk­szy niż pojem­ność naczy­nia? Wydaje się to nie­możl­iwe.

Czy aby na pewno? Pomyślmy. Po chwili zasta­no­wie­nia doj­dziemy do wnio­sku, że aby doko­nać tego wyczynu wystar­czy jedy­nie poprze­miesz­czać odpo­wied­nio cząstki "cho­wa­nego" przed­miotu. Zada­nie w dal­szym ciągu wydaje się, jeśli nawet teo­re­tycz­nie możl­iwe, to jed­nak bar­dzo trudne. Z pomocą przyj­dzie nam che­mia.

Ilustracja

Dzięki reak­cji elek­tro­che­micz­nej mie­dzi i glinu łatwo upch­niemy sto­sun­kowo duży frag­ment tego ostat­niego w nie­wiel­kiej zlewce.

Czego potrze­bu­jemy?

Na szczę­ście potrzebne sub­stan­cje są łatwe do zdo­by­cia:

Ostrze­że­nie: Siar­czan(VI) mie­dzi(II) CuSO4·5H2O może być szko­dliwy. Trzeba zacho­wać ostrożn­ość jak zaw­sze przy pracy z che­mi­ka­liami. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Z uwod­nio­nym siar­cza­nem(VI) mie­dzi(II) CuSO4·5H2O spot­ka­li­śmy się już w przy­padku żar­to­bli­wej, ale uda­nej próby zwa­że­nia jego koloru. Sól ta występuje zwy­kle w postaci dobrze wyksz­tałc­o­nych, nie­bie­skich krysz­ta­łów:

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/d/d8/Cop­per_sul­fate.jpg, dostęp: 11.08.2012

Jako glin świet­nie nada się zwy­kła, spo­żyw­cza folia alu­mi­niowa. Zdo­by­cie chlorku sodu także nie jest żad­nym pro­ble­mem.

Doświad­cze­nie

Musimy przy­go­to­wać 100cm3 10% roz­tworu siar­czanu(VI) mie­dzi(II). Ciecz ma piękny nie­bie­ski kolor.

Ilustracja: roztwór siarczanu(VI) miedzi(II)

roztwór siarczanu(VI) miedzi(II)

Z folii alu­mi­nio­wej zwi­jamy rulon o dłu­go­ści około 30cm. Jego śred­nica powinna być nieco mniej­sza od śred­nicy zlewki:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Zanu­rzamy dolną część rulonu w roz­two­rze soli mie­dzi. Nie powo­duje to żad­nych widocz­nych zmian. Po doda­niu kilku cm3 nasy­co­nego w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej roz­tworu chlorku sodu reak­cja roz­po­czyna się pra­wie natych­miast. Glin jest ener­gicz­nie roz­twa­rzany i po kilku minu­tach nie pozo­staje po nim żad­nego śladu.

Ilustracja: po reakcji

po reakcji

Nic, oprócz nie­wiel­kiej ilo­ści pary wod­nej, nie opu­ściło zlewki, więc udało nam się - zmie­ści­li­śmy spory kawa­łek glinu w nie­wiel­kiej zlewce!

Wyja­śnie­nie

Dla zro­zu­mie­nia zacho­dza­cego tutaj pro­cesu ważna jest zna­jo­mość sze­regu napięcio­wego metali.

Sze­reg napięciowy metali, zwany ina­czej sze­re­giem elek­tro­che­micz­nym, to po pro­stu zesta­wie­nie pier­wiast­ków che­micz­nych o wła­ści­wo­ściach meta­licz­nych, według ich poten­cjału stan­dar­do­wego E0. Punk­tem wyj­ścia jest tutaj elek­troda wodo­rowa, której poten­cjał stan­dar­dowy przyj­muje się umow­nie za zero. Przy­kła­dowy sze­reg elek­tro­che­miczny, według wzro­stu war­to­ści E0:

Ilustracja

Wodór został zazna­czony czer­woną ramką. Należy pamiętać, że metal jest tym bar­dziej aktywny, im jego poten­cjał stan­dar­dowy jest niższy. Zau­ważmy, że rze­czy­wi­ście tak jest: po lewej zgru­po­wały się bar­dzo reak­tywne metale, jak na przy­kład lit i potas, po pra­wej zaś metale szla­chetne: sre­bro, pla­tyna, złoto. Musimy też pamiętać zasadę, według której w prze­wa­ża­jącej ilo­ści przy­pad­ków metal bar­dziej aktywny wypiera z roz­tworu mniej aktywny, przy czym sam prze­cho­dzi do roz­tworu.

Glin jest dużo aktyw­niej­szy od mie­dzi, powi­nien więc ener­gicz­nie wypie­rać z roz­tworu miedź. Dla­czego począt­kowo nie obser­wu­jemy żad­nej reak­cji? Otóż glin jest meta­lem tak aktyw­nym, że nawet w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej jego powierzch­nia pokrywa się cie­niutką, nie­wi­doczną dla oka, nie­prze­pusz­czalną war­stwą tlen­ków i wodo­ro­tlen­ków. War­stwa ta broni dostępu do meta­licz­nego glinu dwu­do­dat­nim jonom mie­dzio­wym. Nazy­wamy to pasy­wa­cją.

Sytu­a­cja zmie­nia się dra­stycz­nie, gdy w roz­two­rze poja­wią się jony chlor­kowe pow­stałe w dyso­cja­cji chlorku sodu. Chlorki nisz­czą och­ronną war­stwę tlen­ków glinu i wtedy roz­po­czyna się wła­ściwa reak­cja: glin jest roz­twa­rzany, po czym wytąca się z roz­tworu pod posta­cią nie­roz­pusz­czal­nych związ­ków, zaś jony mie­dzi prze­cho­dzą w atomy. Wytrącona meta­liczna miedź zbiera się na dnie w postaci ciem­no­czer­wo­nego osadu.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa