Burza w probówce
Potężna natura
Burza elektryczna jest jednocześnie jednym z najbardziej niszczycielskich i najpiękniejszych zjawisk naturalnych. Dzikie piękno szalejącej burzy bywało często natchnieniem dla artystów. Bohater Zafóna daje nam taki oto, obrazowy opis:
Spojrzałem na niebo i ujrzałem burzę, która rozlewała się między chmurami niczym plamy czarnej krwi, gasząc światło księżyca i rozpościerając płaszcz ciemności nad dachami i fasadami miasta.
Burza sama w sobie jest bardzo skomplikowanym zjawiskiem; niektórych z jej aspektów nie rozumiemy do dzisiaj. Wystarczy wspomnieć choćby o ciągle niewyjaśnionym dokładnie fenomenie tak zwanych piorunów kulistych.
Jako chemicy-eksperymentatorzy możemy spróbować odtworzyć efekt błyskawic i grzmotów towarzyszących burzy w skali mikro. Będzie to burza w probówce!
Potrzebne materiały
Do przeprowadzenia doświadczenia potrzebujemy:
- kwas siarkowy(VI) H2SO4 (stężony),
- manganian(VII) potasu KMnO4,
- alkohol etylowy C2H5OH (96%)
Ostrzeżenie: Stężony kwas siarkowy(VI) jest silnie żrący! Trzeba zachować bezwzględną ostrożność. Nie można dopuścić do wymieszania się alkoholu z kwasem, ponieważ zapoczątkuje to silnie egzotermiczną reakcję. Może dojść do rozprysku żrących lub płonących reagentów. Wylotu probówki nie można kierować w stronę widowni! Bezwzględnie konieczne jest stosowanie środków ochrony osobistej: fartucha laboratoryjnego, rękawic ochronnych oraz gogli (przydatna może być też ochrona twarzy). Należy stosować minimalną możliwą ilość manganianu(VII) potasu; przesada w jego ilości może spowodować trudny do opanowania zapłon. Autor nie bierze jakiejkolwiek odpowiedzialności za wszelkie mogące powstać szkody. Robisz to na własne ryzyko!
Należy koniecznie zastosować się do podanych środków ostrożności. Doświadczenie może być dosyć niebezpieczne, jeśli będzie przeprowadzone w niedbały sposób. Przy odpowiednim przygotowaniu zapewnia jednak wspaniały efekt wizualny.
Pokaz!
Bardzo ważna jest staranność. Probówka użyta w tym doświadczeniu musi być wcześniej bardzo dokładnie umyta, następnie odtłuszczona (płukanie acetonem) i wysuszona. Probówkę mocujemy następnie stabilnie w łapie statywu w pozycji pionowej. Następnie za pomocą pipety pasteurowskiej wlewamy na dno kilka centrymetrów sześciennych stężonego kwasu siarkowego VI, ale tak by nie zwilżyć ścianek naczynia. Kolejną rzeczą jaką musimy zrobić jest wlanie do probówki podobnej ilości alkoholu etylowego; wlewamy go powoli po ściance. Ciecze nie mogą się wymieszać! Kwas i etanol powinny uformować dwie fazy z wyraźnie widoczną granicą pomiędzy nimi:
Kiedy mamy już wszystko przygotowane to możemy przystąpić do zainicjowania naszej reakcji: do probówki wrzucamy kilka (nie więcej!) maleńkich kryształków manganianu(VII) potasu.
Chwilę po dotarciu kryształków manganianu do granicy faz rozpoczyna się chemiczna burza: ciecz zmienia barwę na ciemnobrunatną, pod jej powierzchnią widzimy jasne rozbłyski, słyszalne są też charakterystyczne trzaski. Efekt mozna zobaczyć także na poniższych zdjęciach.
Reakcja jest silnie egzotermiczna. Dla bezpieczeństwa dobrze jest zanurzyć dolną część probówki w większej zlewce z zimną wodą.
Dużo uwagi należy poświęcić bezpiecznemu usunięciu pozostałości po doświadczeniu. Mieszaninę poreakcyjną najlepiej ostrożnie wlać szybkim ruchem do dużej ilości zimnej wody, zachowując wspomniane wcześniej środki bezpieczeństwa.
Wyjaśnienie
Dochodzi tutaj do reakcji między manganianem(VII) potasu, a kwasem siarkowym według równania reakcji:
Powstający w tej reakcji siedmiotlenek manganu jest bardzo nietrwałym związkiem i jednocześnie silnym utleniaczem. To właśnie on gwałtownie utlenia alkohol etylowy, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości energii. W rzeczywistości dochodzi tutaj do maleńkich eksplozji w obrębie mieszaniny reakcyjnej, co obserwujemy jako rozbłyski i trzaski.
Mi uzyskany w ten sposób efekt kojarzy się najbardziej z burzą oglądaną sponad chmur:
Zdjęcia zostały wykonane przez astronautów z pokładu wahadłowca.
Życzę miłej i pouczającej zabawy:)
Literatura dodatkowa:
- Fatiadi A., The Classical Permanganate Ion: Still a Novel Oxidant in Organic Chemistry (review), Synthesis 1987 (2), str. 85-127,
- Holleman A. F., Wiberg E., Inorganic Chemistry, Academic Press, San Diego, 2001,
- Simon A., Dronskowski R., Krebs B., Hettich B., The Crystal Structure of Mn2O7, Angewandte Chemie International Edition in English, 26, 1987, str. 139–140.
Marek Ples