Weird Science

Ciecz zmieniająca barwę wraz z temperaturą

Świat kolo­rów

Barwy ota­czają nas ze wszyst­kich stron, dzięki nim świat wydaje się cie­kaw­szy i bar­dziej inte­re­su­jący. Jako jedni z nie­wielu przed­sta­wi­cieli świata zwie­rzęcego posia­damy zdol­ność do widze­nia wszyst­kich barw świa­tła widzial­nego; powin­ni­śmy być za to wdzięczni natu­rze. Kolory są też two­rzy­wem i inspi­ra­cją dla wielu dzie­dzin sztuki, nie tylko dla malar­stwa. Lite­ra­tura też nie­jed­no­krot­nie czer­pała, czer­pie i będzie czer­pać z tego boga­tego źródła; dzięki bar­wom i odcie­niom można wyra­zić zaska­ku­jąco wiele. W jed­nej z cie­kaw­szych współcze­snych powie­ści możemy prze­czy­tać:

A śnieg padał. Jak sen, defor­mo­wał ksz­tałty i barwy, ukry­wa­jąc wszystko, co zna­jome, grze­biąc wszystko, co praw­dziwe.

Aryn Kyle: Bóg zwie­rząt, tłum: Ewa Penk­syk-Klucz­kow­ska

Defor­mo­wać barwy? Ten poe­tycki zwrot nie­wąt­pli­wie nie­sie w sobie wiele tre­ści. Co to jed­nak ma wspól­nego z che­mią?

Otóż che­mia jest prze­cież wła­śnie nie­zwy­kle barwną nauką! Więk­szość (a wła­ści­wie wszyst­kie) kolory, jakie widzimy wokół sie­bie są w jakiś spo­sób związane z tą dzie­dziną wie­dzy.

Dla tych, którym sta­tyczne kolory wydają się być nudne, przy­go­tu­jemy dziś ciecz rea­gu­jącą zmia­nami barwy na wzrost lub spa­dek tem­pe­ra­tury. Dodat­kowo, pre­zen­to­wane doświad­cze­nie w cie­kawy spo­sób wpro­wa­dza w dzie­dzinę ter­mo­dy­na­miki che­micz­nej.

Ilustracja

Potrzebne mate­riały

Na szczę­ście lista potrzeb­nych sub­stan­cji jest krótka; potrze­bu­jemy:

Ostrze­że­nie: Chlo­rek kobaltu(II) CoCl2·6H2O jak więk­szość związ­ków metali ciężk­ich jest tok­syczny. Naj­praw­do­po­dob­niej wyka­zuje też dzia­ła­nie rako­twór­cze. Nie można pozwo­lić na jego kon­takt ze skórą! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Chlo­rek kobaltu(II) CoCl2·6H2O musimy nabyć w skle­pie che­micz­nym, ale jako chlo­rek sodu NaCl wystar­czy zwy­kła sól kuchenna.

W pełni uwod­niony chlo­rek kobaltu(II) ma postać inten­syw­nie czer­wo­nych krysz­tałków:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Musimy przy­go­to­wać kil­ku­pro­cen­towy roz­twór chlorku kobaltu(II) CoCl2·6H2O w nasy­co­nym w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wym roz­two­rze chlorku sodu NaCl. Naj­le­piej przy­rządzić naj­pierw nasy­cony roz­twór soli kuchen­nej, wrzu­cić do niego kilka krysz­tałków CoCl2·6H2O i mie­sza­jąc dolać powoli tyle wody, by sól kobaltu ule­gła roz­pusz­cze­niu. Tak przy­go­to­wany roz­twór ma barwę różową.

Pokaz!

Do pro­bówki wle­wamy nie­wielką ilość przyg­to­wa­nego uprzed­nio roz­tworu. Jak już wcze­śniej wspom­nia­łem, roz­twór jest różowy. Prze­ko­nuje nas o tym także poniższe zdjęcie.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Teraz możemy w dowolny spo­sób ogrzać zawar­tość pro­bówki. Już nie­wielki wzrost tem­pe­ra­tury powo­duje wyraźną zmianę odcie­nia. W ciągu dal­szego ogrze­wa­nia zmiana ta jest coraz wyraźn­iej­sza. Jesz­cze przed roz­po­częciem wrze­nia, ciecz zmie­nia barwę na ciem­no­nie­bie­ską:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Należy wspom­nieć, że zmiana barw ma cha­rak­ter całk­o­wi­cie odw­ra­calny: po och­ło­dze­niu zostaje przyw­rócona barwa pier­wotna.

Pre­zen­to­wane zja­wi­sko mozna wyko­rzy­stać do zbu­do­wa­nia pomy­sło­wego ter­mo­me­tru: wystar­czy zamk­nąć odro­binę opi­sy­wa­nej cie­czy w zato­pio­nej ampułce szkla­nej. Ampułkę taką wyko­na­łem wła­sno­ręcz­nie, wyciąga­jąc i for­mu­jąc w pło­mie­niu pal­nika gazo­wego nie­wielką pro­bówkę. Zdjęcia poni­żej przed­sta­wiają taki che­miczny ter­mo­metr mojej pro­duk­cji, w różn­ych tem­pe­ra­tu­rach.

Ilustracja: 24°C

24°C

Ilustracja: 60°C

60°C

Pamiętajmy, że wew­nątrz jest zamk­nięta tok­syczna sól metalu ciężk­iego, jed­nak dokładne zato­pie­nie ampułki jest gwa­ran­cją niesz­ko­dli­wo­ści tak przy­go­to­wa­nego przy­rządu.

Wyja­śnie­nie

Pod­stawą zaob­ser­wo­wa­nego efektu jest zasada prze­kory. W roz­two­rze wod­nym chlorku kobaltu(II) docho­dzi do utwo­rze­nia rów­no­wagi dyna­micz­nej między dwoma rodza­jami kom­plek­sów kobaltu. Można tu zilu­stro­wać rów­na­niem:

Ilustracja

Kom­pleks chlor­kowy wyka­zuje inten­syw­nie nie­bie­ską barwę, zaś akwa­kom­pleks różową. W roz­two­rze wod­nym rów­no­waga reak­cji jest sil­nie prze­su­nięta w prawo i nawet pod­grza­nie nie powo­duje wyraźnej zmiany barwy. Doda­tek dużej ilo­ści jonów chlor­ko­wych (w postaci NaCl) powo­duje pewne prze­su­nięcie rów­no­wagi w lewo, jed­nak nie na tyle, by w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej dać prze­wagę kom­plek­sowi chlor­ko­wemu. Nie obser­wu­jemy więc zmiany barwy. Sytu­a­cja zmie­nia się po pod­grza­niu: wtedy zgod­nie z zasadą prze­kory rów­no­waga prze­su­nie się zde­cy­do­wa­nie w stronę kom­pleksu chlor­ko­wego, co objawi się zmianą koloru na nie­bie­ski. Przy spadku tem­pe­ra­tury rów­no­waga prze­suwa się w prze­ciwną stronę, zaczyna więc znowu domi­no­wać różowy akwa­kom­pleks.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa