Weird Science

Piroforyczne żelazo

Jak zapa­lić żelazo?

Żelazo jest meta­lem zna­nym od cza­sów sta­ro­żyt­nych. W sta­nie czy­stym jest lśniącym, sre­brzy­stym, dość twar­dym i sto­sun­kowo trud­no­to­pli­wym meta­lem Jego tem­pe­ra­tura top­nie­nia wynosi 1534,85 °C. Żelazo jest kru­che, dla­tego dziś sto­suje się naj­czę­ściej stopy żelaza z węglem (żeliwo, stal), a także z innymi meta­lami. Stopy te są wytrzy­mal­sze mecha­nicz­nie i mają inne korzystne cechy. Pier­wia­stek ten jest mikro­e­le­men­tem; ma duże zna­cze­nie bio­lo­giczne, ponie­waż wcho­dzi w skład hemo­glo­biny.

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/a/ad/Iron_elec­tro­ly­tic_and_1cm3_cube.jpg, dostęp: 07.08.2011

Pod względem che­micz­nym żelazo należy do sto­sun­kowo reak­tyw­nych metali. Z łatwo­ścią rea­guje z kwa­sami two­rząc odpo­wied­nie sole. Metal ten łatwo się utle­nia, nawet w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej.

Spa­la­nie jest formą gwałt­ow­nego utle­nia­nia. Czy uda nam się zapa­lić żelazo?

Spróbujmy. Weźmy jaki­kol­wiek sta­lowy przed­miot i roz­grzejmy go sil­nie w pło­mie­niu pal­nika. Po pew­nym cza­sie na powierzchni metalu pow­sta­nie war­stewka tlenku, ale z pew­no­ścią nie uzy­skamy zapłonu. Jeśli jed­nak do pło­mie­nia wrzu­cimy szczyptę drob­nych opiłków sta­lo­wych, to w efek­cie zoba­czymy piękne, błysz­czące iskry. Są to gwałt­ow­nie spa­la­jące się dro­biny żelaza. Roz­drob­nie­nie powo­duje zwięk­sze­nie powierzchni dostępu tlenu z powie­trza, a także uła­twia roz­grza­nie się dro­bin do odpo­wied­niej tem­pe­ra­tury, by mogło dojść do gwałt­ow­nego utle­nia­nia. By spa­lić żelazo wystar­czy je więc sil­nie roz­drob­nić. Oka­zuje się jed­nak, że odpo­wied­nio mocno roz­drob­nione żelazo jest piro­fo­ryczne, czyli zapala się samo­rzut­nie w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej.

Potrzebne mate­riały

Tym razem potrze­bu­jemy tylko jed­nego związku che­micz­nego:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Związek ten ma postać proszku o inten­syw­nej żółtej bar­wie. Szcza­wian żelaza można kupić w skle­pie che­micz­nym, ale można też poku­sić się o jego wła­sno­ręczną syn­tezę. Opis reak­cji otrzy­my­wa­nia tej soli jest dostępny tutaj.

Ostrze­że­nie: W tym doświad­cze­niu nie występują żadne sil­nie tru­jące sub­stan­cje, jed­nak należy zacho­wać ostrożn­ość jak zaw­sze przy pracy w labo­ra­to­rium. Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Pokaz

Do pro­bówki wsy­pu­jemy nie­wielką ilość dokład­nie wysu­szo­nego szcza­wianu żelaza. Naczy­nie następ­nie trzeba ogrze­wać za pomocą pal­nika.

Ogrze­wa­nie pro­wa­dzimy do momentu kiedy cała zawar­tość pro­bówki zmieni się w czarny pro­szek. Wtedy pro­bówkę prze­no­simy nad nie­palną powierzch­nię i z pew­nej wyso­ko­ści wysy­pu­jemy z niej nieco sub­stan­cji. Pro­szek w zetk­nięciu się z powie­trzem zapala się i two­rzy piękną kaskadę czer­wo­no­bia­łych iskier. Prze­bieg całego doświad­cze­nia oraz zdjęcia iskier można zoba­czyć poni­żej:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Wyja­śnie­nie

Szcza­wian żelaza jest trwały w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej, ale z łatwo­ścią ulega roz­kła­dowi w pod­wyższo­nej tem­pe­ra­tu­rze. Pod­czas roz­kładu szcza­wianu pow­staje woda, dwu­tle­nek węgla, bar­dzo drobny pro­szek żelaza i tle­nek żelaza (II). W tak wyso­kiej tem­pe­ra­tu­rze woda wypa­ro­wuje w postaci pary wod­nej, a w pro­bówce pozo­staje piro­fo­ryczna mie­sza­nina tlenku żelaza(II) i żelaza. Nie zapala się ona natych­miast, ponie­waż powie­trze z pro­bówki zostaje wyparte przez pow­sta­jący dwu­tle­nek węgla. Po wysy­pa­niu proszku docho­dzi do reak­cji opi­sa­nej rów­na­niem:

Ilustracja

Żelazo wraz z tlen­kiem żelaza(II) utle­nia się do tlenku żelaza(III), dzięki czemu uzy­sku­jemy efek­towne iskry.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa

Marek Ples

Aa