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.

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:
- Siarczan(VI) miedzi(II) (pentahydrat) CuSO4·5H2O,
- glin - w postaci folii,
- chlorek sodu NaCl - sól kuchenna.
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:

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

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:
- Mizerski W., Tablice chemiczne, Wyd. VI, Wydawnictwo Adamantan, Warszawa, 2013,
- Pajdowski L., Rozdziały: Elektrolity, Elektrochemia, w: Chemia Ogólna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1999, str. 231-290,
- Pluciński T., Doświadczenia chemiczne, Wydawnictwo Adamantan, 1997, str. 28-29.
Marek Ples