Weird Science

Błędne ognie - barwne płomienie

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Che­mia w Szkole (1/2020):

Ilustracja

Ples M., Błędne ognie - barwne pło­mie­nie, Che­mia w Szkole, 1 (2021), Agen­cja AS Józef Szew­czyk, str. 42-44

Tajem­ni­cze zja­wi­sko

Odkry­wa­nie i pozna­wa­nie praw rządzących naszym świa­tem jest dla nau­kowca - a także, w mniej lub bar­dziej świa­domy spo­sób dla każd­ego - czymś bar­dzo ważnym, wręcz tre­ścią życia. powinno być: Z tego powodu można według mnie utożs­a­mić piękno rze­czy­wi­sto­ści z jej tajem­ni­czo­ścią. Dzięki temu możemy wąt­pić, poszu­ki­wać, badać i doświad­czać nowych zja­wisk. W tym aspek­cie uświa­do­mie­nie sobie tego, jak mało wiemy (a więc jak dużo możemy się jesz­cze dowie­dzieć) może być połączone z pozy­tyw­nymi prze­ży­ciami natury ducho­wej i emo­cjo­nal­nej, ale także daje powód by anga­żo­wać się w naukę.

Jed­nym z ciągle nieco tajem­ni­czych zja­wisk jest pow­sta­wa­nie tak zwa­nych błęd­nych ogni, które zyskało poten­cjał mito­twór­czy.

Błędne ognie to zja­wi­sko znane bada­czom fol­k­loru na całym świe­cie. Feno­men ten występuje pod wie­loma lokal­nymi nazwami: japońs­kie Onibi, anglo­sa­ski will-o'-the-wisp i węgier­ski Lidérc to tylko niek­tóre z mani­fe­sta­cji tego feno­menu. Naj­praw­do­po­dob­niej wła­śnie takie zja­wi­sko w swo­jej auto­bio­gra­fii opi­sał sam Goe­the:

Naraz, w zagłębie­niu terenu na prawo od drogi zau­wa­ży­łem coś jakby pięk­nie oświe­tlony amfi­te­atr. W prze­strzeni o ksz­tałcie lejka można było zoba­czyć nie­prze­li­czone mro­wie małych świa­te­łek migo­cących i falu­jących, a świe­ciły tak jasno, że raziły oko. Widok kom­pli­ko­wało dodat­kowo to, że nie pozo­sta­wały one w jed­nym miej­scu, ale ska­kały to tu, to tam, z góry na dół i odw­rot­nie, w każdym kie­runku. Więk­sza ich część jed­nakże pozo­sta­wała w miej­scu, migo­cąc tylko. Jedy­nie z naj­wyższą nie­chęcią dałem się oder­wać od tego spek­ta­klu, któremu chcia­łem się przyj­rzeć dokład­niej.

J. W. von Goe­the: Dich­tung und Wahr­heit,

t. 2, księga VI, tłum: wła­sne

Błędne ognie według podań naj­czę­ściej miały się poja­wiać w nocy, jako odle­głe świa­tełka migo­czące tuż nad powierzch­nią gruntu. Naj­czę­ściej występo­wały na obsza­rach bagien­nych, nad wodą lub w górach. Miały zwo­dzić wędru­jących nocą ludzi. Sło­wia­nie wie­rzyli, że ogni­kami sta­wały się po śmierci dusze ludzi okrut­nych, obo­jęt­nych na krzywdę ludzką, złych i nieucz­ci­wych. Poprzez zwo­dze­nie ludzi odpo­ku­to­wy­wały one za krzywdy wyrządzone innym za życia [1] [2].

Dzi­siaj zja­wi­sko pow­sta­wa­nia ogni­ków na bagnach tłu­ma­czy się występo­wa­niem samo­za­płonu fos­fo­ro­wo­doru PH3 (w mie­sza­ni­nie z pew­nymi pal­nymi gazami, np. meta­nem CH4) lub innych gazów pow­sta­jących przy roz­kła­dzie mate­ria­łów orga­nicz­nych [3].

Praw­dziwe błędne ognie - oczy­wi­ście jeśli naprawdę ist­nieją - pozo­stawmy fol­k­lo­ry­stom i innym nau­kow­com. Jako eks­pe­ry­men­ta­to­rzy stwórzmy w labo­ra­to­rium swoje wła­sne błędne ogniki, które mimo innego mecha­ni­zmu pow­sta­wa­nia będą napa­wały nasze oczy pięk­nem, a jed­no­cze­śnie pozwolą zachęcić innych do nauki tej wspa­nia­łej dzie­dziny, jaką jest che­mia.

Potrzebne sub­stan­cje

Do prze­pro­wa­dze­nia doświad­cze­nia potrze­bu­jemy sub­stan­cji z poniższej listy:

Szczęśli­wie dla nas, wszyst­kie mate­riały są sto­sun­kowo łatwo dostępne (Fot.1).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Potrzebne sub­stan­cje

Kwas chlo­ro­wo­do­rowy, nazy­wany ina­czej sol­nym, jest sil­nie żrący i może wywo­łać ciężkie popa­rze­nia skóry. Ulat­nia­jący się z niego gazowy chlo­ro­wo­dór HCl ma dzia­ła­nie drażn­iące, a w więk­szych stęże­niach jest tru­jący.

Dihy­drat chlorku mie­dzi(II) CuCl2•2H2O ma postać szma­rag­do­wo­zie­lo­nych krysz­ta­łów (Fot.2). W tej for­mie występuje jako rzadki mine­rał erio­chal­cyt [4]. Otrzy­mać go można poprzez roz­two­rze­nie węglanu mie­dzi(II) CuCO3 w kwa­sie chlo­ro­wo­do­ro­wym.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Krysz­tały dihy­dratu chlorku mie­dzi(II)

Chlo­rek mie­dzi(II), podob­nie jak inne sole metali ciężk­ich, może wyka­zy­wać dzia­ła­nie szko­dliwe i rako­twór­cze. W doświad­cze­niu można wyko­rzy­stać także inne związki mie­dzi, ale chlo­rek zapew­nia lep­sze wyniki niż więk­szość z nich.

Ostat­nią potrzebną sub­stan­cją jest glin w for­mie tzw. spo­żyw­czej folii alu­mi­nio­wej. Trzeba ufor­mo­wać z niej nie­wiel­kie, dosyć mocno ugnie­cione kulki o śred­nicy około 0,5cm – roz­miar trzeba dobrać doświad­czal­nie, ponie­waż efekt w pew­nym stop­niu zależy od tego para­me­tru (Fot.3).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Folia alu­mi­niowa zmięta w kulki

Posia­da­jąc już wszyst­kie potrzebne sub­stan­cje, możemy przy­stąpić do wła­ści­wego pokazu.

Pokaz!

Przy­stępu­jąc do pokazu, musimy do sto­sun­kowo dużej zlewki wlać ostrożnie kil­ka­na­ście cen­ty­me­trów sze­ścien­nych stężo­nego kwasu sol­nego, po czym roz­pu­ścić w nim kilka nie­wiel­kich krysz­ta­łów chlorku mie­dzi. Uzy­skany w ten spo­sób roz­twór ma inten­syw­nie zie­lony kolor. Zlewkę należy umie­ścić w więk­szym naczy­niu z wodą (Fot.4). Powi­nien być to na przy­kład kry­sta­li­za­tor lub więk­sza zlewka – szalka Petriego pozuje jedy­nie do zdjęcia dla więk­szej przej­rzy­sto­ści.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Gotowy roz­twór w naczy­niu

Łaźnia wodna ma na celu chło­dze­nie układu reak­cyj­nego, ponie­waż reak­cja jest sil­nie egzo­ter­miczna.

Doświad­cze­nie jest sza­le­nie efek­towne, ale może także być nie­bez­pieczne. Bar­dzo ważne jest aby sto­so­wać odpo­wied­nie środki bez­pie­czeńs­twa. Abso­lut­nie koniecz­nie trzeba uży­wać oku­la­rów och­ron­nych (Fot.5). Między ukła­dem reak­cyj­nym a widow­nią powinna się zna­leźć przej­rzy­sta prze­groda, wyko­nana naj­le­piej z odpo­wied­niego two­rzywa sztucz­nego. Pre­zen­tu­jący doświad­cze­nie eks­pe­ry­men­ta­tor musi oczy­wi­ście uży­wać także pozo­sta­łych pod­sta­wo­wych środ­ków och­rony oso­bi­stej, tj. ręka­wic i far­tu­cha.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.5 – Oku­lary i pozo­stałe środki och­rony oso­bi­stej są konieczne

Chcąc uru­cho­mić reak­cję, do roz­tworu wrzu­camy jedną lub dwie kulki z folii alu­mi­nio­wej. Po chwili zau­wa­żamy wyraźny efekt; glin ulega roz­two­rze­niu, roz­twór się sil­nie roz­grzewa i pieni. Ostrożnie zapa­lamy pow­sta­jący gaz. Docho­dzi do zapłonu, a nad roz­two­rem pow­stają nie­re­gu­larne, ciągle poru­sza­jące się pło­mie­nie o pięk­nej, nie­bie­skiej bar­wie (Fot.6).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Ogniki

Doświad­cze­nie można pow­ta­rzać kil­ku­krot­nie, uzu­pełn­ia­jąc roz­twa­rzany glin. Jed­no­cze­śnie nie należy jed­nak wrzu­cać więcej niż jed­nej czy dwóch kulek z folii.

Wyja­śnie­nie

Pod­czas reak­cji glinu z kwa­sem sol­nym uwal­niają się duże ilo­ści gazo­wego wodoru w myśl rów­na­nia reak­cji:

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

Po zapa­le­niu wodór spala się w tle­nie atmos­fe­rycz­nym. Związki mie­dzi takie jak CuCl22 w pod­wyższo­nej tem­pe­ra­tu­rze pło­mie­nia sto­sun­kowo łatwo dyso­cjują – w tych warun­kach miedź odpo­wiada za cha­rak­te­ry­styczny nie­bie­sko-zie­lony kolor pło­mie­nia. Lekka kulka alu­mi­niowa w cza­sie reak­cji gwałt­ow­nie miota się po powierzchni roz­tworu napędzana uwal­nia­jącym się gazem, dzięki czemu pło­mie­nie mają nie­prze­wi­dy­walny ksz­tałt.

Wiemy, że także inne metale bar­wią pło­mień na cha­rak­te­ry­styczne kolory, np. sód Na na żółto, wapń Ca na cegla­sto­czer­wony, Bar Ba na jasno­zie­lony itd. Dla­tego możemy wytwo­rzyć ogniki także o innych bar­wach. Fot. 7 przed­sta­wia doświad­cze­nie, w którym sól mie­dzi zastąpiono chlor­kiem rubidu RbCl. W ten spo­sób możemy uzy­skać ogniki fio­le­towo-różowe.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.6 – Ogniki zabar­wione rubi­dem

Ist­nieje nie­wiel­kie praw­do­po­do­bieńs­two, że w cza­sie pokazu zosta­nie wytwo­rzona mie­sza­nina pio­ru­nu­jąca, tj. mie­sza­nina gazo­wego wodoru i tlenu w takim samym sto­sunku jak w cząsteczce wody. Jest ona sil­nie wybu­chowa i w takim przy­padku naczy­nie reak­cyjne może zostać rozer­wane eks­plo­zją, a żrąca mie­sza­nina kwasu roz­rzu­cona wokół. Należy brać to nie­bez­pie­czeńs­two zaw­sze pod uwagę.

Doświad­cze­nie w bar­dzo atrak­cyjny spo­sób przy­bliża tematy związane z tak zwaną ana­lizą pło­mie­niową [5].

Lite­ra­tura:

Wszyst­kie foto­gra­fie i rysunki zostały wyko­nane przez autora

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa