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.
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:
- Szczawian żelaza FeC2O4
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:
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:
Żelazo wraz z tlenkiem żelaza(II) utlenia się do tlenku żelaza(III), dzięki czemu uzyskujemy efektowne iskry.
Życzę miłej i pouczającej zabawy:)
Literatura dodatkowa
- Bielański A., Chemia ogólna i nieorganiczna, PWN, Warszawa, 1981, str. 534
- Dobrzański L.A., Metaloznawstwo opisowe stopów żelaza, wyd. I, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2007, str. 13-15
- Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Wyd. VIII, PWN, Warszawa, 1978, str. 566-567, 577-578
Marek Ples