Weird Science

Termochromia jodku ołowiu: czerwone czy żółte?

Wspom­nijmy na początku słowa kla­syka:

Barwa jest cier­pie­niem świa­tła.

Johann Wol­fgang Goe­the

Trzeba przy­znać Goe­themu, że udało mu się prze­czuć rze­czy­wi­stość na długo przed potwier­dza­jącymi je odkry­ciami nau­ko­wymi i ubrać ją w poe­tyc­kie słowa, co tylko potwier­dza jego geniusz jako poety i filo­zofa.

Świat kolo­rów w che­mii ma pod­stawę w zmia­nach sta­nów ener­gii ukła­dów elek­tro­no­wych cząstek. Barw­ność jest wyni­kiem poch­ła­nia­nia fal elek­tro­ma­gne­tycz­nych z zakresu widzial­nego, o okre­ślo­nej dłu­go­ści. Powo­dem występo­wa­nia kolo­rów sub­stan­cji che­micz­nych jest zwy­kle ist­nie­nie elek­tro­nów zde­lo­ka­li­zo­wa­nych wiązań typu π lub nie­spa­ro­wa­nych elek­tro­nów w rod­ni­kach. Ist­nieją też inne możl­i­wo­ści, o których jed­nak nie będziemy tu wspo­mi­nać.

Wiele pier­wiast­ków i związ­ków che­micz­nych wyka­zuje poli­mor­fizm, czyli wie­lo­po­sta­cio­wość. Mogą one ist­nieć w różn­ych for­mach, zależn­ych od warun­ków. Szcze­gól­nie ważna jest tu tem­pe­ra­tura. Po prze­kro­cze­niu pew­nej okre­ślo­nej tem­pe­ra­tury sub­stan­cja stała może doko­nać prze­miany fazo­wej w inną formę, czemu może towa­rzy­szyć zmiana barwy! Zja­wi­sko to nosi nazwę ter­mo­ch­ro­mii. Zmiana barwy może być odw­ra­calna lub nie­o­dw­ra­calna.

Efekt ter­mo­ch­ro­mowy może być zaob­ser­wo­wany w przy­padku wielu sub­stan­cji, jedną z nich jest jodek oło­wiu(II) PbI2.

Czego potrze­bu­jemy?

Do doświad­cze­nia potrze­bu­jemy jedy­nie jodku oło­wiu(II) PbI2. Możemy go z łatwo­ścią otrzy­mać wła­sno­ręcz­nie, ponie­waż jego syn­teza jest bar­dzo pro­sta. Potrze­bu­jemy wtedy:

Ostrze­że­nie: Związki oło­wiu są sil­nie tok­syczne! Nie wolno dopu­ścić do ich kon­taktu ze skórą! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Do roz­tworu azo­tanu(V) oło­wiu(II) doda­jemy kro­plami roz­twór jodku potasu, póki będzie się wytrącał osad jodku oło­wiu(II) PbI2 według rów­na­nia reak­cji podwój­nej wymiany:

Ilustracja

Użyte roz­twory sa bez­barwne, zaś pow­sta­jący jodek ma barwę inten­syw­nie żółtą:

Ilustracja

źródło: http://upload.wiki­me­dia.org/wiki­pe­dia/com­mons/8/80/Lead_%28II%29_iodide_pre­ci­pi­ta­ting_out_of_solu­tion.JPG, dostęp: 21.04.2012

Osad należy prze­płu­kać kil­ka­krot­nie przez dekan­ta­cję, następ­nie odsączyć i wysu­szyć. Ma on postać lek­kiego, żółt­ego proszku.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Tak przy­go­to­wany jodek oło­wiu(II) PbI2 może zostać z powo­dze­niem użyty do doświad­cze­nia.

Pokaz!

Przy­go­to­wa­nie doświad­cze­nia jest pro­ste. Pro­bówkę trzeba umie­ścić w łapie sta­tywu, a następ­nie wsy­pać do niej odro­binę jasno­żółt­ego jodku oło­wiu(II) PbI2

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Pro­bówkę trzeba potem deli­kat­nie ogrze­wać pło­mie­niem pal­nika. Wraz ze wzro­stem tem­pe­ra­tury zawar­tość pro­bówki zmie­nia barwę na czer­woną! Można to zoba­czyć na poniższym zdjęciu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Zmiana jest wyraźnie widoczna, lecz jesz­cze łatwiej można ją zau­wa­żyć na poniższym ujęciu, zmon­to­wa­nym z dwóch zdjęć wyko­na­nych w różnej tem­pe­ra­tu­rze.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Zja­wi­sko jest w pełni odw­ra­calne; po och­ło­dze­niu pow­raca barwa żółta.

Wyja­śnie­nie

Pre­zen­to­wana zmiana barwy jest przy­kła­dem ter­mo­ch­ro­mii. Docho­dzi tu do prze­miany sta­bil­nej w tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej formy jodku oło­wiu(II) PbI2 w inną, sta­bil­niej­szą w wyższej tem­pe­ra­tu­rze. Obie postaci związku różnią się barwą, obser­wu­jemy więc jej zmianę uza­leżn­iona od tem­pe­ra­tury.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa