Menu English Ukrainian Rosyjski Strona główna

Bezpłatna biblioteka techniczna dla hobbystów i profesjonalistów Bezpłatna biblioteka techniczna


Uwaga, prędkość! Eksperymenty chemiczne

Zabawne eksperymenty w chemii

Zabawne doświadczenia w domu / Eksperymenty chemiczne dla dzieci

Komentarze do artykułu Komentarze do artykułu

W naukach chemicznych istnieje specjalna dziedzina, która bada szybkości i mechanizmy różnych reakcji - kinetyka chemiczna.

Chociaż teoria chemiczna może wiele wyjaśnić, nie można jeszcze teoretycznie przewidzieć szybkości jakiejkolwiek reakcji. Jest badany eksperymentalnie w laboratorium, a następnie opracowują sposoby zmiany tej prędkości. Jest sporo reakcji ważnych dla przemysłu, które są zbyt wolne, trzeba umieć je przyspieszyć. Przeciwnie, inne reakcje muszą być hamowane, ponieważ są szkodliwe.

Krótko mówiąc, kinetyka chemiczna jest nauką eksperymentalną. Słuszność jego praw można zweryfikować za pomocą kilku prostych eksperymentów.

Na początek upewnijmy się, że szybkość tej samej reakcji może się naprawdę zmienić i to dość znacząco. (Jednak można to założyć na podstawie nie chemicznego, ale życiowego doświadczenia; na przykład żywność na zimno psuje się wolniej niż w upale, ponieważ w różnych temperaturach te same reakcje biochemiczne przebiegają z różną prędkością.)

Aby to sprawdzić, powtórz eksperyment z rozdziału "zegar chemiczny", ale tym razem zmień nie stężenie substancji (jest to już ci znane), ale temperaturę. Jeśli oba początkowe roztwory - siarczan sodu i jodan potasu z kwasem siarkowym - zostaną wlane do lodowatej wody, to czas przed pojawieniem się niebieskiego koloru zajmie to zauważalnie więcej czasu niż przy użyciu ciepłej wody. Należy tylko pamiętać, że w bardzo gorącej wodzie w ogóle nie pojawia się żaden kolor, ponieważ kolorowe połączenie jodu ze skrobią jest niestabilne.

Dowiedziałeś się więc z doświadczenia: im wyższe stężenie i temperatura, tym szybsza reakcja. Ale niektóre reakcje na pierwszy rzut oka wydają się być wyjątkiem potwierdzającym regułę. Oto przykład.

Wlej kwas octowy do probówki na wysokość 1-2 cm i wrzuć do niej kilka kawałków cynku. Cynk należy najpierw oczyścić, zanurzając go na dwadzieścia sekund w roztworze kwasu solnego i spłukując wodą.

Kwas octowy jest słaby, a cynk rozpuszcza się w nim bardzo wolno - pęcherzyki wodoru są ledwo uwalniane. Jak przyspieszyć reakcję? Podgrzej roztwór. Prawidłowy. Czy nie można inaczej? Zróbmy tak: będziemy stopniowo dodawać czystą wodę do probówki, za każdym razem dobrze mieszając. Uważnie obserwuj bąbelki. Niesamowita rzecz: kwas jest już rozcieńczony o połowę, trzykrotnie, a reakcja zamiast zwolnić, przebiega coraz szybciej!

Jeśli umieścisz to doświadczenie w kole, zastąp cynk małym kawałkiem wiórków magnezowych i niczym go nie przetwarzaj. Z rozcieńczonym kwasem octowym magnez reaguje jeszcze silniej niż cynk.

Taki „wyjątek” od reguły stanie się jasny, jeśli dobrze go przestudiujesz. Nasze doświadczenie z kwasem octowym wyjaśniono w następujący sposób. Szybkość reakcji cynku lub magnezu z kwasem zależy od stężenia jonów wodoru w roztworze. Jony te powstają, gdy dowolny kwas rozpuszcza się w wodzie. Ale kiedy brakuje wody, słaby kwas octowy znajduje się w roztworze prawie wyłącznie w postaci niezdysocjowanych cząsteczek. W miarę rozcieńczania wodą coraz więcej cząsteczek kwasu octowego rozpada się na jony, a reakcja przebiega szybciej. Ale jeśli dodasz za dużo wody, reakcja ponownie zwolni, z innego powodu: z powodu silnego rozcieńczenia stężenie jonów wodorowych ponownie spadnie. 15% kwas octowy reaguje najszybciej z cynkiem.

Oczywiście przeanalizowaliśmy ten eksperyment bynajmniej nie po to, aby po prostu pokazać, jak niezwykłe mogą być przemiany chemiczne. Chcieliśmy na to zwrócić Waszą uwagę: aby kontrolować szybkość reakcji, trzeba wiedzieć, jak ona przebiega.

Każda reakcja zaczyna się od zderzenia cząsteczek substancji. Zobaczmy, jak zaczyna się reakcja.

Uwaga, prędkość!

Weź niezbyt szeroką szklaną rurkę o długości kilkudziesięciu centymetrów i podnieś do niej dwa korki.Od środka skierowanego do tuby włóż mały szklany pręt w oba korki i owiń je kawałkiem waty. Zwilż jeden kawałek kilkoma kroplami stężonego kwasu solnego, drugi stężonym roztworem amoniaku. Jednocześnie włóż zatyczki z watą do rurki z obu końców. Po kilku minutach – w zależności od długości rurki – pojawi się w niej bliżej waty z kwasem solnym biały pierścień chlorku amonu NH4kl.

Zwykle podczas reakcji chemicznych mieszaninę miesza się, aby proces przebiegał szybciej. Celowo tego nie zrobiliśmy i nawet nie próbowaliśmy pomóc cząsteczkom się spotkać - poruszały się same. Taki niezależny ruch cząsteczek w jednym lub drugim ośrodku nazywa się dyfuzją. Odparowując z waty, cząsteczki obu substancji doświadczały miliardów zderzeń na sekundę z cząsteczkami powietrza i między sobą. I choć prędkość molekuł jest bardzo duża, to liczona jest w setkach metrów na sekundę, w temperaturze 0°C i pod normalnym ciśnieniem, droga swobodna, czyli odległość, jaką cząsteczka udaje się przebyć od jednego zderzenia do drugiego, wynosi tylko około 0,0001 mm dla tych substancji. Dlatego amoniak i chlorowodór (z kwasu solnego) poruszały się tak wolno w rurce. Równie wolno zapachowa substancja rozprzestrzenia się w pomieszczeniu ze nieruchomym powietrzem.

Ale dlaczego biały pierścień nie pojawił się na środku tuby? Ponieważ cząsteczki amoniaku są mniejsze, poruszają się w powietrzu szybciej. Jeśli powietrze zostanie wypompowane z rurki, cząsteczki amoniaku i chlorowodoru spotkają się w ułamku sekundy - średnia droga swobodna cząsteczek znacznie wzrośnie.

Radzimy przeprowadzić małe badania na własną rękę, aby dowiedzieć się, jak grawitacja i temperatura wpływają na dyfuzję. W tym celu należy ustawić rurkę pionowo i ukośnie, a także podgrzać poszczególne jej części (w tym miejsce osadzania się chlorku amonu). Spróbuj wyciągnąć własne wnioski.

Przejdźmy od gazów do cieczy. W nich dyfuzja przebiega jeszcze wolniej. Sprawdźmy to eksperymentalnie.

Na gładką i czystą szklaną płytkę upuść obok siebie kilka kropel trzech płynów: na środek - wodę, po bokach - roztwory sody i kwasu solnego. Płyny przed rozpoczęciem eksperymentu nie powinny mieć kontaktu. Następnie bardzo ostrożnie, unikając mieszania, połączyć roztwory patyczkiem. Dwutlenek węgla powinien zostać uwolniony, ale nie nastąpi to natychmiast. A kiedy gaz zacznie się uwalniać, wówczas jego bąbelki będą znajdować się wzdłuż granicy oddzielającej obszary dyfuzji kwasu i sody.

Zamiast sody i kwasu możesz wziąć dowolne dwie rozpuszczalne w wodzie substancje, które po zmieszaniu barwią lub wytrącają się. Jednak w takich eksperymentach trudno uniknąć przepływów cieczy, które zniekształcają obraz, dlatego lepiej przeprowadzać eksperymenty w zagęszczonych roztworach. I możesz je zagęścić żelatyną.

Przygotuj 4% roztwór żelatyny zanurzając go w gorącej wodzie (nie gotować!). Gorący roztwór wlej do probówki, a gdy ostygnie, szybko, jednym ruchem, włóż pęsetą kryształ nadmanganianu potasu, siarczanu miedzi lub innej jaskrawo zabarwionej i rozpuszczalnej w wodzie substancji w środek probówki. Ostrożnym, ale szybkim ruchem natychmiast usuń pęsetę. W ciągu kilku godzin można zaobserwować bardzo piękny wzór dyfuzji. Substancja rozpuszczona rozchodzi się we wszystkich kierunkach z tą samą prędkością, tworząc kolorową kulę.

Z zagęszczonym roztworem możesz przeprowadzić kolejny eksperyment. Wlej gorący roztwór żelatyny do dwóch probówek i dodaj trochę roztworu alkalicznego do jednej i fenoloftaleiny do drugiej. Gdy zawartość probówek stwardnieje, pęsetą szybko włóż kawałek tabletki fenoloftaleiny do środka pierwszej probówki, a grudkę sody kalcynowanej do środka drugiej. W obu przypadkach pojawi się szkarłatny kolor. Ale uwaga: w drugiej probówce kolor rozprzestrzenia się znacznie szybciej. Jony wodorotlenkowe powstałe podczas dysocjacji alkaliów są znacznie mniejsze i lżejsze niż złożona organiczna cząsteczka fenoloftaleiny, dlatego poruszają się szybciej w roztworze.

Przejdźmy teraz do ciał stałych. W reakcjach między nimi (lub między ciałem stałym a cieczą lub gazem) cząsteczki mogą zderzać się tylko na powierzchni. Im większy interfejs, tym szybsza reakcja. Upewnijmy się o tym. Żelazo nie pali się w powietrzu. Dotyczy to jednak tylko przedmiotów żelaznych. Na przykład paznokcie mają małą powierzchnię kontaktu z powietrzem, reakcja utleniania jest zbyt wolna. Opiłki żelaza reagują z tlenem znacznie szybciej: na mrozie wcześniej zamieniają się w rdzę, aw płomieniu mogą się zapalić. Najmniejsze ziarna mogą wybuchnąć bez ogrzewania. Takie żelazo nazywa się piroforem. Nie da się go strugać nawet najmniejszym pilnikiem, dlatego pozyskuje się go chemicznie, np. rozkładając sól kwasu szczawiowego – szczawian żelaza.

Zmieszaj wodne roztwory niektórych soli żelazawych, takich jak siarczan żelazawy i kwas szczawiowy lub jego rozpuszczalną sól. Odfiltrować żółty osad szczawianu żelaza i napełnić nim probówkę nie więcej niż jedną piątą objętości. Podgrzej substancję w płomieniu palnika, trzymając probówkę poziomo lub lekko pochyloną, otworem skierowanym w dół i od siebie. Usuń wszelkie krople wody, które wydostają się z bibuły filtracyjnej lub waty. Gdy szczawian ulegnie rozkładowi i zamieni się w czarny proszek, zamknij fiolkę i wstaw do lodówki.

Stopniowo i bardzo ostrożnie wlewaj zawartość probówki na arkusz metalu lub azbestu: proszek rozbłyśnie jasnymi iskrami. Doświadczenie jest szczególnie skuteczne w zaciemnionym pokoju.

Ważne ostrzeżenie: żelazo samozapalne nie może być przechowywane, może spowodować pożar! Pod koniec eksperymentu pamiętaj, aby zapalić proszek w powietrzu lub potraktować kwasem, aby nie pozostały niespalone cząsteczki - mogą się samozapalić.

Następnie zbadamy, jak wielkość powierzchni ciała stałego wpływa na szybkość jego reakcji z cieczą. Weź dwa identyczne kawałki kredy i zmiel jeden z nich na proszek. Umieścić obie próbki w probówkach i napełnić je równymi objętościami kwasu solnego. Drobno rozdrobniona kreda, jak można by się spodziewać, rozpuści się znacznie szybciej. Umieść kolejny kawałek kredy w probówce z kwasem siarkowym. Energiczna reakcja, która rozpoczęła się na początku, ustępuje, a następnie całkowicie ustaje. Od czego? W końcu kwas siarkowy nie jest słabszy niż kwas solny ...

Kiedy kreda reaguje z kwasem chlorowodorowym, powstaje chlorek wapnia CaCl.2 który jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i nie przeszkadza w przepływie nowych porcji kwasu na powierzchnię kredy. W reakcji z kwasem siarkowym otrzymuje się siarczan wapnia CaSOXNUMX.4, i jest bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie, pozostaje na powierzchni kredy i ją zamyka. Aby reakcja przebiegała dalej, konieczne jest od czasu do czasu oczyszczenie powierzchni kredy lub jej uprzednie rozdrobnienie na proszek. Znajomość takich szczegółów procesu jest bardzo ważna dla inżynierii chemicznej.

I jeszcze jedno przeżycie. Zmieszaj w moździerzu dwie stałe substancje, które dają barwne produkty reakcji: azotan ołowiu i jodek potasu, siarczan żelazawy i czerwoną sól krwi itp. - i rozetrzyj mieszaninę tłuczkiem. Stopniowo, gdy mieszanina jest pocierana, mieszanina zacznie zabarwiać się, gdy zwiększa się powierzchnia interakcji substancji. Jeśli do mieszaniny doleje się trochę wody, to od razu pojawi się intensywny kolor – w końcu molekuły poruszają się w roztworze o wiele łatwiej.

A na zakończenie eksperymentów kinetycznych przeprowadzimy eksperyment ilościowy; jedyne potrzebne narzędzie to stoper lub zegarek z sekundnikiem.

Przygotuj 0,5 l 3% roztworu kwasu siarkowego (wlewając kwas do wody!) I taką samą ilość 12% roztworu tiosiarczanu sodu. Przed rozpuszczeniem tiosiarczanu dodaj do wody kilka kropli amoniaku.

Na dwóch cylindrycznych butelkach (szklankach, stosach) o pojemności 100 ml zaznacz na poziomie 50; 25; 12,5 i 37,5 ml, dzieląc kolejno wysokość na pół. Zaznacz butelki i wlej do nich przygotowane roztwory do górnych kresek (50 ml).

Umieść zwykłą cienką szklankę o pojemności 200 lub 250 ml na ciemnym papierze i wlej do niej roztwór tiosiarczanu, a następnie kwas. Natychmiast zanotuj czas i mieszaj mieszaninę przez jedną do dwóch sekund. Aby nie stłuc szkła, lepiej użyć drewnianego patyka. Gdy tylko roztwór zacznie mętnieć, odnotować czas, jaki upłynął od rozpoczęcia reakcji. Eksperyment wygodnie jest przeprowadzić razem: jeden pilnuje zegara, drugi spuszcza roztwory i sygnalizuje zmętnienie.

Umyj szklankę i powtórz doświadczenie jeszcze trzy razy; roztwór tiosiarczanu wlać do szklanki do trzeciej (37,5), drugiej (25) i pierwszej (12,5 ml) kreski, dodając każdorazowo wodę do górnej podziałki. Ilość kwasu we wszystkich doświadczeniach pozostaje stała, a całkowita objętość mieszaniny reakcyjnej wynosi zawsze 100 ml.

Teraz narysuj wykres: jak szybkość reakcji zależy od stężenia tiosiarczanu. Wygodnie jest wyrazić stężenie w dowolnych jednostkach: 1, 2, 3 i 4. Umieść je na osi x. Ale jak obliczyć szybkość reakcji?

Nie da się tego zrobić dokładnie, choćby dlatego, że moment zmętnienia określamy na oko, do pewnego stopnia subiektywnie. Ponadto zmętnienie pokazuje tylko, że najmniejsze cząsteczki siarki, które są uwalniane podczas reakcji, osiągnęły taką wielkość, że można je zobaczyć. A jednak, z braku lepszego sposobu, przyjmijmy początek zmętnienia jako koniec reakcji (co, nawiasem mówiąc, nie jest bardzo dalekie od prawdy). Przyjmijmy jeszcze jedno założenie: szybkość reakcji jest odwrotnie proporcjonalna do czasu jej trwania. Jeśli reakcja trwała 10 sekund, to przyjmiemy, że szybkość wynosi 0,1. Narysuj prędkości na osi y.

Cztery eksperymenty dały cztery punkty, piąty - pochodzenie. Wszystkie pięć punktów będzie znajdować się w przybliżeniu na jednej linii prostej. Jej równanie jest zapisane w następujący sposób:

v == k [Nie2S2O3]

gdzie v- to szybkość reakcji, nawiasy kwadratowe to oznaczenie stężenia akceptowane w kinetyce chemicznej, oraz K- stała szybkości, którą łatwo znaleźć na wykresie.

Ale szybkość reakcji musi również zależeć od stężenia kwasu siarkowego. Pozostawiając niezmienioną ilość tiosiarczanu i rozcieńczając kwas siarkowy, sprawdź, jak zmienia się szybkość reakcji. Co dziwne, to się nie zmienia!

Takie przypadki nie należą do rzadkości. W naszym eksperymencie zachodzi złożona reakcja, a jej produkt, siarka, nie jest natychmiast uwalniany podczas bezpośrednich zderzeń cząsteczek tiosiarczanu i kwasu. Ogólnie rzecz biorąc, nie ma tak wielu reakcji, w których produkty są otrzymywane natychmiast.

W złożonych reakcjach sekwencyjnych Niektóre etapy są wolniejsze niż inne. W naszym przypadku to drugie, w którym powstaje siarka. W rzeczywistości zmierzyliśmy jej prędkość.

Autor: Olgin O.M.

 Polecamy ciekawe eksperymenty z fizyki:

▪ pływające ostrze

▪ łódź podwodna winogron

▪ Pierwsza bateria elektryczna

 Polecamy ciekawe eksperymenty z chemii:

▪ Blask ciał stałych

▪ Zmętnienie wody wapiennej spowodowane dwutlenkiem węgla

▪ Stara bateria i jej odrodzenie

Zobacz inne artykuły Sekcja Zabawne doświadczenia w domu.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Śruba zapamiętuje kształt 30.08.2002

Japońska firma zajmująca się ciężką inżynierią "Mitsubishi Jukogyo" zaprezentowała unikalne opracowanie - śmigło z efektem pamięci kształtu.

Śruba wykonana jest z wytrzymałej odmiany tworzywa polimerowego, które po podgrzaniu do 120°C „zapamiętuje” swój pierwotny kształt i wygładza gwint na pręcie. Dzięki temu można go łatwo wyciągnąć bez użycia śrubokręta.

Zdaniem autorów nowości znacznie przyspiesza to demontaż różnych sprzętów AGD, telefonów komórkowych, komputerów za pomocą mnóstwa malutkich śrubek, których odkręcanie zajmuje dużo czasu. Z „efektem pamięci” dzieje się to dziesięć razy szybciej. Same śruby można następnie ponownie wykorzystać.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Zmodernizowane satelity GPS III przygotowują się do startu

▪ Zamrożenie nerwów może pomóc w walce z otyłością

▪ Samochód DVR

▪ Mechanizm kompensacji sensorycznej

▪ Połowa żyznych gleb została zniszczona

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

 

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Laboratorium naukowe dla dzieci. Wybór artykułu

▪ artykuł Wilk Tambowski jest twoim towarzyszem! Popularne wyrażenie

▪ artykuł Czym jest wykrywacz kłamstw? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł Zastępca Dyrektora ds. Handlowych. Opis pracy

▪ artykuł Czterokanałowy stroboskop. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Akwarium w ciemności. eksperyment fizyczny

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Imię i nazwisko:


Email opcjonalny):


komentarz:





Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua

www.diagram.com.ua
2000-2024