Copyright © pohodanovapec.cz 
Navštívili jste naši science show a zaujal vás efektní pokus, při kterém se gumový medvídek rozzářil červenofialovým plamenem a doslova vysoptil ze zkumavky ven? Pojďme se spolu podívat tomuto pokusu na kloub. Gumoví medvídci obsahují především velké množství cukru (40-60 %). Typickou gumovou konzistenci způsobuje nejčastěji želatina živočišného původu, která se získává povařením jatečních odpadů - kůží, šlach a kostí. Existuje však i vegetariánská varianta gumových medvídků, do kterých se přidává agarová želatina z mořských řas. Lákavý vzhled a vůni dodávají aromatické látky, barviva a další dochucovadla. Pro náš pokus ovšem není zásadní přesné složení gumového medvídka, ale fakt, že obsahuje organické látky, sacharidy (cukr) a bílkoviny (želatinu), které reagují bouřlivě s roztaveným chlorečnanem draselným.
Chlorečnan draselný je silně oxidující látka, proto se také používá v pyrotechnice a při výrobě zápalek. Při jeho zahřátí se navíc uvolňuje kyslík, mistr nad mistry v oboru hoření, který celou reakci pořádně nakopne. Ihned po vhození gumového medvídka do roztaveného chlorečnanu draselného se uvolňuje obrovské množství energie ve formě tepla a světla. Gumový medvídek doslova shoří během několika málo sekund a my můžeme navíc pozorovat krásné fialové záblesky. Za ty může přítomnost draselných iontů. Reakce gumového medvídka s roztaveným chlorečnanem draselným je hezký způsob, jak zviditelnit energii ukrytou v chemických vazbách.
Tuto energii vyžívají všechny živé organismy. Lidé a ostatní živočichové získávají organické látky z potravy - společně s cennou energií. Zelené rostliny si samy vyrábí zásobní sacharidy během fotosyntézy. Využívají k tomu oxid uhličitý, vodu a energii ze Slunce. Jedno však máme všichni společné - během procesu zvaného buněčné dýchání uvolňujeme energii z vazeb v organických látkách reakcí s kyslíkem, který se do našich těl dostává z okolního vzduchu. Energii z těchto látek však neuvolňujeme a nevyplýtváme najednou jako my při našem pokusu, ale pěkně postupně si ji zabudujeme do speciálních molekul, kterým se říká přenašeče energie (např. ATP). Tyto „molekulární baterky“ pak tělo využívá během rozličných biochemických procesů, které se v našem těle odehrávají.
Samozřejmě musíme vzít v potaz, že ne všechna ta energie, kterou jsme pozorovali jako ohňostroj ve zkumavce, pochází z chemických vazeb. Určitou část energie jsme celé směsi dodali i tím, že jsme pomocí kahanu zahřáli a roztavili chlorečnan draselný. iQTIP! Pokus by měla provádět pouze dospělá a zkušená osoba s použitím vhodných ochranných pomůcek a ideálně v digestoři. Někdy se během pokusu roztaví dno zkumavky, proto je dobré pod zkumavku umístit porcelánovou misku s pískem. Také doporučujeme medvídka před pokusem podélně rozříznout, aby se po vhození nepřichytil na stěnu zkumavky. Zkumavku upevněte vodorovně do stojanu.
Práškovitý chlorečnan draselný smíchejte s oxidem manganičitým v poměru 10:1. Směs dejte do upevněné zkumavky, uzavřete zátkou se skleněnou trubičkou a postupně zahřívejte od ústí zkumavky ke dnu. Plyn jímejte do válce umístěného ve vaně s vodou. Vznikající kyslík probublává vodou a částečně se v ní rozpouští. Po naplnění válec vyjměte a vložte do něj doutnající špejli. Chlorečnan draselný ani oxid manganičitý nesmí obsahovat hořlavé příměsi, aby nedošlo k explozi! KClO3 znečištěný organickými látkami je po zahřátí výbušný. MnO2 může být znečištěn uhlím, proto je vhodné jej před použitím vyžíhat, aby se případné organické nečistoty spálily.
Obdobou tepelného rozkladu chlorečnanu draselného je tepelný rozklad dusičnanů. Z bezpečnostních důvodů doporučujeme dát pod zkumavku, ve které budete provádět rozklad dusičnanu, misku s pískem. Minule jsme probrali výrobu chlorečnanu draselného - základu mnoha hořících a bouchajících směsí. Elektrolytický reaktor na chlorečnan draselný vypadá asi takto - je ideální vysoká a relativně úzká nádoba z varného skla. Víko musí být vzduchotěsně utěsněno a vést dvě elektrody - kladná anoda a záporná katoda. Mimo to víkem prochází odvětrávací otvor pro plyny, aby nedošlo k nebezpečí.
Je dobré sehnat skleněnou nádobu tvaru vysokého válce, aby bylo na dně dost místa na krystaly chlorečnanu draselného. Víko by mělo mít otvory pro elektrody a hadice. Reakce probíhá za atmosférického tlaku. Zdrojem elektrického proudu je napětí 3,5-5 V a proud několik ampér až desítky ampérů. Elektrolýza může trvat týden, proto je nutné vhodně dimenzovat zdroj. Ideální je zdroj z starého PC, případně 3,3 V zdroje upravit pro vyšší výstup. Elektrody mohou být platina, titan pokrytý platinu MMO, nebo uhlíkové elektrody z baterky.
Proč volit „vidlácký“ přístup? Elektrodám čelí prostředí korozivní chemie a je třeba nejodolnějších materiálů. Pokud chcete improvizovat, použití uhlíkových elektrod a obyčejného hřebíku jako katody může být řešením. Krystaly chlorečnanu draselného se na dně dělají a po jejich vytvoření se obsah nádoby filtruje a suší. Upozornění: experiment by měl provádět pouze dospělá osoba, a za dodržení bezpečnostních opatření. Poznámky naznačují existenci alternativ, jako výroba chlorečnanu sodného z kuchyňské soli, ale bezpečnost zůstává na prvním místě.
Chlorečnan draselný se často používá v pyrotechnice vzhledem ke své vysoké reaktivitě a explozivním vlastnostem. V tomto pokusu dojde k zapálení směsi chlorečnanu draselného a cukru pomocí kyseliny sírové. Co se stane, když do směsi červeného fosforu a chlorečnanu draselného klepneme kladívkem? Úderem kladívka dojde k přeměně červeného fosforu na bílý, který je velmi reaktivní a s chlorečnanem draselným reaguje explozivně. Na gumovém medvídkovi si ukážeme vlastnosti gelu, který je koloidní soustavou. Jejím příkladem je silikagel nebo kolagen. Gumový medvídek odolává mechanickým změnám, ale rozpouští se v kyselině sírové. Také aerogel má zajímavé vlastnosti. Vznikl nahrazením kapaliny plynem. Oxid křemičitý, z něhož je vyroben, tvoří pouze dvě desetiny jediného procenta, zbytek tvoří vzduch.
Co se stane, když strčíme prskající prskavku do tekutého dusíku? Prskavka bude hořet dál. A dále: peroxid vodíku se rozkládá působením katalázy, a při styku s krví vzniká kyslík, který podporuje hoření. Cukr, chemicky sacharóza, je disacharid tvořený molekulou glukózy a fruktózy. Cukr může hydrolyzovat a rozkládat se na monosacharidy, a proto je čaj sladší, když ho osladíme při varu vody, jelikož kyselé sloučeniny čaje tento proces katalyzují. Samotná kostka cukru není hořlavá, ale ionty kovů v popelu mohou snižovat energetickou bariéru a cukr může hořet modrým plamenem. Cukr lze také rozložit na vodní páru a koks za pomoci kyseliny sírové.
Hroznový cukr a horská turistika
Co se stane s peroxidem vodíku, když přijde do styku s krví? Bude se rozkládat za vzniku pěny. Doutnající špejli vložíme do odměrného válce s peroxidem a krví - doutnající špejle znovu vzplane. Peroxid vodíku se rozkládá při styku s krví na vodu a kyslík, který podporuje hoření. A co se stane, pokud do plamene stříkneme šťávu z kůry citronu?
Chlorečnan draselný se často používá v pyrotechnice vzhledem ke své vysoké reaktivitě a explozivním vlastnostem. V tomto pokusu dojde k zapálení směsi chlorečnanu draselného a cukru použitím kyseliny sírové. Co se stane, když do směsi červeného fosforu a chlorečnanu draselného klepneme kladívkem? Úderem kladívka dojde k přeměně červeného fosforu na bílý, který je velmi reaktivní a s chlorečnanem draselným reaguje explozivně. Na gumovém medvídkovi si ukážeme vlastnosti gelu, který je koloidní soustavou. Jejím příkladem je silikagel nebo kolagen. Gumový medvídek odolává mechanickým změnám, ale rozpouští se v kyselině sírové. Také aerogel má zajímavé vlastnosti. Vznikl nahrazením kapaliny plynem. Oxid křemičitý tvoří jen dvě desetiny procenta, zbytek je vzduch.
Pokud vložíme prskající prskavku do tekutého dusíku, prskavka bude hořet dál. Zdrojem energie je i chemická práce vázaná v molekulách cukru a dalších organických látek, která se uvolňuje při reakcích a ohni. Ke křupkám přidáme kapalný kyslík, který je nehořlavý, ale podporuje hoření a ukazuje ukázku uvolnění energie z potravin obsahujících tuky. Cukr, disacharid, může hydrolyzovat na monosacharidy, a proto je čaj sladší při varu. Peroxid vodíku se rozkládá na vodu a kyslík, což podporuje hoření v přítomnosti krve. V aerogelu je hlavní surovinou oxid křemičitý, zbytek tvoří vzduch; vznikl nahrazením kapaliny plynem.
Poznámka: já jako autor důrazně doporučuji NEprovádět tyto experimenty doma a dodržovat všechna bezpečnostní opatření a platné zákony. V textu je uvedena popisná část a doprovodné poznámky k bezpečnosti a praktickým detailům, které mají názorně ukázat pojem chemického energie uvnitř vazeb a způsob jejich uvolňování při exotických reakcích.
tags: #chlorečnan #draselný #a #cukr #reakce
Copyright © pohodanovapec.cz
