Jazykové gymnázium Pavla Tigrida, Ostrava-Poruba Název projektu: Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

Transkript

1 Datum: Jazykové gymnázium Pavla Tigrida, Ostrava-Poruba Název projektu: Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii Laboratorní cvičení č. Tlak vzduchu: Teplota vzduchu: Efektní pokusy Vlhkost vzduchu : Jméno a příjmení: Podpis vyučujícího: Spolupracoval: Úkol č. 1: Chemikova zahrádka Pomůcky: skleněná vana, lžička na chemikálie. Chemikálie: vodní sklo, síran zinečnatý ZnSO 4 (X i ), síran železnatý FeSO 4, chlorid železitý FeCl 3 (X n,c), chlorid manganatý MnCl 2 1. Připravíme si roztok vodního skla a vody v poměru 3 : 1 a vlijeme do kádinky. 2. Do roztoku postupně přidáváme několik krystalků výše uvedených solí. Pokus necháme probíhat do druhého dne. 3. Pozor!!! Při manipulaci s kádinkou hrozí, že se vzniklé struktury polámou. 1

2 Pozorování: Poté, co jsme do kádinky nalili vodu a vodní sklo, začali jsme vhazovat příslušné krystaly. Výsledky jednotlivých sloučenin: ZnSO 4 - tvoří dva druhy, bílé věžovité útvary od tenkých až po tlusté trubice, v nichž lze pozorovat bubliny postupující vnitřkem stonku, a druhým typem jsou jakési bubliny nejvíce se vyskytující u paty krystalu na dně, nebo u hladiny FeSO 4 - tvoří dva typy, prvním jsou tenké chlupy světlounce zelené, spíše však světle šedé až bílé barvy, druhým potom masivnější uzlovité útvary nerostoucí přímo vzhůru FeCl 3 nejrychleji rostoucí avšak tvoří málo stabilní, krásou a tvarem nezajímavé pokroucené útvary Principv úkolu a závěr: Vodní sklo reaguje s vhozeným krystalem na nerozpustný křemičitan příslušného kationtu, což vytvoří na povrchu krystalu polopropustnou membránu, jež umožní průchod pouze vodě, ta pronikne dovnitř ke krystalu a částečně ho rozpustí. Vlivem rozdílné koncentrace látky je nasávána další a další voda (osmotický děj) a tento roztok tedy musí někam expandovat, proto protrhne polopropustnou membránku a vyteklý roztok se opět pokryje nerozpustným křemičitanem. To se neustále opakuje, čímž zahrádka roste. Úkol č. 2: Sloní zubní pasta Pomůcky: odměrný válec, větší vana (oranžová), kádinky, lžička na chemikálie. Chemikálie: peroxid vodíku H 2 O 2 (O, C, X i ), saponát, jodid draselný KI, potravinářské barvivo. 1. Do odměrného válce nalijeme 20 cm 3 peroxidu vodíku a několik ml saponátu (jaru). Směs zamícháme a přisypeme potravinářské barvivo. 2. Vytvoříme si nasycený roztok jodidu draselného 10 cm Přidáme do odměrného válce roztok KI. 2

3 Pozorování: Po nalití peroxidu vodíku do odměrného válce a následném přidání saponátu můžeme pozorovat, jak rychle se peroxid vodíku rozkládá na vodu a kyslík. Kyslík můžeme pozorovat v podobě malých bublinek. Rozklad tedy probíhá, ale velice pomalu. Jakmile jsme do odměrného válce přisypali malé množství jodidu draselného, rozklad proběhl velice rychle a vzniklo velké množství pěny. Princip úkolu a závěr: Reakcí jodidu draselného s peroxidem došlo nejprve k oxidaci jodidu na jod, což vedlo k tmavému zbarvení směsi. Vzniklý jod se však zpětně redukoval na jodid. Peroxid vodíku se rozkládal na vodu a kyslík. Vznikající kyslík způsobil vznik pěny. A díky přítomnosti katalyzátoru KI se rozklad mnohonásobně zvýšil. 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 H 2 O KI I KOH Úkol č. 3: Model hasicího přístroje Pomůcky: frakční baňka, malá zkumavka, zátka, skleněná nádoba, papír, zápalky Chemikálie: jedlá soda NaHCO 3,kyselina chlorovodíková koncentrovaná HCl (C,X i ), saponát. 1. Do třetiny objemu frakční baňky dejte nasycený roztok jedlé sody a pár kapek saponátu. 2. Do roztoku opatrně vložte zkumavku s octem tak, aby se jednotlivé položky nepromíchaly. 3. Baňku dobře zazátkujte. 4. Připravte si skleněnou nádobu s hořícím papírkem. 5. Na skleněnou nádobu obraťte baňku tak, aby vyústila do nádoby a směrovala na hořící papír. 3

4 Pozorování: Zásaditý roztok jedlé sody se saponátem jsme nalili do frakční baňky, opatrně vložili zkumavku s kyselinou chlorovodíkovou a baňku zazátkovali. Jakmile jsme s baňkou zatřepali, začal z vývodu unikat oxid uhličitý. Princip úkolu a závěr: Chemický hasicí přístroj obsahuje zásaditý roztok jedlé sody a kyseliny chlorovodíkové. Když se uvede do chodu, sloučeniny se smísí, reagují spolu a uniká plyn oxid uhličitý. Jedná se o napodobení pěnového hasicího přístroje. Úkol č. 4: Nehořlavý kapesník Pomůcky: kapesník, kádinka (500 cm 3 ), chemické kleště. Chemikálie: technický líh = etanol C 2 H 5 OH (F) 1. Čistý kapesník namočíme do 50 % roztoku etanolu. 2. Přebytečný roztok z kapesníku jemně vymačkáme, uchopíme kleštěmi za roh a zapálíme. 3. 4

5 Pozorování: Poté, co jsme kapesník namočili do vody a do 50 % roztoku etanolu a zapálili, nechali jsme kapesník pár minut hořet a pak jsme ho uhasili. Ale i když jsme kapesník zapálili, po uhašení ohně zůstal nepoškozený. Princip úkolu a závěr: Po zapálení kapesníku se zapálí pouze vrstva lihu. Protože jsme kapesník namočili do vody, teplo, které uvolňuje hořící etanol, je pohlcováno a odváděno H 2 O, protože voda má velkou tepelnou kapacitu. Vrstva vody se vypařuje a tím kapesník zchlazuje. Teplota bavlněných vláken nestoupne na zápalnou teplotu, proto se kapesník nezapálí. Kdybychom nechali hořet kapesník déle, voda by se odpařila a došlo by k poškození kapesníku. Úkol č. 5: Hoření cukru Pomůcky: cigaretový popel/ mletá skořice, kahan, kleště, síťka. Chemikálie: cukr (kostka). 1. Nejdříve zapálíme kostku cukru. 2. Druhou kostku cukru obalíme v mleté skořici popřípadě v cigaretovém popelu a rovněž zapálíme. 5

6 Pozorování: Poté, co jsme kostku cukru vložili do plamene, cukr se začal tavit. Poté jsme kostku cukru obalili v mleté skořici a cukr hořel. Princip úkolu a závěr: V druhém případě, kdy jsme kostku cukru obalili v mleté skořici, tato kostka začala hořet, můžeme předpokládat, že se mletá skořice chovala jako katalyzátor, který podporuje hoření. Úkol č. 6: Základy fotografické chemie Pomůcky: stojánek na zkumavky, zkumavky Chemikálie: 5% roztok bromidu draselného KBr, 1% roztok dusičnanu stříbrného AgNO 3 (C), 10% roztok thiosíranu sodného Na 2 S 2 O 3, 10% roztok hydrochinonu (X n ) 1. Do zkumavky nalijeme 6 cm 3 10% roztok KBr. 2. Po kapkách k němu přidáváme 1% roztok AgNO 3, dokud vzniká světle žlutá sraženina AgBr. 3. Vzniklou sraženinu rozdělíme do 2 dalších zkumavek. 4. Do jedné z nich nalijeme roztok hydrochinonu a do druhé roztok thiosíranu sodného. 5. Zkumavky uzátkujeme a protřepeme. 6. Pozorujeme změny ve zkumavkách. 6

7 Princip úkolu a závěr: Význam má chemické vyvolávání. Při něm se obraz tvoří z exponovaného halogenidu stříbrného, přítomného v citlivé vrstvě. Na fotografický materiál se působí roztokem (tzv. vývojkou), jehož hlavní složkou je vyvolávací látka. Kromě toho jsou v roztoku přítomny další látky, zajišťující stabilitu a správnou funkci vývojky. Je to např. látka, chránící vývojku před oxidací (např. siřičitan sodný Na 2 SO 3 ) a další látky (uhličitan sodný nebo draselný K 2 CO 3, hydroxid sodný nebo draselný, tetraboritan sodný Na 2 B 4 O 7, bromid draselný KBr aj.). Při vyvolávání dochází k redukci halogenidu stříbrného a současně k oxidaci vyvolávací látky (př.: vyvolávání hydrochinonem za vzniku 1,4 benzochinonu). Viditelný obraz se z obrazu latentního získává vyvoláním, což je redukce exponovaných stříbrných iontů vyvolávací látkou. Latentní obraz se při tomto procesu zesílí miliardkrát i více. Vyvolávací látkou nemůže být každá sloučenina, redukující halogenidy stříbrné. Musí to být takové redukční činidlo, které reaguje s exponovaným halogenidem podstatně rychleji než s neexponovaným. Jako vyvolávací látka se používá např. p-fenylendiamin hydrochinon (1,4-dihydroxybenzen), pyrokatechol (1,2-dihydroxybenzen), p-fenylendiamin nebo pyrogallol (1,2,3-trihydroxybenzen). Všechny tyto látky jsou aromatické sloučeniny, především hydroxyderiváty nebo aminoderiváty benzenu. Substituenty (tedy aminoskupiny nebo hydroxyskupiny) musí být na benzenovém jádře nejméně dvě, a to v poloze ortho nebo para. Poloha meta je nevhodná pro podstatně obtížnější oxidaci fenolu, i když ani ta není zcela vyloučena, viz. poslední reakce v tabulce.vzniklé vodíkové ionty (protony) se neutralizují zásadou, obsaženou ve vývojce. + 2AgBr + 2OH } + 2Ag + 2Br H 2 O 7

8 Některá stříbrná zrna se vyvolávají úplně a některá vůbec. Rozdíly v optické hustotě částí fotografie tedy nejsou způsobeny tím, že by byly některé zárodky vyvolány více a jiné méně, ale různým počtem vyvolaných zárodků na jednotku plochy v různých místech fotografie. Ustalování a vypírání. Vyvolaná citlivá vrstva ještě obsahuje na neexponovaných místech nezměněný halogenid stříbrný, který by působením světla černal a musí se proto stabilizovat. Tomuto procesu se říká ustalování. Provádí se působením roztoku thiosíranu S 2 O 3 2. Thiosíran převádí nerozpustný halogenid na rozpustnou komplexní sloučeninu, která se pak odstraňuje vypíráním v čisté vodě. AgBr + 2S 2 O [Ag (S 2 O 3 ) 2 ] -3 + Br -1 Ustálený materiál se musí důkladným vypírním zbavit veškerého thiosíranu stříbrného (Ag 2 S 2 O 3 ; meziprodukt ustalování), jinak dochází k pozvolnému rozkladu působením kyslíku a vzdušné vlhkosti a stříbro v obrazu se mění na hnědý sulfid stříbrný Ag 2 S. Je li třeba zajistit dokonalou trvanliost pozitivů, ponechávají se fotografické papíry před vypíráním asi na 3 minuty v roztoku uhličitanu sodného Na 2 CO 3 ( = soda). Tím se doba vypírání zkrátí z 30 na 10 minut. Otázky a úkoly(teorie): 1. Co je to vodní sklo z hlediska chemického a jaké má v praxi využití? Jedná se o vodný roztok křemičitanu sodného. Vodní sklo má využití například ve stavebnictví k tuhnutí cementu nebo jako lepidlo. Dále se vodní sklo dodnes používá ve slévárenství jako pojivo do slévárenských forem a jader. 2. Popište, na jakém principu fungují jednotlivé druhy hasicích přístrojů: a) vodní Hasicí látkou je voda, která obsahuje potaš, chránící proti zamrznutí. Nelze s ním hasit elektrická zařízení pod napětím. Má nejnižší účinnost, hasebním účinkem vody je především ochlazování (chladicí efekt). Vodní hasicí přístroje jsou vhodné pro hašení požárů pevných látek b) pěnový Kromě vody obsahuje i pěnidlo, které při provzdušnění vytváří pěnu. Díky pěnidlu dochází k snazšímu smáčení, ale především vytvořená pěna izoluje hořící látky od vzdušného kyslíku - pracuje na principu dusivého efektu. Proto lépe než samotná voda hasí pevné látky, ale především se používá k hašení hořlavých kapalin. Přístrojem nelze hasit elektrická zařízení pod napětím, protože pěna je vodivá. c) práškový 8

9 Hasivem je speciální nebo univerzální jemný prášek, hnaný plynem. Jedná se o poměrně velmi účinné hasivo, jehož velkou výhodou je nevodivost. Proto je možné s ním hasit i elektrická zařízení pod napětím. Hasebním efektem je stěnový efekt. Je nevhodný do prostor, kde jsou přístroje citlivé na prach (elektronická zařízení atd.). d) sněhový Hasivem je oxid uhličitý. Hasivo má po opuštění tlakové nádoby velmi nízkou teplotu při ústí hubice asi - 30 C, proto je nutné hubici držet jen za držadlo. Nelze jím hasit sypké materiály, neboť proud plynu je velmi prudký. Není vhodný pro hašení pevných látek (dřeva apod.). Jeho použití v uzavřeném prostoru je nebezpečné. K hašení lze využít nejen sníh, ale i plyn, který z hubice uniká po vyčerpání sněhu. 3. Jakou hraje roli KI v pokusu č. 2 (sloní zubní pasta)? Jodid draselný má funkci katalyzátoru. 4. Do které skupiny sacharidů řadíme sacharosu? Sacharosa patří mezi disacharidy. 5. Nakresli Haworthův vzorec sacharosy. 6. Ze kterých surovin se v naší zeměpisné šířce vyrábí cukr? Cukr se vyrábí z cukrové řepy, z její bulvy. 7. Zopakujte si princip výroby cukru v cukrovaru. 1) Mechanická úprava řepy po sklizení z pole se odváží pouze bulva, která je zdrojem sacharosy. Bulvy se očistí od nečistot a dopravují se plavícím kanálem do hřeblových praček, kde se omyjí protiproudem H 2 O. Pak se dopraví výtahem do řezačky, kde se nařežou na tenké nudličky tzv. sladké řízky. 2) Difúzní proces hlavní etapa, získává se z cukrové řepy cukr. Řízky se dopraví do difúzerů, v kterých je dopravní šnek, proti kterému stéká horká voda a ta cukr z buněk vyplavuje. Dolů pak stéká 15% roztok sladké šťávy tzv. difuzní šťávy. 9 3) Čištění difúzní šťávy v první etapě (čeření) se šťáva zahřeje na 90 º C a smíchá se s 2% roztokem vápenného mléka - Ca(OH) 2 a vše ostatní, co tam bylo, se srazí. Nastává druhá etapa(saturace),

10 kdy se při teplotě 100 º C odstraní přebytek vápenného mléka oxidem uhličitým Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O. Poté nastává další etapa(dekantace), kdy se odstraní podstatná část vzniklých sraženin usazením. V poslední etapě(filtrace) se v kalolisech odfiltrují všechny zbylé sraženiny, které se neusadili při dekantaci. Filtrát je 15% roztok sacharósy tzv. lehká šťáva. 4) Izolace cukru v tlakových odparkách se lehká šťáva odpaří na 65% roztok tzv. těžká šťáva. Poté se vaří při 80 º C z hustého roztoku se začnou vylučovat krystalky cukru = první cukrovina, skládá se z krys.cukru a mátečného sirobu. Pak se oddělí krystalky, které jsou kvalitní a mátečný sirob se znovu vrací do varných strojů, kde se zahušťuje na druhou cukrovinu. Z druhé cukroviny se oddělí krystalky cukru, které již nejsou tak kvalitní. Po odstředění krystalků cukru z druhé cukroviny zbude hustý roztok tzv. melasa. Ta obsahuje ještě 50% cukru, který již nelze izolovat, používá se jako krmivo. 5) Rafinace cukru cukr se znovu rozpustí a oplachuje vodou, probíhá odbarvování, filtrace, sváření, krystalizace, bělení, sušení a třídění. Vzniklý cukr může být mletý, kostkový, krupice, krystaly. 8. Co je to tzv. rafinovaný cukr? Jsou to bílé sypké krystalky nebo prášek. Vyrábí se z řepy nebo z cukrové třtiny. Prochází průmyslovým zpracováním, při kterém se surová přírodní cukrová hmota několikrát rafinuje, rozpouští a krystalizuje, až vznikne bílý prášek. Ten obsahuje prakticky pouze čistou sacharosu, nic víc. Všechny vitamíny a minerální látky jsou při jeho výrobě odstraněny. 9. Vypočtěte kolik g KBr a kolik cm 3 vody potřebujeme k přípravě 10g 5% roztoku. m(kbr) = 10*0,05 = 0,5g KBr m(h 2 O) = 10-0,5 = 9,5g H 2 O 9,5cm 3 H 2 O K přípravě 10g 5% roztoku potřebujeme 0,5g KBr a 9,5cm 3 H 2 O. 10. Vypočtěte kolik g AgNO 3 a kolik cm 3 vody potřebujeme k přípravě 10g 1% roztoku. m(agno 3 ) = 10*0,01 = 0,1g AgNO 3 m(h 2 O) = 10-0,1 = 9,9g H 2 O 9,9cm 3 H 2 O K přípravě 10g 1% roztoku potřebujeme 0,1g AgNo 3 a 9,9cm 3 H 2 O. 11. Vypočtěte kolik g Na 2 S 2 O 3 a kolik cm 3 vody potřebujeme k přípravě 10g 10% roztoku. m(na 2 S 2 O 3 ) = 10*0,1 = 1g Na 2 S 2 O 3 m(h2o) = 10-1 = 9g H 2 O 9cm 3 H 2 O K přípravě 10g 10% roztoku potřebujeme 1g Na 2 S 2 O 3 a 9cm 3 H 2 O. 10

11 12. Vypočtěte kolik g hydrochinonu a kolik cm 3 vody potřebujeme k přípravě 10g 10% roztoku. m(hydrochinon) = 10*0,1 = 1g hydrochinonu m(h 2 O) = 10-1 = 9g H 2 O 9cm 3 H 2 O K přípravě 10g 10% roztoku potřebujeme 1g hydrochinonu a 9cm 3 H 2 O. 11