Vos du lašai glicerino – ir kalio permanganatas pakeičia spalvą!
Sudėtingumas:
Pavojus:
Atlikite šį eksperimentą namuose
Kodėl tirpalas iš pradžių pasidaro mėlynas?
Jei atidžiai stebėsite chameleoną, pastebėsite, kad per kelias sekundes nuo glicerino įpylimo į tirpalą jis taps mėlynas. Mėlyna spalva susidaro maišant violetinį (iš MnO 4 – permanganato) ir žalią (iš MnO 4 2 – manganato) tirpalus. Tačiau jis gana greitai pažaliuoja – tirpale vis mažiau MnO 4 – ir daugiau MnO 4 2-.
Papildymas
Mokslininkai sugebėjo išsiaiškinti, kokia forma manganas gali paspalvinti tirpalą mėlynai. Tai atsitinka, kai susidaro hipomanganato jonas MnO 4 3-. Čia manganas yra +5 oksidacijos būsenoje (Mn +5). Tačiau MnO 4 3- yra labai nestabilus, o jo gavimui reikalingos specialios sąlygos, todėl iš mūsų patirties to nematyti.
Kas atsitinka su glicerinu mūsų eksperimente?
Glicerolis sąveikauja su kalio permanganatu, suteikdamas jam elektronus. Glicerolio mūsų reakcijoje buvo paimtas didelis perteklius (apie 10 kartų daugiau nei kalio permanganatas KMnO4). Mūsų reakcijos sąlygomis glicerolis pats virsta gliceraldehidu, o paskui glicerino rūgštimi.
Papildymas
Kaip jau išsiaiškinome, glicerolis C 3 H 5 (OH) 3 yra oksiduojamas kalio permanganatu. Glicerolis yra labai sudėtinga organinė molekulė, todėl su juo susijusios reakcijos dažnai būna sudėtingos. Glicerolio oksidacija yra sudėtinga reakcija, kurios metu susidaro daug įvairių medžiagų. Daugelis jų egzistuoja tik trumpą laiką ir paverčiami kitais, o kai kuriuos galima rasti tirpale net pasibaigus reakcijai. Ši situacija būdinga visai organinei chemijai kaip visumai. Paprastai tos medžiagos, kurių daugiausia susidaro dėl cheminės reakcijos, vadinamos pagrindiniais produktais, o likusios yra šalutiniai produktai.
Mūsų atveju pagrindinis glicerolio oksidacijos kalio permanganatu produktas yra glicerino rūgštis.
Kodėl į KMnO 4 tirpalą dedame kalcio hidroksido Ca(OH) 2?
Vandeniniame tirpale kalcio hidroksidas Ca(OH) 2 skyla į tris įkrautas daleles (jonus):
Ca(OH) 2 → Ca 2+ (tirpalas) + 2OH - .
Transporte, parduotuvėje, kavinėje ar mokyklos klasėje – visur mus supa skirtingi žmonės. O mes tokiose vietose elgiamės skirtingai. Net jei darome tą patį – pavyzdžiui, skaitome knygą. Įvairių žmonių apsuptyje mes tai darome kiek kitaip: kur lėčiau, kitur greičiau, kartais gerai prisimename, ką perskaitėme, o kartais kitą dieną negalime prisiminti nė eilutės. Taip pat kalio permanganatas, apsuptas OH jonų, elgiasi ypatingai. Elektronus iš glicerolio paima „švelniau“, niekur neskubėdamas. Štai kodėl galime stebėti chameleono spalvos pasikeitimą.
Papildymas
Kas atsitiks, jei neįpilsite Ca(OH) 2 tirpalo?
Kai tirpale yra OH - jonų perteklius, toks tirpalas vadinamas šarminiu (arba sakoma, kad vyksta šarminė reakcija). Jei, priešingai, tirpale yra H + jonų perteklius, toks tirpalas vadinamas rūgštiniu. Kodėl „priešingai“? Kadangi kartu OH - ir H + jonai sudaro vandens molekulę H 2 O. Bet jei H + ir OH - jonai yra vienodai (tai yra, mes iš tikrųjų turime vandens), tirpalas vadinamas neutraliu.
Rūgščiame tirpale aktyvus oksidatorius KMnO 4 tampa itin neįgudęs, netgi grubus. Jis labai greitai atima elektronus iš glicerolio (net 5 vienu metu!), o manganas iš Mn^+7 (permanganate MnO 4 -) virsta Mn 2+:
MnO 4 - + 5e - → Mn 2+
Pastarasis (Mn 2+) nesuteikia vandeniui jokios spalvos. Todėl rūgštiniame tirpale kalio permanganatas labai greitai nusidažo, o chameleonas nepasirodys.
Panaši situacija bus ir neutralaus kalio permanganato tirpalo atveju. Tik mes „neprarasime“ visų chameleono spalvų, kaip rūgštiniame tirpale, o tik dvi - nebus gautas žalias manganatas MnO 4 2, vadinasi, mėlyna spalva taip pat išnyks.
Ar galima padaryti chameleoną naudojant ką nors kitą, išskyrus KMnO 4?
Gali! Chromo (Cr) chameleono spalva bus tokia:
oranžinė (dichromatas Cr 2 O 7 2-) → žalia (Cr 3+) → mėlyna (Cr 2+).
Kitas chameleonas - iš vanadžio (V):
geltona (VO 3+) → mėlyna (VO 2+) → žalia (V 3+) → violetinė (V 2+).
Tik daug sunkiau pasiekti, kad chromo ar vanadžio junginių tirpalai taip gražiai pakeistų spalvą, kaip tai būna mangano (kalio permanganato) atveju. Be to, į mišinį turėsite nuolat dėti naujų medžiagų. Todėl tikrą chameleoną, kuris „savaime“ pakeis spalvą, galima gauti tik iš kalio permanganato.
Papildymas
Manganas Mn, kaip ir chromas Cr ir vanadis V, yra pereinamieji metalai – didelė cheminių elementų grupė, pasižyminti daugybe įdomių savybių. Viena iš pereinamųjų metalų ypatybių – ryški ir įvairi junginių ir jų tirpalų spalva.
Pavyzdžiui, iš pereinamųjų metalų junginių tirpalų nesunku gauti cheminę vaivorykštę:
Kiekvienas medžiotojas nori žinoti, kur sėdi fazanas:
Raudonasis (geležies (III) tiocianatas Fe(SCN) 3), geležies Fe;
Oranžinė (dichromatas Cr 2 O 7 2-), chromas Cr;
Geltona (VO 3+), vanadis V;
Žalia (nikelio nitratas, Ni(NO 3) 2), nikelio Ni;
Mėlyna (vario sulfatas, CuSO 4), varis Cu;
Mėlyna (tetrachlorkobaltatas, 2-), kobaltas Co;
Violetinė (permanganatas MnO 4 -), manganas Mn.
Eksperimento plėtra
Kaip pakeisti chameleoną toliau?
Ar įmanoma pakeisti reakciją ir vėl gauti purpurinį tirpalą?
Kai kurios cheminės reakcijos gali vykti viena kryptimi arba priešinga kryptimi. Tokios reakcijos vadinamos grįžtamomis ir, palyginti su bendru cheminių reakcijų skaičiumi, jų nėra žinoma tiek daug. Reakciją galite pakeisti sukurdami specialias sąlygas (pavyzdžiui, stipriai kaitindami reakcijos mišinį) arba pridėdami naujo reagento. Glicerolio oksidacija kalio permanganatu KMnO 4 nėra tokio tipo reakcija. Be to, mūsų eksperimento metu šios reakcijos pakeisti neįmanoma. Todėl mes negalėsime priversti chameleono pakeisti savo spalvą atvirkštine tvarka.
Papildymas
Pažiūrėkime, ar yra būdas paversti mūsų chameleoną?
Pirmiausia paprastas klausimas: ar oksiduotas glicerolis (glicerino rūgštis) gali paversti mangano dioksidą MnO 2 atgal į violetinį kalio permanganatą KMnO 4? Ne, jis negali. Net jei mes jam labai padedame (pavyzdžiui, pakaitiname tirpalą). Ir viskas todėl, kad KMnO 4 yra stiprus oksidatorius (apie tai kalbėjome šiek tiek aukščiau), o glicerino rūgštis turi silpnas oksiduojančias savybes. Neįtikėtinai sunku silpnam oksiduojančiam agentui priešintis stipriam!
Ar galima naudojant kitus reagentus paversti MnO 2 atgal į KMnO 4? Taip tu gali. Tačiau už tai turėsite dirbti tikroje chemijos laboratorijoje! Vienas iš laboratorinių KMnO 4 gamybos metodų yra MnO 2 sąveika su chloru Cl 2, esant kalio hidroksido KOH pertekliui:
2MnO2 + 3Cl2 + 8KOH → 2KMnO4 + 6KCl + 4 H2O
Tokios reakcijos namuose atlikti negalite – tai ir sunku (reikės specialios įrangos), ir nesaugu. Ir ji pati turės mažai ką bendro su ryškiu ir gražiu chameleonu iš mūsų patirties.
Scheele Volcano - klasikinė versija
Scheele ugnikalnis yra viena iš paprasčiausių ir įspūdingiausių potyrių. Prieš porą dešimtmečių, kai kalio permanganatas („kalio permanganatas“) ir glicerinas buvo parduodami bet kurioje vaistinėje, šį eksperimentą galėjo atlikti kiekvienas moksleivis – net ir ne itin linkęs atlikti cheminių eksperimentų. Šiais laikais, kai chemija ir chemijos pramonė praktiškai uždraustos, kalio permanganato gavimas yra labai problematiškas, tačiau šiame straipsnyje mes neliesime šių siaubingų mūsų tikrovės aspektų.
Taigi, eksperimentinė konstrukcija itin paprasta: ant ugniai atsparaus paviršiaus užpilama krūva kalio permanganato (dažniausiai kelių gramų). Slidėje padaroma įduba - į jį įlašinami „vulkano krateris“ ir keli lašai glicerino. Po kurio laiko (sekundžių, kartais minučių) prasideda „vulkano išsiveržimas“. Atsiranda geltonos, baltos ir mėlynos liepsnos, kibirkštys skrenda į visas puses.
Paprastai eksperimento vykdymas nesukelia sunkumų, tačiau vis tiek yra tam tikrų ypatumų. Kai autorius pirmą kartą nusprendė atlikti šį eksperimentą (nebe jaunas chemikas), jis nusivylė: glicerinas niekada nenorėjo užsidegti. Glicerinas atrodė tirštas, akivaizdžiai jame nebuvo daug vandens, tačiau eksperimentas nepasiteisino. Paklausiau kolegų: pasirodo, jiems tokių problemų nebuvo. Išgėriau dar vieną gliceriną – rezultatas netruko laukti: nuo sąlyčio su permanganatu glicerinas greitai užsidegė. Labiausiai tikėtina, kad „blogajame“ glicerine buvo aliejaus priemaiša (skystis buvo riebus liesti).
Tačiau dažniau pasitaikanti priežastis, kodėl eksperimentas gali neveikti (arba veikti, bet prastai), yra kita: glicerinas turi būti bevandenis arba jame turi būti bent mažiau vandens.
Praėjus keleriems metams po aprašytų įvykių, nusprendėme eksperimentą pakartoti. Po ranka patekęs glicerinas buvo kiek „plonas“: jame aiškiai buvo daug vandens. Permanganatas buvo paimtas didelių kristalų pavidalu. Įvyko užsidegimas, tačiau „ugnikalnio išsiveržimo“ teko laukti kelias minutes. Prieš mišiniui užsiliepsnodamas, skystis užvirė, išgaruojant vandeniui ir glicerinui susidaro balti garai.
Iš glicerino labai lengva pašalinti vandenį: reikia atsargiai pašildyti atvirame inde. Pirmiausia skystis užverda – iš jo išgaruoja vanduo. Kai verda ir pradeda formuotis tiršti balti garai, procedūra baigta: beveik visas vanduo išgaravo. Dėl sąlyčio su liepsna glicerino garai gali užsidegti. Jei taip atsitiktų, išjunkite degiklį ir uždenkite indo angą, kad oras nepatektų į gliceriną (tam tikslui tinka faneros, kartono ar storo popieriaus gabalas).
Net negalvokite pilti vandens į degantį gliceriną! Vanduo iš karto išgaruos, nešdamasis glicerino lašeliais, kurie tuoj pat užsidegs. Poveikis tikriausiai bus mažesnis nei įpylus vandens į karštą aliejų, bet vis tiek galite rimtai susižeisti.
Naudodami cheminius reagentus galite užsidegti be degtukų ar kitų uždegimo priemonių. Pavyzdžiui, gana nesunku užkurti ugnį iš cukraus ir kalio permanganato, kalio permanganato ir glicerino – medžiagų, kurių dažnai būna turistų pirmosios pagalbos vaistinėlėje.
Šiandien Rusijoje ir Ukrainoje kalio permanganatą draudžiama parduoti be recepto, todėl jį nusipirkti turizmo tikslais yra sunkiau, bet vis tiek įmanoma.
Yra ir kitų būdų, kaip gaminti cheminę ugnį naudojant įvairias medžiagas, apie kurias tiesiog naudinga žinoti. Pavyzdžiui:
- Kalio permanganatas + sieros rūgštis + etanolis. Norėdami užsidegti naudojant kalio permanganatą, ant sausų kalio permanganato miltelių įlašinkite kelis lašus koncentruotos sieros rūgšties. Jei dabar į mišinį įdėsite vatą, suvilgytą etilo alkoholiu, vata užsidegs.
- Chromo trioksidas + etanolis. Ant etilo alkoholiu suvilgytos vatos užpilama šiek tiek chromo trioksido. Reagentų sąlyčio momentu vata užsidega.
- Natris arba kalis + vanduo. Kai vienas iš šių metalų liečiasi su vandeniu, įvyksta smarki reakcija ir ji užsidega.
- Kalio chloratas + cukrus + sieros rūgštis. Norėdami sukurti ugnį, cukraus pudra sumaišoma su kalio chloratu, po to į gautą mišinį lašinama koncentruota rūgštis. Kai mišinys susiliečia su sieros rūgštimi, kyla gaisras.
- Aliuminis + jodas. Taikant šį metodą, turėsite atlikti cheminį eksperimentą su kristaliniu jodu. Sumaišoma su aliuminio milteliais ir į gatavą mišinį įpilama šiek tiek vandens – po trumpo laiko mišinys užsidega.
Tiesą sakant, yra daug daugiau būdų, kaip sukelti gaisrą naudojant cheminius reagentus, tačiau beveik nė vienas iš jų netinka turistui, atsidūrusiam avarinėje situacijoje, nes dauguma reagentų ne tik žygyje, bet ir apgyvendinta vietovė, ne visada galima nusipirkti.
Kalio chloratas užsidega, kai liečiasi su sieros rūgštimi ir cukrumi, bet pabandykite jį nusipirkti. Be to, pripažinkite: ar nešiosite ją kuprinėje kartu su sieros rūgštimi?
Netgi manoma, kad ugnį galima įžiebti naudojant vandenilio peroksidą. Tačiau tai netiesa: ši reakcija iš tikrųjų nesukelia degimo, bet gali jį palaikyti. Taigi, jei į vandenilio peroksidą pridėsite kalio peroksido, prasidės greitas deguonies išsiskyrimas. O deguonies aplinkoje, kaip žinia, akimirksniu užsidega net ir rūkstanti skeveldra.
Išgyvenimo sąlygomis nematau prasmės taip naudoti vandenilio peroksidą: jis bus naudingesnis, jei jis bus naudojamas pagal paskirtį, tai yra, dezinfekuoti žaizdas ir įbrėžimus.
Žinau tik keletą cheminių būdų, kaip įkurti ugnį be degtukų ir kitų uždegimo prietaisų, kuriuos galima įgyvendinti gamtoje, pavyzdžiui, miške, naudojant reagentus, kurie paprastai yra prieinami ir randami turisto pirmosios pagalbos vaistinėlėje. . Tai metodai, naudojant kalio permanganato + glicerino ir kalio permanganato + cukraus mišinius.
Šie metodai pagrįsti tuo, kad kalio permanganatas, kaitinamas (mūsų atveju nuo trinties), o kartais ir kambario temperatūroje, aktyviai sąveikauja su įvairiomis organinėmis medžiagomis, pavyzdžiui, su minėtu glicerinu ir cukrumi.
Ugnies užvedimas kalio permanganatu ir glicerinu
Kalio permanganatas ir glicerinas gali būti laikomi kelioninėje pirmosios pagalbos vaistinėlėje. Antiseptiniams tirpalams ruošti dažniausiai imamas kalio permanganatas, o glicerinas – įvairioms kosmetinėms ir kai kurioms kitoms medicininėms procedūroms.
Glicerinas turi būti bevandenis arba jame turi būti bent minimalus vandens kiekis.
Ant užrašo
Kalio permanganatas (dar žinomas kaip kalio permanganatas) Rusijos Federacijoje ir Ukrainoje buvo pripažintas pirmtaku ir įtrauktas į narkotinių medžiagų sąrašą. Tačiau kai kuriose vaistinėse jo vis dar galima įsigyti, nors ir nedideliais kiekiais ir už nemažą kainą.
Norint užsidegti naudojant šį metodą, ant kalio permanganato reikia lašinti kelis lašus glicerino. Po kurio laiko mišinys sureaguos, skleis dūmus ir tada užsidegs. Tai atrodo taip:
Saugos priemonės naudojant šį metodą:
- Venkite kalio permanganato sąlyčio su oda, gleivinėmis (galimi nudegimai) ir drabužiais (gali likti dėmių).
- Negesinkite tokios ugnies vandeniu. Dėl vandens patekimo mišinys purslai.
- Tokiu būdu ugnį reikia kūrenti lauke, nes glicerino perkaitimas skatina akroleino – 1 pavojingumo klasės toksiškos medžiagos – išsiskyrimą. Ta pati medžiaga išsiskiria, kai kepimo metu dega riebalai.
Ant užrašo
Beje, apie neigiamą akroleino poveikį žmogaus organizmui byloja ir tai, kad Pirmojo pasaulinio karo metais jis buvo naudojamas kaip cheminis ginklas.
Ugnies užkūrimas kalio permanganatu ir cukrumi
Šis metodas, mano nuomone, yra universalesnis turistams nei ankstesnis, nes, skirtingai nei glicerinas, dauguma lauko pramogų gamtoje mėgėjų su savimi pasiima cukrų. Nors iš tikrųjų galite apsieiti be cukraus, naudodami tik kalio permanganatą, mes apsvarstysime populiariausią variantą.
Ant užrašo
Kalio permanganatas dažnai vadinamas manganu, nors tai neteisinga, nes tai yra dvi skirtingos medžiagos. Pirmasis yra tamsiai violetinės spalvos druska, o antrasis - sidabro baltumo metalas. Kalio permanganatas yra teisingesnis kalio permanganato pavadinimas.
Ugnies gavimo tokiu būdu algoritmas yra toks:
- Paimkite degią skardinę, pvz., vatą arba sausą žolę.
- Iš sausos, bet stiprios šakos padaromas mažas pagaliukas, kurio galas smailus.
- Išilgai paruošto pagaliuko skerspjūvio skersmens rąste arba medinėje lentoje išpjaunama nedidelė įduba.
- Lazdos galiukas įkišamas į įdubą ir įtrinamas.
- Kalio permanganatas sumaišomas su cukrumi santykiu 9:1 ir dedamas į įdubą.
- Mišinys pagaliuku prispaudžiamas prie įdubos dugno, o virš jo išilgai perimetro dedamas skardas.
- Įtrynus kalio permanganato ir cukraus mišinį, atsiranda blyksnis, dėl kurio skardinė užsidega. Tačiau, kaip jau minėta, šiame metode cukraus naudoti nebūtina: geriau jį palikti gastronominiams tikslams.
DĖMESIO! Nepriimtina iš anksto ruošti ir laikyti paruoštus mišinius su kalio permanganatu: dėl stiprių kalio permanganato oksiduojančių savybių tokie mišiniai gali savaime užsidegti arba sprogti. Nenešiokite kuprinėje jau sumaišyto kalio permanganato ir cukraus – tokį kūrenimą galima paruošti tik prieš pat kurstant laužą.
Naudojant šį ugnies kurstymo be degtukų būdą, reikia atsiminti, kad protrūkio metu kalio permanganato perteklius gali išsisklaidyti, patekdamas ant žmogaus ir jo drabužių.
Jei po ranka turite tik kalio permanganatą be cukraus, galite užkurti ugnį, kaip parodyta toliau pateiktame vaizdo įraše:
Apskritai kalio permanganatas yra būtinas dalykas stovyklaujant, o ne tik laužui kurstyti. Juo galima dezinfekuoti vandenį, gydyti apsinuodijimus tam tikrais alkaloidais, plauti žaizdas ir, kaip matome, kūrenti ugnį. Todėl prasminga įsigyti kalio permanganatą ir nešiotis jį ne tik pirmosios pagalbos vaistinėlėje, bet ir NAZ. Pavyzdžiui, aš nešiojuosi nedidelį kiekį kalio permanganato savo laido apyrankėje: ten jis yra sandariame lanksčiame inde ir yra tarp virvelės pynimų.
Įdomus vaizdo įrašas: 10 dažniausiai pasitaikančių būdų, kaip sukurti ugnį naudojant chemines reakcijas:
