Kā veikt krāsu maiņas hameleona ķīmijas demonstrēšanu

Ķīmiskais hameleons ir brīnišķīgs krāsu maiņas ķīmijas demonstrācija ko var izmantot ilustrēšanai redoksreakcijas. Krāsas maiņa notiek no purpursarkanas zilas līdz zaļai līdz oranži dzeltenai un, visbeidzot, skaidrai.

Priekš šī demonstrācija, jūs vispirms sagatavojat divus atsevišķus risinājumus:

A risinājums

• 2 mg kālija permanganāta
• 500 ml destilēts ūdens

Izšķīdina nelielu daudzumu kālija permanganāta ūdenī. Summa nav kritiska, taču nelietojiet pārāk daudz, pretējā gadījumā risinājums būs pārāk dziļi iekrāsots, lai redzētu krāsas izmaiņas. Izmantojiet destilētu ūdeni, nevis krāna ūdeni, lai izvairītos no problēmām, ko krāna ūdenī rada sāļi, kas var ietekmēt ūdens pH un traucēt reakciju. Šķīdumam jābūt dziļi purpursarkanā krāsā.

B risinājums

• 6 g cukura (saharozes)
• 10 g nātrija hidroksīda (NaOH)
• 750 ml destilēta ūdens

Ūdenī izšķīdina cukuru un nātrija hidroksīdu. Reakcija starp nātrija hidroksīdu un ūdeni ir eksotermiska, tāpēc gaidiet, ka radīsies neliels karstums. Tas būs skaidrs risinājums.

Kad esat gatavs sākt demonstrāciju, viss, kas jums jādara, ir sajaukt divus risinājumus kopā. Visdramatiskāko efektu jūs iegūsit, ja virpuļosiet maisījumu kopā, lai rūpīgi apvienotu reaģenti.

Pēc sajaukšanas kālija permanganāta šķīduma purpursarkana krāsa nekavējoties kļūst zila. Diezgan ātri tas mainās uz zaļu, bet ir vajadzīgas dažas minūtes, lai nākamā krāsa mainītos uz gaiši oranži dzeltenu, piemēram mangāns dioksīds (MnO₂) nokrišņi. Ja ļaujat šķīdumam sēdēt pietiekami ilgi, mangāna dioksīds nogrims kolbas apakšā, atstājot tīru šķidrumu.

Krāsas izmaiņas ir oksidācijas un reducēšanās vai redoksreakcijas rezultāts.

Kālija permanganāts ir samazināts (iegūst elektronus), bet cukurs ir oksidēts (zaudē elektronus). Tas notiek divos posmos. Pirmkārt, permanganāta jonu (šķīdumā purpursarkanu) reducē, iegūstot manganāta jonu (šķīdumā zaļu):

• MnO₄^- + e^- → MnO₄^2-

Reakcijai turpinoties, ir klāt gan violets permanganāts, gan zaļš mangāts, sajaucoties, lai iegūtu šķīdumu, kas izskatās zils. Galu galā ir vairāk zaļā mangāna, kas dod zaļu šķīdumu.

Pēc tam zaļā mangāna jons tiek vēl vairāk samazināts un veido mangāna dioksīdu:

• MnO₄^2- + 2 H₂O + 2 e^- → MnO₂ + 4 OH^-

Mangāna dioksīds ir zeltaini brūns, ciets, bet daļiņas ir tik mazas, ka šķīdumam šķiet mainīga krāsa. Galu galā daļiņas nogulsnēsies no šķīduma, atstājot to skaidru.

Hameleonu demonstrācija ir tikai viens no daudziem iespējamiem krāsu maiņas ķīmijas eksperimentiem, kurus varat veikt. Ja jums nav materiālu, kas būtu pieejami šajā konkrētajā demonstrācijā, apsveriet iespēju izmēģinot citu.

Saharoze un destilēts ūdens ir droši un nav toksiski. Tomēr, sagatavojot šķīdumus un veicot demonstrācijas, būtu jāvalkā piemēroti drošības līdzekļi (laboratorijas mētelis, aizsargbrilles, cimdi). Nātrija hidroksīds un kālija permanganāts var izraisīt kairinājumu un ķīmiskus apdegumus, nonākot saskarē ar ādu vai gļotādām. Lai izvairītos no nejaušas norīšanas, ķīmiskie šķīdumi jāmarķē un jātur tālāk no bērniem un mājdzīvniekiem. Kālija permanganāts ir ļoti toksisks ūdens organismiem. Dažās vietās ir atļauts nelielu daudzumu šķīduma izliet kanalizācijā. Lai pareizi utilizētu, lasītājam ieteicams iepazīties ar federālajiem, štatu un vietējiem noteikumiem.

Materiāli

• Kālija permanganāts
• Saharoze (galda cukurs)
• Nātrija hidroksīds
• Destilēts ūdens

Ilustrētie jēdzieni

• Šī demonstrācija ir labs eksotermiskās reakcijas piemērs. Krāsas izmaiņas notiek ar redoksa (oksidācijas-reducēšanās) reakciju.

Nepieciešamais laiks

• Divus ķīmiskos šķīdumus var pagatavot iepriekš, tāpēc šī demonstrācija notiek uzreiz.

Līmenis

• Demonstrācija ir piemērota visām vecuma grupām. Vidusskolas un koledžas ķīmijas studenti, kas studē redoksreakcijas, eksperimentā gūs maksimālu labumu, taču to var izmantot, lai stimulētu interesi par ķīmiju un zinātni jebkurā vecumā. Demonstrāciju var veikt jebkurš vidusskolas vai koledžas ķīmijas skolotājs. Tā kā ir drošības protokoli kālija permanganāta un nātrija hidroksīda lietošanai, šī demonstrācija nav piemērota bērniem bez uzraudzības.