Oxigén előállítása hidrogén-peroxid katalitikus bontásával Elmélet: MnO2
H2O2 → H2O + 0,5 O2
exoterm
Szükséges anyagok: - 30%-os H2O2 oldat, - MnO2 por, vagy pasztilla, - egy főzőpohárban mosófolyadék (csapvíz), Eszközök: - gázfejlesztő - egy-egy plusz injekciós tű a hidrogén-peroxid oldat felszívásához, ill. az oxigén kimutatásához, - borszeszégő, - gyufa, - gyújtópálca, - száraz ruha a törléshez. A kísérlet menete: 1. A kémcső aljára behelyezek 3-4 db mangán-dioxid pasztillát, vagy port. (A pasztillákat magam készíthetem MnO2-por, cement és víz segítségével. Pépes masszát készítek, majd C-vitaminos műanyagba kiöntöm, megszárítom.) 2. A két tűvel átszúrt gumidugóval lezárom a kémcsövet. 3. A kisebb fecskendőbe felszívom a hidrogén-peroxidot. (Ha kell a fecskendőhöz tűt csatlakoztatok, és így szívom fel.) A fecskendőt, ha szükséges, lemosom a mosóvízzel, majd egy száraz ruhával letörlöm. 4. A kis fecskendőt csatlakoztatom a gumidugóban lévő nagyobbik tűhöz. A kisebbik tűhöz pedig a nagyobbik fecskendőt. 5. Cseppenként adagolom a hidrogén-peroxidot. A képződő gázt pedig felfogom a nagyobbik fecskendőben. Ha kell a fecskendő mozgását óvatosan segíthetem. 6. Az első adag gázt kiengedem a levegőbe (ez még levegővel kevert), majd felfogom a második adagot. Ezzel fogok dolgozni. Oxigén kimutatása Első változat: 1. A gázt tartalmazó fecskendőhöz tűt csatlakoztatok. 2. Parázsló gyújtópálcát készítek. 3. A tűn keresztül kinyomott gázhoz tartom a parázsló gyújtópálcát, ami lángra lobban, mivel az oxigén az égést táplálja. Második változat: 1. Kémcsőben paraffint megolvasztunk, majd felforraljuk. 2. A kémcsőből kiáramló paraffin gőzhöz tűn keresztül oxigén gázt nyomunk – a paraffin gőz robbanásszerűen ég a tiszta oxigénben. (Ha a levegőben megnő az oxigéntartalom, gyakoribb az öngyulladás is.) 1
Hidrogén gáz előállítása Elmélet: A kísérlethez CuSO4 oldattal aktivált cinket használunk. Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 Szükséges anyagok: - híg sósav oldat, - cink granulátum, - egy kristályosító csészében vizes mosogatószer oldat (a durranógázhoz) Eszközök: - gázfejlesztő - aktív szenes szűrők - egy-egy plusz injekciós tű, - egy kémcső - borszeszégő, - gyufa, - gyújtópálca, - száraz ruha a törléshez. A kísérlet menete: 1. A kémcső aljára behelyezek 3-4 db cink granulátumot. 2. A két tűvel átszúrt gumidugóval lezárom a kémcsövet. 3. A kisebb fecskendőbe felszívom a sósavat. (Ha kell a fecskendőhöz tűt csatlakoztatok, és így szívom fel.) A fecskendőt, ha szükséges, lemosom a mosóvízzel, majd egy száraz ruhával letörlöm. 4. A kis fecskendőt csatlakoztatom a gumidugóban lévő nagyobbik tűhöz. A kisebbik tűhöz pedig a nagyobbik fecskendőt. 5. Cseppenként adagolom a sósavat. A képződő gázt pedig felfogom a nagyobbik fecskendőben. Ha kell a fecskendő mozgását óvatosan segíthetem. 6. Az első adag gázt kiengedem a szénszűrőbe (ez még levegővel kevert), majd felfogom a második adagot. Ezzel fogok dolgozni. Hidrogén kimutatása Első változat 1. A gázzal telt fecskendőt leveszem a gázfejlesztőről. Helyette egy aktív szenes fecskendőt rakok fel, a még továbbra is fejlődő gáz felfogására. 2. A gázzal telt fecskendőhöz egy tűt csatlakoztatok és lassan kinyomva a gázt, égő gyújtópálcával meggyújtom. Második változat 1. A hidrogén gázt egy kémcsőbe nyomom, majd a kémcső száját a borszeszégőhöz tartom – nem homogén módon csapódik ki a víz → csíkos lesz a kémcső fala (Kundtcső!, fizika, hullámok) 2
Durranógáz előállítása, kimutatása
Elmélet: A durranógáz a hidrogén- és az oxigéngáz 2:1 arányú elegye. A kísérlet menete: Összeszerelem az oxigén és a hidrogén fejlesztéséhez a gázfejlesztőket előállítom mind a két gázt, de a fecskendő feltöltését a következő módon végzem: Ha pl. a fecskendőbe elfér 21 cm3 gáz, akkor: 1. Először a kémcsőbe 14 cm3 hidrogén gázt szívok fel. 2. Utána kiegészítem 7 cm3 oxigénnel. (Így megkapom a 2:1 arányt.) 3. Összekeverem enyhe rázással a gázokat. 4. A gázkeveréket az előre elkészített mosogatószeres oldatba vezetem. (A mosogatószer felhabzik.) 5. A habhoz égő gyújtópálcát tartok. (Durranásokat hallok.)
3
Acetilén gáz előállítása, kimutatása Elmélet: Mivel a kalcium-karbid nem tiszta anyag, foszfor-hidrogén is képződhet, ami nagyon mérgező, ezért különösen kell vigyázni, hogy a légtérbe ne kerüljön gáz! CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2 (A betonok nedvességtartalmát is ezzel a reakcióval vizsgálják. A betont megőrlik, kalciumkarbidot kevernek hozzá, és a keletkező acetilént mérik.) Szükséges anyagok: - desztillált víz, - babszemnyi kalcium-karbid, - 2 db aktív szenes töltettel ellátott fecskendő (az egyiket a gáz felfogása után felhelyezem a gázfejlesztőre, a másikba engedem bele az első töltet gázt) - egy kristályosító csészében vizes mosogatószer oldat (a durranógázhoz) Eszközök: - gázfejlesztő - egy-egy plusz injekciós tű, - borszeszégő, - gyufa, - gyújtópálca, - száraz ruha. A kísérlet menete: 1. A kémcső aljára behelyezek egy babszemnyi kalcium-karbidot. 2. A két tűvel átszúrt gumidugóval lezárom a kémcsövet. 3. A kisebb fecskendőbe felszívom a vizet. 4. A kis fecskendőt csatlakoztatom a gumidugóban lévő nagyobbik tűhöz. A kisebbik tűhöz pedig a nagyobbik fecskendőt. 5. Cseppenként adagolom a vizet. A képződő gázt pedig felfogom a nagyobbik fecskendőben. Ha kell a fecskendő mozgását óvatosan segíthetem. 6. A gázzal telt fecskendő helyére felhelyezem az első aktívszenes töltettel ellátott fecskendőt. 7. Az első adag gázt kiengedem a második aktív szenes fecskendőbe, majd felfogom a második adagot. Ezzel fogok dolgozni. A gázzal telt fecskendő helyére visszakerül az első aktív szenes fecskendő. Acetilén kimutatása A gázzal telt fecskendőhöz egy tűt csatlakoztatok és lassan kinyomva a gázt, égő gyújtópálcával meggyújtom. Kormozó, világító lánggal ég.
4
Acetilén-durranógáz előállítása Elmélet: C2H2 + 2,5 O2 → 2 CO2 + H2O 1 : 2,5 2 : 5 térfogatarányt kell venni Pl: 21 cm3-es fecskendőtérfogatnál (21:7=3) 6 cm3 acetilént és 15 cm3 oxigént fogok használni. A kísérlet menete: Összeállítom az acetilén fejlesztéséhez és az oxigén fejlesztéséhez is a gázfejlesztőket. Előállítom mind a két gázt, de a fecskendő feltöltését a következő módon végzem: 1. Először a kémcsőbe 6 cm3 acetilén gázt szívok fel. 2. Utána kiegészítem 15 cm3 oxigénnel. (Így megkapom a 2:5 arányt.) 3. Összekeverem enyhe rázással a gázokat. 4. A gázkeveréket az előre elkészített mosogatószeres oldatba vezetem. (A mosogatószer felhabzik.) 5. A habhoz égő gyújtópálcát tartok. (Durranásokat hallok.)
5
Klórgáz előállítása
Elmélet: 1 KMnO4 + 8 HCl → 1 KCl + 1 MnCl2 + 5/2 Cl2 + 4H2O Szükséges anyagok: - tömény sósav, - kálium-permanganát. Eszközök: - gázfejlesztő - egy-egy plusz injekciós tű, - 2 db aktív szenes töltetű fecskendő - száraz ruha a törléshez. A kísérlet menete: 1. A kémcső aljára kálium-permanganát kristályt szórok. 2. A két tűvel átszúrt gumidugóval lezárom a kémcsövet. 3. A kisebb fecskendőbe felszívom a sósavat. (Ha kell a fecskendőhöz tűt csatlakoztatok, és így szívom fel.) A fecskendőt, ha szükséges, lemosom a mosóvízzel, majd egy száraz ruhával letörlöm. 4. A kis fecskendőt csatlakoztatom a gumidugóban lévő nagyobbik tűhöz. A kisebbik tűhöz pedig a nagyobbik fecskendőt. 5. Cseppenként adagolom a sósavat. A képződő gázt pedig felfogom a nagyobbik fecskendőben. Ha kell a fecskendő mozgását óvatosan segíthetem. 6. Az első adag gázt kiengedem az aktív szenes töltetbe, majd felfogom a második adagot. Ezzel fogok dolgozni. A gázfelfogó fecskendő helyére aktív szenes töltettel ellátott fecskendőt helyezek. Megfigyelhetők a klórgáz tulajdonságai, ill. más kísérletek is végrehajthatók vele.
6
Acetilén és klórgáz reakciója víz alatt (víz alatt is van égés) Elmélet: C2H2 + 5 Cl2 → 2 CCl4 + 2 HCl C2H2 + 1 Cl2 → 2 C + 2 HCl
tökéletes égés tökéletlen égés
Az égés feltételeinek kiterjesztése – nem csak az oxigén táplálhatja az égést! (Más példa: a magnézium, szén-dioxid atmoszférában is ég.) Szükséges eszközök: - műanyag vezetékek fecskendővégekkel ellátva, - nagy főzőpohárban víz. A kísérlet menete: Az egyik fecskendőben klórgázt, a másikban acetilént fogok fel. A két fecskendőt két azonos hosszúságú, pontosan egymáshoz rögzített műanyag csőhöz csatlakoztatom, aminek a végére két műanyag tűvéget szerelek fel. A csövek másik vége szintén egyforma hosszan végződik, egymáshoz rögzítve. A műanyag csöveket úgy készíthetem el, hogy a fémet kihúzom két vékony műanyag borítású elektromos vezetékből. A szabad végeket egy legalább 1 liter vízzel töltött főzőpohárba vezetem és a gázokat szép lassan, egyenletesen, egyszerre belenyomom a vízbe. (Égés, kormozó láng –a magas szén-, ill. alacsony hidrogéntartalom miatt. A főzőpohár széttörhet!)
Klórdurranógáz Elmélet: A klórdurranógáz a hidrogéngáz és klórgáz 1:1 arányú elegye. Szükséges eszközök: - Orchideás doboz (fémtükörként), melynek aljára falécet, a fa fölé pedig habszivacs (hungarocell) réteget ragasztunk. - Fényképezőgép vakuja (villanófény). A kísérlet menete: - A két gázfejlesztőből azonos térfogatú hidrogén-, majd klórgázt ( pl: 10-10 cm3) szívok fel egymás után a fecskendőbe. - Összekeverem a két gázt. - A fecskendőre felhelyezek egy tűt, majd a tűvel ellátott fecskendőt a habszivacsban rögzítem a tű segítségével. - Amikor ez kész, a fényképezőgép vakujával közelről megvilágítom a gázkeveréket. Ekkor a keverék berobban és a fecskendőt nagy erővel kilövi. (Képes a mennyezetet „lebontani”, ezért olyan helyen végezzük ezt a kísérletet, ahol nem okozunk nagy kárt, vagy szabadban, árnyékban. A fa pedig azért kell a habszivacs réteg alá, mert a tű viszont ebbe fúródik bele.)
7
Nitrózus gázok (NOx) előállítása Elmélet: A kísérletben nitrogén-monoxid és nitrogén-dioxid elegye képződik. 1 Cu + 4 HNO3 → 1 Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O Szükséges anyagok: - cc. HNO3 - rézforgács Szükséges eszközök (a gázok szétválasztásához, tisztán történő előállításához): - egy főzőpohár víz - egy injekcióstű - egy előzetesen beragasztott műanyag tűvég. A kísérlet menete: - A szokott módon előállítom a gázkeveréket. A második adaggal dolgozok. A gázkeveréket tartalmazó fecskendő helyére aktívszenes töltetet helyezek fel a gázfejlesztőre és az első adag gázt is aktív szénre vezetem. - Ezt követi a gázok szétválasztása.
A) A nitrogén-monoxid kinyerése tisztán: A nitrogén-dioxidot kioldom a gázkeverékből víz segítségével. -
-
A főzőpohárból 2-3 cm3 vizet szívok a gázkeveréket tartalmazó fecskendőbe. A gázkeveréket összerázom a vízzel. A rázást addig folytatom, amíg a gázkeverék elszíntelenedik. Ekkor már csak nitrogén-monoxid lesz a fecskendőben. A felesleges vizet kinyomom a fecskendőből, majd lezárom azt egy injekciós tű műanyag végével, amit előzetesen beragasztottam. A főzőpohárban képződött vizes oldat kémhatását is megvizsgálhatom. (Salétromsav és salétromossav oldat elegye – enyhén savas kémhatás.) 2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
Lehetséges kísérletek a NO-dal 1. NO, mint redukálószer -
A NO-t egy tűn keresztül kénsavas KMnO4 oldatba vezetem, amíg a lila oldat elszíntelenedik. 3 MnO4- + 5 NO + 4 H+ → 3 Mn2+ + 5 NO3- + 2 H2O Oxidációs-szám változások: 3 Mn+7 → 3 Mn+2 +2
5N Töltésmérleg:
+5
→ 5N
3(-5) 5(+3)
+1 = +1
2. NO, mint oxidálószer -
A NO-t egy tűn keresztül kénsavas KI (színtelen) oldaton buborékoltatom át. Az oldat sárgulni kezd, majd bebarnul a I2 képződése miatt. 8
2 NO + 2 I- + 2 H+ → 1 I2 + 1 H2O + 1 N2O Láncszabály:
N → O → H → töltésmérleg → I
Oxidációs-szám változás:
2 N+2 → 2 N+1 2 I-1
→ 2 I0
3. NO, mint jó komplexképző -
A NO-t kénsavas FeSO4 oldatba (halványzöld) buborékoltatom. Barnászöld, csapadékos jellegű oldat képződik. [Fe(H2O)6]2+ + NO → [Fe(H2O)5NO]2+
+ H2O
Ez a reakció a NO mennyiségi meghatározására használható. A NO élettani hatása: Kis mennyiségben gyógyszer: serkenti az agyműködést, a vérnyomásszabályozásban is szerepet játszik. Az év molekulája is volt 1998-ban. (orvosi Nobel-díj) „A nitrogén-monoxidot az élő szervezet különböző típusú sejtjei szintetizálják, ami a képződés helyéről gyorsan a szomszédos sejtekhez áramlik, és ezzel számos élettani funkciót befolyásol. Kulcsszerepe van a szív működésében és az érrendszerben a vérnyomás és az egyes életfontosságú szervek vérellátottságának fő szabályozójaként. Hatására az erek simaizomzata elernyed, az erekben a vérrögök képződése csökken. Fehérvérsejtekben termelődve elöli a baktériumokat, szervátültetéseknél pedig a szervkilökődés veszélyét csökkenti. A férfiimpotencia hatásos ellenszere.” (Fürst Zsuzsanna, Természet Világa)
B) A nitrogén-dioxid kinyerése tisztán A tiszta NO-t sztöchiometrikus mennyiségű O2-nel elreagáltatom. 2 NO + O2 → 2 NO2 2 :
1
-
Az eredeti NO-t tartalmazó nedves fecskendőből a gázt át kell nyomni egy száraz fecskendőbe. Ezt a műveletet úgy végzem, hogy a két fecskendőre egy-egy tűt rögzítek, amit összekötök egy vékony műanyag csővel (elektromos vezeték, amiből a fémet kihúztuk). A nedves fecskendő van alul a NO gázzal, az üres száraz fecskendő van felül.
-
A NO-hoz ezután fele térfogatú oxigént szívok fel. A két gázt reagáltatom egymással, így tiszta nitrogén-dioxidot kapok. A fecskendőt lezárom egy kupakkal, amit a tű műanyag végéből készítek.
A NO2 gyök jellegű molekula, párosítatlan elektront tartalmaz, ami könnyen képez dimereket. Exot.
2 NO2 ↔ N2O4 Endot.
barna
színtelen
A fecskendőt felváltva hideg, ill. meleg vízbe helyezem. (hideg vízben világosodik a színe a gáznak, forróban barnul, azaz sötétedik a szín.
9
