Chemia jest Fajna :)

dr Stanisława Koronkiewicz

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Katedra Chemii UWM

23.września.2009

Wykonanie:Owoce lub warzywa nakłuwamy kolejno różnymi zestawami elektrod, sprawdzając za pomocą woltomierza, które z otrzymanych ogniw daje wyższe napięcie.

1. Bateria inaczej, czyli „Dlaczego ogórek nie śpiewa?”

Zestaw dający najwyższe napięcie wykorzystujemy do zasilenia pozytywki. Sprawdzamy w ten sposób, czy warzywa i owoce rzeczywiście „śpiewają”.

Od czego zależy napięcie uzyskiwane przez nasze owocowe ogniwo?

Elektroda Reakcja elektrodowa

Potencjał standardowy

Li/Li+ Li <=> Li+ + e - 3,05

K/K+ K <=> K+ + e - 2,93

Ca/Ca2+ Ca <=> Ca2+ + 2e - 2,84

Na, Na+ Na <=> Na+ + e - 2,71

Mg/Mg2+ Mg <=> Mg2+ + 2e - 2,37

Al/Al3+ Al <=> Al3+ + 3e - 1,66

Zn/Zn2+ Zn <=> Zn2+ + 2e - 0,76

Cr/Cr3+ Cr <=> Cr3+ + 3e - 0,71

Fe/Fe2+ Fe <=> Fe2+ + 2e - 0,44

Cd/Cd2+ Cd <=> Cd2+ + 2e - 0,43

Co/Co2+ Co <=> Co2+ + 2e - 0,25

Ni/Ni2+ Ni <=> Ni2+ + 2e - 0,24

Sn/Sn2+ Sn <=> Sn2+ + 2e - 0,14

Pb/Pb2+ Pb <=> Pb2+ + 2e - 0,13

H2/H+ H2 <=> 2H+ + 2e - 0,00

Cu/Cu2+ Cu2+ + 2e <=> Cu + 0,345

Hg/Hg2+ Hg2+ + 2e <=> Hg + 0,854

Ag/Ag+ Ag+ + e <=> Ag + 0,800

Au/Au+ Au+ + e <=> Au + 1,420

Siła elektromotoryczną ogniwa (SEM) - różnica

potencjałów półogniw

Równanie Nernsta

E ET

nMen 0 R

Fln [ ]

Możemy dodatkowo połączyć kilka ogniw szeregowo uzyskując baterię i zwiększając w ten sposób zdolności wokalne naszych warzyw i owoców.

W jaki sposób można zmusić ogórki do głośniejszego "śpiewu"?

2. Chemiczna grzałka

Ciecz przechłodzona - ciało istniejące w stanie ciekłym poniżej temperatury krzepnięcia (topnienia).

"Typowa" ciecz powinna teoretycznie przejść w ciało krystaliczne w temperaturze krzepnięcia. Krzepnięcie jest jednak procesem wymagającym odpowiednich warunków i przeważnie musi być ona w jakiś sposób zainicjowana (np. obecność zarodków krystalizacyjnych).

Powstawanie kryształów na drodze:

1. krzepnięcia cieczy przechłodzonej

2. krystalizacji roztworu przesyconego

• Przystępując do pracy wybierz najczystszą z probówek jaką masz, nie powinna być wilgotna.

• Wsyp do niej, do połowy, uwodnionego tiosiarczanu sodu.

• Następnie zagotuj w zlewce wodę i wstaw do niej probówkę z tiosiarczanem. Kryształy zaczną się topić w temperaturze 48 0C.

• • Gdy wszystkie kryształki przemienią się w ciecz, wstaw

probówkę do stojaczka, odczekaj aż całkiem ostygnie.

• Gdy probówka będzie już zimna, tiosiarczan powinien pozostać nadal w stanie ciekłym (ciecz przechłodzona).

• Jest to stan bardzo nietrwały, o czym przekonasz się wrzucając do probówki mały kryształek tiosiarczanu.

Wykorzystywana substancja:- uwodniony tiosiarczan sodu, Na2S2O3 5H2O - krystalizacja z cieczy

Roztwór octanu sodowego to składnik aktywny ogrzewaczy termicznych wykorzystywanych jako ogrzewacze do rąk. Są to różnego kształtu pojemniki z tworzywa sztucznego wypełnione przesyconym (w temperaturze pokojowej) roztworem octanu sodu, który pobudzony bodźcem mechanicznym, krystalizuje wydzielając ciepło.

Rozpuszczalność octanu sodu wzrasta ze wzrostem temperatury. Po zrobieniu roztworu nasyconego w temp. 1000C oraz po jego ostrożnym ochłodzeniu do temp. pokojowej, w roztworze pozostaje nadmiar rozpuszczonej soli względem jej rozpuszczalności w temp. pokojowej- roztwór przesycony. Dotknięcie tego roztworu lub wrzucenie kryształka inicjuje proces krystalizacji.

"gorący lód"

http://www.youtube.com/watch?v=7Mfjs8-2cn8&feature=related

Wykorzystywana substancja:- octan sodu, CH3COONa - krystalizacja z roztworu

3. Ogródek chemiczny

Roztwór szkła wodnego rozcieńczamy 1:1 wodą i wlewamy do zlewki. Kolorowe kryształy różnych soli wrzucamy do tak sporządzonego roztworu. Po krótkim czasie w zlewce rozkwita kolorowy ogród z bujną roślinnością.

Odczynniki i sprzęt: zlewka, bagietka, szkło wodne, woda destylowana, kryształy soli kobaltu, żelaza, niklu, wapnia...

Wyjaśnienie: Podczas reakcji roztworu szkła wodnego z jonami metali tworzy się półprzepuszczalna membrana, zbudowana z prawie nierozpuszczalnych osadów soli tych metali.

Stężenie rozpuszczonych soli metali jest większe w przestrzeni między kryształami a membraną niż w pozostałej części roztworu. Do tej przestrzeni dyfunduje woda. Ciśnienie osmotyczne przez to się powiększa, membrana się rozszerza, aż w końcu pęka. Utworzona dziura natychmiast wypełnia się solami metali - półprzepuszczalna membrana odbudowuje się i cały proces się powtarza.

2 3 2 3 2Na SiO CaCl CaSiO NaCl

4. Chemiczna latarka

Chemiluminescencja – proces chemiczny, podczas którego następuje wydzielenie energii na sposób światła, a nie ciepła jak to jest zazwyczaj.

Najczęściej na sposób światła wydzielany jest to tylko niewielki procent energii. Już 0,001% energii tak wydzielonej jest stosunkowo silnie widziana, reszta może być oddawana przez ciepło lub pracę.

•Chrząszcze- enzymatyczne utlenianie lucyferyny katalizowane lucyferazą

•Bakterie- enzymatyczne utlenianie prostych aldehydów alifatycznych. W reakcji bierze udział flawinomononukleotyd (FMNH2) oraz ATP.

Chemiluminescencja przebiegająca w organizmach żywych jest nazywana

bioluminescencją

1. świecenie luminolu w rozpuszczalnikach organicznych (DMSO), 2. utlenianie lucygeniny,3. utlenianie dwukrzemku wapnia CaSi2,4. utlenianie szczawianów organicznych w obecności przenośników energii.

Najwydajniejsze reakcje chemiluminescencji

Źródło światła:

Reakcji utleniania: szczawianu dwunitrofenylu, szczawianu trójchlorofenylu lub szczawianu tert-butylu, za pomocą rozcieńczonego, ale bezwodnego roztworu nadtlenku wodoru, w mieszaninie ftalanu dwumetylu i alkoholu tert-butylowego, katalizowanego salicylanem sodu.

Chemiczne oświetlacze "Cyalume„

Zastosowanie: ratownictwo, speleologia, turystyka, policja, wojsko.

Chemiczna latarka jest odporna na stłuczenie, czy zalanie woda, ale nie da się jej wyłączyć…

Przykłady komercyjnych zastosowań chemiluminescencji

• Decydującą rolę pełnią tzw. “fotosensybilizatory”, którymi są skomplikowane pochodne aromatyczne.

• Ich udział powoduje, że wydajność kwantowa sięga aż kilkudziesięciu procent!

• Dobór odpowiedniego fotouczulacza pozwala na uzyskanie światła dowolnego niemal koloru.

• Niestety, fotosensybilizatory są praktycznie poza zasięgiem możliwości przeciętnego chemika-amatora (podobnie jak bezwodny nadtlenek wodoru)... :(

Czas świecenia może przekraczać 12 godzin, a w wersji ultra-intensywnej, wynosi ok. 15 minut.