Laboratorium: Strącajmy osady, bo bywają piękne.

Doświadczenie 1

W pierwszym pojemniku (A) na mocz rozpuść w 50 ml wody łyżeczkę pięciowodnego siarczanu miedzi (lub minerału chalkantytu z giełdy albo „katalizatora spalania sadzy” z marketu budowlanego). Wrzuć do roztworu 20 cm bezołowiowego drutu do lutowania oznaczonego 99Sn1Cu lub 99.3Sn0.7Cu. Odczekaj kilka dni do całkowitego odbarwienia (jeśli nadal pozostaje niebieskawy, dodaj więcej drutu).

Strzykawką o pojemności 2 ml odmierz 5 ml jodyny i przełóż ją do drugiego pojemnika na mocz (B). Dodaj 10 ml wody i kilkanaście granulek NaOH (udrażniacz do rur, pamiętając, by pominąć metaliczne bryłki aluminium – tzw. aktywatora). Wszystko wymieszaj plastikową łyżeczką. Gdy roztwór będzie bezbarwny, zmieszaj w osobnym pojemniku na mocz pół na pół roztwory A i B.

Wyjaśnienie: Cyna (Sn), używana do lutowania, jest metalem bardziej aktywnym niż miedź (Cu), dlatego wypiera ją z roztworu – na powierzchni drutu pojawia się czerwonawe zabarwienie wydzielonej metalicznej miedzi, a roztwór traci niebieskie zabarwienie charakterystyczne dla jonów Cu²⁺. Otrzymujemy roztwór dobrze rozpuszczalnego siarczanu cyny(II). (Uwaga! Użycie lutu 60Sn40Pb spowoduje w tych warunkach wytrącenie białego osadu siarczanu ołowiu. Związki ołowiu, nawet słabo rozpuszczalne, należy uważać za toksyczne i trudne w utylizacji). Jod może reagować z NaOH, a produktem jest tu m.in. dobrze rozpuszczalny w wodzie jodek sodu (NaI). Zmieszanie roztworów jodku sodu i siarczanu cyny powoduje wytrącenie się osadu jodku cyny (SnI₂) o charakterystycznej żółtopomarańczowej barwie. W roztworze pozostają jony SO₄^2– i Na⁺.

Doświadczenie 2

W pojemniku na mocz zmieszaj roztwór soli miedzi(II) (może być siarczan lub octan uzyskany przez całonocne moczenie miedzianej mufki w occie zmieszanym pół na pół z wodą utlenioną) z roztworem jodku sodu z doświadczenia 1.

Wyjaśnienie: Wynik reakcji nie jest oczywisty – jony Cu²⁺ wiążą się z jonami jodkowymi, tworząc CuI₂, lecz związek ten jest bardzo nietrwały i rozpada się do szarawego osadu CuI i I₂, zabarwiającego roztwór na żółtobrunatny kolor.

Doświadczenie 3

Całą buteleczkę (40 g) płynu Lugola wlej do pojemnika na mocz i zalej do 100 ml wodą utlenioną. Zakręć i odstaw na dwa dni w chłodne miejsce.

Wyjaśnienie: Płyn Lugola (jod w jodku potasu) wykorzystuje ciekawą własność jonów jodkowych do tworzenia rozpuszczalnych kompleksów – nierozpuszczalne jodki rozpuszczają się w nadmiarze rozpuszczalnej soli. Podobnie jod – nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszcza się, gdy dodać jodku potasu:
I₂ + I^– ® I₃^–. Ale woda utleniona (3-procentowy nadtlenek wodoru, H₂O₂) utlenia jony jodkowe z wydzieleniem wolnego jodu. W efekcie po kilku dniach inkubacji żółtobrunatne zabarwienie roztworu znika, a na dnie pojawia się fioletowawy osad ziarenek jodu.

Doświadczenie 4

Doświadczenie koniecznie wykonaj w gumowych/nitrylowych rękawiczkach. Kawałek szarego mydła rozrób w niewielkiej miseczce z odrobiną wody i 20 ml roztworu octanu miedzi.

Wyjaśnienie: Tradycyjne mydło zawiera także mydła w sensie chemicznym – sole wyższych kwasów tłuszczowych (głównie kwasu stearynowego) i metali (zwykle sodu). W kontakcie z jonami miedzi strącają się nierozpuszczalne w wodzie mydła miedziowe (w tym stearynian miedzi(II)). Także pranie w twardej wodzie (zawierającej sole wapnia i magnezu) powoduje powstawanie takich nierozpuszczalnych mydeł (nie nadają się do mycia).

Doświadczenie 5

Do plastikowej butelki po wodzie mineralnej (0,5 l) wsyp około łyżeczki gipsu (zaprawy gipsowej/gipsu budowlanego). Uzupełnij wodą do pełna, zakręć i wstrząsaj przez kilka minut (nie dopuść, by osad przywarł do dna; powinien mieć postać drobnego pyłu). Po upływie doby przyjrzyj się drobinkom osadu, szczególnie pod światło. Odstaw butelkę na 3 tygodnie, po czym wstrząśnij i obserwuj je pod światło.

Wyjaśnienie: Osad nieustannie rozpuszcza się w wodzie i ponownie wytrąca z roztworu. Dlatego z czasem zaczyna „iskrzyć”, gdy patrzymy na niego pod światło – początkowo małe i nie zawsze dobrze uformowane ziarna rosną, rekrystalizują, a ścianki kryształu odbijają padające światło jak lustro. W warunkach naturalnych i sprzyjających warunkach gipsowe kryształy mogą rosnąć w tempie 1,5 mm na 2–3 lata.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

ocet, woda utleniona, chalkantyt lub siarczan miedzi, udrażniacz do rur, 5 pojemników na mocz, jodyna, płyn Lugola, szare mydło, zaprawa gipsowa, butelka po wodzie mineralnej, bezołowiowy drut do lutowania

Niewliczone w cenę: plastikowa łyżeczka, rękawiczki, miseczka

Czas przygotowania: 3 h

Koszt: 95 zł

***

Wiedza w pigułce

Gdy w czajniku, bojlerze lub pralce wytrąca się osad kamienia kotłowego – mieszaniny węglanu wapnia i magnezu – zwykle nie jesteśmy zadowoleni. Na te same związki patrzymy jednak z podziwem, gdy, osadziwszy się w jaskiniach, tworzą fantazyjne nacieki: stalaktyty i stalagmity. Równie efektowny może być pokaz „złotego deszczu” – wytrącanie się ze stygnącego wodnego roztworu połyskujących, lecz słabo rozpuszczalnych w zimnej wodzie kryształków jodku ołowiu. Charakterystyczny kolor i powstawanie osadu są także ważną cechą diagnostyczną. Stosowana w chemii nieorganicznej analiza kationów i anionów często sięga właśnie po tę metodę, pozwalając na bardzo jednoznaczne zidentyfikowanie np. siarczku kadmu po jego unikalnym kanarkowym zabarwieniu. W postaci osadu (często koloidalnego) wydziela się w środowisku alkalicznym wiele wodorotlenków metali (np. miedzi). Tworzenie osadu siarczku ołowiu stanowi potwierdzenie obecności siarkowodoru lub (rozkładających się z jego uwolnieniem) reszt aminokwasowych zawierających siarkę. Nie brak tego toksycznego śmierdzącego gazu w naszych ściekach, zatem właśnie strącanie siarczków preparatami soli żelaza(III) jest skuteczną metodą pozbycia się tego zanieczyszczenia. W ten sam sposób sole żelaza usuwają z wody także nadmiar fosforanów. Strącanie osadów wykorzystuje się też do oczyszczania produkowanych związków chemicznych – np. kwasu cytrynowego wytwarzanego przemysłowo przez pleśnie. W reakcji z wodorotlenkiem wapnia strąca się bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie (ok. 1 g w 100 ml wody) cytrynian wapnia, który łatwo odfiltrować i przepłukać. Potraktowanie tego osadu kwasem siarkowym powoduje jednak uwolnienie cytrynianu i strącenie gipsu (siarczanu wapnia), którego rozpuszczalność jest jeszcze niższa.

Przewidywanie, który wariant osadu się wydzieli, ułatwia wyznaczenie lub odczytanie z tabel chemicznych iloczynu rozpuszczalności – im niższy, tym łatwiej wydziela się osad danego związku. Iloczyn rozpuszczalności zwraca nam jednak uwagę, że nawet pozornie strącony osad wciąż pozostaje w interakcji i delikatnej równowadze z roztworem – w niewielkim stopniu rozpuszcza się i ponownie osadza. Dlatego górskie potoki mogą wypłukiwać minerały z pozornie nierozpuszczalnych skał.