Kolorowe fluorowce

Doświadczenie 1

Do pojemnika na mocz wlej 10 ml etanolu (np. spirytusu) i dodaj strzykawką 15 ml jodyny. Wsyp kilkanaście granulek sody kaustycznej/udrożniacza do rur (bez aktywatora) i ostrożnie rozmieszaj. Wlej ok. 10 ml wody.

Wyjaśnienie: W środowisku zasadowym (NaOH z udrożniacza) jod reaguje ze związkami organicznymi zawierającymi grupę acetylową (R-CO-CH₃) oraz alkoholami, w których atom węgla połączony z grupą hydroksylową łączy się także z grupą metylową (R-CH(OH)-CH₃). Reakcji tej ulega zatem np. etanol. Jej produktem jest jaskrawożółty jodoform (CHI₃), dlatego określa się ją jako reakcję jodoformową, rodzaj reakcji haloformowej (zamiast jodu można użyć innych fluorowców – zwanych tradycyjnie halogenkami – otrzymując np. chloroform). Jodoform pokrywa granulki udrożniacza, co sprawia, że żółkną. Jodoform dobrze rozpuszcza się w alkoholu – dopiero po dodaniu wody do mieszaniny reakcyjnej można zaobserwować pojawienie się żółtego osadu. Związku tego używano do dezynfekowania powierzchni np. w szpitalach.

Doświadczenie 2

W pojemniku na mocz zmieszaj pół na pół ocet z wodą utlenioną i wrzuć miedzianą mufę – odstaw na całą noc. 15 ml otrzymanego roztworu zmieszaj w osobnym pojemniku na mocz z 10 ml wody, 5 ml jodyny i szczyptą witaminy C w proszku z suplementów diety (lub tabletką witaminy C – warto rozkruszyć ją i usunąć zabarwione na żółto fragmenty).

Wyjaśnienie: Witamina C jest białym proszkiem i łatwo rozpuszcza się w wodzie, tworząc bezbarwny roztwór. Dodawszy jodynę, obserwujemy reakcję redukcji jodu cząsteczkowego do postaci bezbarwnych jonów jodkowych. Miedź metaliczna reaguje z wodą utlenioną i kwasem octowym w occie, tworząc sól – niebieski octan miedzi. W kontakcie z witaminą C jony miedzi Cu²⁺ także są redukowane (do Cu⁺) i w tej formie reagują z jonami jodkowymi, tworząc jodek miedzi, wytrącający się w postaci białego osadu.

Doświadczenie 3

Do dwóch pojemników na mocz wsyp po pół łyżeczki fungicydu zawierającego tlenochlorek miedzi. Do jednego wlej 50 ml octu, do drugiego 30 ml wody i rozpuść w niej pół łyżeczki witaminy C w proszku. Rozmieszaj plastikowymi łyżeczkami. Jeśli efekt jest słabo widoczny, powtórz doświadczenie, używając mniejszej ilości fungicydu. Do octu możesz też dodać łyżeczkę wody utlenionej, a do askorbinianu – soli kuchennej.

Wyjaśnienie: Związki miedzi w nadmiarze są toksyczne dla organizmów żywych, szczególnie grzybów, także tych patogennych. Dlatego są stosowane w ochronie roślin, np. w rolnictwie ekologicznym. Drzewa owocowe opryskuje się m.in. zawiesiną nierozpuszczalnego w wodzie tlenochlorku miedzi. Grzyby wydzielają wiele kwasów organicznych, które rozpuszczają ten związek, miejscowo „aktywując” go do formy łatwo wchłanianej i toksycznej dla nich. Szarozielony fungicyd reaguje z octem, tworząc niebieski roztwór octanów i chlorków miedzi. Dodany do witaminy C redukuje się do postaci białego, słabo rozpuszczalnego w wodzie chlorku miedzi(I).

Doświadczenie 4

W dwóch pojemnikach na mocz rozmieszaj z 30 ml wody odpowiednio pół łyżeczki skrobi (A) albo pół łyżeczki kremu do tortów w proszku (B) „gotowego w 3 min, bez gotowania”. Dodaj do każdego pojemnika kroplę jodyny. Skrop jodyną także papier ksero i wytłoczkę do jajek.

Wyjaśnienie: Skrobia ma wiele zastosowań – jest spoiwem w różnych rodzajach papieru. Kartka np. barwi się na granatowo, a opakowanie po jajkach jej nie zawiera. Skrobia ma też zastosowania kulinarne jako środek zagęszczający, ale żel tworzy dopiero w podwyższonej temperaturze. Technolodzy żywności odkryli, że rozerwanie gigantycznych cząstek skrobi na mniejsze poprawia jej rozpuszczalność (kremy gęstnieją bez podgrzewania) – cząstki te określane są mianem dekstryn (wśród składników podanych na opakowaniach kryją się pod bardzo pojemnym określeniem skrobi modyfikowanej) i w przeciwieństwie do skrobi barwią się na śliwkowo lub ciemnowiśniowo.

Doświadczenie 5

Do dwóch szklanych butelek wlej po 10 ml jodyny. Do jednej dodaj ok. 20 ml benzyny ekstrakcyjnej (do kupienia np. w sklepach z artykułami budowlanymi), zakręć butelkę i zabełtaj mieszaniną. Drugą butelkę zatkaj korkiem z ręcznika papierowego i wstaw do garnka z wrzącą wodą. Po zakończeniu doświadczenia wywietrz pomieszczenie (wydziela się gazowy jod).

Wyjaśnienie: Fluorowce i ich związki są często intensywnie zabarwione. Chlor ma barwę żółtozieloną, jodyna (alkoholowy roztwór jodu) – brunatnoczerwoną (kolor lepiej widać po rozcieńczeniu wodą lub spirytusem). Opary jodu mają natomiast barwę fioletową (co widać w podgrzanej butelce), na fioletowo zabarwia się także benzyna. Barwa np. jodu zależy od tego, w jaki sposób elektrony krążące wokół jądra atomu danego pierwiastka pochłaniają światło – ale na to wpływają także chmury elektronów atomów innych związków otaczających dany pierwiastek. Rozpuszczalniki polarne zawierają atomy tlenu w formie np. grup -OH, których elektrony mogą zaburzać pochłanianie światła w atomach jodu – stąd zmiana barwy na brunatną. W środowisku niepolarnym (powietrze, benzyna, kryształy jodu) nie zachodzą takie zjawiska, co skutkuje fioletowym zabarwieniem jodu. Także zmiana barwy kompleksu jodoskrobiowego to efekt zmiany środowiska na znacznie mniej polarne – nici skrobi zwijają się w długie rurki (helisy), w których cząsteczki jodu chowają się przed rozpuszczalnikami polarnymi.

***

Uwaga!

NaOH jest żrący, a sole miedzi umiarkowanie toksyczne. Używaj rękawiczek, okularów i odzieży ochronnej. Dzieci powinny wykonywać doświadczenia pod nadzorem dorosłych. Niewielkie ilości zużytych odczynników wylej do toalety, a benzynę odparuj na parapecie.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

jodyna, 9 pojemników na mocz, udrożniacz do rur bez aktywatora, ocet, alkohol, miedziana mufa, woda utleniona, sól kuchenna, witamina C, tlenochlorek miedzi (fungicyd), skrobia, krem do tortów, butelki szklane, benzyna ekstrakcyjna, strzykawka

Niewliczone w cenę: kuchenka, garnek, plastikowe łyżeczki

Czas przygotowania: 2 godz.

Koszt: 95 zł

***

Wiedza w pigułce

Związki fluorowców są wszędzie wokół nas – spożywamy chlorek i jodek sodu, myjemy zęby pastą z fluorkiem, a podchlorynem dezynfekujemy toalety. Reakcje chemiczne z wytrąceniem chlorków pozwalają chemikom identyfikować rozpuszczone w wodzie kationy I grupy układu okresowego. Jodek ołowiu ma zastosowanie przy produkcji ogniw fotowoltaicznych. Jodkiem srebra zasiewa się chmury, wpływając na pogodę. Światłoczuły chlorek srebra stosowano w fotografii, biolodzy wykrywają nim białka. Jod, pozyskiwany niegdyś z morskich glonów, stanowi składnik wielu odczynników analitycznych – ujawnia alkaloidy produkowane przez rośliny, barwi skrobię na granatowo, a powstały kompleks jodoskrobiowy pozwala identyfikować np. witaminę C. Wraz z bromem używa się go do wykrywania wiązań podwójnych w związkach organicznych, a zatem rozróżniania tłuszczów nasyconych i nienasyconych.

Już średniowieczni alchemicy potrafili uzyskiwać kwas solny – dziś stanowi on ważny substrat do produkcji wielu związków organicznych, w tym leków. W formie soli z tym kwasem (chlorowodorki) wiele z nich znacznie lepiej rozpuszcza się w wodzie, a dzięki temu są łatwiej przyswajalne. Kwasem solnym nadtrawia się przemysłowo obierane i pakowane do puszek pomarańcze czy mandarynki, co pozwala szybciej oddzielić gorzkie skórkę i albedo od słodkiego miąższu. Kwas ten wytwarzają ściany żołądka, aktywując dodatkowo enzymy trawiące białka zawarte w pokarmach. Z kolei kwas fluorowodorowy jako jeden z niewielu kwasów łatwo trawi i rozpuszcza szkło. Wiele związków fluorowców jest wrażliwych na promieniowanie UV – rozrywa ono ich cząsteczki, tworząc rodniki, łatwo atakujące inne cząsteczki. To dlatego freony stosowane w np. chłodziwach lodówek niszczą warstwę ozonową.