Jak wykonać demonstrację chemii kameleona zmieniającą kolor

Kameleon chemiczny jest cudowny demonstracja chemii zmiany koloru które można wykorzystać do zilustrowania reakcje redoks. Zmiana koloru zmienia się z fioletowej na niebieską na zieloną na pomarańczowo-żółtą i ostatecznie do wyczyszczenia.

Dla tego demonstracja, zaczynasz od przygotowania dwóch oddzielnych rozwiązań:

Rozwiązanie A

• 2 mg nadmanganianu potasu
• 500 ml woda destylowana

Rozpuścić niewielka ilość nadmanganianu potasu do wody. Ilość nie jest krytyczna, ale nie używaj zbyt wiele, w przeciwnym razie rozwiązanie będzie zbyt głęboko zabarwione, aby zobaczyć zmiany kolorów. Używaj wody destylowanej zamiast wody z kranu, aby uniknąć problemów spowodowanych przez sole w wodzie z kranu, które mogą wpływać na pH wody i zakłócać reakcję. Roztwór powinien mieć głęboki fiolet.

Rozwiązanie B

• 6 g cukru (sacharozy)
• 10 g wodorotlenku sodu (NaOH)
• 750 ml wody destylowanej

Rozpuść cukier i wodorotlenek sodu w wodzie. Reakcja między wodorotlenkiem sodu a wodą jest egzotermiczna, więc należy spodziewać się wytworzenia ciepła. To będzie jasne rozwiązanie.

Kiedy będziesz gotowy, aby rozpocząć demonstrację, wystarczy połączyć oba rozwiązania razem. Najbardziej dramatyczny efekt uzyskasz, mieszając razem mieszaninę, aby dokładnie połączyć reagenty.

Po zmieszaniu purpura roztworu nadmanganianu potasu natychmiast zmienia kolor na niebieski. Szybko zmienia kolor na zielony, ale następna zmiana koloru może zająć kilka minut, a kolor jasnopomarańczowo-żółty mangan dwutlenek (MnO₂) wytrąca się. Jeśli roztwór pozostanie wystarczająco długo, dwutlenek manganu opadnie na dno kolby, pozostawiając przezroczysty płyn.

Zmiany koloru są wynikiem utleniania i redukcji lub reakcji redoks.

Nadmanganian potasu jest zredukowany (zyskuje elektrony), podczas gdy cukier utlenia się (traci elektrony). Dzieje się to w dwóch etapach. Po pierwsze, jon permanentny (fioletowy w roztworze) jest redukowany do jonu manganowego (zielony w roztworze):

• MnO₄^- + e^- → MnO₄^2-

W trakcie reakcji obecne są zarówno purpurowy nadmanganian, jak i zielony manganian, łącząc się ze sobą, aby uzyskać roztwór, który wydaje się niebieski. W końcu jest więcej zielonego manganianu, co daje zielony roztwór.

Następnie zielony jon jonu manganowego jest dalej redukowany i tworzy dwutlenek manganu:

• MnO₄^2- + 2 godz₂O + 2 e^- → MnO₂ + 4 OH^-

Dwutlenek manganu jest złotobrązową substancją stałą, ale cząsteczki są tak małe, że sprawiają, że roztwór wydaje się zmieniać kolor. W końcu cząsteczki opadną z roztworu, pozostawiając go czystym.

Demonstracja kameleona jest tylko jednym z wielu możliwych eksperymentów chemicznych zmiany koloru, które możesz przeprowadzić. Jeśli nie masz pod ręką materiałów do tej konkretnej demonstracji, zastanów się próbować innego.

Sacharoza i woda destylowana są bezpieczne i nietoksyczne. Jednak podczas przygotowywania roztworów i przeprowadzania demonstracji należy nosić odpowiedni sprzęt ochronny (fartuch laboratoryjny, okulary ochronne, rękawice). Wodorotlenek sodu i nadmanganian potasu mogą powodować podrażnienia i oparzenia chemiczne w kontakcie ze skórą lub błonami śluzowymi. Roztwory chemiczne muszą być oznakowane i trzymane z dala od dzieci i zwierząt domowych, aby uniknąć przypadkowego połknięcia. Nadmanganian potasu jest wysoce toksyczny dla organizmów wodnych. W niektórych miejscach dozwolone jest wlewanie niewielkiej ilości roztworu do ścieku. Zaleca się, aby czytelnik zapoznał się z przepisami federalnymi, stanowymi i lokalnymi w celu prawidłowego usuwania.

Materiały

• Nadmanganian potasu
• Sacharoza (cukier stołowy)
• Wodorotlenek sodu
• Woda destylowana

Ilustrowane koncepcje

• Ta demonstracja jest dobrym przykładem reakcji egzotermicznej. Zmiana koloru powstaje w wyniku reakcji redoks (redukcja utleniania).

Wymagany czas

• Dwa roztwory chemiczne można przygotować z wyprzedzeniem, więc ta demonstracja jest natychmiastowa.

Poziom

• Demonstracja jest odpowiednia dla wszystkich grup wiekowych. Studenci chemii w szkołach średnich i college'ach badający reakcje redoks czerpią najwięcej z eksperymentu, ale można go wykorzystać do stymulowania zainteresowania chemią i nauką w każdym wieku. Demonstrację może przeprowadzić każdy nauczyciel chemii w liceum lub na studiach. Ponieważ istnieją protokoły bezpieczeństwa dotyczące stosowania nadmanganianu potasu i wodorotlenku sodu, ta demonstracja nie jest odpowiednia dla dzieci bez nadzoru.