Medená, strieborná a zlatá minca

Chémia

Výtvarná výchova

8. ročník ZŠ

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY; CHEMICKÉ VÝPOČTY
Tematický celok: NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE; ZLOŽENIE ROZTOKOV
Téma: REDOXNÉ DEJE, REDOXNÉ REAKCIE; HMOTNOSTNÝ ZLOMOK A KONCENTRÁCIA

Hlavnou snahou starovekých alchymistov bolo premeniť obyčajné kovy na zlato prípadne striebro, pretože hlavne tieto dva drahé kovy mali v ich dobe veľkú cenu. Alchymisti, hoci akýsi predchodcovia chemikov, nevedeli ako na to a keď sa im aj niečo zaujímavé podarilo, chýbalo vysvetlenie. Dnes už vieš, že akýkoľvek kov na skutočné zlato či striebro premeniť nevieš. Vieš však získať kryštáliky čistého striebra z roztoku, v ktorom sa katióny striebra už nachádzajú. A podľa postupu uvedeného nižšie sa naučíš pripraviť kov s podobnou farbou ako striebro i zlato, hoci zlato ani striebro to nebude.

V experimente využiješ proces galvanizácie a následne proces tvorby zliatiny.

Galvanizácia, galvanické pokovovanie je elektrolytické nanášanie vrstvy kovu na vodivý povrch, teda zväčša na iný kov. Nanesením už tenkej vrstvy sa vylepšujú vlastnosti pokrývaného materiálu – zvyšuje sa jeho odolnosť voči korózii, tvrdosť, lesk, elektrická vodivosť či iné. Účel pokovovania môže byť funkčný ale i estetický.

Pokovovať budeš medený predmet vrstvou zinku. Na túto jednoduchú galvanizáciu nepotrebuješ vonkajší zdroj elektrického napätia, pretože elektrochemický článok (chemický zdroj elektrického napätia) sa vytvorí priamo z medi a zinku vo vzniknutom elektrolyte.

Jedna medená minca a dve pôvodne medené mince pokryté vrstvou zinku

Mosadz, zliatinu medi a zinku žltozlatej farby poznal človek už dávno, napriek tomu si asi nikdy nepočul o dobe mosadznej. Dôvod je jednoduchý, výroba mosadze bola veľmi náročná, vyžadovala tavenie a varenie kovov pri veľmi vysokých teplotách, preto sa nevyrábala v tak obrovskom množstve. V Rímskej ríši nazvali mosadz „Aes“ – zlatá meď a používali ju na výrobu mincí, sôch, dekoratívnych predmetov, šperkov a vojenských prilieb. Aj neskôr sa používala hlavne na vytváranie architektonických a umeleckých prvkov, ozdobných predmetov a náboženských artefaktoch. Až priemyselná revolúcia priniesla významný pokrok vo výrobe mosadze a dnes, čo bolo v minulosti zložité vieme spraviť oveľa ľahšie.

Mosadz sa stále bežne používa tam, kde sa vyžaduje odolnosť voči korózii – zámky, pánty, ozubené kolieska, ložiská, zipsy, ventily, elektrické zástrčky, dokonca hudobné nástroje. Vďaka žiarivej zlatej farbe sa z nej dodnes vyrábajú i šperky.

Medené pozinkované mince a mosadzné mince

V nasledovnom videu nájdeš postup jednoduchej galvanizácie medeného pliešku zinkom a následne tvorbu mosadze.

Pomôcky:

varič, kadička menšia a väčšia, váhy, Petriho miska, kliešte, kahan, zápalky, sklená tyčinka

Chemikálie:

kuchynská soľ, ocot 8%, hydroxid sodný, zinok, medené pliešky/mince

Postup:

Medené pliešky vlož na niekoľko minút do roztoku kuchynskej soli a octu (cca 25ml octu a 1-2 lyžičky NaCl), kde sa zbavia nečistôt a mastnoty.
Po vytiahnutí z octovo-slaného kúpeľa ich opláchni v čistej vode.

Pozinkovanie – „strieborná“ minca

Približne 2g zinkových granuliek (čím najmenšie kúsky) vlož do väčšej kadičky.
K zinku prilej 50ml 3M roztoku NaOH.
Túto zmes zahrievaj, až kým nie je úplne horúca a mierne bublinkuje, no nesmie sa zohriať do varu.
Do horúcej zmesi vlož práve očistené a lesklé medené pliešky.
Zmes s medenými plieškami mierne zahrievaj a dbaj na to, aby sa medené pliešky nedotýkali jeden druhého. Kontakt so Zn granulkami je však žiaduci.

Medené pliešky občas jemne premiešaj chemickými kliešťami, prípadne opatrne obráť.
Reakcia je ukončená, keď medené pliešky získajú striebornú farbu – sú pozinkované.
Pliešky vyber chem. kliešťami, opláchni vo vode a osuš.

„Zlatá“ minca – mosadz

Jeden strieborný pliešok vlož do plameňa kahana a zahrievaj.
Strieborný pliešok po chvíľke získa zlatú farbu – zinok na povrchu medenej mince pod vplyvom tepla prenikne do vrstvy medi a vytvorí sa zliatina medi a zinku – mosadz
Mosadzný pliešok opláchni v studenej vode.

Zinok sa rozpúšťa v horúcom roztoku hydroxidu sodného a vzniká komplexná zlúčenina tetrahydroxozinočnatan sodný Na₂[Zn(OH) ₄] rozpustná vo vode. Reakciu zapíšeme nasledovne:

Zn + NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

Po vložení medeného pliešku do roztoku vznikne medzi plieškom a kúskom zinku elektrické napätie, vytvorí sa elektrochemický článok, ktorým prechádza prúd elektrónov.

Kovový zinok na povrchu zinkovej elektródy (anódy) sa oxiduje:

Zn → Zn²⁺ + 2e^–

a zároveň na povrchu medenej elektródy (katódy) prebieha vylučovanie zinku z iónov [Zn(OH)₄^2-:

[Zn(OH)₄]^2– + 2e^– → Zn + 4OH ^–

Povlak zinku vylúčený na medenej elektróde vyvoláva dojem, akoby bol pliešok potiahnutý striebrom.

Keď pozinkovaný pliešok zohreješ, zinok sa vplyvom tepla premieša s vrchnou vrstvou medi. Na povrchu pliešku vznikne zliatina medi a zinku – mosadz, ktorá mu dáva zlatý vzhľad.

TIPY:

Zmes zinku a NaOH zahrievaj opatrne aby nevrela. Ak by začala vrieť, uvoľňovali by sa nepríjemné pary hydroxidu sodného, ktoré dráždia sliznice.
Pri práci používaj ochranné okuliare.
Dbaj na to, aby sa medený pliešok dotýkal zinku, inak sa reakcia neuskutoční a zinok sa nebude vylučovať.
Povlak zinku na povrchu medeného pliešku je trvácny, preto si pozinkovaný pliešok po jeho umytí vo vode a vysušení pokojne môžeš odložiť na neskoršie experimentovanie
Vrstvička mosadze na medenej minci je veľmi tenká. Jej zlatý vzhľad zvýrazníš opláchnutím pliešku v studenej vode.
Pár fotografií z procesu prípravy “striebornej” a “zlatej” mince.
Ako zdroj medi môžeš použiť medené mince, ale aj medený pliešok, z ktorého môžeš neskôr vyrobiť zaujímavý šperk.
Vyskúšaj pripraviť dvojfarebný pliešok – najskôr ho celý pozinkuj (nadobudne striebornú farbu) a potom ohrievaj len časť z neho (táto časť zmení farbu na zlatú)

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

Opíš všeobecný proces galvanizácie.
Pokús sa vysvetliť prečo sú mnohé predmety zo železa pozinkované.
Popremýšľaj aký môže byť funkčný a aký estetický účel pokovovania.
Vysvetli význam pojmu zliatina a uveď medzi aké zmesi patria zliatiny kovov.
Uveď z čoho je zložená zliatina mosadz.
Mosadz obsahuje 65% medi. Vypočítaj:
– Koľko % zinku sa v nej nachádza.
– Aké množstvo medi obsahuje 13 kg mosadze.
– Aké množstvo zinku sa nachádza v 2,5 kg mosadze.
– Aká je hmotnosť mosadze, ak obsahuje 3,8 g medi.
– Koľko medi obsahuje mosadz, ak sa v nej nachádza 2,3 g zinku.
Popremýšľaj prečo sa mosadz používa na výrobu hudobných nástrojov a tiež prečo na výrobu šperkov.
K pozinkovaniu medenej mince potrebuješ roztok hydroxidu sodného, ktorého koncentrácia je 3M, čiže 3 mol/dm³. Vypočítaj hmotnosť hydroxidu sodného na prípravu 50 ml roztoku uvedenej koncentrácie.
Uveď prečo je nebezpečné zohriať zmes hydroxidu a zinku do varu.
Reakciu rozpúšťania zinku v horúcom hydroxide sodnom zapíšeš nasledovne:

Zn + NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

– Uvedenú chemickú rovnicu vyrovnaj
– Napíš oxidačné čísla všetkých prvkov
– Označ dvojice prvkov, ktorých oxidačné čísla sa v priebehu chemickej reakcie zmenili
– Uveď, ktorý prvok sa oxidoval a ktorý sa redukoval
– Napíš čiastkové deje oxidácie a redukcie
Počas chemickej reakcie pozoruješ únik bubliniek plynu z reakčnej zmesi. Uveď aký plyn vzniká.
Popremýšľaj a opíš prečo pri galvanizácii medi zinkom v realizovanom experimente nepotrebuješ vonkajší zdroj elektrického napätia.
Opíš ako premeníš „strieborný“ pliešok na „zlatý“