Farebné banky – miešanie farieb

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok: NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE
Téma: pH INDIKÁTORY, REDOXNÉ DEJE

„…a môžeme teraz už všetko zmiešať?“, otázka, ktorú mi často kladú všetečné deťúrence počas experimentovania na chémii 😊. V tejto lekcii to bude tak trošku dovolené, pretože budeš skúmať a miešať „farby“.

Základom experimentu bude tzv. „modrá banka“. Roztok v nej pripravíš rozpustením zadaného množstva hydroxidu sodného a glukózy vo vode. Indikátor, ktorý je v roztoku v banke najprv modrý a po pár minútach sa odfarbí, nie je pH ale redoxný indikátor. Redoxné indikátory je možné použiť okrem iného aj na vizualizáciu redukčných či oxidačných vlastností reakčnej sústavy, pretože sú schopné rýchlej a reverzibilnej zmeny farby. Na tento účel sa v tomto experimente používa chemická látka metylénová modrá, ktorú chovatelia rybičiek veľmi dobre poznajú ako prípravok proti krupičke, prípravok na dezinfekciu akvária.

V banke v reakčnej sústave prebiehajú oxidačno-redukčné reakcie. Glukóza sa v alkalickom roztoku oxiduje a metylénová modrá, pôvodne modrej farby sa redukuje na bezfarebnú formu. Ak je k dispozícii dostatok kyslíka, dochádza k reoxidácii indikátora a modrá farba roztoku opäť pretrváva. Tento krok sa dosiahne pretrepávaním banky – kyslík prítomný vo vzduchu v hornom priestore uzavretej banky sa dostane do roztoku, rozpustí sa v ňom a oxiduje metylénovú modrú späť na jej farebnú, teda modrú formu. Ako sa kyslík postupne míňa, farebná zmena je čím ďalej tým slabšia až napokon úplne ustane.

Existuje niekoľko verzií či variácií uvedeného experimentu. Napríklad ak namiesto metylénovej modrej použiješ indigokarmín, pozoruješ farebné zmeny, ktoré sú dokonca tri a pripomínajú farby semafora. Preto sa tento experiment nazýva aj „chemický semafor“.

Inou verziou tohto farebného experimentu je použitie redoxného indikátora v kombinácii s pH indikátorom. Keďže redoxná reakcia prebieha v alkalickom čiže zásaditom prostredí, pH indikátor bude na toto prostredie farebne reagovať. Ako pH indikátor môžeš použiť niektorý z prírodných výluhov rastlín (lekcia Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov), alebo fenolftaleín, syntetický pH indikátor.

Pomôcky:

guľatá banka, gumená zátka, sklenená tyčinka, lyžička, váhy, pipeta/striekačka, kadičky, hodinové sklíčko

Chemikálie:

výluh z vianočnej ruže/červenej kapusty/kurkumy, voda, metylénová modrá, fenolftaleín

Postup: 

1. Rastlinný výluh z vianočnej ruže/červenej kapusty/kurkumy pripravíš podľa postupu v uvedenej lekcii Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov
2. Do guľatej banky s objemom 100ml nalej minimálne do 2/3 vodu.
3. Vo vode v guľatej banke rozpusti 2g NaOH.
4. Do roztoku kvapni pár kvapiek jedného pH indikátora, zamiešaj a pozoruj farbu/farebnú zmenu indikátora v zásaditom roztoku.
5. Do roztoku v guľatej banke pridaj 2g glukózy, miešaj až kým sa glukóza nerozpustí.
6. Do roztoku pridaj pár kvapiek metylénovej modrej, zamiešaj.
7. Banku zazátkuj gumenou zátkou a pozoruj sfarbenie/farebnú zmenu roztoku
   – ihneď po zamiešaní 
   – a po pár minútach.
8. Keď sa farba roztoku zmení, obsah banky intenzívne zamiešaj pretrepaním a opäť pozoruj sfarbenie.
9. Postup zopakuj s ďalšími pH indikátormi.
10. Všetky farebné zmeny zaznamenaj (zakresli alebo zapíš) do tabuľky.

Tabuľka farebných zmien skúmaného roztoku v banke

Podľa vopred pripravených farebných stupníc prírodných pH indikátorov (lekcia Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov) vieš predpokladať sfarbenie použitého indikátora v zásaditom prostredí. Keďže pH roztoku v banke sa počas priebehu redoxnej reakcie nemení, zostáva zásadité, nemení sa ani sfarbenie pH indikátora. Čo sa ale mení je farba redoxného indikátora metylénová modrá – na začiatku (v oxidovanej forme) je modrý a po čase (keď dôjde k jeho redukcii) sa stáva bezfarebným. A to má vplyv na výslednú farbu roztoku v banke. Pretože ak zmiešame dve rôzne farby, vznikne tretia, no ak jednu z nich odoberieme preč, ostane len jedna pôvodná farba. Najlepšie graficky znázornené miešanie farieb predstavuje Harrisovo farebné koleso (Moses Harris, The Natural System of Colours, 1776), ktoré v jednoduchšej verzii používajú výtvarníci dodnes. Obsahuje tri základné farby (v trojuholníku), ktorých kombináciou vznikajú farby sekundárne (šesťuholník) a ďalším miešaním až terciárne farby (kruh).

TIPY:

• V experimente môžeš vyskúšať aj iné prírodné či syntetické pH indikátory
• Od množstva pridaného indikátora závisí intenzita sfarbenia roztoku a následne aj sýtosť či farebný odtieň farby roztoku po zmiešaní indikátorov.
• Množstvo hydroxidu sodného a glukózy (po 2g na 100ml vody) je pre daný objem vody stanovené tak, aby reakcia neprebiehala príliš rýchlo ale ani príliš pomaly. Môžeš vyskúšať zmeniť toto množstvo a zistiť aký vplyv to má na rýchlosť chemickej reakcie.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Popremýšľaj aký je rozdiel medzi pH a redoxným indikátorom a čo majú spoločné.
2. Vymenuj pH indikátory ktoré poznáš.
3. Uveď aký je názov redoxného indikátora, ktorý si použil v experimente „Farebná banka“.
4. Vyhľadaj kde inde bežne sa táto chemická látka využíva a prečo.
5. Opíš k akej farebnej zmene dôjde v roztoku v banke počas redoxnej reakcii, ak pridáš len indikátor metylénovú modrú? Pokús sa vysvetliť, prečo sa tak stane.
6. Uveď aké je pH skúmaného roztoku v banke a čím je spôsobené.
7. Glukózu si do roztoku pridával až po nakvapkaní pH indikátora. Mala glukóza vplyv na pH roztoku? Opíš ako si túto skutočnosť zistil.
8. Uveď sfarbenie jednotlivých pH indikátorov (tak ako si si to zaznačil v tabuľke) po pridaní do roztoku v banke.
9. Opíš farebné zmeny v roztoku, ktorý už obsahuje pH indikátor po pridaní metylénovej modrej (ako si si to zaznačil v tabuľke).
10. Porozmýšľaj prečo došlo po niekoľkých minútach k zmene farby roztoku.
11. Uveď či je spomenutá zmena farby stála, alebo môžeš farbu roztoku vrátiť?
12. Opíš akú úlohu zohráva v experimente kyslík.
13. Uveď prečo je potrebné banku počas priebehu chemickej reakcie v nej uzavrieť gumenou zátkou.
14. Popremýšľaj keby bude reakcia v banke definitívne ukončená a viac nedôjde k farebnej zmene.
15. Pokús sa zistiť viac informácií o Mosesovi Harrisovi, ktorý je tvorca farebného kolesa.
16. Opíš ako sa podľa tohto farebného diagramu (farebného kolesa) dajú miešať farby.
17. Popíš ako sa podarilo tebe počas experimentu namiešať farby v bankách.
18. Pokús sa všeobecne opísať oxidačno-redukčnú reakciu, čo je jej princípom.

Žiaci chemického krúžku Kremík