Ročník: 8. ročník ZŠ

Vzdelávacia oblasť: CHEMICKÉ VÝPOČTY
Tematický celok: ZLOŽENIE ROZTOKOV
Téma: HMOTNOSTNÝ ZLOMOK

Cyanotipia – kyanotypia, kyanografia dokonca chemická modrotlač – takto je označovaná jednoduchá kopírovacia technika, ktorá bola vynájdená v roku 1842 a pôvodne sa využívala hlavne na kopírovanie a rozmnožovanie priesvitných matematických tabuliek či stavebných a strojárenských výkresov. Tie sa vďaka ich modrej farbe nazývali „modráky“.

Kyanotypia je založená na citlivosti železitých solí na svetlo. Citlivá vrstva nanesená na papier obsahuje citrát amónno-železitý a hexakyanoželezitan draselný. V dennom svetle je určitý podiel UV žiarenia, a to redukuje železité ióny v týchto zlúčeninách z časti na železnaté. Tím vznikajú zlúčeniny modrej farby – jednak Berlínska modrá – hexakyanoželeznatan železitý Fe^III₄ [Fe^II(CN)₆]₃ a tiež Turnbullova modrá – hexakyanoželezitan železnatý Fe^II₃ [Fe^III(CN)₆]₂. Obidve tieto farbivá sú jasne modré a obraz je tvorený ich zmesou v rôznom pomere. Z pozitívnej kopírovanej predlohy vzniká negatívny obraz: biele čiary na modrej ploche.

Prednosťou kyanotypie je jednoduchý proces spracovania kópie po expozícii. Vyvolanie, ustaľovanie a vypieranie je realizované v jednom jedinom kroku – vypieranie kópie vo vode.

Kyanotypia nikdy nebola pre fotografické účely významná. Dôvodom bola zrejme jej výrazná, možno povedať že až krikľavo modrá farba, ktorá sa hodila len pre málo motívov. Napriek tomu v roku 1843 bola kyanotypia použitá k ilustrácii knihy. Bola to vôbec prvá kniha s fotografickými ilustráciami a kyanotypie boli použité nielen ako obrázky ale aj ako text.

Dnes už táto stará technológia stratila význam v kopírovaní plánov,  ale stala sa jedným zo zaujímavých výtvarných výrazových prostriedkov, ktorý poskytuje výtvarníkovi skutočne veľké možnosti.

Vo videu nájdeš jednoduchý postup k príprave kyanotypie. No ako ďalej využiješ a spracuješ zhotovený modro-biely obrázok je už na tebe.

Pomôcky:

váhy, lyžička, Petriho miska, sklená tyčinka, odmerný valec, kadičky, štetec bez kovovej časti, akvarelový papier, klip rám (doska, sklo, klipy alebo štipce), vanička

Chemikálie:

citrát amónno-železitý, hexakyanoželezitan draselný, voda, kyselina chlorovodíková 1% roztok, listy/kvety/tráva – rastlinky alebo iné ploché predmety (z plastu, kovu, papiera…)

Postup: 

1. Priprav 10 ml 25% roztoku citrátu amónno-železitého
2. Priprav 10 ml 10% roztoku hexakyanoželezitanu draselného
3. Ďalej pracuj v miestnosti s tlmeným svetlom
4. Oba roztoky zmiešaj v pomere 1:1
5. Pripravený roztok nanes pomocou štetca alebo hubky na papier v rovnomernej vrstve.
6. Papier so svetlocitlivou vrstvou nechaj na tmavom mieste poriadne vyschnúť.
7. Na vysušený papier naukladaj pripravené rastlinky či iné ploché predmety.
8. Papier polož na dosku z klip rámu a prikry sklom, upevni štipcami, aby sa predmety na papieri nehýbali a boli natesno.
9. Klip rám vylož na priame slnko a pozoruj

10. Keď sa papier sfarbí do hnedozelena, expozícia je dokončená.
11. Papier vyber z klip rámu, vlož do vaničky so studenou vodou a opatrne ho vyper. Neosvetlené časti svetlo citlivej vrstvy (tie, ktoré boli prekryté rastlinkami) sa vo vode rozpustia a na papieri ostane jasne modrý trvanlivý obraz.
12. Modrý tón zjasníš ponorením papiera do 1% roztoku kyseliny chlorovodíkovej.
13. Na záver papier vyper pod tečúcou vodou.

TIPY:

• Papier použitý na kyanotypiu by nemal byť alkalický, pretože alkalické prostredie môže spôsobiť predčasné žltnutie až hnednutie a spomalenie fotochemickej reakcie. Najviac vyhovujúci dostupný papier je akvarelový.
• Zásobné roztoky citrátu amónno-železitého a hexakyanoželezitanu draselného môžeš pripraviť kedykoľvek a skladovať v dobre uzavretých nádobách v tme. Ale po ich zmiešaní nie je možné tento svetlocitlivý roztok skladovať a preto sa pripravuje vždy čerstvý.
• So svetlocitlivým roztokom pracuj v miestnosti so slabým svetlom alebo zastretými žalúziami.
• Svetlocitlivú vrstvu nanášaj na papier jedným smerom, pretože ťahy štetca (keby si maľoval rôznymi smermi) sú častokrát po vyvolaní viditeľné (čo môže byť vo výtvarnom spracovaní naopak i žiaduce)
• Namiesto štetca môžeš na nanesenie svetlocitlivej zmesi použiť molitanovú hubku 
• Je lepšie, keď papier vyschne prirodzene, ale v prípade potreby schnutie môžeš urýchliť prúdom teplého vzduchu z fénu (pracuj v tmavom priestore)
• Vyschnutý papier so svetlocitlivou vrstvou môžeš skladovať niekoľko dní, ale vždy v úplnej tme.
• Expozícia prebieha na priamom slnečnom svetle niekoľko minúť až pol hodinu, až kým papier nenadobudne škaredú hnedozelenú farbu
• Papier v klip ráme nastav slnečným lúčom čo možno najkolmejšie
• V prípade, ak je zamračený deň, môžeš použiť aj umelý zdroj UV svetla
• Po vyvolaní, ustálení a vypieraní kyanotypiu nechaj voľne vysušiť, prípadne môžeš vypnúť štipcami na šnúru

Kyanotypie pripravené žiakmi na chemickom krúžku Kremík

• Obrázok môžeš nechať len modrý. Berlínska aj Turnbullova modrá sú stabilné chemické zlúčeniny, preto sú kyanotypie trvanlivé, dokonca trvanlivejšie ako bežné fotografie.  Môžeš však do kyanotypie aj výtvarne vstúpiť, biele miesta zvýrazniť a dokresliť napríklad modrým atramentom (pripraveným z Berlínskej modrej), alebo farby doladiť akvarelovou maľbou. Tiež svetlocitlivý podklad môžeš naniesť v rôznych tvaroch a vrstviť. Fantázii a výtvarnej tvorivosti sa medze nekladú.

• Pomocou kyanotypie môžeš pripraviť aj zaujímavý herbár 
• Na vytvorenie kyanotypie môžeš použiť aj maketu vystrihnutú z papiera, alebo akýkoľvek obrázok vytlačený na priesvitnú fóliu

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Pokús sa stručne opísať kyanotypiu, jednoduchú fotografickú techniku.
2. Popremýšľaj prečo je kyanotypia klasifikovaná ako fotografická technika.
3. Vyhľadaj, na čo sa kyanotypia v minulosti využívala prednostne.
4. Uveď dve chemické látky potrebné pre kyanotypiu.
5. Vysvetli čo to znamená že chemická látka je svetlocitlivá.
6. Uveď v čom sú rozdielne chemické zlúčeniny Berlínska modrá – hexakyanoželeznatan železitý Fe^III₄ [Fe^II(CN)₆]₃ a Turnbullova modrá- hexakyanoželezitan železnatý Fe^II₃ [Fe^III(CN)₆]₂
7. Myslíš, že môže mať vplyv väčšie množstvo Berlínskej alebo Turnbullovej modrej na výslednú farbu kyanotypie? Zdôvodni.
8. V procese používaš 1% roztok kyseliny chlorovodívej.
   – Uveď chemický vzorec kyseliny chlorovodíkovej
   – Vypočítaj, aké množstvo čistej kyseliny chlorovodíkovej potrebuješ na prípravu 250 ml 1% roztoku kyseliny chlorovodíkovej
   – Vypočítaj aké množstvo 36% kyseliny chlorovodíkovej potrebuješ na prípravu 100 ml 1% roztoku kyseliny chlorovodíkovej.
9. Popremýšľaj, prečo je dôležité papier po namočení v kyseline chlorovodíkovej poriadne vyprať v čistej vode.
10. Vypočítaj:
    – potrebné množstvo citrátu amónno-železitého na prípravu 10 ml 25% vodného roztoku.
    – potrebné množstvo vody na prípravu 10 ml 25% vodného roztoku citrátu amónno-železitého.
11. Vypočítaj:
    – potrebné množstvo hexakyanoželezitanu draselného na prípravu 10 ml 10% vodného roztoku.
    – potrebné množstvo vody na prípravu 10 ml 10% vodného roztoku hexakyanoželezitanu draselného.

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: 

1. 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.
2. Po vytiahnutí z octovo-slaného kúpeľa ich opláchni v čistej vode.

Pozinkovanie – „strieborná“ minca

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

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

„Zlatá“ minca – mosadz

11. Jeden strieborný pliešok vlož do plameňa kahana a zahrievaj.
12. 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 
13. 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…

1. Opíš všeobecný proces galvanizácie.
2. Pokús sa vysvetliť prečo sú mnohé predmety zo železa pozinkované.
3. Popremýšľaj aký môže byť funkčný a aký estetický účel pokovovania.
4. Vysvetli význam pojmu zliatina a uveď medzi aké zmesi patria zliatiny kovov.
5. Uveď z čoho je zložená zliatina mosadz.
6. 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.
7. Popremýšľaj prečo sa mosadz používa na výrobu hudobných nástrojov a tiež prečo na výrobu šperkov.
8. 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.
9. Uveď prečo je nebezpečné zohriať zmes hydroxidu a zinku do varu.
10. 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
11. Počas chemickej reakcie pozoruješ únik bubliniek plynu z reakčnej zmesi. Uveď aký plyn vzniká.
12. Popremýšľaj a opíš prečo pri galvanizácii medi zinkom v realizovanom experimente nepotrebuješ vonkajší zdroj elektrického napätia.
13. Opíš ako premeníš „strieborný“ pliešok na „zlatý“