Predmet: Chémia

Vzdelávacia oblasť: ORGANICKÉ LÁTKY
Tematický celok: ORGANICKÉ LÁTKY V ŽIVÝCH ORGANIZMOCH
Téma: PRÍRODNÉ LÁTKY

Atrament pripravený z oranžových kryštálikov, Dubienkový atrament či Monochromatická kresba, všetky tri spomenuté témy spája čosi spoločné – triesloviny alebo taníny, ktoré sa nachádzajú v rastlinách, ich listoch, kôre či plodoch. Tie reagujú so železnatou soľou za vzniku železnatého komplexu, ktorý na vzduchu oxiduje na tanín železitý, čo pozorujeme v podobe zmeny farby – vzniká tmavý pigment. Tanín železitý je vo vode nerozpustný, preto keď prenikne medzi povrchové vlákna papiera či textilu ostáva trvácny. Teplo jeho fixáciu ešte umocní. No a tak sa stáva chémia tu prebiehajúca zdrojom výborného výtvarného materiálu.

V tejto lekcii využiješ doterajšie vedomosti a vyskúšaš si techniku ekotlače.

„Tlačiť“ budeš rastlinné listy na papier. Tie totiž obsahujú už spomenuté taníny, ktoré sa za určitých podmienok z listov uvoľnia, priľnú na papier a vytvoria odtlačky.

Pomôcky:

kresliaci kartón alebo akvarelový papier, elektrická platnička, plechový pekáč/plech na pečenie, kachličky, špagát, plastová nádoba, nožnice, rukavice

Chemikálie:

listy, octan železnatý, čierny čaj, voda, ocot (8% kuchynský)

Postup: 

1. Hárky papiera zvlhči octom.
2. Do roztoku octanu železnatého (pripravíš ho podľa postupu, ktorý je uvedený v lekcii Atrament pripravený z oranžových kryštálikov) ponamáčaj listy
3. Listy poukladaj medzi dva papiere
4. Papiere vlož medzi kachličky.
5. Kachličky pevne zviaž špagátom a vlož na plech.
6. Do plechu nalej cca 50 ml octanu železnatého a dolej vodou tak, aby kachličky boli pod hladinou, ponorené.
7. Do ekotlačového kúpeľa pridaj 1-2 vrecúška čierneho čaju.
8. Plech postav na elektrickú platničku, uveď do varu a var približne 1 hodinu.
9. Po hodine platničku vypni a všetko nechaj vychladnúť.
10. Papiere vyber spomedzi kachličiek a odstráň z nich listy.
11. Papier s odtlačkami nechaj voľne vyschnúť.

Ekotlače pripravené žiakmi z chemického krúžku Kremík

TIPY:

• Počas manipulácie s octanom železnatým je vhodné používať ochranné rukavice.
• Ocot mení pH, čo môže ovplyvniť farbu farbiaceho kúpeľa. Nie je však nutné použiť ho v procese. Vyskúšaj ocot vynechať.
• Môžeš vyskúšať použiť rôzne listy, z rozličných rastlín – stromov, kríkov, dokonca i trávu či kvety. Dôležité je, aby obsahovali dostatok trieslovín. Zaručene fungovať budú listu z javora, dubu či orecha, ale aj papraď a listy figy.
• Papier, ktorý použiješ na ekotlač by mal byť pevnejší. Mal by vydržať hodinové zmáčanie v kúpeli.
• Namiesto kachličiek môžeš použiť drevené lopatky/lopáriky a papiere vložiť medzi ne.
• Experimentovať môžeš aj s plechovými platničkami medzi ktoré vložíš papiere. Najlepšie sú hrdzavé, pretože tie už obsahujú železnaté ióny.
• Intenzita odtlačkov závisí od množstva tanínov v listoch a tiež od množstva železnatej soli, preto s množstvom octanu železnatého pridaného do kúpeľa na ekotlač môžeš experimentovať.
• Namiesto octanu železnatého môžeš použiť roztok (najlepšie nasýtený) zelenej skalice.
• Čierny čaj tiež obsahuje taníny, preto jeho pridanie do ekotlačového kúpeľa má vplyv na výslednú farbu a intenzitu sfarbenia odtlačkov. Vyskúšaj experimentovať s množstvom čierneho čaju, prípadne ho úplne vynechať, alebo natrieť roztokom čierneho čaju samotné papiere vopred.
• Teplota a čas varenia v ekotlačovom kúpeli má veľký vplyv na kvalitu a fixáciu odtlačkov na papieri, preto je dôležité variť aspoň jednu hodinu
• List má dve strany – rub a líce. Každá strana sa odtlačí inak. Zväčša z rubu je odtlačok jasnejší s krásne viditeľnou žilnatinou.
• Papiere pripravené ekotlačou môžeš ďalej výtvarne spracovať, domaľovať, dokresliť, vystrihnúť, kolážovať, pripraviť z nich pohľadnice, obal na knihu/zápisník, poprešívať či inak dotvoriť.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Napíš chemický vzorec kyseliny octovej.
2. Napíš chemický vzorec octanu železnatého, železnatej soli kyseliny octovej.
3. Napíš chemický názov a chemický vzorec zelenej skalice.
4. Popremýšľaj čo má spoločné octan železnatý a zelená skalica.
5. Uveď medzi aké zlúčeniny patrí zelená skalica a octan železnatý.
6. Vyhľadaj chemické zloženie hrdze. Uveď aký katión hrdza obsahuje.
7. Napíš reakciu oxidácie železnatého katiónu na železitý katión.
8. Pokiaľ sa železo oxiduje, čo sa deje s molekulou vzdušného kyslíka?
9. Napíš obe čiastkové reakcie oxidácie a redukcie, správne doplň počet prijatých a odovzdaných elektrónov a zmenu náboja jednotlivých prvkov a iónov.
10. Popremýšľaj čo majú spoločné dubienka, list z javora a čierny čaj.
11. Opíš čo spôsobí pridanie čierneho čaju do ekotlačového kúpeľa.
12. Pokús sa vysvetliť s čím súvisí rôzna intenzita odtlačku listu z rubovej a lícnej strany.

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: ORGANICKÉ LÁTKY
Tematický celok:  ORGANICKÉ LÁTKY V ŽIVÝCH ORGANIZMOCH
Téma: SACHARIDY

Zrkadielko, zrkadielko, povedz že mi… Veru, zrkadlám boli od pradávna prikladané zvláštne vlastnosti, ktoré nemal žiadny iný predmet. Raz sa cez ne pozeral diabol, inokedy odháňali zlých duchov, odrážali smrť a nešťastie, alebo naopak, nešťastie priniesli na sedem rokov, keď sa rozbili… pokiaľ boli rozbitné, pretože nebolo to vždy tak. Tie prvé najstaršie zrkadlá boli vyrobené z lešteného kameňa a z čierneho sopečného skla obsidiánu a ich vek sa odhaduje na šesť až osem tisíc rokov. Neskôr starí Egypťania, Rimania a Gréci vyrábali zrkadlá z kovu alebo zliatin kovov, ktoré bolo možné vysoko leštiť, najčastejšie z medi, bronzu či mosadze. Kovové zrkadlá boli v staroveku veľmi cennými predmetmi, ktoré si mohli dovoliť len tí najbohatší.

Prvé sklenené zrkadlá z fúkaného skla (presnejšie zo sklenených dlaždíc vyrezaných z fúkaného skla, čiže vždy mierne zakrivené) s oloveným reflexným podkladom boli vyrobené až niekedy medzi prvým a tretím storočím nášho letopočtu a boli celkom bežné v Egypte, Galii aj v Ázii. Až niekedy okolo 12. storočia začali výrobcovia zrkadiel svoje remeslo merateľne zlepšovať. Olovený podklad nahradila ortuť a cín, neskôr špeciálna reflexná zmes zlata a bronzu, namiesto fúkaného zakriveného skla už vedeli vyrobiť ploché. Majstrami vo výrobe zrkadiel sa stali benátski a neskôr i francúzski sklári. Zrkadlá boli aj v tejto dobe stále drahým luxusným predmetom a dokonalým estetickým prvkom reprezentačných i súkromných komnát aristokracie. Ich funkčnosť sa využívala najmä počas vojen a to v podobe kódovania a dekódovania tajných správ v zrkadlovom obraze (tento tajný kódovací systém zaviedol Leonardo da Vinci), na oslepenie nepriateľa jasným odrazom slnečného svetla a tiež sa stali podstatou periskopu, systému interaktívnych zrkadiel, ktorým špehovali náprotivnú stranu.

V dnešnej dobe nie je domov, miesto bez zrkadla. Zrkadlá sa stali súčasťou našej každodennosti. Používajú sa bežne v domácnosti, dopravných prostriedkoch, zdravotníctve, optických zariadeniach, osvetľovacích telesách, meracích prístrojoch, ďalekohľadoch a pod. Aj ich príprava je dnes úplne iná ako v minulosti.

Vráťme sa však predsa len ešte kúsok do histórie, do roku 1835, kedy istý nemecký chemik vyvinul postriebrené sklenené zrkadlo. Tenkú vrstvu kovového striebra naniesol na sklo chemickou redukciou dusičnanu strieborného.

Strieborné zrkadlá sa používajú dodnes a aj ty si môžeš vyskúšať pripraviť jedno také malinké podľa nižšie uvedeného postupu.

Pomôcky:

varič, kadičky, váhy, Petriho miska, kliešte, sklená tyčinka, lyžička, pipeta, malé sklené nádobky, hodinové sklíčko

Chemikálie:

hydroxid sodný, dusičnan strieborný, glukóza, destilovaná voda, amoniak

Postup: 

Príprava Tollensovho činidla

1. 1 g dusičnanu strieborného rozpusti v 10 cm³ amoniaku.
2. 1 g hydroxidu sodného rozpusti v 10 cm³ destilovanej vody.
3. Roztok hydroxidu sodného nalej do roztoku amoniaku s dusičnanom strieborným.

Postriebrovanie – dôkazová reakcia redukujúcich cukrov

4. Do väčšej širšej kadičky priprav horúci vodný kúpeľ.
5. 4 g glukózy rozpusti v 10 cm³ destilovanej vody
6. Malú sklenú nádobku naplň do polovice roztokom glukózy a doplň Tollensovým činidlom.
7. Sklenú nádobku ponorenú po jej okraj do vodného kúpeľa opatrne zahrievaj – dbaj aby sa neponorila do horúcej vody celá.

Po chvíľke zahrievania pozoruješ na stenách sklenej nádobky strieborný lesklý povlak.

Tento povlak v podobe čistého striebra je dôkazom pozitívnej reakcii redukujúceho cukru s Tollensovýcm činidlo:

C₆H₁₂O₆ + [Ag(NH₃ )₂]OH  →  C₆H₁₂O₇ + Ag + NH₃ + H₂O

Počas reakcie dochádza k oxidácii jednoduchého sacharidu – glukózy na kyselinu glukónovú (aldehydová skupina na glukóze sa oxiduje na karboxylovú skupinu) a k redukcii katiónu Ag⁺ z Tollensovho činidla na Ag⁰.

TIPY:

• Tollensova skúška redukujúcich sacharidov sa využívala v nedávnej minulosti aj pri výrobe strieborných termosiek alebo strieborných vianočných sklených ozdôb. Z malých sklených bánk, ktoré si postriebril môžeš tiež vyrobiť originálne vianočné ozdôbky.

• V experimente používaj len destilovanú vodu. Voda z vodovodu obsahuje anióny chlóru, ktoré vytvoria s dusičnanom strieborným zrazeninu.
• Tollensovo činidlo pripravuj vždy čerstvé (max. niekoľko hodín pred realizovaním experimentu), pretože jeho státím môže v roztoku vzniknúť traskavé striebro, ktoré môže samovoľne explodovať. Ak by sa tak stalo a v kadičke s Tollensovým činidlom spozoruješ strieborný povlak, čiastočky striebra, opatrne prikvapkaj niekoľko kvapiek amoniaku, ktorý vzniknutú zrazeninu zriedi a tak sa traskavé striebro rozpustí v nadbytku amoniaku. V žiadnom prípade nerieď vodou! Aj jedna kvapka vody či jemný náraz môže spôsobiť explóziu.
• Po vyredukovaní striebra na stenách banky zohrievanej vo vodnom kúpeli jej obsah opatrne vylej a povlak nechaj chvíľu zaschnúť
• Zrkadielko najjednoduchšie pripravíš z hodinového sklíčka – nakvapkaj naň pár kvapiek roztoku glukózy a rovnaký počet kvapiek Tollensovho činidla. Hodinové sklíčko polož na podložku vytvorenú z drôtika a opatrne zahrievaj vo vodnom kúpeli. Dávaj pozor, aby si hodinové sklíčko neponoril celkom do vodného kúpeľa, drž ho len na vodnej hladine. Po prebehnutí reakcie zmes z hodinového sklíčka opatrne vylej, povlak nechaj zaschnúť a potom môžeš zrkadielko vložiť do vhodného rámika

• Praktickejšie je vyrobiť malé zrkadlové fľaštičky, ako sme pripravovali počas Noci s Andersenom – Zrkadielka pre cisára, ktoré si deti zavesili na šnúrku ako náhrdelník.
• S amoniakom, ktorý je prchavý a dráždivý pracuj opatrne, v dobre vetranej miestnosti alebo najlepšie v digestore.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Vyhľadaj z čoho človek zostrojil prvé zrkadlá.
2. Opíš prečo bolo možné použiť aj niektoré kovy na výrobu zrkadiel.
3. Uveď aké dve časti obsahovali zrkadlá, ktoré sa už podobali tým používaným v dnešnej dobe.
4. Popremýšľaj prečo boli prvé sklené zrkadlá zakrivené.
5. Uveď aké reflexné podklady sa používali pri výrobe zrkadiel v minulosti.
6. Vyskúšaj napísať text, slovo, svoje meno či len písmeno na papier pomocou zrkadla tak, že sa nebudeš pozerať na papier ale len do zrkadla. Opíš čo si zistil.
7. Vyhľadaj čo sa stalo v roku 1835 a uveď ako to súvisí s experimentom v tejto lekcii.
8. Napíš molekulový a Fisherov vzorec glukózy. Vyznač aldehydovú skupinu.
9. Uveď medzi ktoré sacharidy patrí glukóza.
10. Opíš prípravu Tollensovho činidla.
11. Uveď prečo nie je bezpečné pripraviť Tollensovo činidlo niekoľko dní vopred.
12. Počas dôkazovej reakcie Tollensovým činidlom sa glukóza oxiduje na kyselinu. Uveď názov tejto kyseliny a napíš jej molekulový aj štruktúrny Fischerov vzorec.
13. Počas uvedenej reakcie dochádza k tvorbe strieborného povlaku na stenách sklenej nádobky. Opíš tento dej pomocou chemickej rovnice (napíš čiastkový dej redukcie).
14. Chemickú rovnicu postriebrovania vyrovnaj:
    
    C₆H₁₂O₆ + [Ag(NH₃ )₂]OH  →  C₆H₁₂O₇ + Ag + NH₃ + H₂O
    
    
15. Napíš molekulový a Fischerov vzorec fruktózy.
16. Popremýšľaj či by si mohol použiť aj fruktózu s Tollensovým činidlom pri tvorbe zrkadla.  
17. Uveď medzi aké sacharidy patrí sacharóza a napíš jej molekulový aj štruktúrny Fischerov vzorec.
18. Myslíš, že reakcia sacharózy s Tollensovým činidlom by prebiehala a vyredukovalo by sa tiež striebro? Zdôvodni

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“

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok:  NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE; NÁZVOSLOVIE A VLASTNOSTI VYBRANÝCH ANORGANICKÝCH CHEMICKÝCH ZLÚČENÍN 
Téma: REDOXNÉ DEJE, REDOXNÉ REAKCIE

Dusičnan draselný, draselný alebo indický liadok, ktorý zohráva hlavnú úlohu v nasledujúcom experimente, poznali ľudia už veľmi dávno. Bol totiž hlavnou zložkou čierneho pušného prachu. V stredoveku sa používal aj na konzervovanie soleného mäsa a dnes ako súčasť dusíkatých hnojív je hlavným zdrojom dusíka v poľnohospodárstve. Ako silné oxidačné činidlo sa používa pri výrobe pyrotechniky a zároveň katión draslíka sfarbuje plameň do fialovoružova.

Pomôcky:

kadička, sklená tyčinka, lyžička, štetec, filtračný papier, špajdľa, kahan, zápalky, stojany, svorky/štipce

Chemikálie:

dusičnan draselný, voda

Postup: 

1. Do kadičky priprav približne 10 ml nasýteného roztoku dusičnanu draselného.
2. Štetcom namočeným v roztoku dusičnanu draselného napíš na papier písmeno/slovo…
3. Ceruzkou vyznač začiatok a koniec napísaného.
4. Papier vysuš  (nad radiátorom, fénom alebo voľne na vzduchu).
5. Suchý papier pripevni svorkami/štipcami medzi dva stojany.
6. Koncom tlejúcej špajdle „prepichni“ papier na ceruzkou označených miestach a pozoruj.

Papier na miestach potretých dusičnanom draselným tleje. To spôsobí, že písmo napísané roztokom dusičnanu draselného vyhorí, zatiaľ čo zvyšný papier zostane neporušený.

Keď sa časť papiera nasiaknutá dusičnanom sodným zahreje dotykom rozžeravenej špajdle na približne 400 ^oС, soľ sa začne rozkladať a uvoľňuje sa kyslík:

2 KNO₃ → 2 KNO₂ + O₂

Uvoľňovaný kyslík podporuje proces tlenia účinnejšie ako kyslík z okolitého vzduchu, preto práve plocha papiera nasiaknutá soľou, kde je vznikajúci kyslík koncentrovaný rýchlo tleje. Takto dej pokračuje pozdĺž čiary nakreslenej dusičnanom.

Prečo sa zvyšok papiera nezapáli? Na zapálenie papiera je potrebná teplota približne 450 °C. Na rozklad dusičnanu draselného postačí teplota okolo 400°C. Čiže reakcia beží pri nižšej teplote ako je zápalná teplota papiera, preto tlenie pozorujeme len v miestach nasiaknutých dusičnanom. 

TIPY:

• Namiesto dusičnanu draselného môžeš použiť aj dusičnan sodný, ktorý sa rozkladá ešte pri nižšej teplote, okolo 300°C.
• Ak nemáš k dispozícii filtračný papier, vyskúšaj použiť kancelársky papier alebo hárok zo zošita.
• Písať môžeš aj vatovou tyčinkou
• Je potrebné aby na papieri bolo nanesené dostatočné množstvo dusičnanu, preto ťahy štetcom na jednom mieste zopakuj aj viackrát.
• Premysli si vopred nápis, ktorý budeš písať dusičnanon
  • treba voliť vhodné písmená
  • nápis nech je dostatočne veľký
  • ťahy nemusia byť príliš hrubé
  • pokús sa napísať slovo jedným ťahom, aby čiara kreslená dusičnanom nebola prerušená a tlela bez prekážky
• Nemusí to byť len text, ktorý vypáliš do papiera vďaka dusičnanu. Môžeš si vymyslieť aj obrázok a namaľovať ho rovnakým spôsobom dusičnanom na papier.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Uveď chemický vzorec dusičnanu draselného.
2. Uveď triviálny názov dusičnanu draselného.
3. Vyhľadaj, aké bolo využitie dusičnanu draselného v minulosti a aké je dnes.
4. Dusičnan draselný obsahuje katión draslíka. Ten dokáže sfarbiť plameň. Vieš akou farbou? Popremýšľaj ako a kde sa tento jav využíva.
5. Popremýšľaj a vysvetli čo je to nasýtený roztok a ako vzniká.
6. Počas prípravy nasýteného roztoku dusičnanu draselného si si možno všimol, že kadička s roztokom sa samovoľne vychladila, teplota roztoku klesla. Popremýšľaj k akému deju došlo z hľadiska tepelnej zmeny.
7. Dusičnan sodný sa tepelne rozkladá rovnako ako dusičnan draselný. Uveď reakciu rozkladu dusičnanu sodného
   – Chemickú rovnicu vyrovnaj
   – Napíš chemické názvy všetkých reaktantov a produktov
   – Doplň oxidačné čísla všetkých chemických prvkov
   – Urči, ktorý prvok sa oxidoval a ktorý sa redukoval
   – Napíš čiastkové reakcie oxidácie a redukcie
8. Vyhľadaj pri akej teplote dochádza k rozkladu dusičnanu draselného a k uvoľňovaniu kyslíka.
9. Opíš, čo spôsobuje kyslík uvoľnený počas rozkladu dusičnanu.
10. Porovnaj teplotu rozkladu dusičnanu draselného so zápalnou teplotou papiera.
11. Popremýšľaj ako predošlé informácie súvisia s tlením papiera len na miestach nasiaknutých dusičnanom.
12. Zdôvodni prečo sa zvyšný papier v experimente nezapálil.
    
    

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok:  NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE; NÁZVOSLOVIE A VLASTNOSTI VYBRANÝCH ANORGANICKÝCH CHEMICKÝCH ZLÚČENÍN 
Téma: REDOXNÉ DEJE, REDOXNÉ REAKCIE

Prskavky, malé ručné ohňostroje, ktoré po zapálení produkujú spŕšku iskier. Kto by ich nepoznal? Ich história siaha až do starovekej Číny, 7. storočie. Prvé prskavky boli vlastne malé ohňostroje, ktoré sa vyrábali plnením bambusových výhonkov pušným prachom. Neboli určené na zábavu ale čínsky alchymisti ich pôvodne vytvorili k náboženským účelom.

Novodobá verzia prskavky v podobe nehorľavého kovového drôtu potiahnutého železom a pušným prachom pochádza z Nemecka, z 50. rokov 19. storočia. Pušný prach bol neskôr nahradený pyrotechnickou kašou, ktorá sa dodnes skladá z troch základných komponentov:

• kov – kovové palivo, ktoré reaguje s kyslíkom a prská v podobe farebných iskier
• oxidačné činidlo, ktoré sa po zahriatí prskavky začne rozkladať, pričom sa produkuje kyslík
• spojivo – drží celú zmes pohromade ako lepidlo a spomaľuje horenie

Keďže zloženie pyrotechnickej zmesi, ktorá sa nanáša na nehorľavý drôt je známe, zvládneš si pripraviť aj vlastnú prskavku.

Pomôcky:

trecia miska, malá kadička, pipeta, váhy, lyžička, sklená tyčinka, Petriho miska, oceľový (zvárací) drôt

Chemikálie:

železo práškové, hliník práškový, dusičnan draselný, dextrín, voda

Postup: 

1. Priprav si 6-8 ks 15-20 cm dlhých rovných drôtených  prútikov.
2. Naváž 11,2 g dusičnanu draselného a presyp do trecej misky
3. Naváž 5,2 g práškového železa a presyp do trecej misky k dusičnanu
4. Naváž 1,2 g práškového hliníka a presyp k zmesi do trecej misky
5. Naváž 3,2 g dextrínu a tiež presyp k zmesi do trecej misky
6. Zmes v trecej miske premiešaj aby sa farebne zjednotila
7. Do zmesi pridávaj pipetou postupne po kvapkách vodu (cca 50 kvapiek) a zároveň miešaj, aby vznikla hustá kaša.
8. Hustú zmes nanes na železný drôt najskôr v jednej tenšej vrstve a nechaj poriadne vyschnúť počas jedného dňa.
9. Na druhý deň si priprav novú prskavkovú zmes (v rovnakom množstve) a na prskavky nanes druhú vrstvu.
10. Prskavky nechaj pár dní poriadne vysušiť, až potom ich môžeš zapáliť.

Prskavky pripravené žiakmi chemického krúžku Kremík

TIPY:

• Namiesto dusičnanu draselného, ktorý dodáva plameňu prskaviek ružovkastú farbu môžeš použiť aj dusičnan strontnatý a plameň bude červenej farby.
• Skombinovať môžeš obidva dusičnany v pomere 1:1.
• Prskavkovú zmes môžeš na drôt naniesť aj vo viacerých vrstvách, ale dbaj na to, aby bola nanesená rovnomerne, v rovnakej hrúbke a neostávali prázdne miesta na drôte.
• Pripravená zmes vystačí na nanesenie jedného náteru na približne 8 prskaviek.
• Drôt na prskavku by mal byť dostatočne hrubý – napr. zvárací drôt. Ak je príliš hladký a prskavková zmes na ňom nedrží, zdrsni ho pomocou brúsneho papiera. 
• Prskavka musí byť úplne suchá, aby ju bolo možné zapáliť.
• Prskavky môžeš nechať schnúť postavené v pohári alebo aj zakvačené dole hlavou
• Na zapálenie prskavky je lepšie použiť zapaľovač ako zápalky, pretože chvíľku trvá, kým sa prskavka rozhorí.
• Dbaj na bezpečnosť:
  • horiacu prskavku drž ďalej od seba, chráň si oči
  • najvhodnejšie je použiť prskavku vo vonkajších priestoroch alebo na nehorľavej podložke
  • po vyhorení prskavky ostane rozžeravený drôt, ktorý môžeš ochladiť v studenej vode, alebo nechať vychladnúť na nehorľavej podložke
• Pokiaľ sa ti zvýši prskavková zmes, môžeš z nej vytvoriť „prskavkové bôby“ jej vytvarovaním do guličiek či placiek s priemerom nie väčším ako 1,5 cm. Na jednom konci guličky vytvaruj malé zobáčiky, ktoré budú slúžiť na ich jednoduchšie zapálenie. Útvary nechaj poriadne vysušiť. Prskavkové bôby sú silnejšie ako prskavky. Zapáliť ich môžeš jedine na nehorľavej podložke alebo vonku na betóne/kameni/dlažbe v bezpečnej vzdialenosti od horľavých predmetov a povrchov.

VYSVETLENIE:

Kovový prášok v prskavke tvorí iskričky, ktoré pozoruješ po jej zapálení. Podľa toho, aký kov použiješ, sú iskričky sfarbené:

• železo – oranžové
• hliník a horčík – žiarivo biele

Malé častice kovu horia a reagujú s kyslíkom za vzniku oxidu kovu:

Fe +  O₂  →  Fe₃O₄

Prskavka môže byť aj v inej farbe, podobne ako farebné ohňostroje. Stačí pridať správnu chemickú látku, soľ určitého kovu, ktorého katión sfarbí plameň a iskričky (Plameňová skúška):

• vápnik – oranžová
• meď – modrozelená
• sodík – žltá
• draslík – ružová
• stroncium – červená

Aby sa vytvorila intenzívna žiara prskavky a kovový prášok horel je potrebné viac kyslíka, ako len ten z ovzdušia. Zdrojom kyslíka je oxidačné činidlo, najčastejšie dusičnan (alebo aj chlorečnan či chloristan), ktorý sa po zahriatí prskavky začne rozkladať:

KNO₃ → KNO₂ + O₂

Písal sa rok 1949, keď stretnutie slávneho maliar Picassa s jedným umeleckým fotografom vyústilo v tvorbu niečoho výnimočného – vznik Picassových „svetelných kresieb“. Boli vytvorené s malou baterkou v tmavej miestnosti a hoci zmizli takmer okamžite, vďaka fotoaparátu žijú dodnes. Maľba svetlom, LUMINOGRAFIA si našla svoje miesto v umeleckom svete a od Picassových čias túto techniku používa dodnes mnoho umelcov v rôznych podobách. Princíp spočíva v zachytení trajektórií pohybujúceho sa svetla fotoaparátom vďaka nastaveniu dlhej expozície. Fotoaparát musí byť na statíve. Zdrojom svetla môže byť baterka, sviečka, oheň alebo aj prskavka.

Svetelné obrázky vytvorené na chemickom krúžku Kremík

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Vyhľadaj, odkiaľ pochádzajú prskavky a na aký účel pôvodne slúžili.
2. Pôvodné prskavky obsahovali pušný prach. Uveď čím je dnes nahradený.
3. Pyrotechnická zmes na dnešných prskavkách obsahuje tri základné zložky. Uveď funkciu každej z nich.
4. Opíš akú farbu majú iskričky na tvojej prskavke a prečo je to tak.
5. Keby si chcel vyrobiť prskavku, ktorá prská a svieti na zelenomodro, bolo by to možné zrealizovať? Popremýšľaj ako.
6. Uveď od čoho závisí farba prskavky a ako táto skutočnosť súvisí s plameňovou skúškou.
7. Reakciu horenia kovu z prskavkovej zmesi zapíšeš nasledovnou chemickou rovnicou:

Fe +  O₂  →  Fe₃O₄

• Uvedenú chemickú rovnicu vyrovnaj
• Napíš chemické názvy všetkých reaktantov a produktov
• Doplň oxidačné čísla všetkých chemických prvkov
• Urči, ktorý prvok sa oxidoval a ktorý sa redukoval
• Napíš čiastkové reakcie oxidácie a redukcie

8. Uveď čo je zdrojom kyslíka počas horenia prskavky.
9. Reakciu rozkladu dusičnanu zapíšeš nasledovnou chemickou rovnicou

KNO₃ → KNO₂ + O₂

• Uvedenú chemickú rovnicu vyrovnaj
• Napíš chemické názvy všetkých reaktantov a produktov
• Doplň oxidačné čísla všetkých chemických prvkov
• Urči, ktorý prvok sa oxidoval a ktorý sa redukoval
• Napíš čiastkové reakcie oxidácie a redukcie
• Uveď chemické vzorce:
  • dusičnan strontnatý
  • chloristan sodný
  • chlorečnan draselný
• Vysvetli čo je to luminografia a ako môže súvisieť s tvojimi prskavkami.
  
  
  

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok:  PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV 
Téma: KOVY

Existuje príbeh o Napoleonových gombíkoch, ktoré boli údajne príčinou porážky Napoleonových vojsk v Rusku. Gombíky na oblečení vojakov boli totiž z cínu. A ten pri nízkych teplotách podlieha „cínovému moru“. Je to samovoľný fyzikálny proces rekryštalizácie, pri ktorom sa kovový cín vystavený nízkym teplotách (pod 13,2°C) mení na sivý prášok. Čím je teplota nižšia, tým je tento dej rýchlejší. Cínové gombíky na uniformách Napoleonových vojakov nevydržali príliš silné ruské mrazy, rozpadli sa a oblečenie nemalo čo držať. Vojaci mrzli. Pravdaže je to len príbeh. A hoci nevieme, či je pravdivý, pre chemikov je zaujímavý 😉.

Cín je jeden z prvých známych kovov a počiatky jeho používania človekom siahajú až do doby bronzovej, pretože spolu s meďou tvoria zliatinu – bronz. V čistom stave sa začal používať až oveľa neskôr. Spracovanie cínu dosiahlo vrchol v období renesancie a baroka, kedy sa z neho vyrábali hlavne úžitkové nádoby, poháre, čaše, taniere i liturgické predmety ako krstiteľnice a svietniky. Neskôr sa používal aj na výrobu hračiek, sošiek a medailí. Použitie cínu vyplýva z jeho vlastností – je to mäkký kov, ktorý sa vynikajúco odlieva a tvárni, ale má nízku pevnosť a tvrdosť. Je odolný voči korózii a zdravotne nezávadný. Ešte donedávna sa používala tenká cínová fólia staniol (dnes ju už nahradil lacnejší alobal), alebo ním boli pokovované vnútorné strany plechoviek. Dodnes najpoužívanejšou zliatinou cínu je spájka s uplatnením v elektrotechnike, elektronike, na spájanie medených potrubí, pozinkovaných plechov, letovanie konzerv, hudobných nástrojov aj výrobu šperkov.

Cín má nízku teplotu topenia a preto ho môžeš ľahko a rýchlo roztaviť. Práve túto jeho vlastnosť využiješ v nasledujúcom experimente.

Pomôcky:

téglik na tavenie, trojnožka, sieťka, kahan, zápalky, vyššia sklenená nádoba/kadička, rukavica

Chemikálie:

cín, polyakrylát sodný – guličky, voda

Postup: 

1. Pokiaľ máš k dispozícii cínové prúty, nasekaj ich na menšie kúsky. 
2. Malé kúsky cínu vlož do tavného téglika a nad plameňom kahana nechaj roztaviť.
3. Roztavený kvapalný cín opatrne nalej do nádoby naplnenej polyakrylátovými guličkami a studenou vodou.
4. Cínový útvar, ktorý vznikol vyber z nádoby.

Na prvý pohľad by sa zdalo, že kvapalný cín nalievaš do čistej vody. Keďže vo vode sa nachádzajú polyakrylátové guličky, cín preteká pomedzi ne cez medzery a ochladený vodou takmer ihneď tuhne, čím sa sformuje do abstraktného útvaru.

Polyakrylátové guličky

Polyakrylát sodný je superabsorbent, ktorý dokáže absorbovať vodu v množstve 200 a 300 násobku svojej hmotnosti. Takže voda v polyakrylátovej guličke tvorí viac ako 99% jej hmotnosti. Keď takúto guličku „plnú vody“ ponoríš do nádoby s vodou, stane sa neviditeľnou, pretože jej index lomu svetla je takmer úplne rovnaký ako index lomu svetla vody.

Postup prípravy „neviditeľných“ guličiek:

1. Polyakrylátové guličky (cca 1 lyžicu) nasyp do vyššej sklenej nádoby/kadičky.
2. Nádobu/kadičku naplň vodou.

Polyakrylátové guličky postupne absorbujú vodu a tak zväčšujú svoj objem. Po 6 až 8 hodinách sú úplne naplnené, ich povrch je hladký, tvar pravidelný guľatý a po ponorení do nádoby s vodou sú priehľadné.

Cínové srdiečko:

Cín sa v minulosti používal aj na výrobu hračiek, panáčikov či zvieratiek. Možno poznáš rozprávku O statočnom cínovom vojačikovi. Chudáčik vojačik z rozprávky spadol do rozžeravenej peci, ľahko sa roztavil a ostalo z neho len cínové srdiečko. Presne také, aké sme vyrobili počas Rozprávkovej noci s Andersenom.

Postup prípravy cínového srdiečka:

Okrem pomôcok, ktoré potrebuješ na roztavenie cínu si prichystaj:

malú silikónovú formičku v tvare srdiečka, kadičku s vodou, pipetu, očko z drôtika, kliešte

1. Malé kúsky cínu vlož do tavného téglika a nad plameňom kahana nechaj roztaviť.
2. Do silikónovej formičky kvapni pár kvapiek vody.
3. Roztavený kvapalný cín opatrne nalej do silikónovej formičky.
4. Očko z drôtika pomocou kliešťov vlož do roztaveného cínu tak, aby vyčnievalo.
5. Po povrchu cínu môžeš opatrne po kvapkách kvapkať vodu a tak cín chladiť.
6. Počkaj pár minút, kým cín zatuhne a srdiečko vyber z formičky.

TIPY:

• Voda, ktorú nakvapkáš do silikónovej formičky ešte pred naliatím cínu spôsobí, že na povrchu cínového srdiečka sa vytvoria drobné priehlbinky. Je to zapríčinené rýchlejším ochladením povrchu cínu okolo drobnej kvapky vody, ktorá zároveň pri styku s horúcim cínom vyprskne.
• Pri nalievaní cínu do silikónovej formičky pracuj opatrne a chráň si oči, pretože horúci cín pri styku s vodou spôsobí jej rýchle zohriate do varu – horúce drobné kvapky vody môžu prskať do okolia.
• Očko z drôtika, ktoré vložíš do srdiečka, bude slúžiť na zavesenie, a tak môžeš srdiečko využiť ako prívesok na náhrdelník

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Vyhľadaj cín v periodickej tabuľke prvkov. Uveď jeho protónové číslo, číslo skupiny aj číslo periódy, v ktorej sa nachádza.
2. Podľa čísla skupiny a periódy urči, koľko elektrónových vrstiev má cín a koľko elektrónov sa nachádza na poslednej elektrónovej vrstve.
3. Cín podlieha tzv. „cínovému moru“. Pokús sa tento dej vysvetliť. Uveď za akých podmienok k uvedenému deju dochádza.
4. Vysvetli pojem “rekryštalizácia”.
5. Uveď čo je bronz a čo obsahuje.
6. Myslíš, že by sme mohli aj dnes vyrobiť nádoby, riad, poháre či príbory vhodné a bezpečné pre potraviny z cínu?
7. Uveď latinský názov cínu.
8. Vyhľadaj čo je to staniol a od čoho je odvodené toto pomenovanie.
9. Cín sa používa v podobe spájky dodnes. Uveď jej konkrétne použitie.
10. Spájka je zliatina cínu s inými kovmi. Vyhľadaj, ktoré kovy sa v spájke môžu nachádzať a ako sa menia vlastnosti spájky s jej zložením.
11. Popremýšľaj ako je možné že cín sa relatívne rýchlo roztaví v plameni kahana.
12. Opíš čo sa stalo s cínovým vojačikov z rozprávky O statočnom cínovom vojačikovi v žeravej peci.
13. Vysvetli prečo na povrchu srdiečka, ktoré si pripravil vznikli priehlbinky.
14. Vyhľadaj kde sa používa polyakrylát sodný.
15. Vysvetli prečo sú polyakrylátové guličky vo vode po nejakom čase takmer neviditeľné.
16. Opíš čo sa stane s cínom po naliatí do zmesi polyakrylátových guličiek a vody.

Vzdelávacia oblasť: ORGANICKÉ LÁTKY; VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok: VLASTNOSTI JEDNODUCHÝCH ORGANICKÝCH LÁTOK; PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV
Téma: UHLÍK

Chemický prvok uhlík je základnou stavebnou jednotkou všetkých organických zlúčenín (aj mnohých anorganických), základným stavebným kameňom každej živej hmoty.

Uhlík je typický nekovový prvok, ktorý sa ako minerál v elementárnom stave vyskytuje v prírode v niekoľkých základných modifikáciách. Najznámejšie z nich sú grafit a diamant – dve čisté formy uhlíka s úplne rozdielnymi vlastnosťami.

Grafit alebo tuha (starší názov) vytvára kryštály v tvare plochých tabuľkovitých doštičiek. Názov pochádza z gréckeho slova gráphein = písať, čiže kameň slúžiaci k písaniu.

Grafit je extrémne mäkký, lámavý, mastný a žiaruvzdorný, čiernej farby so strieborným kovovým leskom. Z týchto jeho vlastností vyplývajú konkrétne využitia grafitu v priemysle, v bežnom živote či v umeleckej sfére, ba dokonca v kozmetike.

Zaujímavou vlastnosťou nekovového čistého uhlíka v podobe grafitu je jeho elektrická vodivosť.

Pomôcky:

lyžička na chemikálie, tyčinka, trecia miska, kadička, kresliaci kartón, nožnice, špendlík, zdroj elektrického napätia, elektrické vodiče s krokodílkami, LED diódy, plastová fľaštička so špicatým koncom alebo štetec

Chemikálie:

grafitový prášok, vodné sklo

Postup: 

1. Z kartónu si priprav maketu, ktorú neskôr “rozsvietiš” (napr. snehuliaka) . 
2. Navrhni a nakresli jednoduchý elektrický obvod, ktorý bude zahrňovať niekoľko LED diód, zdroj el. napätia a rozvrhnutie elektrických vodičov. Nakresli smer el. prúdu (+/-)
3. Na miestach, kde bude v el. obvode zapojená LED dióda, sprav špendlíkom do makety dve dierky vzdialené od seba približne 3mm
4. Do trecej misky nasyp 2 lyžičky grafitového prášku a prilej rovnaké množstvo vodného skla.
5. Zmes miešaj, kým sa nevytvorí jednotná tmavosivá kaša, ktorá sa jemne prelieva.
6. Vytvorenú grafitovú zmes nanášaj pomocou fľašky s úzkym uzáverom (alebo štetcom) na miesta, kde máš navrhnuté grafitové vodiče v tvojom el. obvode na makete.
7. LED diódy vlož do pripravených dierok ešte kým grafitová zmes nie je zatuhnutá. Dbaj na správne smerovanie pólov (+/-).
8. Keď grafitové vodiče trochu zatuhnú a s maketou sa už dá manipulovať, drôtiky LED diód na druhej strane makety pozahýnaj, aby netrčali a nedotýkali sa jeden druhého.
9. Po úplnom zatuhnutí grafitových vodičov môžeš zapojiť do elektrického obvodu zdroj napätia a rozsvietiť svoju maketu.

TIPY:

• LED dióda začína “svietiť” pri cca 1,9 až 3,5V (záleží aj od vyžarovanej farby LED-ky). Zároveň u LED diód platí pravidlo – čím vyšší prúd do nich pustíme, tým jasnejšie svietia. Tieto fakty treba mať na pamäti pri navrhovaní elektrického obvodu a podľa toho použiť a nastaviť aj zdroj elektrického napätia. Napríklad tri sériovo zapojené LED diódy potrebujú 3 x 3,5V = 10,5V.
• Pokiaľ nemáš k dispozícii regulovateľný zdroj napätia, môžeš použiť aj 9V batérie zapojené sériovo.
• Grafitovú zmes môžeš pripraviť rovno do fľaštičky, čo ti značne zjednoduší manipuláciu.
• Konzistencia grafitovej zmesi by mala byť polotekutá, resp. po nanesení na papier by sa nemala roztekať, ale držať svoj tvar. Ak taká nie je, pridaj podľa potreby buď grafitový prášok alebo vodné sklo.
• Pokiaľ nemáš k dispozícii vhodnú fľaštičku, grafitové vodiče môžeš kresliť/maľovať aj štetcom.
• Je dôležité, aby vytvorené grafitové vodiče mali rovnakú hrúbku, pretože pokiaľ sa zužujú a potom rozširujú, vytvára sa v týchto miestach vyšší odpor a môže sa stať, že sa LED dióda nerozsvieti.
• Grafitovú zmes nanes aj do dierok v makete určených na vloženie LED diód
• Všimni si, že LED diódy majú dva póly, kladný je dlhší drôtik a záporný kratší drôtik – je dôležité zapojiť ich do el. obvodu správnym smerom (striedanie + a -).
• Nezapájaj do obvodu viac ako 5 LED diód, začni radšej s menším počtom
• Pokiaľ sa ti nedarí maketu rozsvietiť
  • skontroluj spoje jednotlivých LED diód a grafitového vodiča,
  • skontroluj, či grafitový vodič nie je niekde prasknutý
  •  zmenši el. obvod o 1-2 LED-ky
• Grafit ako vodič el. prúdu sa využíva na kratšie vzdialenosti, pretože jeho mechanické vlastnosti ho nepredurčujú k tvorbe dlhých el. vodičov. Aj to je dôvodom, prečo pri návrhu svojho el. obvodu pamätaj na to, že grafitové el. vodiče by mali byť čo najkratšie

SVIETIACA CERUZKA:

Starší názov grafitu je tuha. A tuhu určite poznáš ako kresliacu časť, ten tmavý “kamienčok” v „obyčajných“ ceruzkách. Keďže už o grafite vieš, že vedie elektrický prúd, skús si vyrobiť ceruzku, ktorá sa po zapojení do elektrického obvodu rozsvieti.

Inšpiráciou ti môže byť ceruzka v podobe vianočného stromčeka, ktorý má na vrchole hviezdu vyrobenú z LED diód.

Potrebuješ k tomu „obyčajné“ ceruzky, drôtik, LED-ky, el. vodiče s krokodílkami, zdroj el. napätia a trochu fantázie a šikovnosti.

GRAFITOVÉ OBRÁZKY

Možno na začiatok jednoduchšia práca s grafitovým vodičom je vytvorenie obrysov obrázkov alebo nápisu z grafitovej zmesi a zapojenie jednej LED diódy do takéhoto el. obvodu. Po napojení na batériu grafitová „kresbička rozsvieti“ LED-ku.

Kresby vytvorené žiakmi chemického krúžku Kremík.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Vyhľadaj uhlík v PSP, uveď jeho protónové číslo, číslo periódy a skupiny, v ktorej sa nachádza.
2. Uveď koľko elektrónových vrstiev má uhlík a koľko elektrónov sa nachádza na poslednej elektrónovej vrstve.
3. Uhlík je v organických zlúčeninách štvorväzbový. Popremýšľaj ako jeho väzbovosť súvisí s jeho miestom v PSP.
4. Organická chémia sa označuje aj ako chémia uhlíka. Popremýšľaj prečo je to tak.
5. Uveď dve základné prírodné modifikácie čistého uhlíka a popíš aký je medzi nimi zásadný rozdiel.
6. Popremýšľaj ako súvisí grécky pôvod slova grafit s jeho využitím.
7. Grafit je extrémne mäkký, lámavý, mastný a žiaruvzdorný, čiernej farby so strieborným kovovým leskom. Vyhľadaj, ako sa tieto jeho vlastnosti využívajú v praxi.
8. Hoci je grafit nekov, vedie elektrický prúd. Vyhľadaj, ako sa táto jeho vlastnosť využíva v praxi a aké sú jej limity v prípade grafitu.
9. Komerčné LED pásiky sú zložené z modulov, v ktorých sú sériovo zapojené LED diódy a rezistor.  Vyhľadaj, na čo slúži rezistor nachádzajúci sa v LED pásikoch.
10. Zisti chemický názov vodného skla a uveď jeho chemický vzorec.
11. Vyhľadaj na čo a kde sa vodné sklo štandardne používa.
12. Opíš akú úlohu zohráva vodné sklo v príprave tvojich grafitových elektrických vodičov.
    
    
    
    

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY
Tematický celok:  NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE; NÁZVOSLOVIE A VLASTNOSTI VYBRANÝCH ANORGANICKÝCH CHEMICKÝCH ZLÚČENÍN
Téma: REDOXNÉ DEJE, REDOXNÉ REAKCIE

O geomorfologických útvaroch vytvorených magmou vystupujúcou na zemský povrch v podobe lávy, teda sopkách sa učia žiaci v piatom ročníka na hodinách geografie. Učia sa pomenovať jednotlivé časti sopky, spoznávajú jej význam i nebezpečenstvo, rozprávajú si o miestach na svete, kde sa sopky nachádzajú, niektoré aktívne až dodnes. Ale asi málokomu sa podarí takú skutočnú sopku za svoj život z bezpečnej vzdialenosti na vlastné oči vidieť.

Téma sopky je ideálna na projektové spracovanie, pretože poskytuje možnosť komplexnejšieho pohľadu, zapojenia viacerých oblastí a tímovú prácu. Geografické vedomosti môžu byť krásne podčiarknuté výtvarne spracovanou maketou sopky s použitím nezvyčajného materiálu. Keď do toho zapojíš chémiu a tvoja sopka začne prskať, chrliť žeravý kúsky a nad ňou sa začne tvoriť hustý oblak dymu, zážitok pre teba i spolužiakov bude nezabudnuteľný, o to viac, keď sopku zapáliš iba kvapkou vody.

Pomôcky:

váhy, lyžička na chemikálie, trecia miska s tĺčikom (3 ks), malá kadička, pipeta, maketa sopky

Chemikálie:

dusičnan amónny, chlorid amónny, zinok práškový, destilovaná voda

Postup: 

1. Odváž 4 g dusičnanu amónneho a v trecej miske rozotri na jemný prášok.
2. Odváž 1 g chloridu amónneho a v ďalšej trecej miske tiež rozotri
3. Odváž 4 g práškového zinku a rozotri v poslednej trecej miske
4. Všetky tri chemikálie – dusičnan amónny, chlorid amónny a  zinok presyp do jednej trecej misky a opatrne zamiešaj, aby vznikla farebne jednotná zmes (už neroztieraj, aby náhodou nedošlo k samovznieteniu!).
5. Treciu misku umiestni do stredu makety sopky.
6. Do malej kadičky priprav vodu.
7. Do zmesi v trecej miske kvapni 2 – 3 kvapky vody (nie viac).
8. Ihneď odstúp od sopky do bezpečnej vzdialenosti a pozoruj.

Pridaním len malej kvapky vody (pôsobí ako katalyzátor) sa spustí redoxná reakcia, ktorá je urýchlená prítomnosťou chloridových iónov. Zinok ako silné redukčné činidlo reaguje s dusičnanovými iónmi explozívne. Počas reakcie sa produkuje veľké množstvo tepla, preto je táto reakcia prudko exotermická.

NH₄NO₃ + Zn → ZnO + N₂ + H₂O

TIPY:

• Pamätaj, že experiment je nutné realizovať v dobre vetrateľných priestoroch, vonku na dvore, prípadne v digestore.
• Na aktiváciu reakcie stačí pridať 2 – 3 kvapky vody. Viac vody by reakciu zastavilo.
• Sopku pozoruj z bezpečnej vzdialenosti
• Navážené množstvo zmesi vystačí na jednu sopku.
• Pokiaľ nemáš maketu sopky, zmes môžeš nasypať aj na nehorľavú podložku, do tvaru kužeľa a tu „zapáliť“ kvapkou vody

Video Sopka HNY

PRÍPRAVA MAKETY SOPKY:

Na maketu sopky potrebuješ papierové vajíčkové podložky natrhané na drobné kúsky a namočené aspon na pol hodinky v tekutom škrobe zmiešanom s vodou v pomere 1:1. Kužeľ postavíš prikladaním jemne vyžmýkaných kúskov papiera na seba. Pracuj na nepremokavej podložke, na ktorej budeš môcť maketu neskôr preniesť. Na vrch kužeľa postav treciu misku obalenú v potravinárskej fólii a pokračuj v prikladaní natrhaného naškrobeného papiera okolo nej až po jej okraj. Misku nezakry úplne, musí byť z makety snímateľná po jej vysušení. Keď si s kužeľom, jeho veľkosťou a tvarom spokojný, prilož poslednú vrstvu, ktorú tvorí biely baliaci papier (prípadne kancelársky) namočený v škrobe. Týmto maketu spevníš a vyhladíš. Kužeľ umiestni k zdroju tepla (nad radioator, na slniečku k oknu), aby rýchlejšie vyschol. Schnutie trvá minimálne týždeň. Zo suchého kužeľa sopky vyber treciu misku, natri ho akrylovými farbami a po ich zaschnutí niektoré miesta, najmä v okolí krátera pretri lepidlom a posyp popolom a pieskom. Vnútro kužeľa vyplň alobalom a vysyp cca 0,5 cm vrstvou piesku. Po zaschnutí lepidla vlož na vrch kužeľa do krátera treciu misku – model sopky je pripravený.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Pokús sa rozpamätať na jednotlivé časti sopky, ako si sa to učil na hodinách geografie a pomenuj ich.
2. Uveď na čo sa zmení magma, keď vystúpi na zemský povrch.
3. Sopka je pre človeka veľmi nebezpečná, ale aj užitočná. Uveď v akom smere.
4. Opíš prečo otvor v kuželi makety sopky, do ktorého vkladáš treciu misku je potrebné vysypať vrstvou piesku.
5. Uveď prečo je prebiehajúca chemická reakcia exotermická.
6. Vysvetli čo znamená, že voda pôsobí ako katalyzátor.
7. Chemickú reakciu zapíšeš nasledovnou chemickou rovnicou:

NH₄NO₃ + Zn → ZnO + N₂ + H₂O

Uvedenú chemickú rovnicu vyrovnaj.

8. Vypíš chemické vzorce reaktantov a uveď ich chemické názvy.
9. Vypíš chemické vzorce produktov a uveď ich chemické názvy.
10. Doplň oxidačné čísla všetkých chemických prvkov v chemických zlúčeninách, ktoré sú súčasťou chemickej reakcie.
11. Podľa oxidačných čísel urči a uveď, ktorý prvok sa oxidoval a ktorý prvok sa redukoval.
12. Napíš čiastkovú reakciu oxidácie zinku.
13. Uveď chemický vzorec chloridu amónneho.