Predmet: Chémia

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

Tabuľka na stiahnutie vo formáte PDFStiahnuť

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).

Moses Harris, The Natural System of Colours, wikimedia.org
Harrisovo farebné koleso používané dnes

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

Zmizík alebo pozitív a negatív

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

Počas skúmania farebných zmien prírodných pH indikátorov pri zmene pH prostredia (lekcia Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov) si si mohol všimnúť jeden zaujímavý fakt. Výluh z kurkumy, ktorá obsahuje prírodné pH citlivé žlto-oranžové farbivo kurkumín, zmenil farbu na oranžovú až oranžovočervenú v zásaditom prostredí. V neutrálnom a kyslom prostredí ostal v odtieňoch žltej.  

V ďalšom experimente si papier natrel výluhom z prírodných pH indikátorov (lekcia Pop art s prírodným pH indikátorom). Použitý papier bol pH neutrálny, čo dokazovala aj farba prírodných pH indikátorov. Bolo to tak aj v prípade kurkumy, papier ňou natretý ostal žltý.

Skúška maľovania roztokmi s rôznym pH na vzorku papiera natretého výluhom z kurkumy ukázala a dokázala, že pH farebná škála kurkumy je len dvojfarebná – žltá a oranžová, s jemnými odtieňmi týchto dvoch farieb.

Čo sa stane, ak na papier natretý výluhom z kurkumy nanesieš nasýtený roztok pracej sódy a následne cez vrstvu pracej sódy prejdeš štetcom namočeným v citrónovej šťave?

Obr. 4
Obr. 5
Obr. 6
Obr. 7

Pracia sóda spôsobí zmenu farby indikátora pripraveného z kurkumy na oranžovú (obrázok č. 4 a 5), ale po potretí citrónovou šťavou sa oranžová farba zmení opäť na žltú (obrázok č. 6 a 7).

Pozri si nasledovné video:

Pracia sóda reaguje s kyselinou citrónovou, vzniká soľ kyseliny citrónovej, voda a plyn, ktorý spôsobuje bublinkovanie. Prebiehajúcu chemickú reakciu zapíšeš takto:

C3H5O(COOH)3 + Na2CO3→C3H5O(COONa)3+ CO2 + H2O
kyselina citrónovásoľ kyseliny citrónovej

Pokiaľ je pridanej kyseliny citrónovej nadbytok, prostredie sa zmení na kyslé a to indikuje aj pH indikátor zmenou farby.

Táto zmena farby na papieri pripomína zmizík – žltý papier (pôvodná farba podkladu) „nafarbíš“ na oranžovo a potom akoby zmizíkom maľuješ do oranžovej plochy žltý obrázok.

Ak k tomu pridáš „maľovanie oranžovou farbou“, môžeš veľmi jednoducho za pomoci chémie spracovať napríklad výtvarnú tému narábania s pozitívom a negatívom tvaru – figúra a pozadie v plošnom zobrazení.

Pomôcky:

kadička/pohárik 2ks, sklená tyčinka/palička na miešanie, čajová lyžička, štetce tenšie 2ks, štetec plochý väčší, papier

Chemikálie:

výluh z kurkumy, pracia sóda (uhličitan sodný), citrónová šťava/citrón

Postup: 

1. Príprava rastlinného výluhu (rastlinného pH indikátora):

  • 1 čajovú lyžičku kurkumy vsyp do hrnčeka a zalej približne 1dcl vody. 
  • Zmes zohrej až do varu a chvíľu povar. Nechaj vychladnúť a odstáť aspoň 1 hodinu, a potom prefiltruj cez gázu alebo sitko do čistej fľašky.

2. Vychladnutým výluhom ponatieraj hárok papiera a nechaj poriadne vysušiť.

3. Do 2 kadičiek priprav po 50ml

  • nasýtený roztok pracej sódy
  • koncentrovanú citrónovú šťavu

4. Polovicu papiera, na ktorom je nanesený pH indikátor natri nasýteným roztok pracej sódy a nechaj vysušiť.

5. Na druhú polovicu papiera namaľuj pripravený obrázok (polku obrázka) tiež pomocou pracej sódy.

6. Obrázok (druhú polku obrázka) domaľuj citrónovou šťavou do časti natretej roztokom pracej sódy.

TIPY:

  • K navráteniu žltej farby indikátora je potrebný nadbytok kyseliny, preto ťahy štetcom namočeným v citrónovej šťave opakuj na tom istom mieste aj viackrát
  • Vhodný papier k tejto práci je tvrdší kresliaci kartón alebo akvarelový papier vyššej gramáže
  • Papier môžeš výluhom z kurkumy natrieť aj vo viacerých vrstvách
  • K rýchlejšiemu vysušeniu papiera použi fén.
  • Nenanášaj roztok pracej sódy ani citrónovú šťavu, pokiaľ nie je papier celkom suchý.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Uveď aká je farba prírodného pH indikátora pripraveného z kurkumy.
  2. Opíš farebnú stupnicu pH prírodného pH indikátora z kurkumy.
  3. Vysvetli, prečo papier natretý výluhom z kurkumy ostane žltý.
  4. Opíš ako sa zmení farba tohto papiera po nanesení nasýteného roztoku pracej sódy. Vysvetli prečo.
  5. Opíš, čo sa stane, keď po mieste na tomto papieri, ktoré je potreté roztokom pracej sódy prejdeš štetcom namočeným v citrónovej šťave.
  6. Ak tento proces pozoruješ pod mikroskopom, určite si všimneš tvorbu bubliniek. Akým plynom sú bublinky naplnené? Vysvetli príčinu ich vzniku.
  7. Uveď ako sa nazýva reakcia kyseliny so zásadou, počas ktorej vzniká soľ a voda.
  8. Uveď ktorá chemická látka je v danom experimente kyselinou a ktorá zásadou. Uveď presný chemický názov zásady.
  9. Chemickú reakciu z experimentu zapíšeš nasledovnou chemickou rovnicou, ktorú treba vyrovnať:

    C3H5O(COOH)3 + Na2CO3 → C3H5O(COONa)3 + CO2 + H2O

  10. Kyselina citrónová patrí k organickým kyselinám. Napíš chemickú rovnicu, ak by si namiesto kyseliny citrónovej použil anorganickú kyselinu sírovú. Chemickú rovnicu vyrovnaj a pomenuj vzniknutú soľ.

Pop art s prírodným pH indikátorom

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

Keď počuješ slovo pop art, pravdepodobne sa ti vybavia obrazy od Andyho Warhola. Hoci toto umelecké hnutie začalo v polovici 50. rokov 20. storočia v Anglicku, o niekoľko rokov neskôr sa uchytilo aj za Atlantikom v Spojených štátoch. A práve Andy Warhol, syn slovenských prisťahovalcov predstavuje jednu, ak nie najvýznamnejšiu osobnosť pop artu.

Slovo „pop-art“ je odvodené z anglického slovného spojenia popular art – populárne umenie, umenie lacné, konzumné, sériovo produkované. Pop Artisti prijali skutočnosť, že ich obrazy môžu byť masovo vyrábané, ľahko dostupné, spotrebné a prechodné. Kópia má väčší spoločenský význam ako originál, pretože ju kupujúci môže kedykoľvek vlastniť a užívať si ju (spisovateľ Walter Benjamin). Jedinečnosť bola opustená a nahradená hromadnou výrobou. Bola to reakcia umeleckého sveta na vzostup možností zábavy, trávenia času (televízia, hry,…) Umenie v tej dobe čelilo veru tvrdej konkurencii. 

Najobľúbenejšou technikou sa stala sieťotlač, ktorá umožnila jednoduché a variabilné rozmnožovanie a mnohonásobné opakovanie jedného motívu. Andy Warhol vytvoril touto technikou sériu rôznorodých variantov toho istého obrazu replikovaného v rôznych farbách.

Tento prechodný, spotrebný a očarujúci štýl dodnes inšpiruje mnohých umelcov.

A môže inšpirovať i teba, chemika. Len použiješ netradičný materiál k výtvarnému tvoreniu. Pomocou rôznych pH indikátorov, ktoré si vieš sám pripraviť a roztokov s rôznym pH  vytvoríš sériu obrázkov s jedným motívom ale so zmenenou farbou.

pH indikátory, ktoré použiješ, si pripravíš z rastlín vianočná ruža, červená kapusta, cvikla a kurkuma. Ako na to sa dozvieš v lekcii Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov. Experimentovať môžeš aj s inými prírodnými či syntetickými pH indikátormi podľa toho, čo máš práve k dispozícii.

Pomôcky:

kadička/pohárik 4ks, sklená tyčinka/palička na miešanie, čajová lyžička, štetce tenšie 4ks, štetec plochý väčší, papier

Chemikálie:

výluh z červených listeňov vianočnej ruže/surovej cvikle/listov surovej červenej kapusty/kurkumy, pracia sóda (uhličitan sodný), sóda bikarbóna (hydrogenuhličitan sodný), ocot (kyselina octová 8%), citrónová šťava/citrón, univerzálne indikátorové pH papieriky 

Postup: 

1. Príprava rastlinného výluhu (rastlinného pH indikátora):

  • Červené listene jednej vianočnej ruže natrhaj na menšie kúsky, vlož ich do hrnčeka a zalej približne 1dcl vody. 
  • Rovnaký postup zopakuj s červenou kapustou – natrhaj 2-3 listy.
  • Cviklu nastrúhaj alebo nakrájaj na menšie kúsky
  • Kurkumového prášku postačí pridať jednu čajovú lyžičku
  • Zmes zohrej až do varu a chvíľu povar. Nechaj vychladnúť a odstáť aspoň 1 hodinu, a potom prefiltruj cez gázu alebo sitko do čistej fľašky.

2. Vychladnutým rastlinným výluhom ponatieraj hárok papiera (každým výluhom nový papier). Priprav si aj menšie hárky papiera, ktoré použiješ ako vzorky. Papiere nechaj poriadne vysušiť.

3. Do 4 kadičiek priprav po 100ml štyroch roztokov s rôznym pH

  • nasýtený roztok pracej sódy
  • nasýtený roztok sódy bikarbóny
  • kuchynský ocot
  • koncentrovaná citrónová šťava

pH pripravených roztokov skontroluj pomocou univerzálneho indikátorového pH papierika.

4. Na vopred pripravené menšie hárky – vzorky papiera, na ktorých sú nanesené pH indikátory vyskúšaj štetcom ponoreným v roztokoch s rôznym pH spraviť pár ťahov. Takto zistíš farebnú zmenu pH indikátora v závislosti od pH roztoku, ktorý nanášaš.

5. Keď si už zistil, ako vieš docieliť farby a farebné kombinácie na každom hárku papiera, na ktorom je nanesený pH indikátor, môžeš sa pustiť do maľovania obrázka v štýle pop artu.

TIPY:

  • Vyššie uvedené štyri rastlinné pH indikátory som zvolila kvôli jasne viditeľnej zmene farby v kyslom a zásaditom prostredí. Môžeš však preskúmať aj iné rastlinky ako pH indikátory – hroznovú šťavu, cibuľu, šupky červených jabĺk, broskyne, hrušky, slivky, reďkovky alebo zemiak.
  • Ako kyslé a zásadité roztoky s rôznym pH môžeš použiť aj iné chemické látky – napr. rôzne domáce prostriedky na umývanie/čistenie alebo kvapalné potraviny, nápoje (vhodné je, aby boli bezfarebné).
  • Na výtvarnú tvorbu môžeš použiť akýkoľvek papier, ale odporúčam kresliaci kartón vyššej gramáže alebo akvarelový papier – nepremočia sa tak ľahko počas nanášania kvapalného výluhu
  • Výluh z rastliny (pH indikátor) odporúčam naniesť v niekoľkých vrstvách (kvôli jasnejším výsledným farebným zmenám)
  • Je dobré, aby si pre každý roztok s rozdielnym pH použil iný, nový štetec

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Uveď kto bol významným predstaviteľom pop artu a aký je jeho pôvod.
  2. Vyhľadaj kde sa nachádza Múzeum moderného umenia Andy Warhola na Slovensku.
  3. Pokús sa opísať diela pop artistov a nájdi podobnosť s výtvarnou prácou realizovanou v tejto lekcii.
  4. Opíš princíp fungovania prírodného pH indikátora.
  5. Vysvetli ako by si vyššie opísaný jav mohol využiť vo výtvarnej pop art práci?
  6. Bežným výtvarným materiálom bývajú zväčša farby vodové, temperové, akrylové, olejové… Vysvetli aké farby si použil ty ako chemik?

Farebná škála hodnôt pH niektorých prírodných pH indikátorov

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

Určite poznáš aspoň jeden rastlinný pH indikátor, ktorý mení svoje sfarbenie v závislosti od kyslosti či zásaditosti skúmaného prostredia. O látke, pigmente, ktorý sa nachádza v rastlinke a je príčinou tejto farebnej zmeny, pretože je citlivý na pH, som písala viac v lekcii Prírodný pH indikátor.

Podľa inštrukcií v tejto lekcii pripravíš svoje vlastné farebné škály pH stupnice troch rôznych rastlín, ktoré obsahujú antokyány a jednej rastliny, ktorá obsahuje inú pH citlivú chemickú látku. Tieto farebné pH stupnice môžu v budúcnosti slúžiť ako referenčné pri určovaní pH skúmanej vzorky v prípade ak použiješ opäť jeden z daných štyroch rastlinných pH indikátorov. Alebo ich môžeš zaujímavo využiť vo výtvarnom tvorení (viac v lekciách Pop art s prírodným pH indikátorom, Zmizík alebo pozitív a negatív a Farebné banky.

Vianočná ruža
Cvikla
Červená kapusta
Kurkuma

Prvou rastlinkou je u nás dobre známa a obľúbená vianočná ruža. Červené sfarbenie jej vrcholových listov, listeňov spôsobujú práve antokyány. Vianočná ruža pochádza zo Strednej Ameriky, z oblasti južného Mexika. Poznali ju už starovekí Aztékovia, ktorí z nej pripravovali farbivo na textil i do kozmetiky, a dokonca vedeli z nej vyrobiť aj liek proti horúčke. Vianočná ruža kvitne v zime, v mesiacoch november a december a jej listene svojim tvarom a usporiadaním pripomínajú hviezdu. Vo svojej domovine má dostatok slnka, a preto je dobré ju pestovať na presvetlenom mieste.

Druhá rastlina, cvikla, má antokyány sústredené v podzemnej koreňovej časti. Aj vďaka obsahu týchto farbív (plus iných dôležitých živín, prvkov, vitamínov) by mala byť cvikla samozrejmou súčasťou nášho jedálnička. Antokyány z cvikle zabraňujú totiž krehnutiu ciev, spevňujú stenu vlásočníc. Prvé záznamy o cvikle sú staré asi 3 000 rokov a pochádzajú z Babylonie. Bola známa aj v starom Ríme, kde ju bohato využívali, jednak ako jedlo, ale najmä ako liek.

Myslím že tretiu rastlinu poznáš najlepšie, pretože je najbežnejšie používaným prírodným pH indikátorom – červená kapusta. Keďže jej listy obsahujú antokyány, rastlina môže meniť farbu podľa hodnoty pH pôdy, v ktorej rastie. V kyslých pôdach rastú listy viac červenkasté, v neutrálnych pôdach budú fialovejšie, zatiaľ čo v zásaditej pôde sa vytvoria kapustné hlávky so zelenožltými listami. To vysvetľuje skutočnosť, že tá istá rastlina je v rôznych oblastiach známa rôznymi farbami.

Posledná rastlina, ktorú môžeš použiť ako pH indikátor je kurkuma. V pakoreňoch tejto trvácej tropickej rastliny sa nachádza kurkumín, prírodné pH citlivé žlto-oranžové farbivo. Sušené pakorene kurkumy sa melú na jemný prášok, ktorý sa používa ako korenie, dochucovadlo jedál alebo aj potravinárske farbivo.

Ako pripravíš výluh z vianočnej ruže, ktorý bude slúžiť ako pH indikátor, si môžeš pozrieť v nasledovnom videu.

Výluhy ďalších rastlín pripravíš obdobne.

Pomôcky:

kadička alebo varný hrnček, sklená tyčinka/palička na miešanie, čajová lyžička, varič, banka/fľaška, gáza/sitko, 7 kadičiek/pohárov, 4 sady po 7 malých sklených fľaštičiek alebo skúmaviek, pipeta/striekačka

Chemikálie:

vianočná ruža s červenými listeňmi/surová cvikla/surová červená kapusta/kurkuma prášok, voda z vodovodu, destilovaná voda, pracia sóda (uhličitan sodný), sóda bikarbóna (hydrogenuhličitan sodný), ocot (kyselina octová 8%), citrónová šťava, univerzálne indikátorové pH papieriky

Postup:

1. Príprava rastlinného výluhu:

  • Červené listene jednej vianočnej ruže natrhaj na menšie kúsky, vlož ich do hrnčeka a zalej približne 1dcl vody.
  • Rovnaký postup zopakuj s červenou kapustou – natrhaj 2-3 listy.
  • Cviklu nastrúhaj alebo nakrájaj na menšie kúsky
  • Kurkumového prášku postačí pridať jednu čajovú lyžičku
  • Zmes zohrej až do varu a chvíľu povar. Nechaj vychladnúť a odstáť aspoň 1 hodinu, a potom prefiltruj cez gázu alebo sitko do čistej fľašky.

2. Do siedmich kadičiek/pohárov priprav zásobné roztoky s rôznym pH:

  • 1. kadička – nasýtený roztok pracej sódy
  • 2. kadička – nasýtený roztok pracej sódy zriedený vodu 1:5 (túto vzorku môžeš ale nemusíš vynechať)
  • 3. kadička – nasýtený roztok sódy bikarbóny
  • 4. kadička – voda z vodovodu
  • 5. kadička – destilovaná voda
  • 6. kadička – ocot (8% kyselina octová)
  • 7. kadička – koncentrovaná citrónová šťava

Pokiaľ máš k dispozícii kyselinu chlorovodíkovú alebo kyselinu sírovú, môžeš ju použiť ako zásobný roztok č.7 namiesto citrónovej šťavy.

3. Pomocou univerzálnych indikátorových papierikov zisti pH pripraveného roztoku

V každej kadičke (ak máš k dispozícii digitálny pH meter, odmeraj pH roztokov pomocou neho).

Hodnoty pH pripravených vzoriek zistené pomocou univerzálnych indikátorových pH papierikov

4. Pripravené zásobné roztoky s rôznym pH ponalievaj postupne do 4 sád malých fľaštičiek (približne do polovice objemu fľaštičky) a zoraď ich podľa vzrastajúcej nameranej hodnoty pH.

5. Do každej fľaštičky v prvej sade kvapni pomocou pipety niekoľko kvapiek (tak, aby sa vzorka jasne sfarbila) výluhu z vianočnej ruže.

Farebná škála pH stupnice indikátora z vianočnej ruže

6. Do každej fľaštičky v druhej sade kvapni pomocou pipety niekoľko kvapiek (tak, aby sa vzorka jasne sfarbila) výluhu z cvikle.

Farebná škála pH stupnice indikátora z cvikle

7. Do každej fľaštičky v tretej sade kvapni pomocou pipety niekoľko kvapiek (tak, aby sa vzorka jasne sfarbila) výluhu z červenej kapusty

Farebná škála pH stupnice indikátora z červenej kapusty

8. Do každej fľaštičky v štvrtej sade kvapni pomocou pipety niekoľko kvapiek (tak, aby sa vzorka jasne sfarbila) výluhu z kurkumy

Farebná škála pH stupnice indikátora z kurkumy

Vytvorené farebné stupnice každého skúmaného prírodného pH indikátora si odfotografuj, dopíš hodnoty pH (zistené pomocou pH univerzálneho indikátorového papierika) a takto uchovaj pre budúcnosť.

TIPY:

  • Vyššie uvedené štyri rastlinné pH indikátory som zvolila kvôli jasne viditeľnej zmene farby v kyslom a zásaditom prostredí. Môžeš však preskúmať využitie aj iných rastliniek ako pH indikátorov – hroznovú šťavu, cibuľu, šupky červených jabĺk, broskyne, hrušky, slivky, reďkovky alebo zemiak.
  • Roztoky s rôznym pH môžeš pripraviť zo sódy bikarbóny (zásadité) a kuchynského octu (kyslé) ich postupným riedením. Ako na to, nájdeš v lekcii Prírodný pH indikátor.
  • Pokiaľ si chceš vytvoriť presnejšiu farebnú stupnicu pH prírodného indikátora so všetkými hodnotami pH, musíš sa pohrať s riedením roztokov a ich pH merať najlepšie digitálnym pH metrom.
  • Uložené farebné pH stupnice s uvedenými pH hodnotami môžeš v budúcnosti použiť napríklad pri zisťovaní pH rôznych látok a prípravkov v domácnosti

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Uveď, ktoré chemické látky prítomné v rastlinách spôsobujú farebnú zmenu v závislosti od pH prostredia.
  2. Zisti, či tieto chemické látky sú dôležité pre rastlinku alebo človeka aj iným spôsobom. Uveď ako.
  3. Vyhľadaj, čo je to kurkumín, kde sa nachádza, akej farby je…
  4. Je možné farebnú zmenu pozorovať aj na samotnej rastlinke v jej prirodzenom prostredí, kde rastie, žije, ak pH prostredia, napríklad pôdy sa mení?
  5. Uveď, odkiaľ pochádza vianočná ruža. Na čo sa používala v minulosti?
  6. Uveď odkiaľ pochádza cvikla. Prečo je dôležité aby bola zaradená v našom jedálničku?
  7. Uveď z čoho sa pripravuje kurkumové korenie a zisti jeho chuť, vôňu.
  8. Opíš, akým spôsobom pripravíš nasýtený roztok. Uveď, čo nasýtený roztok je.
  9. Vyhľadaj, kde v domácnosti môžeš použiť kyselinu chlorovodíkovú.
  10. Napíš chemický vzorec a chemický názov sódy bikarbóny aj pracej sódy.
  11. Opíš farebné stupnice prírodných indikátorov, ktoré si pripravil. Ktorá z rastlín poskytla najviditeľnejšie farebné zmeny v závislosti od pH prostredia?
  12. Popremýšľaj, na čo ďalej môžeš použiť pripravené farebné stupnice pH skúmaných rastlinných indikátorov?

Príprava a vlastnosti plastu

Vzdelávacia oblasť: ORGANICKÉ LÁTKY
Tematický celok: ORGANICKÉ LÁTKY V ŽIVÝCH ORGANIZMOCH a V BEŽNOM ŽIVOTE
Téma: SACHARIDY, PLASTY

Mladému chemikovi sa podarilo izolovať škrob zo zemiaku. Premýšľal, čo by s ním mohol robiť ďalej. Zistil, že využitie škrobu v potravinárstve, farmácii aj chemickom priemysle je mnohoraké. Škrob sa používa ako zahusťovadlo, spojivo, liečivo či lepidlo… Pri hľadaní informácií našiel, že škrob má ešte jedno zaujímavé využitie. Je možné z neho vyrobiť plast.

Škrob je polymér vytvorený z dlhého reťazca navzájom viazaných molekúl glukózy. V mikroskope ich môžeš pozorovať ako zrniečka či guľôčky.

Bežný plast je tiež polymér. Pripravuje sa polymerizáciou, teda spájaním menších molekúl, monomérov do dlhého reťazca dovtedy, až kým tento reťazec nenadobudne správnu dĺžku. Takto vytvorený plast sa stane elastickým a zároveň pevným. Reťazec škrobu je príliš dlhý na to, aby z neho mohol vzniknúť plast. Preto je najskôr potrebné polymér škrobu „skrátiť“ na kratšie kúsky použitím „nožníc“ v podobe kyseliny. Až tieto menšie časti reťazca môžu vytvoriť plast. Plastickosť tejto hmoty dosiahneme pridaním glycerolu, pretože glycerol je kvapalina s vysokou viskozitou. 

Škrob pod mikroskopom
Zrnká nerozloženého škrobu v plaste
Štruktúra plastu zo škrobu

Pomôcky:

malá panvica alebo rajnička, vareška, lyžica, papier na pečenie alebo alobal

Chemikálie:

zemiakový škrob, kuchynský ocot, voda, glycerol (z lekárne)

Postup:

Vytvoríš dva rôzne kúsky plastu.

1. plast s gylcerolom

  1. Do rajničky nasyp 1 lyžicu škrobu a pridaj k nemu 5 lyžíc vody a premiešaj.
  2. K zmesi pridaj 1 lyžicu octu a pol lyžice glycerolu. Poriadne premiešaj.
  3. Obsah v rajničke zohrievaj za stáleho miešania na miernom ohni, až kým sa hmota nezmení na priesvitnú a gumovú, jemne lepkavú.
  4.  Vzniknutú hmotu rozotri na papier na pečenie do tenkej vrstvy a nechaj voľné na vzduchu stáť, až kým sa vysuší.

2. plast bez glycerolu

  1. Do rajničky nasyp 1 lyžicu škrobu a pridaj k nemu 5 lyžíc vody a premiešaj.
  2. K zmesi pridaj 1 lyžicu octu. Poriadne premiešaj.
  3. Obsah v rajničke zohrievaj za stáleho miešania na miernom ohni, až kým sa hmota nezmení na priesvitnú a gumovú, jemne lepkavú.
  4.  Vzniknutú hmotu rozotri na papier na pečenie do tenkej vrstvy a nechaj voľné na vzduchu stáť, až kým sa vysuší.

Ak nemáš dostatok škrobu na odmeranie 2 lyžíc, použi menšie kávové lyžičky.

Plast si môžeš ponechať ešte k ďalšiemu experimentu podľa návodu „mladého chemika“ uvedeného nižšie v tabuľke…

Kúsky plastu pripravené žiakmi

Mladý chemik si položil ešte jednu otázku: „Môžem plast, ktorý som vyrobil pokladať za bioplast?“

Bioplast je ekologická náhrada tradičného plastu (vyrobeného zo surovín na báze ropy). Bioplast je vyrobený z obnoviteľných zdrojov, jeho výroba nesie menšiu uhlíkovú stopu v porovnaní s výrobou tradičných plastov, má menšiu toxicitu ako bežný plast (neobsahuje rôzne toxické prísady napr. na báze chlóru) a najmä sa rýchlejšie rozkladá. Bioplast musí spĺňať dve podmienky – biodegradovateľnosť a výrobený z obnoviteľných zdrojov. 

Vlastnosti dvoch pripravených kúskov rôznych plastov môžeš medzi sebou porovnať podobne ako to spravil mladý chemik, ktorý svoje pozorovanie prehľadne zapísal do tabuľky.

Skúmanie rozpustnosti vo vode, žiaci

Skúmanie rozložiteľnosti v komposte, žiaci


POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Uveď, čo spoločné majú škrob a plast.
  2. Vysvetli, čo znamená polymerizácia, čo polymerizáciou vzniká.
  3. Popremýšľaj kvôli čomu sa do zemiakového škrobu pridáva ocot pri výrobe plastu.
  4. Prečo sa do plastu pripraveného zo škrobu pridáva glycerol? Vyber správne tvrdenie.
  1. aby bol krehký                            b) aby bol mäkký
  2. aby bol plastický                        d) aby bol tvrdý
  1. Uveď aký je rozdiel v postupe prípravy prvého a druhého kúska plastu?
  2. Na základe pozorovaných vlastností plastov (ktoré mladý chemik zapísal vyššie do tabuľky) rozhodni, ktorý z dvoch plastov by mohol byť vhodný k výrobe týchto dobre známych plastových produktov (označ S GLY alebo BEZ GLY):
  1. Môže mladý chemik vyrobený plast pokladať za bioplast? Vysvetli/zdôvodni svoje tvrdenie.
  2. Uveď rozdiely medzi bioplastom a tradičným plastom.

Pripravený plast v podobe nitky
Pripravený plast v podobe minitanierika

Izolácia škrobu

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

Škrob patrí medzi polysacharidy. Je dôležitou surovinou v potravinárstve, farmácii aj v chemickom priemysle. Získava sa z rôznych plodín. Jednou z nich sú aj zemiaky. 

Vyskúšaj izolovať škrob z hľuzy zemiaku.

Pomôcky:

strúhadlo, gáza alebo kúsok obväzu, sitko, 2 hrnčeky, tanierik, nôž, lyžička

Chemikálie:

zemiak, voda

Postup:

  1. Väčší zemiak odváž na váhach a zapíš si jeho hmotnosť. Potom ho očisti od šupky a nastrúhaj na jemnom strúhadle.
  2. Nastrúhaný zemiak zalej v hrnčeku 200ml vody a intenzívne premiešaj.
  3. Zmes preceď do čistého hrnčeka cez sitko, v ktorom je gáza alebo obväz preložený štvormo. Gázu dobre vyžmýkaj.
  4. Hrnček s precedenou tekutinou nechaj v pokoji stáť až kým sa na jeho dne neusadí škrob.
  5. Opatrne zlej vodu nad škrobom.
  6. Do škrobu pridaj približne 100ml vody a premiešaj.
  7. Počkaj kým sa škrob znovu usadí na dne a opäť opatrne zlej vodu nad škrobom.
  8. Škrob nechaj vysušiť voľne na vzduchu.
  9. Odváž množstvo získaného suchého škrobu a odlož si ho k ďalšiemu experimentovaniu
Škrob cez mikroskop


POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Uveď medzi aké zlúčeniny patrí škrob?
  2. Popremýšľaj akým spôsobom, vďaka akému deju sa objaví škrob v rastlinných častiach a na čo rastlinám slúži?
  3. Uveď ako delíme škrob podľa výskytu alebo pôvodu.
  4. Vieš aké je konkrétne využite škrobu človekom
  5. v potravinárstve 
  6. vo farmaceutickom priemysle
  7. v priemyselnej výrobe?
  8. Uveď ako sa nazýva spôsob oddeľovania zložiek zmesi, ktorý si využil pri oddeľovaní škrobu od kvapaliny postupným zlievaním vody nad škrobom.
  9. Využil si v procese získavania škrobu ešte aj iný spôsob oddeľovania zložiek zmesi? Opíš.
  10. Zo zistených hmotností hľuzy zemiaku a získaného škrobu urči/vypočítaj percentuálne množstvo škrobu v hľuze.

Molekulárna gastronómia

Vzdelávacia oblasť: LÁTKY A ICH VLASTNOSTI
Tematický celok: ZMESI A CHEMICKY ČISTÉ LÁTKY
Téma: ROZTOK a ROZPUSTNOSŤ LÁTOK

Jedli ste už niekedy kaviár? Náš Maťo sa priznal, že áno a vôbec mu nechutil… V každom prípade je to vzácna a drahá pochutina a nepodarí sa len tak hocikomu ju ochutnať. Teda ten pravý kaviár mám na mysli. Ale čo tak spraviť si kaviár jahodový, kiwi, malinový, horčicový…? Stačí na to len poznať trochu chémiu, teda pár jedlých zaujímavých chemických látok, ktorých zmiešaním a reakciou vzniknú guličky podobné kaviáru. Ich náplň môže byť takmer akákoľvek… Molekulárna gastronómia je nie tak staré odvetvie gastronómie, ktoré sa snaží pochopiť chemické reakcie a fyzikálne deje, ku ktorým dochádza počas varenia a hľadá možnosti odlišných spôsobov prípravy jedál. Využitie alginátu sodného je tiež jednou vskutku zaujímavou možnosťou.

Na začiatku sme si tento experiment s alginátom sodným nazvali Farebné háďatká. Farebné „čosi“ v roztoku však pripomínalo všeličo… 😉 a fantázia detí pracovala na plné obrátky.

Vo vápenatej soli sa vodný roztok alginátu sodného premenil na nerozpustný gel alginátu sodnovápenatého. Keďže sme najskôr alginát zafarbili potravinárskou farbou, háďatká boli farebné. Mladí chemici sa vyzabávali a príšerky nakoniec z roztoku vylovili.

Neskôr sme sa rozhodli pripraviť jedlé molekulárne pochúťky. A tak sme vyskúšali jahodový, mrkvový, malinový, čučoriedkový, čokoládový, šľahačkový aj cukríkový „kaviár“ :D.


Pomôcky:

malá kadička, veľká kadička, pipeta, Petriho miska, váhy, lyžička, tanierik, sitko/gáza, sklená tyčinka, varič

(uvedené pomôcky musia byť čisté/nové, aby bolo možné pripravené látky konzumovať)

Chemikálie:

alginát sodný (potravinárskej kvality), chlorid vápenatý roztok (potravinárskej kvality), voda, ovocie/zelenina/džús…

Postup:

  1. Na Petriho misku naváž 0,3g alginátu sodného.
  2. Alginát sodný nasyp do 30ml vody a miešaj, aby sa alginát čiastočne rozpustil.
  3. Alginát sodný sa v studenej vode ťažko rozpúšťa, preto zmes zahrej a za stáleho miešania priveď do varu. Potom nechaj celkom vychladnúť.
  4. Potraviny/pochutiny, ktoré budú tvoriť príchute, musíš previesť do kvapalného skupenstva alebo rozdrviť na jemný prášok – ovocie/zeleninu spracuj tak, aby si z nich získal šťavu, cukríky rozdrv, čokoládu roztop…
  5. Pripravené pochutiny nalej, nasyp do vychladnutého roztoku alginátu sodného (v pomere alginát/pochutina 3:2) a zamiešaj.
  6. Do veľkej kadičky nalej 200ml vody a prikvapkaj 2ml roztoku chloridu vápenatého. Roztok zamiešaj.
  7. Do pripraveného roztoku chloridu vápenatého pomocou pipety kvapkaj ochutený roztok alginátu sodného.
  8. Gelovité guličky vzniknutého alginátu sodnovápenatého vyber z roztoku a priprav/naaranžuj na tanierik ako gastro špecialitku 😉

Poznámky

  • Namiesto pipety môžeš použiť aj striekačku.
  • Vyskúšaj rôzny tlak a rýchlosť vstrekovania alginátu do roztoku – vzniknú tak rôzne útvary – cverničky, guličky, slzičky…
  • Je dôležité použiť pomôcky vhodné pre potraviny a rovnako chemikálie potravinovej kvality, keďže pripravené látky môžeš konzumovať

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Alginát sodný je chemická látka len málo rozpustná vo vode. Uveď akým spôsobom môžeš jeho rozpustnosť zvýšiť.
  2. Popremýšľaj aký druh zmesi vytvoríš z alginátu sodného a vody pred zohriatím roztoku.
  3. Opíš, čo sa stane s alginátom sodným vo vode po jej zohriatí. Aký druh zmesi vznikne?
  4. Opíš, čo sa stane s práškom z cukríkov alebo potravinárskym farbivom v roztoku alginátu sodného?
  5. Opíš, čo sa stane so šťavou z ovocia v roztoku alginátu sodného.
  6. Uveď, ktorá látka je rozpúšťadlom a ktorá rozpustnou látkou v roztoku chloridu vápenatého?
  7. Opíš čo vznikne keď nakvapkáš alginát sodný do roztoku chloridu vápenatého. Aký druh zmesi vytvoríš?
  8. Popremýšľaj a uveď ako sa odlišuje molekulárna gastronómia od bežnej kuchyne.

Rozklad peroxidu vodíka a kataláza

Vzdelávacia oblasť: PREMENY LÁTOK alebo ORGANICKÉ LÁTKY
Tematický celok: ZMENY PRI CHEMICKÝCH REAKCIÁCH alebo ORGANICKÉ LÁTKY V ŽIVÝCH ORGANIZMOCH
Téma: VPLYV KATALYZÁTORA NA RÝCHLOSŤ CHEMICKEJ REAKCIE alebo BIOKATALYZÁTORY, ENZÝMY

Katalytický rozklad peroxidu vodíka znázorňuje nasledovná chemická reakcia:                

katalyzátor
H2O2→O2        +   H2O

Ako katalyzátor rozkladu H2O2 je možné použiť platinu, burel, striebro, jodid draselný alebo dokonca krv.

V krvi sa nachádza kataláza – enzým (katalyzátor), ktorý nášmu telu slúži na „zneškodnenie“ peroxidu vodíka. Peroxid vodíka je totiž škodlivý metabolický odpad (vzniká pri rozklade kyseliny močovej v tele) a môže poškodiť naše telo, preto je potrebné ho odstrániť.

Lenže peroxid vodíka používame aj ako dezinfekciu rán, pretože ničí baktérie, vírusy a mikroorganizmy. Pri styku peroxidu vodíka s krvou z rany pozorujeme bublinkovanie. Túto reakciu spôsobuje práve enzým kataláza, ktorý rozkladá peroxid vodíka nanesený na krvácajúcu ranu.

Pomôcky:

malá kadička, pipeta, Petriho miska, drevená špajdľa, kahan, zápalky

Chemikálie:

peroxid vodíka, kuracia pečienka

Postup:

1. Do Petriho misky priprav kúsok kuracej pečienky

2. Na pripravenú vzorku kvapni pár kvapiek roztoku peroxidu vodíka

3. K bublinkujúcej vzorke priblíž tlejúcu špajdľu

4. Pozoruj a svoje pozorovanie opíš 

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Pokús sa vyrovnať uvedenú rovnicu rozkladu peroxidu vodíka tak, aby platil zákon zachovania hmotnosti.
  2. Opíš všeobecne, čo je to katalyzátor a aký je jeho vplyv na rýchlosť chemickej reakcie.
  3. Vymenuj katalyzátory, ktoré je možné použiť na rozklad peroxidu vodíka.
  4. Uveď, aké látky a v akom skupenstve vznikajú počas rozkladu peroxidu vodíka.
  5. Vyhľadaj a opíš, čo je to kataláza, kde sa nachádza a na čo slúži.
  6. Vysvetli aká látka je enzým všeobecne a na čo enzýmy slúžia.
  7. Uveď prečo je dôležité zneškodniť peroxid vodíka v našom tele. Vyhľadaj ako vzniká.
  8. Poznáš nejaké iné využitie peroxidu vodíka človekom? Uveď.
  9. Pri styku peroxidu vodíka s krvou pozoruješ bublinkovanie – vysvetli. Vznik ktorej chemickej látky pozoruješ v danej chem. reakcii vďaka tvorbe bubliniek? Čím sú bublinky naplnené? Ako môžeš dokázať ich obsah?
  10. Opíš, čo sa stalo s tlejúcou špajdľou po priblížení k „bublinkujúcej“ kuracej pečienke a uveď čo to spôsobilo.
  11. Aký význam má kyslík v procese horenia?
  12. Počas chemickej reakcie rozkladu peroxidu vodíka dochádza aj k tepelnej premene. Zisti, či je dej exotermický alebo endotermický. Svoje tvrdenie zdôvodni.

Galvanické pokovovanie

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY alebo CHEMICKÉ VÝPOČTY
Tematický celok: NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE alebo ZLOŽENIE ROZTOKOV
Téma: REDOXNÉ DEJE alebo HMOTNOSTNÝ ZLOMOK a KONCENTRÁCIA LÁTKOVÉHO MNOŽSTVA

Galvanické pokovovanie je elektrolytické nanášanie vrstvy kovu na povrch predmetu, ktorý musí byť elektricky vodivý. Ak predmet, ktorý chceme pokryť vrstvou kovu nie je vodivý, musíme ho najskôr pokryť vodivou vrstvou, napríklad grafitovým práškom, aby galvanizácia bola účinná. Galvanizácia je jedným zo spôsobov ako napríklad ochrániť korozívny povrch materiálu voči korózii. V tomto prípade je účel galvanizácie funkčný, ale častokrát sa využíva aj estetická či dekoratívna stránka pokovovania predmetov. Najjednoduchším príkladom galvanického pokovovania je pomedenie. Ako elektrolyt pri galvanickom pokovovaní meďou výborne poslúži vodný roztok modrej skalice. Modrá skalica sa vo vode disociuje na ióny Cu2+ a SO42−. Kladné ióny sú priťahované k zápornej elektróde, ktorou je pokovovaný predmet. Vytvárajú na ňom postupne medený povlak. Záporné ióny sú priťahované ku kladnej medenej elektróde. Úlohou medenej elektródy je pomaly sa rozpúšťať, čím sa meď z nej vylučuje v podobe katiónov do roztoku. Koncentrácia roztoku takto zostáva rovnaká, elektrolyt nie je potrebné meniť či dopĺňať.

Pomôcky:

zdroj jednosmerného prúdu alebo 9V batéria, krokosvorky, kadička väčšia a menšia, sklená tyčinka, lyžička, sklenená vanička, kúsok vodivého drôtika

Chemikálie:

voda, kuchynská soľ, modrá skalica, roztok octu, medené pliešky/medený drôt, kovový predmet

Postup:

  1. Z vodivého drôtika vymodeluj háčik na ktorý zavesíš pokovovaný predmet
  2. Priprav roztok octu a soli, ktorý slúži na vyčistenie kovového predmetu.
  3. Priprav roztok elektrolytu – 3 lyžice modrej skalice rozpusti v 200 ml vody.
  4. Do sklenej vaničky zaves kovový predmet pripevnený na háčiku z drôtika.
  5. Medené elektródy ulož do vaničky tak, aby sa nedotýkali kovového predmetu, ktorý budeš pokovovať.
  6. Do vaničky nalej toľko elektrolytu, aby kovový predmet bol v ňom celý ponorený.
  7. Medené elektródy pripoj ku kladnému pólu zdroja napätia.
  8. Kovový predmet pripoj k zápornému pólu zdroja napätia.
  9. Napätia nastav na 9V a pozoruj
  10. Po niekoľkých minútach (10-15min) vyber pokovovaný predmet z elektrolytu – medený povlak na pokovovanom predmete by si mal zreteľne vidieť.
  11. Pokiaľ chceš aby bol kovový predmet obtiahnutý ucelenejšou a hrubšou vrstvou medi, pokračuj v galvanizácii ešte niekoľko minút.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Opíš čo presne znamená galvanizácia.
  2. Myslíš, že je možné elektrolyticky pokovovať aj nevodivé materiály? Zdôvodni, vysvetli.
  3. Uveď na čo galvanizácia všeobecne slúži.
  4. Vysvetli ako môžeme galvanizáciou ochrániť predmet pred koróziou.
  5. Uveď ktorú chemickú látku môžeme použiť ako elektrolyt pri galvanickom medení. Napíš celý jej chemický vzorec a tiež chemický názov.
  6. Napíš chemickú rovnicu rozkladu modrej skalice vo vode. Aké ióny vznikajú? Uveď ich presné názvy.
  7. Opíš akým spôsobom vzniká kovový, medený povlak na pokovovanom predmete.
  8. Vysvetli prečo koncentrácia elektrolytu počas galvanizácie meďou ostáva nezmenená.
  9. Myslíš že rôzna koncentrácia roztoku elektrolytu môže mať vplyv na galvanizáciu?
  10. Vypočítaj hmotnosť modrej skalice potrebnej na prípravu 100ml roztoku s koncentráciou 0,5 mol/dm3 a 1,5 mol/dm3.
  11. V ktorom z uvedených roztokov by mala galvanizácia meďou prebehnúť rýchlejšie? Zdôvodni svoje tvrdenie.
  12. Vypočítaj koľko percentný roztok pripravíš, ak zmiešaš 30 g modrej skalice v 200ml vody. Hustota vody je 1 g/cm3. Ak sa z uvedeného roztoku odparí 25ml vody, koľko percentný roztok vznikne?
  13. Ktorá z uvedených chemických látok v otázke č. 12. je rozpúšťadlom a ktorá rozpustnou látkou?

Leptanie kovu elektrolýzou

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY alebo ZLOŽENIE LÁTOK
Tematický celok: NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE alebo IÓNY A CHEMICKÁ VÄZBA
Téma: REDOXNÉ DEJE alebo IÓNY, CHEMICKÁ VÄZBA

Zaujímavým využitím elektrolýzy je elektrolytické leptanie kovu. Leptaním sa odstraňuje povrch kovu do jeho hĺbky. V priemysle sa táto metóda využíva na odkrytie makroštruktúry materiálu, odhalenie vnútorných chýb, drobných prasklín a pórov. V leteckom priemysle sa leptanie používa na zníženie hrúbky hliníkových plechov na zníženie hmotnosti lietadla. Táto technológia sa používa aj na spracovanie malých kovových častí, ako sú napríklad prevodové stupne náramkových hodiniek.

Nie tak dávno sa začalo elektrolytické leptanie využívať aj v umeleckej sfére na vytváranie vzorov, reliéfov na kovových povrchoch rôznych umeleckých aj úžitkových predmetov. Je to technika nenáročná a veľmi efektívna.

Ako elektrolyt sa používa roztok kuchynskej soli. V elektrolyte prechodom elektrického prúdu dochádza k pohybu kladných iónov (katiónov) k zápornej elektróde (katóde) a záporných iónov (aniónov) ku kladnej elektróde (anóde). Na elektródach potom môžu prebiehať príslušné chemická reakcie. O elektrolýze NaCl, chemických reakciách, ktoré prebiehajú a produktoch, ktoré vznikajú si môžeš viac prečítať v príspevku Elektrolýza NaCl.

Počas leptania na povrchu kovu, ktorý je kladnou elektródou dochádza vplyvom jednosmerného elektrického prúdu k strate elektrónov. Tým sa z jeho povrchu uvoľňujú ióny kovu, napr. z ocele ióny železa Fe2+, čo pozorujeme práve ako spomenuté leptanie – narušenie povrchu kovu. Fe2+ ióny reagujú s iónmi Cl–, pričom vzniká viditeľná zelená zlúčenina FeCl2. Roztok elektrolytu sa počas elektrolýzy míňa, preto ho treba často obnovovať.

Pomôcky:

zdroj jednosmerného prúdu alebo 9V batéria, krokosvorky, kadička, sklená tyčinka, lyžička chemická, vatová tyčinka, kovová/nerezová lyžička či iný kovový predmet, akrylová farba/lak na nechty alebo vodeodolná nálepka, rozpúšťadlo na akrylovú farbu alebo na lak na nechty

Chemikálie:

voda, kuchynská soľ

Postup:

  1. Z chloridu sodného priprav cca 50ml nasýteného vodného roztoku.
  2. Kovový predmet vyčisti (vodou a saponátom alebo octom so soľou) a vysuš, prípadne vybrús brusným papierom.
  3. Na kovový predmet si priprav vzor/obrázok, ktorý budeš leptať. Môžeš tak spraviť troma spôsobmi:
    • Kovový predmet nastriekaj akrylovou farbou, nechaj ju čiastočne zaschnúť a potom ostrým predmetom vyry/vyškrab želaný obrázok
    • Na kovový predmet nalep vodeodolnú fóliu/nálepku so želaným vyrezaným vzorom  
    • Vzor na kovový predmet namaľuj lakom na nechty a nechaj poriadne vyschnúť
  4. Kovový predmet pripoj krokosvorkou ku kladnému pólu.
  5. Vatu na tyčinke namoč do elektrolytu, aby bola dostatočne mokrá a pripoj krokosvorkou k zápornému pólu (krokosvorka musí byť zapnutá na vlhkej vate)
  6. Napätie na napájacom zdroji nastav na 9V
  7. Vatovou tyčinkou sa dotýkaj, prechádzaj po miestach na kovovom predmete, ktoré nie sú chránené lakom, akrylovou farbou alebo nálepkou. Počas dotyku prechádza obvodom elektrický prúd, ktorý spôsobuje vyššie spomínaný pohyb elektrónov a tým ubúdanie častíc kovu z jeho povrchu.
  8. Po krátkej chvíľke sa na vatovej tyčinke objaví zelená farba – vznikajúci chlorid železnatý. Vtedy treba tyčinku opäť namočiť do elektrolytu, prípadne nahradiť novou tiež namočenou v elektrolyte.
  9. Po ukončení leptania lak alebo akrylovú farbu odstráň rozpúšťadlom, nálepku odlep a kovový predmet dôkladne umy a vysuš.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

  1. Zapíš iónový zápis vzniku Fe2+ z atómu Fe a uveď aký ión vznikol.
  2. Zapíš reakciu vzniku FeCl2 z Fe2+ a Cl–. Reakciu vyrovnaj a pomenuj vzniknutý produkt.
  3. Opíš čo sa deje počas dotyku vatovej tyčinky namočenej v elektrolyte s kovovým predmetom.
  4. Opíš čo spôsobuje strata elektrónov na kovovom predmete?
  5. Vysvetli, čo znamená elektrolytické leptanie kovu.
  6. Uveď kde všade sa využíva elektrolytické leptanie kovu.
  7. Popremýšľaj prečo je zaujímavé používať elektrolytické leptanie kovu v umeleckej sfére.
  8. Vysvetli, prečo je elektrolyt dôležitý v procese elektrolýzy.
  9. Uveď na aké ióny sa rozkladá/disociuje kuchynská soľ NaCl. Ióny pomenuj.
  10. Opíš akým smerom sa pohybujú kladné a záporné ióny počas elektrolýzy.
  11. Vysvetli prečo je dôležité roztok elektrolytu počas elektrolýzy obnovovať.
  12. Vyhľadaj v PSP elektronegativitu chemických prvkov Na a Cl a urči aký typ väzby je medzi Na a Cl v molekule NaCl.
  13. Uveď čím je tvorená väzba medzi Na a Cl v molekule NaCl
  14. Vyhľadaj v PSP elektronegativitu chemických prvkov Fe a Cl a urči aký typ väzby je medzi Fe a Cl v molekule FeCl2.
  15. Uveď čím je tvorená väzba medzi Fe a Cl v molekule FeCl2