Predmet: Výtvarná výchova

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

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

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

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

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

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

Pomôcky:

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

Chemikálie:

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

Postup: 

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

Tabuľka farebných zmien skúmaného roztoku v banke

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

TIPY:

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

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

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

Žiaci chemického krúžku Kremík

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?

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 citrónová			soľ 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.

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?