Látványos kémiai Mit eszünk? kísérletekmdche.u-szeged.hu/~kovacs/kiserletek_magyarazata.pdf · Látványos kémiai kísérletek Mit eszünk? Pég ő "hó" Pkémiai lángszóró

Látványos kémiaikísérletek

Mit eszünk?

Pégő "hó"

Pkémiai lángszóró

Pszénkígyó

Pvillogó alkohol

P tűzhányó

Psörhabzás felsőfokon

Pgyúlékony fémporok

Pdobogó "higanyszív"

Pa vörös rózsa színei

P jód-óra

Pa víz felületi feszültsége

Pelektrolízis ceruzákkal

Penzimek az élelmiszerekben

Pvilágító uborka

Pa paradicsomlé reakciói

Pvilágító tonik

Pzöldség- és gyümölcsindikátorok

P “kék lombik” kísérlet

Pgyümölcslámpa

Pa vörösbor elszíntelenítése

Pa klorofill elválasztása

Pa tojáshéj reakciói

Pégő kocsonya

Pa növényi olajok reakciói

P ragasztó túróból

Paz élelmiszeradalékokat kísérőhisztéria© Kovács Lajos, 2007

Célunk a kedvcsinálás egy olyan tudományterülethez,amely nélkül modern civilizáció (táplálkozás,gyógyítás, ipari termékek stb.) elképzelhetetlen ésamely indokolatlanul rossz hírnévnek örvend.

Látványos kémiai kísérletek arésztvevők bevonásával

A magnézium vakító fénnyel ég levegőn (ezérthasználhatták régen fényképészeti vakukban). Kevéssé ismert, hogy annyira nagy az affinitása azoxigénhez, hogy más vegyületekből is képes aztelvonni. Ebben a kísérletben a levegőnmegkezdett égés szárazjég (szilárd szén-dioxid)jelenlétében is folytatódik és az utóbbiból szénporkeletkezik:

2 Mg + CO2 ÷ 2 MgO + C

Égő "hó"Magnézium és szárazjég reakciója

http://www.cci.ethz.ch/index.html

H C C

H

H

C

H

H

H

H

Hn

H C C

H

H

C

H

H

H

H

Hn

+

4 H + O2 2 H2O

400 °C

A forrásig hevített paraffin szénhidrogén és hidrogéngyökök képződése közben bomlik, azonban egykémcsőben a paraffingőzök távol tartják az oxigéntőlezeket a gyököket. A forró kémcsövet hideg vízbemártva az eltörik és a beáramló víz a forró paraffintrobbanásszerűen szétszórja. Ekkor a levegőbe kerülőgyökök már szabadon tudnak reagálni az oxigénnel. A lejátszódó reakció a durranógáz-próba egyváltozata.

Kémiai lángszóróParaffin égése


A tömény kénsav rendkívül erőteljes vízelvonószer,nemcsak a fizikailag kötött vizet, hanem ebben azesetben a közönséges porcukorban levő vizet is képeselvonni és a keletkező szénnel további reakció játszódikle. A reakció nagy hő- és gázfejlődéssel jár, a cukorrészben karamellizálódik is. A fejlődő gázok között arendkívül mérgező szén-monoxid is megtalálható, ezérta kísérlet csak jól működő elszívófülkében vagy aszabadban végezhető!

C12H22O11 ÷ 12 C + 11 H2O

2 H2SO4 + C ÷ CO2 + 2 SO2 + 2 H2O

SzénkígyóCukor elszenesedése tömény kénsav hatására


A kálium-permanganát (”hipermangán“) rendkívülerős oxidálószer. Tömény kénsav hatására olajos,zöld színű mangán(VII)-oxid képződik belőle, amelya szerves anyagokat spontán meggyújtja. Ebben akísérletben a tömény kénsavra óvatosan metanoltrétegzünk és ebbe szórunk néhány kristály kálium-permanganátot. A képződő mangán(VII)-oxid a kétréteg határfelületén villanások kíséretében oxidáljaaz alkoholt:

2 KMnO4 + H2SO4 ÷ K2SO4 + Mn2O7 + H2O

Mn2O7 + CH3OH ÷ 2 MnO2 + CO2 + 2 H2O

Villogó alkoholAlkoholok és mangán(VII)-oxid reakciója


Szilárd fázisban a kémiai reakciók igenlassúak, gyakran nem is játszódnak le. Haoldatot hozunk létre, a reakciók sebességeugrásszerűen megnő.

Ebben a kísérletben alumíniumpor és porítottjód keverékéhez vizet adunk, a két anyagheves fényjelenségek kíséretében egyesül, alila gőzök a szublimáló jódtól származnak:

2 Al + 3 I2 ÷ 2 AlI3

TűzhányóAlumíniumpor és jód reakciója


O

O

OH

OHHO

humulon

A sörben levő buborékok száma ugrásszerűen megnő,ha a külső nyomás lecsökken, pl. egy palack kinyitásával.Ugyanezt a hatást megsokszorozhatjuk, ha ultrahangotalkalmazunk. A sör habzásában a komlóból származó,felületaktív tulajdonságú humulon fontos szerepet játszik.A sör gyártása során 1 hektoliterhez 100-300 grammkomlót adnak, különösen a búzasörök komlótartalmamagas. Ez a kísérlet legjobban búzasörrel hajthatóvégre.

Sörhabzás felsőfokon

http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/tip/01_01.htm

A legtöbb anyag másként viselkedik, ha a felületétlényegesen megnöveljük. Ekkor olyan tulajdonságokatis mutatnak, amelyeket egyébként szinte soha nemtapasztalhatunk. A kísérletben használt Raney-nikkelnikkel-alumínium-ötvözetből készül az alumínium kémiaikioldásával. A visszamaradó nikkel igen nagy felületű,reaktív fém, csak levegőtől elzárva tárolható (példáulvizes szuszpenzióban), levegőn spontán meggyullad(piroforos):

2 Al(Ni) + 6 H 2O + 2 NaOH ÷ Ni + 2 Na[Al(OH) 4] + 3 H2

2 Ni + O2 ÷ 2NiO

Gyúlékony fémporokRaney-nikkel égése


Az elektronok vándorlásával járó, ún. redoxreakciók néha igen látványosak. Esetünkben avas és permanganát ionok között végbemenőreakciót mutatjuk be:

Fe ÷ Fe2+ ÷ Fe3+ + 3 e-

MnO4- + 8 H+ + 5 e- ÷ Mn2+ + 4 H2O

Ha a reakciót egy higanycsepp jelenlétébenhajtjuk végre, akkor a higanyon felgyűlő töltésekmegváltoztatják a csepp felületi feszültségét ésígy az alakját is. Ez az ismétlődő alakváltozás(gömb és szívalak) addig tart, amíg vasszögérintkezik a higannyal, ehhez némi kézügyességszükséges.

Dobogó "higanyszív"Redox-reakció egy higanycsepp felszínén


O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

vörös

SO2 vagy SO32-

sav vagy aldehidek

O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

színtelen

SO3H

A virágok színét igen gyakran az ún. antocianin festékek okozzák. Ezek azanyagok színüket a közeg savasságától/lúgosságától függően változtatják. Egy további reakciójuk a kén-dioxiddal vagy szulfitokkal végbemenőmegfordítható átalakulás, ami elszíntelenedéshez vezet.

A vörös rózsa színei


SO2

HCl

A kémiai reakciók legnagyobb részénél a reakció során a reagáló anyagokkoncentrációja monoton csökken mindaddig, amíg a rendszer el nem éri az egyensúlyiállapotot. Vannak azonban olyan reakciók is, melyeknél bizonyos körülmények között akiindulási állapotból a végállapotig terjedő folyamatban egyes köztitermékekkoncentrációja periodikusan változik. Néhány esetben a ritmikus változás időbelioszcilláció, esetleg térbeli koncentrációváltozás alakjában jelenik meg. Az ún. jódóra-kísérletben színváltozás jelzi az időbeli oszcillációt.

A reakcióelegy összekeverése után a színtelen oldat nagyon gyorsan sárgásbarnáváválik, majd átvált kékbe (ez a jód keményítőkomplexe), kis késéssel gázfejlődést isészlelünk. A kék-barna szín periódikusan váltakozik, és mintegy 15 percig tart. A reakcióvégére oldatunk inhomogénné válik és elsötétül. A reakció komplex, részleteiben mégnem teljesen tisztázott. Áttekinthető a nettó reakció:

IO3- + 2 H2O2 + R-H + H3O

+ ÷ R-I + 2 O2 + 4 H2O

R-H a fenti egyenletben malonsavat jelent, de a Briggs-Rauscher reakció nem kötődik amalonsavhoz, más szerves vegyületekkel is működik.

Az oldatban a reakció során a jód- és jodid-ion koncentráció periódikus ingadozásafigyelhető meg. Mindkét oszcilláció között fáziseltolódás van. I2 és I- képződik, ezekfelelősek az oldat színváltozásáért.

A következő táblázatban felsoroljuk a mindenkori színek változásainak feltételeit:

jódkoncentráció jodidkoncentráció szín kicsi tetszőleges színtelen

nagy kicsi barna

nagy nagy kék

Jód-óra

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidw/0/5822/oszcil.htm

CH3

O

H3C

H3C

CH3

H3C CH3

OH

kámfor timol

A folyadékok felszíne lekötetlen erőktalálkozóhelye. A nagy felületi feszültségűfolyadékok (pl. a víz) esetében eztkönnyen szemléltethetjük könnyű tárgyakráhelyezésével vagy illékony anyagokkal(kámfor, timol), amelyek párolgásuk révénsajátos táncba kezdenek a víz felszínen.Alacsonyabb felületi feszültségűfolyadékokban (éter, alkohol, aceton) ajelenségek nem vagy alig észlelhetők.

A víz felületi feszültsége

Az elektromos áram és kémiai átalakulások kapcsolatasokrétű. Az egyik ilyen kapcsolat az elektromos áramhatására bekövetkező kémiai átalakulás (elektrolízis),amely számos fém előállításának módszere. Ha egyionokat tartalmazó oldatba egyenáramot vezetünk, a kétpóluson (elektródok) eltérő reakciók játszódnak le. Akatódon redukció, pl. fémezüst kiválása:

Ag+ + e- ÷ Ag,

az anódon oxidáció, pl. oxigén-fejlődés:

4 OH- ÷ 2 H2O + O2 + 4 e-

Kísérleteinkben az elektródok szerepét egyszerűgrafitceruzák játszák.

Elektrolízis ceruzákkal

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidg/0/26286/index.htm

Mit eszünk?

PAz élelmiszerek különböző összetevőinek (zsírok,olajok, fehérjék, szénhidrátok, sók, szín- ésízanyagok stb.) bemutatása kémiai szempontból.Szokatlan kísérletek élelmiszerekkel.

PAz élelmiszeradalékokat kísérő hisztéria és annakháttere.

Ha megkeményedett zselatinra egy szelet frissananászt és egy szelet konzervananászt,helyezzünk,egy idő után azt láthatjuk, hogy azselatinkocsonya érintetlen marad a konzervananászalatt, de bomlást tapasztalunk a friss ananász alatt, azselatin besüpped, majd elfolyósodik az ananász alatt.

Az ananász hatására a zselatinkocsonya fehérjéi,melyek a stabilitást biztosították, szétesnek,elbomlanak. A jelenség oka az, hogy az ananász egybromelin nevű fehérjebontó enzimet tartalmaz. Azananászkonzerv azonban hőkezelt élelmiszer, ezértbenne már nincs jelen ez az enzim, a jelenség nemészlelhető.

Ez a bomlás más enzimekkel is végbemegy, ezen azelven működik a papain nevű enzimet tartalmazóhúspuhító só is.

Enzimek az élelmiszerekbenAz enzimek segítenek a fehérjék emésztésében

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidd/0/12551/ananasz.htm

Ha egy kovászos vagy sósvizes uborkába kételektródot szúrunk, majd fokozatosan egyrenövekvő váltóáramot kapcsolunk rá egytranszformátor segítségével, akkor egy bizonyosértéknél a savanyított uborkában levőnátriumionok gerjesztődnek és nátriumlámpákjellegzetes sárga színét látjuk, az uborka elkezdvilágítani. A lángfotometria és azatomabszorpciós spektroszkópia nevű analitikaieljárás ugyanezen az elven alapul.

Vigyázat! A nagy feszültségű elektromos áramveszélyes, csak megfelelő óvatossággaldolgozhatunk!

Világító uborka


C C C C

Br Br

Br2+

a kettoskötések számánakcsökkenésével az eredetivörös színbol kék, zöld, sárgaés színárnyalataira változik

barna

a likopin vörös színu

CH3

31

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

CH3

CH31

CH3CH3CH3

CH3CH3CH3

H3C32

likopin(6E,8E,10E,12E,14E,16E,18E,20E,22E,24E,26E)-2,6,10,14,19,23,27,31-oktametil-

dotriakonta-2,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,30-tridekaén

A paradicsom színanyaga a likopin,amely vörös színét a váltakozóegyes és kettős kötések okozzák.Ha a kettős kötéseket fokozatosanelbontjuk (pl. bróm hozzáadásával),akkor a visszamaradó anyag színemegváltozik és a reakcióelőrehaladtával kék, zöld és sárgaszíneket láthatunk.

A paradicsomlé reakciói

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidd/0/18361/index.htm

OH

N

H

OH3C

N

kinin

A tonik keserű ízét a kinin nevű alkaloid adja, amelybőlakár 80 milligrammot is tartalmazhat literenként (ez12500-szoros hígásnak felel meg). A kinin jelenlététsötétben fluoreszcenciája alapján mutathatjuk ki, akár50000-szeres hígításban is. Ez bármilyen lámpával jólátszik, de a legjobb ultraibolya lámpa. A kinintrégebben a malária kezelésére használták.

Vigyázat! Az ultraibolya fényhez használjunkvédőszemüveget!

Világító tonik


O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

bíbor

O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

OH

színtelenvörös

kék

O

OH

O

OR1

OH

R2

R3O

OH

O

OR1

O

R2

R3

H2O, -H+

H+

-H+H+

-H+

H+

A növényvilág számos színanyaga az ún. antocián festékekközé tartozik. Ezek közös jellemzője, hogy színük rendkívülimértékben függ az adott közeg kémhatásától, ígyindikátorként is használhatók. A kísérletekben használtvöröskáposzta, meggy és ribiszke levének színváltozásátjól követhetjük a hozzájuk adott savak/lúgok hatására.

Zöldség- és gyümölcsindikátorok


N S

N

H3C

CH3

N

H3C

CH3

Cl

metilénkékkék

HN S

NH

H3C

CH3

N

H3C

CH3

Cl

leuko-metilénkékszíntelen

C6H12O6

redukcióglükóz

oxidációO2

A glükóz lúgos közegben könnyen oxidálódiklevegő hatására. Mindebből semmit semlátnánk, ha ezt nem egy ún. redox indikátorjelenlétében tennénk. A metilénkék errealkalmas, stabil, oxidált formája kék színű,redukált alakja . A kísérletben alúgos glükóz-oldat a metilénkéketelszínteleníti, de ez utóbbit a levegő oxigénjekönnyen visszaalakítja a kék színű formává.A folyamat mindadig ismételhető, amíg aglükóz el nem fogy.

“Kék lombik”-kísérletA glükóz mint redukálószer

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidc/0/30272/index.html

Két különböző tulajdonságú fémet (pl. réz éscink) megfelelő oldatba merítve, köztükelektromos áram termelődhet, ez agalvánelemek és akkumulátorokműködésének alapja. A kísérleteinkben ez aközvetítő közeg a gyümölcsök nedve, de aténylegesen végbemenő átakulás a fémekközött játszódik le. Az áramtermelést egyvilágító leddel is be tudjuk mutatni.

Gyümölcslámpa

http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidg/0/4596/galvan2.htm

O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

bíbor

O

OH

HO

OR1

OH

R2

R3

OH

színtelenvörös

kék

O

OH

O

OR1

OH

R2

R3O

OH

O

OR1

O

R2

R3

H2O, -H+

H+

-H+H+

-H+

H+

A vörösborok festékanyagai is az antociánok közülkerülnek ki. Ezek a festékek borból egy aktívszenesderítéssel eltávolíthatók és színtelen oldatot kapunk

A vörösbor elszíntelenítése

A zöld növények legjelentősebb színanyaga a klorofill,amely egyúttal fotoszintézisük nélkülözhetetlen eszköze is,évente 200 milliárd tonna szén-dioxid megkötésében játszikszerepet. Ez a bonyolult szerkezetű anyag valójában nem isegy összetevőből áll, hanem leggyakrabban klorofill a ésklorofill b keveréke. A növényekben más színanyagok isvannak (pl. a sárga karotin), de ezeket a klorofillok erősszíne elfedi és csak azok lebomlása után lehet őket látni, pl.az őszi levelekben.

Ennek a rendkívüli fontosságú anyagnak aszerkezetfelderítéséért, szintéziséért és a fotoszintézisbenbetöltött szerepének tisztázásáért eddig hat kutatónakítéltek oda Nobel-díjat.

Az itt bemutatott kísérletben spenótkivonat festékanyagaitválasztjuk el egy szilikagéllel töltött oszlopon. Az elválasztásalapja a festékanyagok eltérő sebességű vándorlásaáramló oldószerben.

A klorofill elválasztásaA klorofill a térbelimodellje

http://www.fotoszintezis.hu/

A tojáshéj 95%-a kálcium-karbonát (mészkő), amaradék fehérje. A tojáshéjat hevítve először aszerves anyagok bomlanak el, korom képződik, majd ezis elég, ezután a kálcium-karbonát bomlása kezdődikmeg: a héj kifehéredik, égetett mész képződik. Enneka jelenléte a legegyszerűbben úgy mutatható ki, hogyvízbe dobva az oldat kémhatása lúgosra változik, mertoltott mész képződik, ezt indikátorral mutathatjuk ki:

CaCO3 ÷ CaO + CO2

CaO + H2O ÷ Ca(OH)2

A kálcium-karbonát savakkal is elbontható atojáshéjból. A kálcium-karbonát eltávolítása után avisszamaradó hártya féligáteresztő tulajdonságú.

A tojáshéj reakciói

A tojáshéj szerkezetemikroszkóp alatt

A szilárd, folyadék és gáz halmazállapotok mellettszámos olyan ún. kolloid halmazállapot létezik,amelyekkel gyakran találkozhatunk. Ilyenek a habok,gélek, emulziók, diszperziók. A legtöbb élelmiszerkolloid halmazállapotú.

Ebben a kísérletben egy egyszerű gélképzéstmutatunk be: telített vizes kálcium-acetát oldat ésalkohol összeöntéséből egy kocsonyás anyagképződik, amelyet meggyújthatunk. Ezbiztonságosabban szállítható, mint a folyékonyalkohol, ezért kempingfőzőkben is használják.

Égő kocsonyaGélképzés kálcium-acetát és etanol segítségével

http://en.wikipedia.org/wiki/Sterno

C C C C

Br Br

Br2+

színtelen

barna

a növényi olajoksárgás-sárgászöld színuek

O

H2C

CH

H2C

O

O

O

O

O

C C

C C

O

Mn

O

O O

C C

HO OH

MnO4+2 H2O

H2MnO4++7

+5

+5

permanganát ionibolya

hipomanganát ionkék

1,2-diol

MnO4 + H2MnO4 = 2 HMnO4

permanganátibolya

hipomanganátkék

manganátzöld

+7 +6+5

+6HMnO4C C + + H2O

manganátzöld

C C

HO OH

+ MnO2 + OH

mangán-dioxidbarna

A zsírok és olajok egy háromértékű alkohol, a glicerin hosszú szénláncúkarbonsavakkal alkotott vegyületei. Ezek az ún. zsírsavak, amelyek 4-22szénatomot és változó számban kettőskötéseket tartalmaznak, pl. anapraforgóolaj 48-74% kétszeresen telítetlen zsírsavat (linolsav) és 14-40%egyszeresen telítetlen zsírsavat (olajsav). A kísérletekben a kettőskötésekbrómmal és kálium-permanganáttal végrehajtott reakcióit mutatjuk be. Aszínváltozások a reagensek átalakulásait mutatják be.

A növényi olajok reakciói

A tejtermékek sav vagy oltóenzimek hatásáralejátszódó kicsapódása során (túrógyártás) egyfoszfortartalmú vízoldhatatlan fehérje képződik, akazein. Ez a kálcium-tartalmú anyag további oltottmész (kálcium-hidroxid) hozzáadására feloldódikés ragasztóként viselkedik. Fafelületeketösszeragasztva a fa a maradék vizet kiszívja és akazein végérvényesen kicsapódik.

Ragasztó túróbólTúró és mész keveréke vízálló faipari ragasztót ad

http://www.mimi.hu/otthon/ragaszto.htmlhttp://www.zetatalk.com/shelter/tshlt21z.htm

Az élelmiszeradalékokat kísérőhisztéria és annak háttere

Élelmiszeradalékokról elfogultság nélkül

PGunda Tamás összeállítása(Élelmiszeradalékokról elfogultság nélkül) azalábbi honlapon érhető el:http://web.interware.hu/frenzy/E_anyagok/e_anyagok.html

PKovács Lajos: Kemofóbia és -hisztéria c. írásaaz alábbi honlapon található:http://www.mdche.u-szeged.hu/~kovacs/kemofobia_4.pdf

A kísérletezők (A Szegedi TudományegyetemOrvosi Vegytani Intézetének munkatársai)

Kutatók éjszakája2007. szeptember 28.

PKovács Lajos

PBokros Attila

PSzolomájer János

PKövér Péter

PPádár Petra

PKupihár Zoltán

PKele Zoltán

PBor Pál

PCsikós Orsolya

PSzigili Anett

Felhasznált források

PRózsahegyi Márta-Wajand Judit: 575 kísérlet a kémia tanításához. NemzetiTankönyvkiadó, Budapest, 1991

PRózsahegyi Márta-Wajand Judit: Látványos kémiai kísérletek. MozaikOktatási Stúdió, Szeged, 1999

PCreative Chemistry on the Internet, http://www.cci.ethz.ch/index.html

PProf. Blumes Bildungsserver für Chemie, http://dc2.uni-bielefeld.de/

PSulinet, http://www.sulinet.hu/

PDemonstration Experiments & Labs - Chemistry Visualized, http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Organische_Chemie/Didaktik/Keusch/index_e.html

Documents

Látványos kémiai Mit eszünk? kísérletekmdche.u-szeged.hu/~kovacs/kiserletek_magyarazata.pdf · Látványos kémiai kísérletek Mit eszünk? Pég ő "hó" Pkémiai lángszóró