teória
Ako kyselina sírová „vysuší“ cukor?
Bežný kryštálový cukor je sacharóza s molekulovým vzorcom . Ako všetky sacharidy obsahuje vodík a kyslík v pomere 2 : 1, rovnako ako voda. Preto sa sacharidom kedysi hovorilo „uhľohydráty“, akoby išlo o uhlík a vodu.
Koncentrovaná kyselina sírová je veľmi silné dehydratačné činidlo: tak silno priťahuje vodu, že ju dokáže vytrhnúť aj z molekúl iných látok. Zo sacharózy odoberie všetky atómy vodíka a kyslíka v podobe vody a zostane čierny uhlík:
Voda sa viaže na kyselinu sírovú (vznikajú hydráty kyseliny) a pritom sa uvoľňuje veľa tepla. Zmes sa zohreje nad 100 °C, časť vody sa vyparí a para začne hmotu nafukovať.
Zaujímavé je, že samotná dehydratácia nie je redoxná reakcia. Ak spočítate oxidačné čísla v sacharóze (vodík +I, kyslík −II), vyjde vám, že uhlík má priemerne oxidačné číslo 0, rovnako ako v čistom uhlíku. Postup nájdete v lekcii Ako určovať oxidačné čísla.
teória
Prečo stĺp rastie a čo tak zapácha?
Kyselina sírová je za horúca aj oxidovadlo. Časť horúceho uhlíka oxiduje na oxid uhličitý a sama sa pritom redukuje na oxid siričitý:
Uhlík sa oxiduje z 0 na +IV a síra sa redukuje z +VI na +IV. Oxid siričitý má typický štipľavý zápach, aký poznáte zo zapálenej zápalky.
Vodná para, oxid uhličitý a oxid siričitý unikajú z hustnúcej hmoty a vytvárajú v nej množstvo bublín. Uhlík tak nevznikne ako prášok, ale ako ľahký pórovitý stĺp, ktorý sa dvíha z kadičky. Na začiatku vidíte, ako cukor zožltne a zhnedne, čo sú medziprodukty čiastočnej dehydratácie, a potom celá hmota sčernie.
| Pozorovanie | Vysvetlenie |
|---|---|
| cukor žltne a hnedne | začína dehydratácia, vznikajú medziprodukty |
| hmota černie | vzniká uhlík |
| kadička je horúca, stúpa para | viazanie vody na H2SO4 je exotermické |
| štipľavý zápach | uniká SO2 |
| stĺp rastie | plyny a para napeňujú uhlík |
Podobne vyzerajúci čierny had vzniká aj z cukru a sódy bikarbóny, tam však uhlík vzniká tepelným rozkladom cukru pri horení, pozrite pokus Faraónove hady.
chémia v praxi
Kyselina sírová v praxi
Kyselina sírová je najvyrábanejšou chemikáliou na svete. Používa sa pri výrobe priemyselných hnojív, v olovených akumulátoroch áut, pri spracovaní rúd a v mnohých chemických výrobách. Jej schopnosť viazať vodu sa využíva na sušenie plynov a v exsikátoroch, v ktorých sa v laboratóriu sušia látky.
Tá istá vlastnosť robí z kyseliny sírovej zákernú žieravinu. Pri kontakte s pokožkou z nej odoberá vodu podobne ako z cukru, a preto spôsobuje hlboké popáleniny, ktoré sčernejú. Rovnako zuhoľnatí aj papier, drevo či bavlnenú látku. Ako koncentrovaná kyselina sírová zapáli zápalku, uvidíte v pokuse Reakcia kyseliny sírovej so zápalkami.
čo budete potrebovať
Pomôcky
- vysoká kadička (napr. 250 ml)
- odmerný valec (sklenený)
- sklenená tyčinka
- nehorľavá podložka alebo veľká miska pod kadičku
- lyžička
čo budete potrebovať
Chemikálie
- kryštálový cukor (sacharóza)
- koncentrovaná kyselina sírová H2SO4 (96 %)
krok za krokom
Postup
- Kadičku postavte do digestora na nehorľavú podložku alebo do väčšej misky.
- Do kadičky nasypte cukor, asi do jednej tretiny jej výšky. Cukor môžete zvlhčiť niekoľkými kvapkami vody, reakcia sa tak rozbehne rýchlejšie.
- Odmerajte koncentrovanú kyselinu sírovú, približne polovicu objemu cukru.
- Kyselinu nalejte na cukor, krátko premiešajte sklenenou tyčinkou a tyčinku nechajte v kadičke.
- Stiahnite okno digestora a pozorujte, ako cukor mení farbu a ako z kadičky vyrastá čierny stĺp uhlíka.
pozor
Bezpečnosť
- Pokus robí len učiteľ v digestore.
- Koncentrovaná kyselina sírová je silná žieravina a spôsobuje ťažké popáleniny. Pracujte v ochranných okuliaroch alebo so štítom, v chemických rukaviciach a v plášti. Pri zasiahnutí pokožky miesto ihneď oplachujte veľkým množstvom tečúcej vody.
- Pri reakcii uniká oxid siričitý, jedovatý plyn, ktorý dráždi oči a dýchacie cesty. Nevdychujte výpary, ľudia s astmou by mali byť ďaleko.
- Kadička sa zohreje na viac ako 100 °C a z hmoty môže vyprsknúť horúca kyselina. Na kadičku nesiahajte, kým nevychladne.
- Uhlíkový stĺp je nasiaknutý kyselinou sírovou, nikdy sa ho nedotýkajte holými rukami a neochutnávajte ho. Po vychladnutí ho zalejte veľkým množstvom vody, zneutralizujte a zlikvidujte podľa pokynov pre chemický odpad.
tipy a zaujímavosti
Doplňujúce info
- Pokus sa dá urobiť aj s práškovým cukrom alebo s inými sacharidmi, reakcia však prebieha rôzne rýchlo. Kryštálový cukor dáva najkrajší stĺp.
- Rovnaké čiernenie uvidíte, ak kvapnete koncentrovanú kyselinu sírovú na papier alebo na kúsok dreva. Celulóza je tiež sacharid a kyselina z nej odoberie vodu.
- Kyselinu sírovú pri riedení lejeme vždy do vody, nikdy naopak. Dôvodom je to isté veľké teplo, ktoré sa pri viazaní vody uvoľňuje aj v tomto pokuse.