teória
Oxidovadlo a palivo v jednej zmesi
Aby niečo horelo, potrebuje palivo a oxidovadlo. Pri bežnom horení je oxidovadlom kyslík zo vzduchu. Palivo však horí len tam, kam sa kyslík dostane, teda na povrchu. Preto kocka cukru v plameni zapraská, skaramelizuje a horí len neochotne.
Iné je to, keď kyslík „pribalíme“ priamo do paliva. Dusičnan draselný (), známy aj ako liadok, je pevné oxidovadlo. Pri zahriatí sa rozkladá a uvoľňuje kyslík:
Keď je dusičnan jemne premiešaný s cukrom, každé zrnko paliva má oxidovadlo hneď vedľa seba. Zmes potom horí rýchlo v celom objeme a nepotrebuje na to vzduch. Rovnaký princíp „kyslíka v balíčku“ poznáme aj z pokusov Horenie nitrocelulózy, kde sú palivo aj oxidujúce skupiny dokonca v jednej molekule, a Bengálsky plameň.
teória
Čo sa pri horení deje
Horenie prebieha zložito a produkty závisia od pomeru zložiek. Zjednodušene ho pre sacharózu () môžeme zapísať takto:
Ide o redoxnú reakciu:
| Prvok | Oxidačné číslo pred | Oxidačné číslo po | Čo sa deje |
|---|---|---|---|
| dusík | +V (v KNO₃) | 0 (v N₂) | redukcia |
| uhlík | 0 (priemer v sacharóze) | +IV (v CO₂ a K₂CO₃) | oxidácia |
Reakcia je silno exotermická. Vzniká veľa horúcich plynov (, , vodná para), ktoré sa prudko rozpínajú. Ak by sme ich usmernili tryskou, dostaneme ťah, a práve takto fungujú amatérske „karamelové“ rakety. Hustý biely dym tvoria hlavne drobné čiastočky pevného uhličitanu draselného. Pri nedostatku oxidovadla vzniká aj oxid uhoľnatý a sadze, takže dym býva sivší.
Plameň býva jasne oranžový až fialkastý. Fialovú farbu dáva plameňu draslík (pozrite Plameňové skúšky), no často ju prekryje žiara horúcich čiastočiek a stopy sodíka.
chémia v praxi
Dusičnan draselný v praxi
Dusičnan draselný je hlavne hnojivo, lebo rastlinám dodáva naraz draslík aj dusík. Používa sa aj pri konzervovaní mäsa a v niektorých zubných pastách pre citlivé zuby.
Ako oxidovadlo je súčasťou čierneho strelného prachu (dusičnan draselný, drevené uhlie a síra), ktorý bol stáročia jedinou výbušninou a pohonnou látkou pre zbrane aj ohňostroje. Dodnes sa používa v zábavnej pyrotechnike, v zápalných šnúrach a v modelárskych raketových motorčekoch, ktoré sa vyrábajú továrensky. Podobné oxidovadlo s ešte prudšími účinkami je chlorečnan draselný (pozrite Samovznietenie zmesi s chlorečnanom).
čo budete potrebovať
Pomôcky
- malé množstvo pripravenej zmesi dusičnanu draselného a cukru (pripravuje ju učiteľ)
- nehorľavá podložka (keramická dlaždica, plech, pieskové lôžko)
- dlhý zapaľovač alebo zápalná šnúra
- hasiaci prístroj alebo vedro s pieskom
- ochranné okuliare alebo štít, rukavice, bavlnený plášť
krok za krokom
Postup
Pokus je určený len na demonštráciu učiteľom. Zmes sa nepripravuje so žiakmi a presný postup jej prípravy tu zámerne neuvádzame.
- Vyberte bezpečné miesto: vonku na voľnom priestranstve alebo v digestore, ďaleko od horľavých predmetov.
- Na nehorľavú podložku nasypte len malú kôpku zmesi (rádovo niekoľko gramov). Zmes nikdy neuzatvárajte do nádoby ani trubičky.
- Zabezpečte, aby diváci stáli v bezpečnej vzdialenosti a mali ochranné okuliare.
- Zmes zapáľte dlhým zapaľovačom natiahnutou rukou a hneď ustúpte.
- Pozorujte prudké horenie, jasný plameň a vznik bieleho dymu.
- Po úplnom vychladnutí zvyšky zmyte vodou.
pozor
Bezpečnosť
- Zmes horí veľmi prudko a vysokou teplotou. Roztavený horiaci cukor sa lepí na pokožku a spôsobuje ťažké popáleniny.
- Zmes nikdy neuzatvárajte do obalu, rúrky ani nádoby. Uzavreté horenie môže spôsobiť výbuch a rozlet úlomkov.
- Zmes sa nesmie zahrievať, taviť ani drviť v blízkosti ohňa. Pri tavení sa môže nečakane vznietiť. Toto je jedna z najčastejších príčin úrazov amatérskych „raketárov“.
- Pripravujte len toľko zmesi, koľko hneď spotrebujete. Neskladujte ju.
- Dym je dráždivý a môže obsahovať oxid uhoľnatý. Pracujte vonku alebo v digestore.
- Dusičnan draselný je oxidovadlo. Skladujte ho oddelene od horľavých látok, cukru, síry a kovových práškov.
- Majte pripravený hasiaci prístroj a piesok na uhasenie okolitých vecí, ak by od zmesi chytili. Samotnú malú kôpku zmesi nechajte bezpečne dohorieť.
- Pokus robí výhradne učiteľ. Výroba vlastných rakiet a pyrotechniky je nebezpečná a v mnohých prípadoch aj nezákonná.
tipy a zaujímavosti
Doplňujúce info
- Keďže zmes obsahuje vlastné oxidovadlo, horí aj pod vrstvou piesku a ťažko sa hasí zadusením.
- Namiesto sacharózy sa v pyrotechnike niekedy používajú iné cukry alebo cukrové alkoholy (napríklad sorbitol). Chemický princíp je rovnaký.
- Rovnica horenia je dobrým cvičením na vyrovnávanie redoxných rovníc: dusík prijíma 5 elektrónov a uhlík odovzdáva 4, preto je pomer dusíkov a uhlíkov 48 : 60, teda 4 : 5.