Džin z fľaše (Demonštračné experimenty)

teória

Čo sa deje v banke?

Základom pokusu je rozklad peroxidu vodíka ( $\text{H}_2\text{O}_2$ ) na vodu a kyslík:

2\,\text{H}_2\text{O}_2(aq) \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}(l) + \text{O}_2(g)

Peroxid vodíka sa rozkladá aj sám od seba, ale veľmi pomaly (preto sa predáva v tmavých fľašiach a vydrží mesiace). Keď však pridáme manganistan draselný ( $\text{KMnO}_4$ ), reakcia sa rozbehne takmer okamžite.

Najprv peroxid redukuje fialový manganistan na hnedý oxid manganičitý. V neutrálnom prostredí môžeme zjednodušene písať:

2\,\text{KMnO}_4 + 3\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{MnO}_2 + 2\,\text{KOH} + 3\,\text{O}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}

Vzniknutý $\text{MnO}_2$ je veľmi jemný prášok s obrovským povrchom a pôsobí ako katalyzátor. Urýchli rozklad zvyšného peroxidu, takže celá dávka zreaguje za niekoľko sekúnd. Hnedé zafarbenie roztoku po pokuse je práve oxid manganičitý.

teória

Oxidačné čísla a teplo

Pozrime sa na oxidačné čísla (ako ich určovať, nájdete v lekcii Ako určovať oxidačné čísla?):

Prvok	Pred reakciou	Po reakcii	Čo sa stalo
Mn	+VII v KMnO₄	+IV v MnO₂	redukcia
O	−I v H₂O₂	0 v O₂	oxidácia
O	−I v H₂O₂	−II v H₂O	redukcia

Pri samotnom rozklade peroxidu sa ten istý prvok (kyslík) zároveň oxiduje aj redukuje. Takej reakcii hovoríme disproporcionácia.

Rozklad je silno exotermický, na každý mól peroxidu sa uvoľní asi 98 kJ tepla. Pri koncentrovanom peroxide (napríklad 30 %) je vody málo a tepla veľa, preto sa zmes zohreje až k varu. Z banky potom uniká kyslík spolu s vodnou parou. Samotná para aj kyslík sú neviditeľné, ale para sa na chladnom vzduchu okamžite zráža na drobné kvapôčky. Vzniká biela hmla, náš „džin“.

Keďže v banke nie je žiadny saponát, plyny nemajú čo zachytiť a unikajú voľne. Rovnaká reakcia so saponátom vytvorí obrovský stĺp peny: pozrite pokus Slonia zubná pasta.

chémia v praxi

Peroxid vodíka v praxi

Zriedený (3 %) peroxid vodíka poznáte z lekárničky ako dezinfekciu rán. Šumí preto, lebo enzým kataláza v krvi a tkanivách ho rozkladá presne tak ako oxid manganičitý v našej banke. Koncentrovanejší peroxid sa používa na bielenie papiera a textílií, v kaderníctve na odfarbovanie vlasov a pri čistení vody.

Rozklad peroxidu na katalyzátore sa využíval aj v technike: horúca zmes pary a kyslíka poháňala turbíny torpéd a batohy „raketových mužov“. Je to aj bežný laboratórny spôsob, ako rýchlo získať kyslík. O jeho vlastnostiach sa viac dozviete v lekcii Kyslík.

čo budete potrebovať

Pomôcky

odmerná alebo Erlenmeyerova banka (hrdlo mieri mimo ľudí)
podložka alebo miska pod banku
papierová vreckovka alebo filtračný papier a niť (na zavesenie manganistanu)
lyžička
ochranné okuliare, štít, rukavice, plášť

čo budete potrebovať

Chemikálie

peroxid vodíka H₂O₂, koncentrovaný (napríklad 30 %)
manganistan draselný KMnO₄ (malé množstvo, niekoľko kryštálikov)

krok za krokom

Postup

Banku postavte do digestora alebo na miesto, kde hrdlo nemieri na nikoho, a pod ňu dajte podložku.
Nalejte do banky malé množstvo koncentrovaného peroxidu vodíka (dno by malo byť pokryté do výšky niekoľkých centimetrov).
Manganistan draselný zabaľte do kúska papierovej vreckovky a zaviažte niťou, aby ste ho mohli spustiť do banky a pritom byť rukou ďaleko od hrdla.
Ustúpte čo najďalej, balíček spustite do peroxidu a ruku hneď odtiahnite.
Pozorujte biely oblak, ktorý sa vyvalí z hrdla banky, a hnedé zafarbenie roztoku po reakcii.

pozor

Bezpečnosť

Koncentrovaný peroxid vodíka (30 %) je silné oxidovadlo a žieravina. Na koži spôsobuje biele pľuzgiere a pálenie, pri zasiahnutí očí hrozí ich vážne poškodenie. Pracujte v ochranných okuliaroch alebo so štítom, v rukaviciach a plášti.
Reakcia je prudká a zmes je veľmi horúca. Z banky vystrekuje horúca para a kvapky, nikdy sa nad hrdlo nenakláňajte a banku počas reakcie nedržte v ruke.
Banku nikdy neuzatvárajte, rýchlo vznikajúci plyn by ju mohol roztrhnúť.
Manganistan draselný je oxidovadlo, farbí pokožku a oblečenie. S koncentrovaným peroxidom ho nemiešajte vo veľkých množstvách, reakcia by bola nekontrolovateľná.
Peroxid skladujte v chlade, v tme a mimo horľavých látok. Obsah banky po vychladnutí zrieďte vodou a zlikvidujte podľa pokynov pre chemický odpad.
Pokus robí len učiteľ, najlepšie v digestore.

tipy a zaujímavosti

Doplňujúce info

Namiesto manganistanu môžete použiť priamo prášok oxidu manganičitého. Reakcia je o niečo pokojnejšia a roztok nie je na začiatku fialový.
Do banky po reakcii môžete vložiť tlejúcu špajdľu. Rozhorí sa, čím dokážete, že vznikol kyslík.
So zriedeným 3 % peroxidom z lekárne vznikne len mierne šumenie a žiadny oblak. Na „džina“ treba veľa tepla, a teda koncentrovaný peroxid.

Džin z fľaše