teória
Ako rastú kryštály z taveniny?
Bizmut (Bi) je ťažký, krehký kov s pomerne nízkou teplotou topenia 271 °C. Roztopíme ho preto aj v nerezovej miske na sporáku. Keď taveninu necháme pomaly chladnúť, atómy bizmutu majú čas usporiadať sa do pravidelnej kryštálovej mriežky a z povrchu aj zo stien nádoby začnú rásť kryštály.
Zaujímavý je ich tvar. Kryštál nerastie rovnomerne: hrany a rohy rastú rýchlejšie ako stredy plôch, pretože sú lepšie obklopené taveninou a rýchlejšie odovzdávajú teplo okoliu. Stred plochy zaostáva a vznikajú duté, schodovité útvary, ktorým sa hovorí „hopper“ kryštály (podobný tvar majú aj kryštáliky kuchynskej soli, keď rastú rýchlo).
Aby sme kryštály videli, musíme ich oddeliť od zvyšku taveniny. Keď na povrchu stuhne kôrka, prepichneme ju a ešte tekutý kov spod nej vylejeme. Kryštály, ktoré narástli pod kôrkou, tak zostanú odhalené.
Bizmut sa správa ešte v jednom ohľade netypicky: pri tuhnutí zväčšuje objem, podobne ako voda, ktorá mrzne na ľad. Väčšina kovov sa pri tuhnutí naopak zmršťuje. O ďalšom kove s nezvyčajnou teplotou topenia sa dočítate v pokuse Gálium.
teória
Odkiaľ sa berú dúhové farby?
Čistý bizmut je striebrosivý s ružovkastým nádychom. Farby, ktoré vidíme, nie sú farbou kovu. Horúci bizmut na vzduchu reaguje s kyslíkom a na povrchu sa vytvorí veľmi tenká vrstva oxidu bizmutitého:
Bizmut sa pri tom oxiduje z oxidačného čísla 0 na +III a kyslík sa redukuje z 0 na −II (ako sa oxidačné čísla určujú, vysvetľuje lekcia Ako určovať oxidačné čísla).
Vrstva oxidu je taká tenká (stovky nanometrov a menej), že svetlo sa odráža od jej hornej aj spodnej hranice. Oba odrazené lúče sa skladajú, niektoré vlnové dĺžky sa zosilnia a iné zoslabia. Tomuto javu hovoríme interferencia svetla. Hrúbka vrstvy závisí od toho, ako dlho a pri akej teplote bol kov na vzduchu, a každej hrúbke zodpovedá iná farba:
| Hrúbka vrstvy oxidu | Farba, ktorú vidíme (približne) |
|---|---|
| najtenšia | zlatožltá |
| stredná | purpurová, fialová |
| hrubšia | modrá, zelenomodrá |
Rovnaký jav vidíme aj na mydlovej bubline, na olejovej škvrne na mokrej ceste alebo na zafarbených nerezových či oceľových predmetoch po zahriatí.
chémia v praxi
Bizmut v praxi
Bizmut patrí medzi najmenej toxické ťažké kovy, preto často nahrádza jedovaté olovo, napríklad v bezolovnatých spájkach a v brokoch. Pridáva sa do nízkotaviteľných zliatin (niektoré sa topia už v horúcej vode), ktoré slúžia ako poistky v protipožiarnych sprinkleroch (o zliatinách viac v lekcii Zliatiny). Zlúčeniny bizmutu nájdeme v liekoch na žalúdok a oxychlorid bizmutitý BiOCl dáva perleťový lesk kozmetike, napríklad očným tieňom.
čo budete potrebovať
Pomôcky
- nerezová miska alebo malý hrniec (už ho nepoužívajte na jedlo)
- sporák alebo varič
- kovová lyžica na zbieranie oxidu z povrchu
- kovový drôt alebo skrutkovač na prepichnutie kôrky
- kliešte alebo pinzeta
- druhá nádoba na vyliatie zvyšnej taveniny
- žiaruvzdorná podložka
- ochranné okuliare a hrubé tepelne odolné rukavice
čo budete potrebovať
Chemikálie
- bizmut, Bi (asi 200 až 500 g, predáva sa ako kovové kúsky)
krok za krokom
Postup
- Kúsky bizmutu vložte do suchej nerezovej misky a zahrievajte, kým sa celý kov neroztopí.
- Lyžicou opatrne stiahnite z povrchu sivú vrstvu oxidu, aby bola hladina čistá a lesklá.
- Misku stiahnite z ohňa a položte na žiaruvzdornú podložku. Nechajte ju stáť v pokoji, bez otrasov.
- Pozorujte, ako na povrchu začne tuhnúť kôrka (spravidla po 1 až 3 minútach, podľa množstva kovu).
- Keď je kôrka pevná, na kraji ju prepichnite a ešte tekutý bizmut spod nej opatrne vylejte do druhej nádoby.
- Po vychladnutí kliešťami vylomte kryštály a prezrite si ich schodovitý tvar a farby.
- Zvyšky bizmutu môžete znova roztaviť a pokus zopakovať.
pozor
Bezpečnosť
- Roztavený kov má takmer 300 °C a spôsobuje ťažké popáleniny. Pracujte v ochranných okuliaroch a tepelne odolných rukaviciach, misku držte za rúčku kliešťami a pevne na podložke.
- Nikdy nedovoľte, aby sa do taveniny dostala voda (mokrá lyžica, mokrá nádoba). Voda sa v horúcom kove okamžite zmení na paru a môže roztavený kov rozstreknúť.
- Nádobu na vyliatie taveniny majte suchú a stabilnú, na žiaruvzdornej podložke.
- Bizmut je málo toxický, ale hrniec a lyžice po pokuse už nepoužívajte na varenie. Po práci si umyte ruky.
- Pracujte vo vetranej miestnosti a nezahrievajte bizmut zbytočne vysoko nad teplotu topenia.
- Mladší žiaci pokus len pozorujú, taveninu leje učiteľ alebo starší žiak pod jeho dozorom.
tipy a zaujímavosti
Doplňujúce info
- Čím pomalšie tavenina chladne, tým väčšie kryštály vyrastú. Misku môžete prikryť alebo položiť na teplú podložku, aby chladla pomalšie.
- Ak chcete výraznejšie farby, kryštály vylomte ešte teplé, aby sa povrch stihol na vzduchu oxidovať.
- Bizmut bol dlho považovaný za najťažší stabilný prvok. Dnes vieme, že je nepatrne rádioaktívny, no jeho polčas rozpadu je asi miliardkrát dlhší ako vek vesmíru, takže je prakticky úplne bezpečný.
- Bizmut je najsilnejšie diamagnetický kov: magnet ho veľmi slabo odpudzuje.