Samovznietenie zmesi s chlorečnanom

Zmes obsahuje tri zložky, z ktorých každá má svoju úlohu:

Zložka	Úloha
chlorečnan draselný KClO3	oxidovadlo, zdroj kyslíka
škrob alebo cukor	palivo, ktoré horí
dusičnan s-prvku, napr. Sr(NO3)2	farbí plameň (a sám je tiež oxidovadlom)

Bez podnetu zvonka zmes pokojne leží. Namiesto zápalky ju zapálime koncentrovanou kyselinou sírovou. Tá z chlorečnanu vytesní kyselinu chlorečnú:

$$\text{KClO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{HClO}_3 + \text{KHSO}_4$$

Kyselina chlorečná je v koncentrovanom stave veľmi nestála. Rozkladá sa a jedným z produktov je žltkastý plyn oxid chloričitý:

$$3\,\text{HClO}_3 \rightarrow \text{HClO}_4 + 2\,\text{ClO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Oxid chloričitý je ešte nestálejší. Pri zahriatí sa rozpadne na chlór a kyslík a uvoľní pritom teplo:

$$2\,\text{ClO}_2 \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,\text{O}_2$$

Teplo a kyslík vznikajú priamo pri zrnkách škrobu, a preto sa zmes po chvíli sama zapáli. Rovnaký trik funguje aj na hlavičke obyčajnej zápalky, pozrite pokus Reakcia kyseliny sírovej so zápalkami.

Keď zmes horí, teplota prudko stúpa a zvyšný chlorečnan draselný sa rozkladá niekoľkými spôsobmi. Priamo na chlorid draselný a kyslík:

$$2\,\text{KClO}_3 \rightarrow 2\,\text{KCl} + 3\,\text{O}_2$$

Pri teplote okolo 400 °C prebieha aj disproporcionácia, pri ktorej sa chlór súčasne oxiduje aj redukuje:

$$4\,\text{KClO}_3 \rightarrow 3\,\text{KClO}_4 + \text{KCl}$$

Vzniknutý chloristan draselný sa pri ešte vyššej teplote (zhruba nad 500 °C) rozloží na chlorid draselný a ďalší kyslík:

$$\text{KClO}_4 \rightarrow \text{KCl} + 2\,\text{O}_2$$

Látka	Oxidačné číslo chlóru
KCl	−I
Cl2	0
ClO2	+IV
KClO3, HClO3	+V
KClO4, HClO4	+VII

Všetok tento kyslík spaľuje škrob. Zjednodušene (škrob zapisujeme ako opakujúcu sa jednotku $\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5$) môžeme celkovú reakciu zapísať takto:

$$\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5 + 4\,\text{KClO}_3 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 5\,\text{H}_2\text{O} + 4\,\text{KCl}$$

Uhlík sa oxiduje až na oxid uhličitý a chlór sa redukuje z +V na −I. Ako určiť oxidačné čísla, sa naučíte v lekcii Ako určovať oxidačné čísla.

Farbu plameňu nedáva horiaci škrob, ale katióny kovu z dusičnanu. V horúcom plameni sa elektróny v atómoch kovu vybudia na vyššie energetické hladiny a pri návrate späť vyžiaria svetlo presne určenej farby. Pre prvky s-bloku platí napríklad:

Dusičnan	Farba plameňa
dusičnan lítny LiNO3	karmínovočervená
dusičnan strontnatý Sr(NO3)2	červená
dusičnan bárnatý Ba(NO3)2	zelená

Draslík z chlorečnanu farbí plameň len bledofialovo, takže ho výrazné farby týchto kovov ľahko prekryjú. Viac o farbách plameňa nájdete v pokuse Plameňové skúšky a podobnú farebnú zmes, zapálenú špajľou, v pokuse Bengálsky plameň.