Slonia zubná pasta

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 sa takto rozkladá aj sám od seba, ale tak pomaly, že si to vo fľaši ani nevšimneme. Keď pridáme jodid draselný ($\text{KI}$), reakcia sa rozbehne za sekundu. Jodid je katalyzátor: ponúkne reakcii inú, rýchlejšiu cestu. Zjednodušene prebieha v dvoch krokoch, pričom medzi nimi vzniká jodnanový anión $\text{IO}^-$:

$$\text{H}_2\text{O}_2 + \text{I}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{IO}^-$$ $$\text{H}_2\text{O}_2 + \text{IO}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 + \text{I}^-$$

Keď oba kroky sčítame, jodid sa na oboch stranách vykráti. Na konci ho je presne toľko ako na začiatku, len peroxid sa rozložil. Malá časť jodidu sa pritom zoxiduje na jód, a preto býva pena často žltohnedá.

Samotný kyslík by z roztoku jednoducho unikol ako bublinky. Preto do peroxidu pridávame saponát (napríklad Jar). Jeho molekuly obalia každú bublinku tenkou blankou a kyslík zostane uväznený v pene. Plynu vzniká tak veľa a tak rýchlo, že pena sa tlačí z valca v hrubom stĺpe ako zubná pasta pre slona. Pridaním potravinárskeho farbiva môžete dostať aj farebné pruhy.

Kyslík má v peroxide nezvyčajné oxidačné číslo −I. Pri rozklade sa časť atómov kyslíka oxiduje a časť redukuje (viac v lekcii Ako určovať oxidačné čísla?):

Prvok	Pred reakciou	Po reakcii	Čo sa stalo
O	−I v H₂O₂	0 v O₂	oxidácia
O	−I v H₂O₂	−II v H₂O	redukcia

Keď sa ten istý prvok v jednej reakcii zároveň oxiduje aj redukuje, hovoríme o disproporcionácii. Jód v katalyzátore sa počas cyklu mení z −I v $\text{I}^-$ na +I v $\text{IO}^-$ a zase späť.

Rozklad je exotermický, na každý mól peroxidu sa uvoľní asi 98 kJ tepla. Pri 30 % peroxide je pena horúca a stúpa z nej para. Pri 2 až 3 % peroxide z lekárne je tepla málo a pena je len mierne vlažná.

Rovnaká reakcia bez saponátu a s manganistanom namiesto jodidu vytvorí namiesto peny biely oblak pary: pozrite pokus Džin z fľaše.

Pokus sa dá bezpečne urobiť aj doma. Namiesto koncentrovaného peroxidu použijeme 2 až 3 % peroxid vodíka z lekárne a namiesto jodidu droždie. Kvasinky obsahujú enzým katalázu, ktorý rozkladá peroxid rovnako ako jodid. Kataláza je jeden z najrýchlejších enzýmov, aké poznáme: jedna jej molekula rozloží za sekundu milióny molekúl peroxidu.

Kataláza sa nachádza takmer v každej živej bunke, aj v našej. Chráni bunky pred peroxidom vodíka, ktorý v nich vzniká ako vedľajší produkt látkovej premeny. Preto peroxid na odrenom kolene šumí: kataláza z krvi ho rozkladá na kyslík a vodu.

Domáca pena rastie pomalšie a je nižšia, ale princíp je presne rovnaký. Ako rýchlosť reakcie závisí od podmienok, uvidíte aj v pokuse Jódové hodiny.