Spaľovanie oceľovej vlny v kyslíku

Tento experiment nadväzuje na Spaľovanie oceľovej vlny, tentoraz však pozorujeme rozdiel horenia v kyslíkovej atmosfére. Pri horení oceľovej vlny (železa) na vzduchu vzniká primárne oxid železnato-železitý ($\text{Fe}_3\text{O}_4$), známy aj ako magnetit. V kyslíku vzniká stále ten istý produkt reakcie:

$$3\,\text{Fe}(s) + 2\,\text{O}_2(g) \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4(s)$$

Oxid železnatý ($\text{FeO}$) je pri bežných teplotách na vzduchu nestály a zvyčajne sa rýchlo oxiduje ďalej.

Rozdiel je v rýchlosti. Vzduch obsahuje len približne pätinu kyslíka, zvyšok tvorí najmä dusík, ktorý sa horenia nezúčastňuje. V prostredí čistého kyslíka sa atómy železa stretávajú s molekulami $\text{O}_2$ oveľa častejšie. Čím viac zrážok, tým rýchlejšia reakcia – a tým viac tepla sa uvoľní za kratší čas. Oceľová vlna preto v kyslíku horí oveľa výraznejšie, s jasnými iskrami.

Kyslík je bezfarebný plyn bez zápachu. Sám nehorí, ale je oxidovadlom – látky v ňom horia intenzívnejšie ako na vzduchu. Tým sa kyslík aj dokazuje: tlejúca trieska sa v nádobe s kyslíkom rozhorí jasným plameňom. Viac o tomto prvku nájdete v lekcii Kyslík a o horení v lekcii Spaľovanie v kyslíku.

Kyslík sa dá pripraviť rôznymi reakciami. V školskom laboratóriu sa často pripravuje katalytickým rozkladom peroxidu vodíka, pri ktorom ako katalyzátor slúži oxid manganičitý:

$$2\,\text{H}_2\text{O}_2(aq) \xrightarrow{\text{MnO}_2} 2\,\text{H}_2\text{O}(l) + \text{O}_2(g)$$

Fyzikálny jav, vďaka ktorému prebieha horenie za pomoci batérie, sa volá Jouleovo teplo. Množstvo tepla $Q$ uvoľneného vo vodiči je priamo úmerné štvorcu prúdu $I$, odporu $R$ a času $t$:

$$Q = R \cdot I^2 \cdot t$$

Keďže vlákna oceľovej vlny sú extrémne tenké, majú relatívne vysoký odpor a malú schopnosť odvádzať teplo, čo vedie k ich okamžitému rozžeraveniu.

Ak by si vlnu odvážil pred horením a po ňom, zistíš, že hmotnosť po zhorení stúpla. Je to preto, že k pôvodnému železu sa chemicky naviazal kyslík.