Tancujúce plamene s vodíkom

Pri rozpúšťaní skalice modrej ($\text{CuSO}_4 \cdot 5\,\text{H}_2\text{O}$) v koncentrovanej kyseline chlorovodíkovej ($\text{HCl}$) sa mení farba roztoku z modrej na zelenú. Vo vode je ión Cu²⁺ obklopený molekulami vody a roztok je modrý. Pri veľkom nadbytku chloridových iónov ich chloridy postupne nahrádzajú a vznikajú chloridové komplexy medi, napríklad žltý tetrachloridomeďnatanový anión:

$$[\text{Cu(H}_2\text{O)}_6]^{2+} + 4\,\text{Cl}^- \rightleftharpoons [\text{CuCl}_4]^{2-} + 6\,\text{H}_2\text{O}$$

Zmes modrých a žltých komplexov pôsobí zeleno. Je to rovnovážna reakcia – ak by sme roztok zriedili vodou, vrátil by sa k modrej farbe. Podobné posúvanie rovnováhy ukazuje pokus Le Chatelierov posun chemickej rovnováhy.

Po pridaní hliníka (alobalu) prebieha búrlivá exotermická reakcia hliníka s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku plynného vodíka ($\text{H}_2$) a chloridu hlinitého ($\text{AlCl}_3$):

$$2\,\text{Al}(s) + 6\,\text{HCl}(aq) \rightarrow 2\,\text{AlCl}_3(aq) + 3\,\text{H}_2(g)$$

Hliník je neušľachtilý kov, ktorý vodík z kyseliny vytesňuje – oxiduje sa z 0 na +III, kým vodík sa redukuje z +I na 0. Chloridové ióny v koncentrovanej kyseline navyše narúšajú ochrannú vrstvu oxidu na povrchu hliníka, takže reakcia sa rozbehne rýchlo. Časť hliníka zároveň vytesňuje z roztoku meď, ktorá sa na alobale vylučuje ako červenohnedý povlak:

$$2\,\text{Al} + 3\,\text{Cu}^{2+} \rightarrow 2\,\text{Al}^{3+} + 3\,\text{Cu}$$

Rovnaký princíp so zriedenou kyselinou a chloridom meďnatým ukazuje pokus Tancujúce plamene.

Po zapálení vznikajúceho vodíka pri hrdle banky sa plyn vznieti a horí so vzdušným kyslíkom na vodu:

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

Čistý vodík horí bledým, takmer neviditeľným plameňom. Meďnaté ióny ($\text{Cu}^{2+}$), ktoré sa s kvapôčkami roztoku dostávajú do plameňa, ho sfarbujú charakteristicky nazeleno až namodro – ako pri plameňových skúškach. Vodík sa uvoľňuje nepretržite, no jeho prúd kolíše a mieša sa s okolitým vzduchom. Plameň sa preto pri hrdle banky zmenšuje a opäť rozhorí, čo vytvára vizuálny efekt „tancujúceho plameňa“.

Prečo je zmes vodíka so vzduchom nebezpečná, ukazuje pokus Zmes vodíka a kyslíka a vlastnosti tohto plynu opisuje lekcia Vodík.