Tancujúce plamene

Ide o reakciu medzi kyselinou chlorovodíkovou ($\text{HCl}$, bežne predávanou ako kyselina soľná) a hliníkom ($\text{Al}$). Pre dostupnosť a jednoduchosť sa ako zdroj hliníka používa obyčajný alobal.

Keď tieto dve látky prídu do kontaktu, prebehne vytesňovacia reakcia. Kyselina rozleptá ochrannú vrstvu oxidu na hliníku a začne reagovať priamo s kovom. Výsledkom je vznik chloridu hlinitého a uvoľňovanie vodíka:

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

Reakcia je exotermická, takže sa roztok zohrieva a reakcia sa ďalej zrýchľuje. Vodík uniká hrdlom banky, a keď ho zapálime, horí so vzdušným kyslíkom na vodu:

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

Prúd unikajúceho plynu nie je stály a mieša sa s okolitým vzduchom, preto plamienky nad hrdlom banky poskakujú a „tancujú“. Viac o vlastnostiach vodíka nájdete v lekcii Vodík.

Tento experiment ukazuje vytesňovanie vodíka z kyseliny neušľachtilým kovom. Neušľachtilé kovy (napríklad horčík, zinok, hliník či železo) ochotnejšie odovzdávajú elektróny ako vodík, preto ho z kyselín vytesnia. Pokus by teda úplne rovnako fungoval aj s inou kyselinou a iným neušľachtilým kovom. Ušľachtilé kovy, ako meď, striebro či zlato, vodík z kyseliny chlorovodíkovej nevytesnia.

Z pohľadu oxidačných čísel sa hliník oxiduje z 0 na +III a vodík sa redukuje z +I na 0. Ešte prudšie vytesňujú vodík – dokonca priamo z vody – alkalické kovy, ako ukazuje pokus Sodík s vodou.

Hliník je sám o sebe veľmi reaktívny kov, no na vzduchu sa okamžite pokryje tenkou a veľmi odolnou vrstvou oxidu hlinitého. Tento jav sa nazýva pasivácia a vysvetľuje, prečo alobal v kuchyni nekoroduje. Na začiatku reakcie musí kyselina túto vrstvu najprv narušiť, preto reakcia chvíľu nabieha. Mechanické prebrúsenie povrchu oceľovou vlnou tento čas skráti.

Čistý vodík horí bledým, takmer bezfarebným plameňom. Chlorid meďnatý ($\text{CuCl}_2$) sa pridáva pre farebnosť plameňa – meďnaté katióny, ktoré sa s kvapôčkami roztoku dostávajú do plameňa, farbia plameň na modro až modrozeleno. Princíp je rovnaký ako pri plameňových skúškach: teplo vybudí elektróny na vyššie energetické hladiny a pri návrate sa uvoľní svetlo typickej farby.

Po pridaní hliníka do roztoku chloridu meďnatého sa na alobale môžu objaviť aj červenohnedé povlaky medi. Hliník ako neušľachtilejší kov vytesňuje meď z jej soli:

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

Podobné vytesňovanie kovov z ich solí ukazuje aj pokus Chemický flashbang. Variantu s koncentrovanou kyselinou a skalicou modrou nájdete v pokuse Tancujúce plamene s vodíkom.