exercise/bronsespeil.tex

   1 \section{Alkalimetall-ammoniakk}
   2 \label{alkmetall} \index{Alkalimetall-ammoniakk|textbf}
   3 \textbf{Knallblå farge og bronse speil.}\\
   4 (oppløsning av alkaliemetaller i konsentrert NH$_{3}$ (aq.)).
   5
   6
   7 \subsubsection{Innledning}
   8 I dette forsøket løser vi alkaliemetallet natrium eller kalium i
   9 konsentrert amoniakk NH$_{3}$ (aq.). Først får vi en sterk blå
  10 løsning, men slipper vi enda mer metall oppi får løsningen en
  11 bronsefarge. Noen ganger får vi et bronsespeil på reagensglassets
  12 sider. Etterpå slipper vi litt NH$_{4}$Cl i løsningen, og det skjer
  13 en spontan avfarging. Løsningen blir helt
  14 hvit.\index{Natrium}\index{Kalium}\index{Alkaliemetaller}\index{Amoniakk
  15 NH$_{3}$}\index{NH$_{4}$Cl}\index{Bronsespeil}\index{Fargede
  16 komplekser}
  17
  18
  19 \subsubsection{Framgangsmåte}
  20 Til dette forsøket trengs et apparatur - oppsett som vist på
  21 figuren nedenfor. Dette må stå i avtrekk da \am er en meget giftig
  22 gass.
  23 \begin{figure}[h]
  24 \centering
  25 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/bronsespeil/bronsespeil}
  26 \caption{Knallblå farge og dannelsen av bronsespeil.}
  27 \end{figure}
  28
  29 \textbf{Kuldeblandingen} brukes for å kondensere \am -gassen. Den
  30 lages ved å knuse tørris som stappes i et beger (termos), og
  31 fylles med alkohol (etanol,
  32 isopropanol).\index{Etanol}\index{Isopropanol}\index{Kuldeblanding}
  33 Hell forsiktig da det lett blir sterk brusing, og tørris på bar
  34 hud medfører sår. Denne kuldeblandingen skulle holde minst
  35 -70\celcius som er tilstrekkelig for å kondensere \am som har
  36 kokepunkt på -33\celcius. Andre kuldeblandinger som CaCl$_{2}$
  37 i vann, er ikke effektive nok.\\
  38 \index{CaCl$_{2}$}\textbf{Konsentrert \am (aq.)} fylles i
  39 skilletrakten, og en lar det dryppe forsiktig ned på NaOH
  40 -pelletsen i kolben under. Det bør være minst et 2 cm tykt
  41 pelletslag. Det utvikles nå ren \am gass som går igjennom røret
  42 med tørkemiddel, og ned i et reagensrør som står i
  43 kuldeblandingen.\\
  44 \newline \index{Silikagel}\index{Tørkemiddel}
  45 \textbf{Tørkemiddelet} er silikagel. Et plast/glass-rør fylles opp
  46 med silikagel, og glassvatt eller bomull settes i begge ender.
  47 Tørkemiddelet hindrer vann i å komme over i den "rene" \am. \\
  48 \newline
  49 Kraftig gassutvikling i 5 - 10 minutter bør være nok til å få
  50 dannet 10 - 15 ml 100$\%$ ren \am. Dette er tilstrekkelig for
  51 forsøket.\\
  52 Rent natrium eller kalium kan nå overføres til reagensglasset med
  53 løsningen, men oksidlaget på metallet må fjernes for å få god
  54 reaksjon. Bruk glasstav og rør rundt. Løsningen vil nå bli sterk
  55 blå. For å få bronsefarge må enda mer metall brukes. En mengde som 2
  56 sukkerbiter til 10 ml \am skulle være passe. En kan nå putte litt
  57 NH$_{4}$Cl ammoniumklorid i løsningen for å få avfarging.
  58 \index{ammoniumklorid} Hvis reaksjonen ikke går, så prøv med mer
  59 NH$_{4}$Cl og rør rundt.
  60
  61
  62 \subsubsection{Teori}
  63 Dannelse av \am gass skjer etter følgende likning:\\
  64 \par \hspace{10mm} NaOH (s) \\
  65 NH$_{4}$OH  $\rightarrow$  NH$_{3}$  +  H$_{2}$O \\
  66 \newline
  67 Flytende \am har en bemerkelsesverdig evne til å løse
  68 alkalimetaller. Slike løsninger er sterke reduksjonsmidler, og
  69 blir brukt i preparativ kjemi.\\
  70 \newline
  71 I fortynnede løsninger foreligger metallet i kompleks av typen
  72 Na(NH$_{3}$)$_{n}$$^{+}$ og ammonerte elektroner i kompleks av
  73 typen e(NH$_{3}$)$_{n}$$^{-}$, hvor elektronet er "fanget" i
  74 hulrommet i \am tetraedret.\index{\am tetraedret}\index{ammonerte
  75 elektroner}\index{kompleks} Den blå fargen skyldes at e$^{-}$
  76 veksler mellom energinivåer i
  77 molekylet.\index{Na(NH$_{3}$)$_{n}$$^{+}$}
  78
  79 \begin{figure}[h]
  80 \centering
  81 \includegraphics[width=0.5\textwidth]{images/bronsespeil/bronsespeil2}
  82 %\caption{}
  83 \end{figure}
  84 I konsentrerte løsninger er situasjonen litt forskjellig.
  85
  86 \begin{figure}[h]
  87 \centering
  88 \includegraphics[width=0.5\textwidth]{images/bronsespeil/bronsespeil3}
  89 %\caption{}
  90 \end{figure}
  91
  92 Her er elektronet en delokalisert bølge gjennom hele løsningen,
  93 men mest sannsynlig er det rundt metall-atomet. Dette er ikke helt
  94 avklart.\\
  95 \newline
  96 \textbf{Avfarging}: Metalloksider og metallamider er gode
  97 katalysatorer for avfargingsreaksjonen.\\
  98 \newline
  99 2Na  +  2NH$_{3}$  $\rightarrow$ 2Na$^{+}$  +   2NH$_{2}$$^{-}$  +
 100 H$_{2}$\\
 101 \newline\index{autokatalytisk}\index{Metalloksider}\index{Metallamider}\index{Katalysator}\index{natriumamid}
 102 Denne reaksjonen er autokatalytisk i og med at natriumamid dannes.
 103 Ammoniumklorid NH$_{4}$Cl gir avfarging ved reaksjonen:\\
 104 \newline
 105 \par \hspace{20mm} \am  \\
 106 2NH$_{4}$Cl  +  2Na  $\rightarrow$  2Na$^{+}$  +  2Cl$^{-}$  +
 107 2NH$_{3}$ + H$_{2}$
 108
 109
 110 \subsubsection{Forsiktig}
 111 Tørris gir forfrysning på bar hud. \\
 112 \am er en giftig gass, må ikke innhaleres. Alkaliemetallene Na og
 113 K er meget reaktive, og tar fyr i luft og vann. \\
 114 NaOH er en sterk base, og er sterkt etsende.
 115
 116
 117
 118 \subsubsection{Destruksjon}
 119 Den sterke basen NaOH kan helles i vasken med god vannskylling
 120 etterpå. Reagensglasset med alkalimetallene kan en sette i et
 121 stort begerglass, og tilsette vann forsiktig i porsjoner. Det vil
 122 bli en sterk reaksjon med små flammer så vær forsiktig. Etter
 123 dette kan en helle det i vasken.
 124
 125
 126
 127 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 128 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 129   konsentrert ammoniakk \am &  \\
 130   NaOH pellets &  \\
 131   Silikagel &  \\
 132   Tørris & CO$_{2}$ (s) \\
 133   Alkohol & (etanol) \\
 134 \end{tabular}
 135 \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Alkalimetall-ammoniakk}
 136 \end{table}
 137
 138 \nocite{jynge}
 139
 140 \printbibliography