exercise/sbfontene.tex

   1 \section{Fontene effekt med salpetersyre og kobber}
   2 \label{Sbfontene}
   3 \index{Rød, hvit og blå fontene effekt|textbf} \index{\sal}
   4 \index{Kobbermynt}
   5
   6
   7 \subsubsection{Innledning}
   8 Tre flasker blir arrangert på en rekke og
   9 forbundet med hverandre via glassrør (se figur \ref{fontene1}). Alle
  10 tre inneholder fargeløse væsker; den til venstre er halvfull, den i
  11 midten er fullstendig fylt og den til høyre inneholder bare en liten
  12 mengde med væske. Når to kobbermynter blir sluppet ned i glasskolben
  13 til høyre, starter en rekke synlige forandringer opp. Reaksjonen
  14 stopper opp etter 10 - 20 minutter, når hver flaske er halvfull. En
  15 med en rød løsning, en med en farveløs løsning og den siste med en
  16 blå løsning (se figur \ref{fontene1b}).
  17
  18
  19 \subsubsection{Framgangsmåte}
  20 Sett opp utstyret slik som vist på figur \ref{fontene1}. Monter opp
  21 de tre rundkolbene på stativene slik at de står ved siden av
  22 hverandre.
  23 \begin{figure}[h]
  24 \centering
  25 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene}
  26 \caption{De tre rundkolbene forbundet med glassrør}
  27 \label{fontene1}
  28 \end{figure}
  29 Sørg for at kolbene er forbundet med hverandre via glassrør som går
  30 ned i kolbene via en gummikork, som ellers tetter til åpningen på
  31 rundkolben.\\
  32 Juster glassrøret slik at det går ned i løsningen (som vist på figur
  33 \ref{fontene1}) i kolbe 1, ned til midten av kolbe 2 og 2 - 3 cm ned
  34 i kolbe 3.\\
  35 Hell 400 ml med en 0.35M NaOH løsning\footnote{1 liter lages ved å
  36 løse 14 gram NaOH i 600 ml destillert vann, deretter tynnes
  37 løsningen videre til nøyaktig 1.0 liter} ned i kolbe 1 (den som er
  38 åpen under forsøket). Ta av gummikorken til den midterste kolben
  39 (kolbe 2) og hell 1 ml med phenolphthalein indikator løsningen nedi
  40 kolben. Fyll deretter kolben opp med 1140 ml med en 0.1M HNO$_{3}$
  41 løsning\footnote{Lages ved å blande 6.3 ml konsentrert (16M)
  42 HNO$_{3}$ med 600 ml destillert vann. Løsningen tynnes deretter ut
  43 til nøyaktig 1.0 liter. Eller en kan blande 100 ml med 1M HNO$_{3}$
  44 med 600 ml destillert vann, som deretter tynnes ut til
  45 nøyaktig 1.0 liter.}. Sett deretter på gummikorken.\index{Phenolphthalein}\\
  46 \newline
  47 I den tredje og siste kolben (kolbe 3) helles 25 ml konsentrert
  48 \sal. Gummikorken settes deretter fast slik at åpningen er ordentlig
  49 tettet.\\
  50 \newline
  51 Når forsøket skal settes igang, slippes to
  52 kobberbiter\footnote{Kobbermynter kan også brukes, men ikke mynter
  53 som bare er kobberbelagte zink kjerner, fordi dette vil forårsake at
  54 reaksjonen blir for voldsom og vanskelig å kontrollere.} ned i kolbe
  55 3 (gummikorken settes øyeblikkelig på igjen) som inneholder den
  56 konsentrerte salpetersyren. En rød-brun gass dannes og fyller
  57 kolben. Det vi nå kan se er at løsningen i kolbe 2 begynner å renne
  58 inn i kolbe 1. Etter flere minutter, har den rød-brune gassen fylt
  59 kolbe 3 og løsningen stopper å renne over fra kolbe 2 til kolbe 1.
  60 Etter en liten stund begynner løsningen i kolbe 2 å renne inn i
  61 kolbe 3 med den konsentrerte syra. Løsningen i kolbe 1 renner over i
  62 kolbe 2 (som blir farveløs). Løsningen i kolbe 3 blir blå (se figur
  63 \ref{fontene1b}).
  64 \begin{figure}[h]
  65  \centering
  66 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene2}
  67 \caption{De tre rundkolbene etter reaksjonsforløpet.}
  68 \label{fontene1b}
  69 \end{figure}
  70
  71
  72 \subsubsection{Teori}
  73 I dette forsøket bruker vi reaksjonen mellom kobber og salpetersyre
  74 til å initiere en serie med kjemiske reaksjoner som pågår i nesten
  75 20 minutter.\\
  76 Når kobberbitene slippes ned i kolben som inneholder kons. \sal,
  77 fylles kolben med en rød-brun gass - NO$_{2}$.
  78 \begin{equation}\label{okskobber}
  79     Cu (s) + 4H^{+} (aq) + 2No^{-}_{3} (aq) = Cu^{2+} (aq) + 2H_{2}O + 2NO_{2} (g)
  80 \end{equation}
  81 (Mer elektropositive metaller tenderer til å redusere salpetersyren
  82 til lavere oksidasjonstrinn, og hadde vi brukt kobber med sink,
  83 ville vi også ha fått ammoniakk:
  84 \begin{equation}\label{okskobber2}
  85     4Zn (s) + NO^{-}_{3} (aq) + 10H^{+} (aq) = 4Zn^{2+} (aq) + NH^{+}_{4} (aq) + 3H_{2}O
  86 \end{equation})
  87 Etter hvert som gass produseres i kolbe 3 og trykket stiger. Vil det
  88 økte trykket få løsningen i kolbe 2 til å renne over i kolbe 1. Når
  89 phenolphthalein blandes med NaOH -løsningen blir løsningen rød.\\
  90 \newline
  91 Når reaksjonen mellom kobber og \sal nærmer seg slutten, går
  92 reaksjonen saktere og kolbe 3 blir avkjølt. I mellomtiden har den
  93 svært oppløselige NO$_{2}$ -gassen produsert i reaksjonen kommet
  94 over i kolbe 2 og løst seg i løsningen som her består av en 0.1M
  95 HNO$_{3}$ -løsning.\\
  96 \newline
  97 Den kombinerte effekten av oppløsingen av gass i kolbe 2 og
  98 avkjøling av kolbe 3 sørger for å senke trykket i kolbe 3.\\
  99 Dette sørger for å tvinge løsningen i kolbe 1 over i kolbe 2 (som
 100 blir farveløs når den blandes med syren - phenolphthaleinen går
 101 tilbake til farveløshet). Når kolbe 2 fylles med væske, renner
 102 væsken over i kolbe 3. Væsken som nå kommer over i kolbe 3, tynner
 103 ut og blandes med løsningen av kobbernitrat (som ble dannet i
 104 reaksjonen med kobberbitene og \sal). Kobbernitrat løsningen farger
 105 nå løsningen i kolbe 3 blå.\index{Kobbernitrat}
 106
 107
 108 \subsubsection{Forsiktig}
 109 Ren salpetersyre er en fargeløs væske med et kokepunkt på
 110 86\celcius. Med vann danner den en azeotropisk blanding (en
 111 blanding som har konstant kokepunkt) som inneholder 68$\%$ syre og
 112 har et kokepunkt på 120.5\celcius. Det er denne azeotropen som
 113 kalles konsentrert salpetersyre. Ren HNO$_{3}$ har ingen sure
 114 egenskaper; den autoprotolyserer ifølge likningen:
 115 \begin{equation}\label{salpetersyreprotolyse}
 116     2HNO_{3} = H_{2}O + NO^{+}_{2} + NO^{-}_{3}
 117 \end{equation}
 118 Blandet med vann er HNO$_{3}$ en enprotisk, sterk syre. Den er et
 119 meget kraftig oksidasjonsmiddel. Det må derfor utvises stor
 120 forsiktighet
 121 når en behandler syren.\\
 122 Den rød-brune gassen som dannes i kolbe 3 under reaksjonen er
 123 nitrogendioksid, NO$_{2}$. Nitrogendioksid virker irriterende på
 124 åndedrettssystemet og kan gi alvorlige skader ved lengre tids
 125 eksponering. Konsentrasjoner på 100 ppm er farlig ved kortere
 126 eksponeringer, mens konsentrasjoner på 200ppm eller over er dødelige
 127 selv ved korte eksponeringer.
 128
 129 \subsubsection{Fjerne avfall/rester etter forsøket}
 130 Restene etter forsøket burde bli nøytralisert ved å tilsette
 131 natriumbikarbonat (NaHCO$_{3}$) til løsningene til de slutter å
 132 frese. De nøytraliserte løsningene kan skylles ned i vasken med
 133 springvann.
 134
 135
 136 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 137 \begin{table}[h]
 138 \begin{tabular}{ll}
 139  400 ml 0.35M natriumhydroksid (NaOH)  & 1 ml phenolphthalein løsning    \\
 140  1140 ml 0.1 M salpetersyre, HNO$_{3}$  & 25 ml kons \sal    \\
 141 kobber   & 3 1-liters rundkolber    \\
 142  3 stativ med klemmer  &  4 90$^{\circ}$ glassrør med diameter 1 cm og lengde ca. 15 cm  \\
 143  1 gummikork med 1 hull  & 2 gummikorker med 2 hull    \\
 144  15 cm gummislange  &   \\
 145 \end{tabular}
 146   \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Fontene effekt med salpetersyre og kobber}
 147 \end{table}
 148
 149 \nocite{Cotton2}
 150 \nocite{Perkins}
 151 \nocite{bassam3}
 152
 153 \printbibliography