exercise/sbfontene.tex

   1 % category: unknown
   2 \chapter{Fontene effekt med salpetersyre og kobber}
   3 \label{Sbfontene}
   4 \index{Rød, hvit og blå fontene effekt|textbf}
   5 \index{Kobbermynt}
   6
   7
   8 \section*{Innledning}
   9 Tre flasker blir arrangert på en rekke og
  10 forbundet med hverandre via glassrør (se figur \ref{fontene1}). Alle
  11 tre inneholder fargeløse væsker; den til venstre er halvfull, den i
  12 midten er fullstendig fylt og den til høyre inneholder bare en liten
  13 mengde med væske. Når to kobbermynter blir sluppet ned i glasskolben
  14 til høyre, starter en rekke synlige forandringer opp. Reaksjonen
  15 stopper opp etter 10 - 20 minutter, når hver flaske er halvfull. En
  16 med en rød løsning, en med en farveløs løsning og den siste med en
  17 blå løsning (se figur \ref{fontene1b}).
  18
  19
  20 \section*{Framgangsmåte}
  21 Sett opp utstyret slik som vist på figur \ref{fontene1}. Monter opp
  22 de tre rundkolbene på stativene slik at de står ved siden av
  23 hverandre.
  24 \begin{figure}[h]
  25 \centering
  26 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene}
  27 \caption{De tre rundkolbene forbundet med glassrør}
  28 \label{fontene1}
  29 \end{figure}
  30 Sørg for at kolbene er forbundet med hverandre via glassrør som går
  31 ned i kolbene via en gummikork, som ellers tetter til åpningen på
  32 rundkolben.\\
  33 Juster glassrøret slik at det går ned i løsningen (som vist på figur
  34 \ref{fontene1}) i kolbe 1, ned til midten av kolbe 2 og 2 - 3 cm ned
  35 i kolbe 3.\\
  36 Hell 400 ml med en 0.35M NaOH løsning\footnote{1 liter lages ved å
  37 løse 14 gram NaOH i 600 ml destillert vann, deretter tynnes
  38 løsningen videre til nøyaktig 1.0 liter} ned i kolbe 1 (den som er
  39 åpen under forsøket). Ta av gummikorken til den midterste kolben
  40 (kolbe 2) og hell 1 ml med phenolphthalein indikator løsningen nedi
  41 kolben. Fyll deretter kolben opp med 1140 ml med en 0.1M HNO$_{3}$
  42 løsning\footnote{Lages ved å blande 6.3 ml konsentrert (16M)
  43 HNO$_{3}$ med 600 ml destillert vann. Løsningen tynnes deretter ut
  44 til nøyaktig 1.0 liter. Eller en kan blande 100 ml med 1M HNO$_{3}$
  45 med 600 ml destillert vann, som deretter tynnes ut til
  46 nøyaktig 1.0 liter.}. Sett deretter på gummikorken.
  47
  48 I den tredje og siste kolben (kolbe 3) helles 25 ml konsentrert
  49 \sal. Gummikorken settes deretter fast slik at åpningen er ordentlig
  50 tettet.\\
  51 \newline
  52 Når forsøket skal settes igang, slippes to
  53 kobberbiter\footnote{Kobbermynter kan også brukes, men ikke mynter
  54 som bare er kobberbelagte zink kjerner, fordi dette vil forårsake at
  55 reaksjonen blir for voldsom og vanskelig å kontrollere.} ned i kolbe
  56 3 (gummikorken settes øyeblikkelig på igjen) som inneholder den
  57 konsentrerte salpetersyren. En rød-brun gass dannes og fyller
  58 kolben. Det vi nå kan se er at løsningen i kolbe 2 begynner å renne
  59 inn i kolbe 1. Etter flere minutter, har den rød-brune gassen fylt
  60 kolbe 3 og løsningen stopper å renne over fra kolbe 2 til kolbe 1.
  61 Etter en liten stund begynner løsningen i kolbe 2 å renne inn i
  62 kolbe 3 med den konsentrerte syra. Løsningen i kolbe 1 renner over i
  63 kolbe 2 (som blir farveløs). Løsningen i kolbe 3 blir blå (se figur
  64 \ref{fontene1b}).
  65 \begin{figure}[h]
  66  \centering
  67 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene2}
  68 \caption{De tre rundkolbene etter reaksjonsforløpet.}
  69 \label{fontene1b}
  70 \end{figure}
  71
  72
  73 \section*{Teori}
  74 I dette forsøket bruker vi reaksjonen mellom kobber og salpetersyre
  75 til å initiere en serie med kjemiske reaksjoner som pågår i nesten
  76 20 minutter.\\
  77 Når kobberbitene slippes ned i kolben som inneholder kons. \sal,
  78 fylles kolben med en rød-brun gass - NO$_{2}$.
  79 \begin{equation}\label{okskobber}
  80     Cu (s) + 4H^{+} (aq) + 2No^{-}_{3} (aq) = Cu^{2+} (aq) + 2H_{2}O + 2NO_{2} (g)
  81 \end{equation}
  82 (Mer elektropositive metaller tenderer til å redusere salpetersyren
  83 til lavere oksidasjonstrinn, og hadde vi brukt kobber med sink,
  84 ville vi også ha fått ammoniakk:
  85 \begin{equation}\label{okskobber2}
  86     4Zn (s) + NO^{-}_{3} (aq) + 10H^{+} (aq) = 4Zn^{2+} (aq) + NH^{+}_{4} (aq) + 3H_{2}O
  87 \end{equation})
  88 Etter hvert som gass produseres i kolbe 3 og trykket stiger. Vil det
  89 økte trykket få løsningen i kolbe 2 til å renne over i kolbe 1. Når
  90 phenolphthalein blandes med NaOH -løsningen blir løsningen rød.\\
  91 \newline
  92 Når reaksjonen mellom kobber og \sal nærmer seg slutten, går
  93 reaksjonen saktere og kolbe 3 blir avkjølt. I mellomtiden har den
  94 svært oppløselige NO$_{2}$ -gassen produsert i reaksjonen kommet
  95 over i kolbe 2 og løst seg i løsningen som her består av en 0.1M
  96 HNO$_{3}$ -løsning.\\
  97 \newline
  98 Den kombinerte effekten av oppløsingen av gass i kolbe 2 og
  99 avkjøling av kolbe 3 sørger for å senke trykket i kolbe 3.\\
 100 Dette sørger for å tvinge løsningen i kolbe 1 over i kolbe 2 (som
 101 blir farveløs når den blandes med syren - phenolphthaleinen går
 102 tilbake til farveløshet). Når kolbe 2 fylles med væske, renner
 103 væsken over i kolbe 3. Væsken som nå kommer over i kolbe 3, tynner
 104 ut og blandes med løsningen av kobbernitrat (som ble dannet i
 105 reaksjonen med kobberbitene og \sal). Kobbernitrat løsningen farger
 106 nå løsningen i kolbe 3 blå.\index{Kobbernitrat}
 107
 108
 109 \section*{Forsiktig}
 110 Ren salpetersyre er en fargeløs væske med et kokepunkt på
 111 86\celcius. Med vann danner den en azeotropisk blanding (en
 112 blanding som har konstant kokepunkt) som inneholder 68$\%$ syre og
 113 har et kokepunkt på 120.5\celcius. Det er denne azeotropen som
 114 kalles konsentrert salpetersyre. Ren HNO$_{3}$ har ingen sure
 115 egenskaper; den autoprotolyserer ifølge likningen:
 116 \begin{equation}\label{salpetersyreprotolyse}
 117     2HNO_{3} = H_{2}O + NO^{+}_{2} + NO^{-}_{3}
 118 \end{equation}
 119 Blandet med vann er HNO$_{3}$ en enprotisk, sterk syre. Den er et
 120 meget kraftig oksidasjonsmiddel. Det må derfor utvises stor
 121 forsiktighet
 122 når en behandler syren.\\
 123 Den rød-brune gassen som dannes i kolbe 3 under reaksjonen er
 124 nitrogendioksid, NO$_{2}$. Nitrogendioksid virker irriterende på
 125 åndedrettssystemet og kan gi alvorlige skader ved lengre tids
 126 eksponering. Konsentrasjoner på 100 ppm er farlig ved kortere
 127 eksponeringer, mens konsentrasjoner på 200ppm eller over er dødelige
 128 selv ved korte eksponeringer.
 129
 130 \section*{Fjerne avfall/rester etter forsøket}
 131 Restene etter forsøket burde bli nøytralisert ved å tilsette
 132 natriumbikarbonat (NaHCO$_{3}$) til løsningene til de slutter å
 133 frese. De nøytraliserte løsningene kan skylles ned i vasken med
 134 springvann.
 135
 136
 137 \section*{Utstyr og kjemikalier}
 138 \begin{itemize}[noitemsep]
 139   \item 400 ml 0.35M natriumhydroksid (NaOH) \index{Natriumhydroksid, NaOH}
 140   \item 1 ml phenolphthalein-løsning \index{Phenolphthalein}
 141   \item 1140 ml 0.1 M salpetersyre, HNO$_{3}$ \index{Salpetersyre, HNO$_{3}$}
 142   \item 25 ml kons \sal \index{\sal}
 143   \item Kobber \index{Kobber}
 144   \item 3 x 1-liters rundkolber
 145   \item 3 x stativ med klemmer
 146   \item 4 x 90$^{\circ}$ glassrør med diameter 1 cm og lengde ca. 15 cm
 147   \item 1 gummikork med 1 hull
 148   \item 2 x gummikorker med 2 hull
 149   \item 15 cm gummislange
 150 \end{itemize}
 151
 152 \nocite{Cotton2}
 153 \nocite{Perkins}
 154 \nocite{bassam3}
 155
 156 \printbibliography