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
  25 % FIXME Har JPEG-bildet for lav oppløsning for LULU?
  26 \begin{figure}[h]
  27 \centering
  28 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene}
  29 \caption{De tre rundkolbene forbundet med glassrør}
  30 \label{fontene1}
  31 \end{figure}
  32 Sørg for at kolbene er forbundet med hverandre via glassrør som går
  33 ned i kolbene via en gummikork, som ellers tetter til åpningen på
  34 rundkolben.\\
  35 Juster glassrøret slik at det går ned i løsningen (som vist på figur
  36 \ref{fontene1}) i kolbe 1, ned til midten av kolbe 2 og 2 - 3 cm ned
  37 i kolbe 3.\\
  38 Hell 400 ml med en 0.35M NaOH løsning\footnote{1 liter lages ved å
  39 løse 14 gram NaOH i 600 ml destillert vann, deretter tynnes
  40 løsningen videre til nøyaktig 1.0 liter} ned i kolbe 1 (den som er
  41 åpen under forsøket). Ta av gummikorken til den midterste kolben
  42 (kolbe 2) og hell 1 ml med phenolphthalein indikator løsningen nedi
  43 kolben. Fyll deretter kolben opp med 1140 ml med en 0.1M HNO$_{3}$
  44 løsning\footnote{Lages ved å blande 6.3 ml konsentrert (16M)
  45 HNO$_{3}$ med 600 ml destillert vann. Løsningen tynnes deretter ut
  46 til nøyaktig 1.0 liter. Eller en kan blande 100 ml med 1M HNO$_{3}$
  47 med 600 ml destillert vann, som deretter tynnes ut til
  48 nøyaktig 1.0 liter.}. Sett deretter på gummikorken.
  49
  50 I den tredje og siste kolben (kolbe 3) helles 25 ml konsentrert
  51 \sal. Gummikorken settes deretter fast slik at åpningen er ordentlig
  52 tettet.\\
  53 \newline
  54 Når forsøket skal settes igang, slippes to
  55 kobberbiter\footnote{Kobbermynter kan også brukes, men ikke mynter
  56 som bare er kobberbelagte zink kjerner, fordi dette vil forårsake at
  57 reaksjonen blir for voldsom og vanskelig å kontrollere.} ned i kolbe
  58 3 (gummikorken settes øyeblikkelig på igjen) som inneholder den
  59 konsentrerte salpetersyren. En rød-brun gass dannes og fyller
  60 kolben. Det vi nå kan se er at løsningen i kolbe 2 begynner å renne
  61 inn i kolbe 1. Etter flere minutter, har den rød-brune gassen fylt
  62 kolbe 3 og løsningen stopper å renne over fra kolbe 2 til kolbe 1.
  63 Etter en liten stund begynner løsningen i kolbe 2 å renne inn i
  64 kolbe 3 med den konsentrerte syra. Løsningen i kolbe 1 renner over i
  65 kolbe 2 (som blir farveløs). Løsningen i kolbe 3 blir blå (se figur
  66 \ref{fontene1b}).
  67
  68 % FIXME Har JPEG-bildet for lav oppløsning for LULU?
  69 \begin{figure}[h]
  70  \centering
  71 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene2}
  72 \caption{De tre rundkolbene etter reaksjonsforløpet.}
  73 \label{fontene1b}
  74 \end{figure}
  75
  76
  77 \section*{Teori}
  78 I dette forsøket bruker vi reaksjonen mellom kobber og salpetersyre
  79 til å initiere en serie med kjemiske reaksjoner som pågår i nesten
  80 20 minutter.\\
  81 Når kobberbitene slippes ned i kolben som inneholder kons. \sal,
  82 fylles kolben med en rød-brun gass - NO$_{2}$.
  83 \begin{equation}\label{okskobber}
  84     Cu (s) + 4H^{+} (aq) + 2No^{-}_{3} (aq) = Cu^{2+} (aq) + 2H_{2}O + 2NO_{2} (g)
  85 \end{equation}
  86 (Mer elektropositive metaller tenderer til å redusere salpetersyren
  87 til lavere oksidasjonstrinn, og hadde vi brukt kobber med sink,
  88 ville vi også ha fått ammoniakk:
  89 \begin{equation}\label{okskobber2}
  90     4Zn (s) + NO^{-}_{3} (aq) + 10H^{+} (aq) = 4Zn^{2+} (aq) + NH^{+}_{4} (aq) + 3H_{2}O
  91 \end{equation})
  92 Etter hvert som gass produseres i kolbe 3 og trykket stiger. Vil det
  93 økte trykket få løsningen i kolbe 2 til å renne over i kolbe 1. Når
  94 phenolphthalein blandes med NaOH -løsningen blir løsningen rød.\\
  95 \newline
  96 Når reaksjonen mellom kobber og \sal nærmer seg slutten, går
  97 reaksjonen saktere og kolbe 3 blir avkjølt. I mellomtiden har den
  98 svært oppløselige NO$_{2}$ -gassen produsert i reaksjonen kommet
  99 over i kolbe 2 og løst seg i løsningen som her består av en 0.1M
 100 HNO$_{3}$ -løsning.\\
 101 \newline
 102 Den kombinerte effekten av oppløsingen av gass i kolbe 2 og
 103 avkjøling av kolbe 3 sørger for å senke trykket i kolbe 3.\\
 104 Dette sørger for å tvinge løsningen i kolbe 1 over i kolbe 2 (som
 105 blir farveløs når den blandes med syren - phenolphthaleinen går
 106 tilbake til farveløshet). Når kolbe 2 fylles med væske, renner
 107 væsken over i kolbe 3. Væsken som nå kommer over i kolbe 3, tynner
 108 ut og blandes med løsningen av kobbernitrat (som ble dannet i
 109 reaksjonen med kobberbitene og \sal). Kobbernitrat løsningen farger
 110 nå løsningen i kolbe 3 blå.\index{Kobbernitrat}
 111
 112
 113 \section*{Forsiktig}
 114 Ren salpetersyre er en fargeløs væske med et kokepunkt på
 115 86\celcius. Med vann danner den en azeotropisk blanding (en
 116 blanding som har konstant kokepunkt) som inneholder 68$\%$ syre og
 117 har et kokepunkt på 120.5\celcius. Det er denne azeotropen som
 118 kalles konsentrert salpetersyre. Ren HNO$_{3}$ har ingen sure
 119 egenskaper; den autoprotolyserer ifølge likningen:
 120 \begin{equation}\label{salpetersyreprotolyse}
 121     2HNO_{3} = H_{2}O + NO^{+}_{2} + NO^{-}_{3}
 122 \end{equation}
 123 Blandet med vann er HNO$_{3}$ en enprotisk, sterk syre. Den er et
 124 meget kraftig oksidasjonsmiddel. Det må derfor utvises stor
 125 forsiktighet
 126 når en behandler syren.\\
 127 Den rød-brune gassen som dannes i kolbe 3 under reaksjonen er
 128 nitrogendioksid, NO$_{2}$. Nitrogendioksid virker irriterende på
 129 åndedrettssystemet og kan gi alvorlige skader ved lengre tids
 130 eksponering. Konsentrasjoner på 100 ppm er farlig ved kortere
 131 eksponeringer, mens konsentrasjoner på 200ppm eller over er dødelige
 132 selv ved korte eksponeringer.
 133
 134 \section*{Fjerne avfall/rester etter forsøket}
 135 Restene etter forsøket burde bli nøytralisert ved å tilsette
 136 natriumbikarbonat (NaHCO$_{3}$) til løsningene til de slutter å
 137 frese. De nøytraliserte løsningene kan skylles ned i vasken med
 138 springvann.
 139
 140
 141 \section*{Utstyr og kjemikalier}
 142 \begin{itemize}[noitemsep]
 143   \item 400 ml 0.35M natriumhydroksid (NaOH) \index{Natriumhydroksid, NaOH}
 144   \item 1 ml phenolphthalein-løsning \index{Phenolphthalein}
 145   \item 1140 ml 0.1 M salpetersyre, HNO$_{3}$ \index{Salpetersyre, HNO$_{3}$}
 146   \item 25 ml konsentert \sal \index{Salpetersyre, HNO$_{3}$}
 147   \item Kobber \index{Kobber}
 148   \item 3 x 1-liters rundkolber
 149   \item 3 x stativ med klemmer
 150   \item 4 x 90$^{\circ}$ glassrør med diameter 1 cm og lengde ca. 15 cm
 151   \item 1 gummikork med 1 hull
 152   \item 2 x gummikorker med 2 hull
 153   \item 15 cm gummislange
 154 \end{itemize}
 155
 156 \nocite{Cotton2}
 157 \nocite{Perkins}
 158 \nocite{bassam3}
 159
 160 \printbibliography