\section{Fyrverkeri under vann}
\label{Fyrverkeri} \index{Fyrverkeri under vann|textbf}



\subsubsection{Innledning}
Klorgass blir ført med en
slange ned til bunnen av en stor målesylinder, og bobler opp til
overflaten av vannet som målesylinderen er fylt med. Biter av
kalsiumkarbid blir sluppet på bunnen av sylinderen og produserer
acetylen gass. Der hvor boblene til de to gassene kolliderer, får vi
et kort, skarpt lystglimt etterfulgt av et skarpt smell.
\index{Kalsiumkarbid, CaC$_{2}$}\index{Klorgass}\index{Acetylen
gass}



\subsubsection{Framgangsmåte}
Forsøket er relativt enkelt å sette opp. Vi trenger en
erlenmeyerkolbe på omlag 250 ml, hvor vi skal helle i
natriumhypokloritten og ei kork med glassgjennomføring. I den andre
enden har vi en målesylinder på omlag 1000 ml med et glassrør som
går fra toppen og ned til ei avbøyning i røret ved bunnen av
målesylinderen (se figur \ref{fyrverkeriuvann}). Erlenmeyerkolben og
glassrøret som er satt ned i målesylinderen er koblet sammen med en
gummislange.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{images/fyrverkeriivann/klor_acetylen1}
\caption{Utstyrsoppsettet til forsøket - klorgass og acetylengass}
\label{fyrverkeriuvann}
\end{figure}
\noindent Har en ikke natriumhypokloritt i ren form kan en utmerket
godt bruke klorin\footnote{Klorin består av natriumhypokloritt,
NaClO og natriumhydroksid, NaOH. NaOH blir hovedsaklig tilsatt for å
stabilisere natriumhypokloritten, slik at denne ikke danner Cl$_{2}$
gass.}\\
\newline
Hell i ca. 150 ml klorin i erlenmeyerkolben. Fyll deretter opp
målesylinderen med vann til toppmerket. Ha slangen som er forbundet
med korken til erlenmeyerkolben oppi målesylinderen slik som på
figur \ref{fyrverkeriuvann}. Deretter heller en 20 ml konsentrert
saltsyre oppi erlenmeyerkolben. Korken settes på og en kan nå
observere at bobler stiger opp fra målesylinderens bunn. Vent til
all lufta er fordrevet fra systemet (10 - 15 sekunder). Deretter
hiver en en liten klump med kalsiumkarbid oppi målesylinderen.
Reaksjonen starter umiddelbart, og vi får dannet acetylengass.\\
\newline
Nå ligger kalsiumkarbid klumpen på bunnen av målesylinderen og
produserer acetylen gass som stiger oppover sammen med klorgassen i
sylinderen. Hver gang en boble med acetylengass kolliderer med en
boble med klorgass, får vi et kraftig lysglimt med dertil hørende
smell (se fig.\ref{fyrverkeriuvann2}).


\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.9\textwidth]{images/fyrverkeriivann/klor_acetylen2}
\caption{Reaksjonen mellom klorgass og acetylengass skaper skarpe
lysglimt med dertil hørende smell} \label{fyrverkeriuvann2}
\end{figure}


\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/fyrverkeriivann/klor_acetylen3}
\includegraphics[width=0.3\textwidth]{images/fyrverkeriivann/klor_acetylen4}
\caption{Etter hvert som de to gassene kolliderer får vi dannet sot
på toppen av målesylinderen.}
\end{figure}
\noindent Når mengden klorgass begynner å avta, er det bare å riste
på erlenmeyerkolben, så vil mer klorgass bli dannet og reaksjonen
fortsetter. Skulle produksjonen av acetylengass avta, er det bare å
hive en liten bit med kalsiumkarbid oppi målesylinderen.


\subsubsection{Teori}
Klor er en svakt gul-grønn gass med en sterk kvelende lukt. Det
normale kokepunkt er på -31.0$^{\circ}$C, og klor har et smeltepunkt
på -101.0$^{\circ}$C. Det er løselig i vann til en konsentrasjon på
0.092 mol/liter ved 25$^{\circ}$C \footnote{M. Windholz, Ed.,The
Merck Index, 9th ed., Merck and Co,: Rahway, New Jersey (1976)} Klor
framstilles kommersielt fra elektrolyse av NaCl.\\
\newline
Klorgassen lager vi ved å oksidere saltsyren med underklorsyrling,
HOCl.

\begin{equation}\label{fyrv}
    Cl^{-} (aq) + HOCl (aq) + H^{+} (aq) \Longrightarrow Cl_{2} (g) + H_{2}O (l)
\end{equation}
Underklorsyrling får vi fra klorin som normalt er en 5$\%$ blanding
av NaOCl i vann, men som inneholder underklorsyrling som et
reaksjonsprodukt når klor disproporsjonerer i vann. Formelen for
underklorsyrling blir ofte skrevet HOCl for å legge vekt på at
hydrogenatomet er bundet til oksygen- og ikke til kloratomet.
\begin{equation}\label{fyrv2}
    OCl^{-} (aq) + H_{2}O (l) \rightleftharpoons HOCl (aq) + OH^{-} (aq)
\end{equation}

HClO er en svak syre med en protolysekonstant K = 3.2 $^{\cdot}$
10$^{-8}$. Den eksisterer bare i vandig løsning,
og selv i løsning spaltes den langsomt til oksygen og saltsyre.\\
Underklorsyrling eret meget kraftig oksidasjonsmiddel. Dette framgår
også av følgende reduksjonspotensial:
\begin{equation}\label{underklorsyrling}
    2HOCl + 2H^{+} + 2e^{-} = Cl_{2} (g) + H_{2}O   \hspace{14mm}       E^{0} = +1.63 V
\end{equation}
\noindent Acetylengass er produsert av reaksjonen mellom
kalsiumkarbid og vann. Kalsiumkarbid kan anses å være saltet til den
svake syra acetylen (H$_{2}$C$_{2}$). Dette ionet (C$_{2}$$^{2-}$)
reagerer med vann i hydrolysereaksjonen, og danner produktet
H$_{2}$C$_{2}$ (g). Acetylen inneholder to trippelbundne C-atomer,
som hver for seg er bundet til et hydrogenatom i en lineær struktur.

\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/fyrverkeriivann/acetylen}
\end{figure}
\noindent En kunne forvente seg at klor angriper trippelbindingen og
fester seg, og på den måten danne dikloreten og tetrakloretan. I
stedet binder klor til seg et hydrogen fra acetylen og danner HCl
(g) og C (s). \\ Det er karbonet som soter til toppen av
målesylinderen.


\subsubsection{Forsiktig}
Endel av produktene i denne demostrasjonen involverer helsefarlige
gasser og bør kun utføres i et avtrekkskap. \\
Klorgass irriterer øyne, slimhinner og kan hvis en puster inn for
store mengder føre til alvorlige lungeplager. \\
Klor er også et kraftig oksidasjonsmiddel og brennbare stoffer vil
kunne brenne i en atomosfære av Cl$_{2}$.\\
Klorgass danner eksplosive blandinger med brennbare damper som
f.eks. acetylen gass. \\
Natriumhypokloritt vil irritere både øyne og hud ved kontakt. NaClO
i kontakt med syrer vil danne klorgass.
\index{Klorgass}\index{Cl$_{2}$}\index{Natriumhypokloritt}\index{Klorin}
\index{NaClO}\index{Acetylen}


\subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
\begin{table}[h]\begin{tabular}{lll}
 Målesylinder 1000 ml&gummislange  &glassrør   \\
 kork med hull& 250 ml erlenmeyerkolbe & vann  \\
Natriumhypokloritt, NaClO& Kalsiumkarbid, CaC$_{2}$  & gummislange  \\
&  &   \\
\end{tabular}
\caption{Kjemikalier til forsøket - Fyrverkeri under vann}
\end{table}



\subsubsection{Referanser}
\begin{description}
\item[\lbrack1\rbrack]J.~W. Mellor.
\newblock {\em A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical
  Chemistry}, volume~2.
\newblock Longmans, Green and Co.: London, 1922.
    \item[\lbrack2\rbrack] Bassam~Z. Shakhashiri.
\newblock {\em Chemical Demonstrations - A Handbook for Teachers of Chemistry},
  volume~2.
\newblock The University of Winsconsin Press, 1 edition, 1985.
\newblock 312 pages ISBN: 0-299-10130-4.
\item[\lbrack3\rbrack]Alyea H.~N. Dutton.
\newblock {\em Tested Demonstrations in Chemistry}.
\newblock Journal of Chemical Education: Easton, Pennsylvania, 6 edition, 1965.
\item[\lbrack4\rbrack]R.~E. Dunbar.
\newblock {\em Journal of Chemical Educ.}, 25:A299, 1958.
\end{description}


