X-Git-Url: https://pere.pagekite.me/gitweb/text-smell-og-bang-hauge.git/blobdiff_plain/a5917b21c1fb9f2d048de42deeb1ca5ead2c85d7..06c3b93fe6bc2c99a0985f977580c30bf48a56fb:/SLSection50-sbfontene.tex?ds=sidebyside diff --git a/SLSection50-sbfontene.tex b/SLSection50-sbfontene.tex index 796e599..34b0986 100644 --- a/SLSection50-sbfontene.tex +++ b/SLSection50-sbfontene.tex @@ -1,163 +1,153 @@ -\section{Fontene effekt med salpetersyre og kobber} -\label{Sbfontene} -\index{Rød, hvit og blå fontene effekt|textbf} \index{\sal} -\index{Kobbermynt} - - -\subsubsection{Innledning} -Tre flasker blir arrangert på en rekke og -forbundet med hverandre via glassrør (se figur \ref{fontene1}). Alle -tre inneholder fargeløse væsker; den til venstre er halvfull, den i -midten er fullstendig fylt og den til høyre inneholder bare en liten -mengde med væske. Når to kobbermynter blir sluppet ned i glasskolben -til høyre, starter en rekke synlige forandringer opp. Reaksjonen -stopper opp etter 10 - 20 minutter, når hver flaske er halvfull. En -med en rød løsning, en med en farveløs løsning og den siste med en -blå løsning (se figur \ref{fontene1b}). - - -\subsubsection{Framgangsmåte} -Sett opp utstyret slik som vist på figur \ref{fontene1}. Monter opp -de tre rundkolbene på stativene slik at de står ved siden av -hverandre. -\begin{figure}[h] -\centering -\includegraphics[width=1.0\textwidth]{fontene1/kobberfontene.eps} -\caption{De tre rundkolbene forbundet med glassrør} -\label{fontene1} -\end{figure} -Sørg for at kolbene er forbundet med hverandre via glassrør som går -ned i kolbene via en gummikork, som ellers tetter til åpningen på -rundkolben.\\ -Juster glassrøret slik at det går ned i løsningen (som vist på figur -\ref{fontene1}) i kolbe 1, ned til midten av kolbe 2 og 2 - 3 cm ned -i kolbe 3.\\ -Hell 400 ml med en 0.35M NaOH løsning\footnote{1 liter lages ved å -løse 14 gram NaOH i 600 ml destillert vann, deretter tynnes -løsningen videre til nøyaktig 1.0 liter} ned i kolbe 1 (den som er -åpen under forsøket). Ta av gummikorken til den midterste kolben -(kolbe 2) og hell 1 ml med phenolphthalein indikator løsningen nedi -kolben. Fyll deretter kolben opp med 1140 ml med en 0.1M HNO$_{3}$ -løsning\footnote{Lages ved å blande 6.3 ml konsentrert (16M) -HNO$_{3}$ med 600 ml destillert vann. Løsningen tynnes deretter ut -til nøyaktig 1.0 liter. Eller en kan blande 100 ml med 1M HNO$_{3}$ -med 600 ml destillert vann, som deretter tynnes ut til -nøyaktig 1.0 liter.}. Sett deretter på gummikorken.\index{Phenolphthalein}\\ -\newline -I den tredje og siste kolben (kolbe 3) helles 25 ml konsentrert -\sal. Gummikorken settes deretter fast slik at åpningen er ordentlig -tettet.\\ -\newline -Når forsøket skal settes igang, slippes to -kobberbiter\footnote{Kobbermynter kan også brukes, men ikke mynter -som bare er kobberbelagte zink kjerner, fordi dette vil forårsake at -reaksjonen blir for voldsom og vanskelig å kontrollere.} ned i kolbe -3 (gummikorken settes øyeblikkelig på igjen) som inneholder den -konsentrerte salpetersyren. En rød-brun gass dannes og fyller -kolben. Det vi nå kan se er at løsningen i kolbe 2 begynner å renne -inn i kolbe 1. Etter flere minutter, har den rød-brune gassen fylt -kolbe 3 og løsningen stopper å renne over fra kolbe 2 til kolbe 1. -Etter en liten stund begynner løsningen i kolbe 2 å renne inn i -kolbe 3 med den konsentrerte syra. Løsningen i kolbe 1 renner over i -kolbe 2 (som blir farveløs). Løsningen i kolbe 3 blir blå (se figur -\ref{fontene1b}). -\begin{figure}[h] - \centering -\includegraphics[width=1.0\textwidth]{fontene1/kobberfontene2.eps} -\caption{De tre rundkolbene etter reaksjonsforløpet.} -\label{fontene1b} -\end{figure} - - -\subsubsection{Teori} -I dette forsøket bruker vi reaksjonen mellom kobber og salpetersyre -til å initiere en serie med kjemiske reaksjoner som pågår i nesten -20 minutter.\\ -Når kobberbitene slippes ned i kolben som inneholder kons. \sal, -fylles kolben med en rød-brun gass - NO$_{2}$. -\begin{equation}\label{okskobber} - Cu (s) + 4H^{+} (aq) + 2No^{-}_{3} (aq) = Cu^{2+} (aq) + 2H_{2}O + 2NO_{2} (g) -\end{equation} -(Mer elektropositive metaller tenderer til å redusere salpetersyren -til lavere oksidasjonstrinn, og hadde vi brukt kobber med sink, -ville vi også ha fått ammoniakk: -\begin{equation}\label{okskobber2} - 4Zn (s) + NO^{-}_{3} (aq) + 10H^{+} (aq) = 4Zn^{2+} (aq) + NH^{+}_{4} (aq) + 3H_{2}O -\end{equation}) -Etter hvert som gass produseres i kolbe 3 og trykket stiger. Vil det -økte trykket få løsningen i kolbe 2 til å renne over i kolbe 1. Når -phenolphthalein blandes med NaOH -løsningen blir løsningen rød.\\ -\newline -Når reaksjonen mellom kobber og \sal nærmer seg slutten, går -reaksjonen saktere og kolbe 3 blir avkjølt. I mellomtiden har den -svært oppløselige NO$_{2}$ -gassen produsert i reaksjonen kommet -over i kolbe 2 og løst seg i løsningen som her består av en 0.1M -HNO$_{3}$ -løsning.\\ -\newline -Den kombinerte effekten av oppløsingen av gass i kolbe 2 og -avkjøling av kolbe 3 sørger for å senke trykket i kolbe 3.\\ -Dette sørger for å tvinge løsningen i kolbe 1 over i kolbe 2 (som -blir farveløs når den blandes med syren - phenolphthaleinen går -tilbake til farveløshet). Når kolbe 2 fylles med væske, renner -væsken over i kolbe 3. Væsken som nå kommer over i kolbe 3, tynner -ut og blandes med løsningen av kobbernitrat (som ble dannet i -reaksjonen med kobberbitene og \sal). Kobbernitrat løsningen farger -nå løsningen i kolbe 3 blå.\index{Kobbernitrat} - - -\subsubsection{Forsiktig} -Ren salpetersyre er en fargeløs væske med et kokepunkt på 86 -$^{\circ}$C. Med vann danner den en azeotropisk blanding (en -blanding som har konstant kokepunkt) som inneholder 68$\%$ syre og -har et kokepunkt på 120.5 $^{\circ}$C. Det er denne azeotropen som -kalles konsentrert salpetersyre. Ren HNO$_{3}$ har ingen sure -egenskaper; den autoprotolyserer ifølge likningen: -\begin{equation}\label{salpetersyreprotolyse} - 2HNO_{3} = H_{2}O + NO^{+}_{2} + NO^{-}_{3} -\end{equation} -Blandet med vann er HNO$_{3}$ en enprotisk, sterk syre. Den er et -meget kraftig oksidasjonsmiddel. Det må derfor utvises stor -forsiktighet -når en behandler syren.\\ -Den rød-brune gassen som dannes i kolbe 3 under reaksjonen er -nitrogendioksid, NO$_{2}$. Nitrogendioksid virker irriterende på -åndedrettssystemet og kan gi alvorlige skader ved lengre tids -eksponering. Konsentrasjoner på 100 ppm er farlig ved kortere -eksponeringer, mens konsentrasjoner på 200ppm eller over er dødelige -selv ved korte eksponeringer. - -\subsubsection{Fjerne avfall/rester etter forsøket} -Restene etter forsøket burde bli nøytralisert ved å tilsette -natriumbikarbonat (NaHCO$_{3}$) til løsningene til de slutter å -frese. De nøytraliserte løsningene kan skylles ned i vasken med -springvann. - - -\subsubsection{Utstyr og kjemikalier} -\begin{table}[h] -\begin{tabular}{ll} - 400 ml 0.35M natriumhydroksid (NaOH) & 1 ml phenolphthalein løsning \\ - 1140 ml 0.1 M salpetersyre, HNO$_{3}$ & 25 ml kons \sal \\ -kobber & 3 1-liters rundkolber \\ - 3 stativ med klemmer & 4 90$^{\circ}$ glassrør med diameter 1 cm og lengde ca. 15 cm \\ - 1 gummikork med 1 hull & 2 gummikorker med 2 hull \\ - 15 cm gummislange & \\ -\end{tabular} - \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Fontene effekt med salpetersyre og kobber} -\end{table} - - - -\subsubsection{Referanser} -\begin{description} - \item[\lbrack1\rbrack]G.~Cotton, F. A.;~Wilkinson. -\newblock {\em Advanced Inorganic Chemistry}. -\newblock John Wiley and Sons, New York, 3d edition, New York, 1972. - \item[\lbrack2\rbrack] Bassam~Z. Shakhashiri. -\newblock {\em Chemical Demonstrations - A Handbook for Teachers of Chemistry}, - volume~3. -\newblock The University of Winsconsin Press, 1 edition, 1989. -\newblock 401 pages \\ ISBN: 0-299-11950-5. - \item[\lbrack3\rbrack]R.I. Perkins. -\newblock {\em Journal of Chemical Education}, 63:781, 1986. -\end{description} \ No newline at end of file +\section{Fontene effekt med salpetersyre og kobber} +\label{Sbfontene} +\index{Rød, hvit og blå fontene effekt|textbf} \index{\sal} +\index{Kobbermynt} + + +\subsubsection{Innledning} +Tre flasker blir arrangert på en rekke og +forbundet med hverandre via glassrør (se figur \ref{fontene1}). Alle +tre inneholder fargeløse væsker; den til venstre er halvfull, den i +midten er fullstendig fylt og den til høyre inneholder bare en liten +mengde med væske. Når to kobbermynter blir sluppet ned i glasskolben +til høyre, starter en rekke synlige forandringer opp. Reaksjonen +stopper opp etter 10 - 20 minutter, når hver flaske er halvfull. En +med en rød løsning, en med en farveløs løsning og den siste med en +blå løsning (se figur \ref{fontene1b}). + + +\subsubsection{Framgangsmåte} +Sett opp utstyret slik som vist på figur \ref{fontene1}. Monter opp +de tre rundkolbene på stativene slik at de står ved siden av +hverandre. +\begin{figure}[h] +\centering +\includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene} +\caption{De tre rundkolbene forbundet med glassrør} +\label{fontene1} +\end{figure} +Sørg for at kolbene er forbundet med hverandre via glassrør som går +ned i kolbene via en gummikork, som ellers tetter til åpningen på +rundkolben.\\ +Juster glassrøret slik at det går ned i løsningen (som vist på figur +\ref{fontene1}) i kolbe 1, ned til midten av kolbe 2 og 2 - 3 cm ned +i kolbe 3.\\ +Hell 400 ml med en 0.35M NaOH løsning\footnote{1 liter lages ved å +løse 14 gram NaOH i 600 ml destillert vann, deretter tynnes +løsningen videre til nøyaktig 1.0 liter} ned i kolbe 1 (den som er +åpen under forsøket). Ta av gummikorken til den midterste kolben +(kolbe 2) og hell 1 ml med phenolphthalein indikator løsningen nedi +kolben. Fyll deretter kolben opp med 1140 ml med en 0.1M HNO$_{3}$ +løsning\footnote{Lages ved å blande 6.3 ml konsentrert (16M) +HNO$_{3}$ med 600 ml destillert vann. Løsningen tynnes deretter ut +til nøyaktig 1.0 liter. Eller en kan blande 100 ml med 1M HNO$_{3}$ +med 600 ml destillert vann, som deretter tynnes ut til +nøyaktig 1.0 liter.}. Sett deretter på gummikorken.\index{Phenolphthalein}\\ +\newline +I den tredje og siste kolben (kolbe 3) helles 25 ml konsentrert +\sal. Gummikorken settes deretter fast slik at åpningen er ordentlig +tettet.\\ +\newline +Når forsøket skal settes igang, slippes to +kobberbiter\footnote{Kobbermynter kan også brukes, men ikke mynter +som bare er kobberbelagte zink kjerner, fordi dette vil forårsake at +reaksjonen blir for voldsom og vanskelig å kontrollere.} ned i kolbe +3 (gummikorken settes øyeblikkelig på igjen) som inneholder den +konsentrerte salpetersyren. En rød-brun gass dannes og fyller +kolben. Det vi nå kan se er at løsningen i kolbe 2 begynner å renne +inn i kolbe 1. Etter flere minutter, har den rød-brune gassen fylt +kolbe 3 og løsningen stopper å renne over fra kolbe 2 til kolbe 1. +Etter en liten stund begynner løsningen i kolbe 2 å renne inn i +kolbe 3 med den konsentrerte syra. Løsningen i kolbe 1 renner over i +kolbe 2 (som blir farveløs). Løsningen i kolbe 3 blir blå (se figur +\ref{fontene1b}). +\begin{figure}[h] + \centering +\includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/fontene1/kobberfontene2} +\caption{De tre rundkolbene etter reaksjonsforløpet.} +\label{fontene1b} +\end{figure} + + +\subsubsection{Teori} +I dette forsøket bruker vi reaksjonen mellom kobber og salpetersyre +til å initiere en serie med kjemiske reaksjoner som pågår i nesten +20 minutter.\\ +Når kobberbitene slippes ned i kolben som inneholder kons. \sal, +fylles kolben med en rød-brun gass - NO$_{2}$. +\begin{equation}\label{okskobber} + Cu (s) + 4H^{+} (aq) + 2No^{-}_{3} (aq) = Cu^{2+} (aq) + 2H_{2}O + 2NO_{2} (g) +\end{equation} +(Mer elektropositive metaller tenderer til å redusere salpetersyren +til lavere oksidasjonstrinn, og hadde vi brukt kobber med sink, +ville vi også ha fått ammoniakk: +\begin{equation}\label{okskobber2} + 4Zn (s) + NO^{-}_{3} (aq) + 10H^{+} (aq) = 4Zn^{2+} (aq) + NH^{+}_{4} (aq) + 3H_{2}O +\end{equation}) +Etter hvert som gass produseres i kolbe 3 og trykket stiger. Vil det +økte trykket få løsningen i kolbe 2 til å renne over i kolbe 1. Når +phenolphthalein blandes med NaOH -løsningen blir løsningen rød.\\ +\newline +Når reaksjonen mellom kobber og \sal nærmer seg slutten, går +reaksjonen saktere og kolbe 3 blir avkjølt. I mellomtiden har den +svært oppløselige NO$_{2}$ -gassen produsert i reaksjonen kommet +over i kolbe 2 og løst seg i løsningen som her består av en 0.1M +HNO$_{3}$ -løsning.\\ +\newline +Den kombinerte effekten av oppløsingen av gass i kolbe 2 og +avkjøling av kolbe 3 sørger for å senke trykket i kolbe 3.\\ +Dette sørger for å tvinge løsningen i kolbe 1 over i kolbe 2 (som +blir farveløs når den blandes med syren - phenolphthaleinen går +tilbake til farveløshet). Når kolbe 2 fylles med væske, renner +væsken over i kolbe 3. Væsken som nå kommer over i kolbe 3, tynner +ut og blandes med løsningen av kobbernitrat (som ble dannet i +reaksjonen med kobberbitene og \sal). Kobbernitrat løsningen farger +nå løsningen i kolbe 3 blå.\index{Kobbernitrat} + + +\subsubsection{Forsiktig} +Ren salpetersyre er en fargeløs væske med et kokepunkt på +86\celcius. Med vann danner den en azeotropisk blanding (en +blanding som har konstant kokepunkt) som inneholder 68$\%$ syre og +har et kokepunkt på 120.5\celcius. Det er denne azeotropen som +kalles konsentrert salpetersyre. Ren HNO$_{3}$ har ingen sure +egenskaper; den autoprotolyserer ifølge likningen: +\begin{equation}\label{salpetersyreprotolyse} + 2HNO_{3} = H_{2}O + NO^{+}_{2} + NO^{-}_{3} +\end{equation} +Blandet med vann er HNO$_{3}$ en enprotisk, sterk syre. Den er et +meget kraftig oksidasjonsmiddel. Det må derfor utvises stor +forsiktighet +når en behandler syren.\\ +Den rød-brune gassen som dannes i kolbe 3 under reaksjonen er +nitrogendioksid, NO$_{2}$. Nitrogendioksid virker irriterende på +åndedrettssystemet og kan gi alvorlige skader ved lengre tids +eksponering. Konsentrasjoner på 100 ppm er farlig ved kortere +eksponeringer, mens konsentrasjoner på 200ppm eller over er dødelige +selv ved korte eksponeringer. + +\subsubsection{Fjerne avfall/rester etter forsøket} +Restene etter forsøket burde bli nøytralisert ved å tilsette +natriumbikarbonat (NaHCO$_{3}$) til løsningene til de slutter å +frese. De nøytraliserte løsningene kan skylles ned i vasken med +springvann. + + +\subsubsection{Utstyr og kjemikalier} +\begin{table}[h] +\begin{tabular}{ll} + 400 ml 0.35M natriumhydroksid (NaOH) & 1 ml phenolphthalein løsning \\ + 1140 ml 0.1 M salpetersyre, HNO$_{3}$ & 25 ml kons \sal \\ +kobber & 3 1-liters rundkolber \\ + 3 stativ med klemmer & 4 90$^{\circ}$ glassrør med diameter 1 cm og lengde ca. 15 cm \\ + 1 gummikork med 1 hull & 2 gummikorker med 2 hull \\ + 15 cm gummislange & \\ +\end{tabular} + \caption{Kjemikalieliste til forsøket - Fontene effekt med salpetersyre og kobber} +\end{table} + +\nocite{Cotton2} +\nocite{Perkins} +\nocite{bassam3} + +\printbibliography