X-Git-Url: https://pere.pagekite.me/gitweb/text-smell-og-bang-hauge.git/blobdiff_plain/a5917b21c1fb9f2d048de42deeb1ca5ead2c85d7..8e8d4c6202b3e69a9c84bdc7495dad1ee938c8ee:/SLSection10-kjemi.tex?ds=inline diff --git a/SLSection10-kjemi.tex b/SLSection10-kjemi.tex index 2fcf0f8..21fb532 100644 --- a/SLSection10-kjemi.tex +++ b/SLSection10-kjemi.tex @@ -1,180 +1,180 @@ -\section{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$} -\label{Kromoks} \index{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$|textbf} - - - -\subsubsection{Innledning} -\index{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$|textbf} - Den vanlige demonstrasjonsøvelsen som omhandler den -katalyttiske oksidasjonen av \am, involverer bruken av -forhåndsvarmet platina og kobber spoler \cite{fowles}\cite{Gilbert} -og er kjedelige og kompliserte. \\ Flere oksider av -innskuddsmetallene kan brukes som katalytt i oksidasjonen av \am, -men bruken av krom(III)oksid, Cr$_{2}$O$_{3}$ tillater imidlertid at -en kan demonstrere denne oksydasjonen på en -svært effektfull og vakker måte.\\ -\newline -I tillegg er det perfekt å utføre denne øvelsen rett etter at en har -utført vulkanforsøket som er nevnt i forrige demonstrasjonsøvelse -(auto-oksydasjon av ammoniumdikromat). Dette fordi sluttproduktet av -denne reaksjonen nettopp er krom(III)oksid.\\ -\newline -Komersielt tilgjengelig Cr$_{2}$O$_{3}$ er ikke brukbart for akkurat -dette forsøket, men oksidet fra dekomponeringen av ammoniumdikromat -er perfekt. Og har man først utført dette forsøket og tatt vare på -katalysten, kan den lagres i lang tid uten å miste sin reaktivitet. - -\subsubsection{Forberedelse} -Øvelsen med katalyttisk oksidasjon av \am utføres best i et mørkt -(halvmørkt) klasserom. Effekten er tydelig synlig, selv i et stort -rom. Størrelsen på flasken eller glasskolben har heller ikke så mye -å si for effekten. En kan like gjerne utføre forsøket i en -glassflaske med skrukork - så lenge flasken er gjennomsiktig. - - -\subsubsection{Framgangsmåte} -I vårt forsøk benytter vi oss av en 25 liter stor glasskoblbe med -vid munning. Ca. 40-50 ml med konsentrert \amm løsning (35$\%$ -(0.880 g cm$^{-3}$) eller høyere) helles ned i glasskolben, som -etterpå blir lukket med et passende lokk.\\ -Kolben rystes rundt en stund slik at vi får blandet ammoniakken med -luften inne i kolben. Vi får på denne måten dannet en effektiv -atmosfære av ammoniakk i kolben.\\ -\newline -Krom(III)oksiden plasseres i en forbrenningsskje og varmes opp over -en gassbrenner til det begynner å gløde av oksiden. -\begin{figure}[h] -\centering -\includegraphics[width=0.90\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved1.eps} -\caption{Oksidasjon av \am med Cr$_{2}$O$_{3}$} -\end{figure} -Når krom(III)oksiden er varmet opp, føres den ned i kolben (se -figurene).\\ -Har man på forhånd laget til en anordning som kan blåse oksiden ut -av forbrenningsskjeen etter at den er ført ned i kolben med skjeen -og lokket satt på, kan en styre gnistregnet inne i kolben. Vi lagde -en slik anordning lett ved å feste en gummislange til en blåsebelg -(se fig. \ref{blasebelg} på side \pageref{blasebelg}). -\begin{figure}[h] -\centering -\includegraphics[width=0.80\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved0.eps} -\caption{Hjemmelaga $"$blåsebelg$"$ anordning} \label{blasebelg} -\end{figure} -Slangen førte vi ned igjennom et hull i lokket som vi hadde ordnet -til på forhånd. Slangen var festet nedover forbrenningsskjeens -skaft. -\begin{figure}[h] -\centering -\includegraphics[width=0.50\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved3.eps} -\caption{Ved slutten av hver tilførsel av nytt Cr$_{2}$O$_{3}$ vil -beholderen fylles med en $"$hvit$"$ røyk av vanndamp} -\end{figure} -Ved å klemme inn belgen, ble litt av den varme kromoksiden blåst ut -av skjeen og reaksjonen startet opp. Varmen fra selve oksidasjonen -som skjer på overflaten av kromoksid partiklene er høy nok til å få -partiklene til å gløde rødt. \\ -Etter som reaksjonen med partiklene som ble blåst opp i ammoniakk -atomsfæren avtar med dertil varmegang, vil flasken bli dekket av et -lag med vanndamp og bildet blir utydelig.\\ -Et nytt pump med blåsebelgen vil sette reaksjonen i gang på nytt med -det samme forløpet.\\ -\newline -Tilslutt vil flasken bli fylt med den brunlige NO$_{2}$ gassen. Av -denne grunn bør forsøket bli utført enten under et avtrekk, eller i -nærheten av et åpent vindu e.l.\\ Bortsett fra nitrogendioksiden er -stort sett den eneste kilden til irritasjon lukten av ammoniakk. -Svært lite støv fra Cr$_{2}$O$_{3}$ vil komme ut av glasskolben.\\ -\newline -Den samme demostrasjonen kan også utføres svært enkelt. Ved å ta en -vanlig glassflaske med skrukork i bruk. Her kan en helle nedi den -samme mengden med konsentrert \amm, lukke igjen korken og riste -flasken.\\ -Deretter tar man og varmer opp litt Cr$_{2}$O$_{3}$ i en metallskje -over en gassbrenner. Når oksidet begynner å gløde litt, heller man -bare oksidet oppi flasken og skrur korken fort igjen. Her er det -viktig å få korken fort på slik at man unngår så mye \am damp i -rommet og at varme Cr$_{2}$O$_{3}$ partikler kommer flyvende ut av -flasken.\\ Partiklene til katalytten vil nå være fanget inne i -flasken og gnistre og lyse rødt og gult. Noen av dem vil holde seg -glødende opptil 60 sekunder.\\ -\newline -Etter at reaksjonen er ferdig, vil flasken fylles med vanndamp. En -kan utføre det samme forsøket flere ganger - ved å tilsette mer -oppvarmet Cr$_{2}$O$_{3}$ fra en metallskje og lukke igjen korken. - - -\subsubsection{Teori} -Reaksjonsmekanismen er svært komplisert. Når forsøket utføres i en -åpen beholder, vil mesteparten av \amm oksidere til nitrogen: -\begin{equation}\label{oksamm1} - 4NH_{3} + 2O_{2} \Longrightarrow 2N_{2} + 6H_{2}O -\end{equation} -Det vil i dette tilfellet ikke bli produsert noe nitrogendioksid. -Gjentar en deretter eksperimentet i en lukket beholder (som -beskrevet under framgangsmåte), vil oksidasjonen overraskende nok gå -lengre og danne nitrogenoksid, som videre gir den brune gassen -NO$_{2}$ og som tilslutt produserer ammoniumnitrat: -\begin{equation}\label{oksamm2} - 4NH_{3} + 5O_{2} \Longrightarrow 4NO -\end{equation} -\begin{equation}\label{oksamm3} - 2NO + O_{2} \Longrightarrow 2NO_{2} -\end{equation} -\begin{equation}\label{oksamm4} - 4NO + 4NH_{3} + 3O_{2} + 2H_{2}O \Longrightarrow 4NH_{4}NO_{3} -\end{equation} -Årsaken til denne forskjellen i reaksjonsmønster er enda ikke kjent. -Det er mulig at mangelen på nitrat i det åpne forsøket kan være -grunnen til at reaksjonen mellom NH$_{3}$ og NO danner N$_{2}$, -N$_{2}$O og H$_{2}$O - katalysert med Cr$_{2}$O$_{3}$\footnote{H. -Niiyama, K. Murata, H. V. Can, and E. Echigoya, J. Catal., 1980, -\textbf{63}, 1-10.} \footnote{H.E. Curry-Hyde, H. Musch, A. Baiker, -M. Schraml-Marth, and A. Wokaun, J. Catal., 1992, \textbf{133}, -397-414.}, men dette forklarer ikke hvorfor nitrat blir dannet i det -lukkede systemet. - - -\subsubsection{Forsiktig} -Det er viktig å huske på at krom(IV) forbindelser og krom(III)oksid -virker irriterende på hud og i kontakt med øyne, og spesielt hvis -man får støv inn i åndedrettsystemet \cite{muir}. Ellers bør en -bruke hansker når en behandler stoffer som krom(IV) forbindelser og -(NH$_{4}$)$_{2}$Cr$_{2}$O$_{7}$. - - -\subsubsection{Utstyr og kjemikalier} -\begin{table}[h]\begin{tabular}{ll} - Krom(III)oksid, Cr$_{2}$O$_{3}$ & Konsentrert \am \\ -Rundkolbe, 20 l eller egnet glassflaske & gassbrenner \\ - Forbrenningsskje & \\ -\end{tabular} -\caption{Kjemikalieliste til forsøket - Oksidasjon av ammoniakk med -Cr$_{2}$O$_{3}$} -\end{table} - - - -\subsubsection{Referanser} -\begin{description} - \item[\lbrack1\rbrack] V.A. Volkovich and T.R. Griffiths. -\newblock Catalytic oxidation of ammonia: A sparkling experiment. -\newblock {\em Journal of Chemical Education}, 77(177), 2000. - \item[\lbrack2\rbrack] Ed. G.L.~Gilbert. -\newblock Tested demonstrations in chemistry and selected demonstrations. -\newblock {\em Journal of Chemical Education}, 1:1--35, 1994. -\newblock Denison University, Granville. -\item[\lbrack3\rbrack] Bassam~Z. Shakhashiri. -\newblock {\em Chemical Demonstrations - A Handbook for Teachers of Chemistry}, - volume~1. -\newblock The University of Winsconsin Press, 1 edition, 1983. -\newblock 343 pages \\ ISBN: 0-299-08890-1. -\item[\lbrack4\rbrack] G.~Fowles. -\newblock {\em Lecture Demonstrations in Chemistry}. -\newblock Number pp 175-180. G. Bell $\&$ Sons Ltd, London, 1947. -\end{description} - - - - - - +\section{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$} +\label{Kromoks} \index{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$|textbf} + + + +\subsubsection{Innledning} +\index{Oksidasjon av ammoniakk med Cr$_{2}$O$_{3}$|textbf} + Den vanlige demonstrasjonsøvelsen som omhandler den +katalyttiske oksidasjonen av \am, involverer bruken av +forhåndsvarmet platina og kobber spoler \cite{fowles}\cite{Gilbert} +og er kjedelige og kompliserte. \\ Flere oksider av +innskuddsmetallene kan brukes som katalytt i oksidasjonen av \am, +men bruken av krom(III)oksid, Cr$_{2}$O$_{3}$ tillater imidlertid at +en kan demonstrere denne oksydasjonen på en +svært effektfull og vakker måte.\\ +\newline +I tillegg er det perfekt å utføre denne øvelsen rett etter at en har +utført vulkanforsøket som er nevnt i forrige demonstrasjonsøvelse +(auto-oksydasjon av ammoniumdikromat). Dette fordi sluttproduktet av +denne reaksjonen nettopp er krom(III)oksid.\\ +\newline +Komersielt tilgjengelig Cr$_{2}$O$_{3}$ er ikke brukbart for akkurat +dette forsøket, men oksidet fra dekomponeringen av ammoniumdikromat +er perfekt. Og har man først utført dette forsøket og tatt vare på +katalysten, kan den lagres i lang tid uten å miste sin reaktivitet. + +\subsubsection{Forberedelse} +Øvelsen med katalyttisk oksidasjon av \am utføres best i et mørkt +(halvmørkt) klasserom. Effekten er tydelig synlig, selv i et stort +rom. Størrelsen på flasken eller glasskolben har heller ikke så mye +å si for effekten. En kan like gjerne utføre forsøket i en +glassflaske med skrukork - så lenge flasken er gjennomsiktig. + + +\subsubsection{Framgangsmåte} +I vårt forsøk benytter vi oss av en 25 liter stor glasskoblbe med +vid munning. Ca. 40-50 ml med konsentrert \amm løsning (35$\%$ +(0.880 g cm$^{-3}$) eller høyere) helles ned i glasskolben, som +etterpå blir lukket med et passende lokk.\\ +Kolben rystes rundt en stund slik at vi får blandet ammoniakken med +luften inne i kolben. Vi får på denne måten dannet en effektiv +atmosfære av ammoniakk i kolben.\\ +\newline +Krom(III)oksiden plasseres i en forbrenningsskje og varmes opp over +en gassbrenner til det begynner å gløde av oksiden. +\begin{figure}[h] +\centering +\includegraphics[width=0.90\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved1.eps} +\caption{Oksidasjon av \am med Cr$_{2}$O$_{3}$} +\end{figure} +Når krom(III)oksiden er varmet opp, føres den ned i kolben (se +figurene).\\ +Har man på forhånd laget til en anordning som kan blåse oksiden ut +av forbrenningsskjeen etter at den er ført ned i kolben med skjeen +og lokket satt på, kan en styre gnistregnet inne i kolben. Vi lagde +en slik anordning lett ved å feste en gummislange til en blåsebelg +(se fig. \ref{blasebelg} på side \pageref{blasebelg}). +\begin{figure}[h] +\centering +\includegraphics[width=0.80\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved0.eps} +\caption{Hjemmelaga $"$blåsebelg$"$ anordning} \label{blasebelg} +\end{figure} +Slangen førte vi ned igjennom et hull i lokket som vi hadde ordnet +til på forhånd. Slangen var festet nedover forbrenningsskjeens +skaft. +\begin{figure}[h] +\centering +\includegraphics[width=0.50\textwidth]{oksidasjon_amm/hoved3.eps} +\caption{Ved slutten av hver tilførsel av nytt Cr$_{2}$O$_{3}$ vil +beholderen fylles med en $"$hvit$"$ røyk av vanndamp} +\end{figure} +Ved å klemme inn belgen, ble litt av den varme kromoksiden blåst ut +av skjeen og reaksjonen startet opp. Varmen fra selve oksidasjonen +som skjer på overflaten av kromoksid partiklene er høy nok til å få +partiklene til å gløde rødt. \\ +Etter som reaksjonen med partiklene som ble blåst opp i ammoniakk +atomsfæren avtar med dertil varmegang, vil flasken bli dekket av et +lag med vanndamp og bildet blir utydelig.\\ +Et nytt pump med blåsebelgen vil sette reaksjonen i gang på nytt med +det samme forløpet.\\ +\newline +Tilslutt vil flasken bli fylt med den brunlige NO$_{2}$ gassen. Av +denne grunn bør forsøket bli utført enten under et avtrekk, eller i +nærheten av et åpent vindu e.l.\\ Bortsett fra nitrogendioksiden er +stort sett den eneste kilden til irritasjon lukten av ammoniakk. +Svært lite støv fra Cr$_{2}$O$_{3}$ vil komme ut av glasskolben.\\ +\newline +Den samme demostrasjonen kan også utføres svært enkelt. Ved å ta en +vanlig glassflaske med skrukork i bruk. Her kan en helle nedi den +samme mengden med konsentrert \amm, lukke igjen korken og riste +flasken.\\ +Deretter tar man og varmer opp litt Cr$_{2}$O$_{3}$ i en metallskje +over en gassbrenner. Når oksidet begynner å gløde litt, heller man +bare oksidet oppi flasken og skrur korken fort igjen. Her er det +viktig å få korken fort på slik at man unngår så mye \am damp i +rommet og at varme Cr$_{2}$O$_{3}$ partikler kommer flyvende ut av +flasken.\\ Partiklene til katalytten vil nå være fanget inne i +flasken og gnistre og lyse rødt og gult. Noen av dem vil holde seg +glødende opptil 60 sekunder.\\ +\newline +Etter at reaksjonen er ferdig, vil flasken fylles med vanndamp. En +kan utføre det samme forsøket flere ganger - ved å tilsette mer +oppvarmet Cr$_{2}$O$_{3}$ fra en metallskje og lukke igjen korken. + + +\subsubsection{Teori} +Reaksjonsmekanismen er svært komplisert. Når forsøket utføres i en +åpen beholder, vil mesteparten av \amm oksidere til nitrogen: +\begin{equation}\label{oksamm1} + 4NH_{3} + 2O_{2} \Longrightarrow 2N_{2} + 6H_{2}O +\end{equation} +Det vil i dette tilfellet ikke bli produsert noe nitrogendioksid. +Gjentar en deretter eksperimentet i en lukket beholder (som +beskrevet under framgangsmåte), vil oksidasjonen overraskende nok gå +lengre og danne nitrogenoksid, som videre gir den brune gassen +NO$_{2}$ og som tilslutt produserer ammoniumnitrat: +\begin{equation}\label{oksamm2} + 4NH_{3} + 5O_{2} \Longrightarrow 4NO +\end{equation} +\begin{equation}\label{oksamm3} + 2NO + O_{2} \Longrightarrow 2NO_{2} +\end{equation} +\begin{equation}\label{oksamm4} + 4NO + 4NH_{3} + 3O_{2} + 2H_{2}O \Longrightarrow 4NH_{4}NO_{3} +\end{equation} +Årsaken til denne forskjellen i reaksjonsmønster er enda ikke kjent. +Det er mulig at mangelen på nitrat i det åpne forsøket kan være +grunnen til at reaksjonen mellom NH$_{3}$ og NO danner N$_{2}$, +N$_{2}$O og H$_{2}$O - katalysert med Cr$_{2}$O$_{3}$\footnote{H. +Niiyama, K. Murata, H. V. Can, and E. Echigoya, J. Catal., 1980, +\textbf{63}, 1-10.} \footnote{H.E. Curry-Hyde, H. Musch, A. Baiker, +M. Schraml-Marth, and A. Wokaun, J. Catal., 1992, \textbf{133}, +397-414.}, men dette forklarer ikke hvorfor nitrat blir dannet i det +lukkede systemet. + + +\subsubsection{Forsiktig} +Det er viktig å huske på at krom(IV) forbindelser og krom(III)oksid +virker irriterende på hud og i kontakt med øyne, og spesielt hvis +man får støv inn i åndedrettsystemet \cite{muir}. Ellers bør en +bruke hansker når en behandler stoffer som krom(IV) forbindelser og +(NH$_{4}$)$_{2}$Cr$_{2}$O$_{7}$. + + +\subsubsection{Utstyr og kjemikalier} +\begin{table}[h]\begin{tabular}{ll} + Krom(III)oksid, Cr$_{2}$O$_{3}$ & Konsentrert \am \\ +Rundkolbe, 20 l eller egnet glassflaske & gassbrenner \\ + Forbrenningsskje & \\ +\end{tabular} +\caption{Kjemikalieliste til forsøket - Oksidasjon av ammoniakk med +Cr$_{2}$O$_{3}$} +\end{table} + + + +\subsubsection{Referanser} +\begin{description} + \item[\lbrack1\rbrack] V.A. Volkovich and T.R. Griffiths. +\newblock Catalytic oxidation of ammonia: A sparkling experiment. +\newblock {\em Journal of Chemical Education}, 77(177), 2000. + \item[\lbrack2\rbrack] Ed. G.L.~Gilbert. +\newblock Tested demonstrations in chemistry and selected demonstrations. +\newblock {\em Journal of Chemical Education}, 1:1--35, 1994. +\newblock Denison University, Granville. +\item[\lbrack3\rbrack] Bassam~Z. Shakhashiri. +\newblock {\em Chemical Demonstrations - A Handbook for Teachers of Chemistry}, + volume~1. +\newblock The University of Winsconsin Press, 1 edition, 1983. +\newblock 343 pages \\ ISBN: 0-299-08890-1. +\item[\lbrack4\rbrack] G.~Fowles. +\newblock {\em Lecture Demonstrations in Chemistry}. +\newblock Number pp 175-180. G. Bell $\&$ Sons Ltd, London, 1947. +\end{description} + + + + + +