Ostatnio w domu - kryształki

Pozostawszy w domu na dłużej, postanowiłem zająć się czymś niewymagającym. Na przykład wyhodować jakieś ładne kryształki. Pewnie wiele osób próbowało tego z solą kuchenną ale mało komu się to udało. Sól wprawdzie jest dobrze rozpuszczalna w wodzie, ale dla krystalizacji najistotniejszym parametrem jest różnica rozpuszczalności w różnych temperaturach. Jeśli nasz związek dobrze rozpuszcza się w wodzie gorącej a słabiej w zimnej, to po ochłodzeniu nasyconego gorącego roztworu powstający nadmiar musi się jakoś wydzielić. Im większa jest ta różnica tym lepiej.
W przypadku chlorku sodu rozpuszczalność w 100 st. C to 39 gramów w 100 gramach wody a w temperaturze pokojowej ok.36 g. Różnica 3 gramów to niespecjalnie dużo. Dla siarczanu miedzi różnica to 100 gramów[1], dlatego też z tego powodu (ale nie wyłącznie) błękitne kryształy siarczanu miedzi uzyskuje się znacznie łatwiej. Sól niestety łatwo tworzy skupienia drobnokrystaliczne, skorupiaste, a większe kryształy tworzą się podczas bardzo powolnego zatężania roztworów. Dlatego też soli nie brałem.
Jest wiele łatwo dostępnych substancji tworzących ładne kryształy. Jak choćby cukier biały, tworzący przezroczyste kryształy podobne do kawałków szkła - czasem można dostać w sklepach takie kryształy stanowiące oryginalną formę osłody (choć nadają się też do picia herbaty na sposób rosyjski - przez cukier trzymany w ustach). Ja jednak obawiałem się, że podczas robienia stężonego roztworu zrobi mi się syrop, więc zdecydowałem się na kwasek cytrynowy.

Kwas cytrynowy tworzy przezroczyste, bezbarwne kryształy, w temperaturze pokojowej krystalizując jako monohydrat. Jest bardzo dobrze rozpuszczalny i dobrze dostępny. Nalałem więc gorącej wody do słoiczka, tyci tyci na dno, i wsypałem niemal całe opakowanie kwasku, który rozpuścił się bez śladu, co świadczyło o tym, że roztwór nie był jeszcze całkiem nasycony. Trzeba było zatem poczekać aż trochę odparuje, zatem odstawiłem słoiczek na parapet i na kilka dni o nim zapomniałem.

Po kilku dniach ścianki były zarośnięte skorupą kwasu, a dno zasłane grubą warstwą krystalicznej masy, z której wystawało kilka większych okazów. Bardzo stężony, syropowaty roztwór przelałem więc do innego słoika, a z wydobytej masy wyłupałem największe i najbardziej kształtne okazy.

Następnie wybrałem kilka najładniejszych i włożyłem do słoiczka z roztworem, tak aby rosnąc nie stykały się ze sobą. Rosły jednak bardzo powoli:

Na ściankach znów zaczęła osadzać się krystaliczna masa, toteż co pewien czas odbijałem od niej moje zarodki żeby nie przyrosły. Wreszcie gdy powierzchnia wody niemal dotykała kryształków, uznałem że można je wyjąć. Nie prezentują się jakoś specjalnie urodziwie - są raczej zbliźniaczone, zaś to, że od strony dna miały gorszy dostęp porcji związku, sprawiło że niektóre ścianki nie wykształciły się regularnie. Mimo to daje się w nich dostrzec regularne kształty.

Takie bardzo kwaśne cukierki.
-----
[1] http://www.chemorganiczna.com/tablice/48-rozpuszczalnosc.html

Dzisiaj w... kuchni

Gdy młody chemik zostaje sam w domu, przychodzą mu do głowy różne dziwne pomysły. Na przykład ja dzisiaj postanowiłem przeprowadzić w kuchni bardzo proste a zarazem efektowne doświadczenie. Mianowicie przy pomocy bardzo prostych materiałów utworzyłem ogniwo elektrochemiczne przy pomocy którego oczyściłem poczerniałe srebro. Jak tego dokonałem?

Może jednak zacznę od innej strony, mianowicie od czernienia srebra. Srebro, choć metal szlachetny, jest jednak wciąż jeszcze dosyć reaktywne i może ulegać korozji. Przykładowo w powietrzu zawierającym chlorki, na przykład w okolicach nadmorskich, gdzie unosi się przywiewany od morza aerozol słonej wody, na powierzchni metalu tworzy się warstwa chlorku srebra. Ponieważ związek ten ma większą objętość niż metal i jest nie zbyt spoisty, tworzy rogową powłoczkę zacierającą szczegóły powierzchni, o ciemnobrązowym kolorze. Powłoczka powstająca na przedmiocie zakopanym w zasolonej ziemi jest biała i po wyjęciu szybko ciemnieje wskutek rozkładu pod wpływem światła. W jego wyniku powstaje srebro ale nie w postaci powłoczki metalicznej lecz w formie drobnych, łatwo ścieralnych cząstek.
Natomiast w większości przypadków niezabezpieczone przedmioty srebrne żółkną, brązowieją czy wręcz czernieją na powietrzu oraz w kontakcie z żywnością. Miałem okazję obserwować to gdy posrebrzane łyżeczki czerniały po zjedzeniu nimi jajek na miękko. Również te, które długo leżały w szufladzie, pokrywały się ciemną, dobrze przylegającą warstewką. Wiąże się to z obecnością w powietrzu niewielkich ilości siarkowodoru, powstającego w wyniku gnicia materii białkowej, lub spalania zasiarczonych paliw i kopalin. Siarkowodór reaguje ze srebrem tworząc siarczek:

4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + H2O

o kolorze czarnym. Warstewka siarczku dobrze przylega do metalu i nie zaciera rzeźbień, stąd też niekiedy srebro specjalnie czerni się dla przyozdobienia, aby po starciu nalotu z wypukłych miejsc uwydatnić relief. Co jednak, jeśli nasz przedmiot zbrązowiał, w dodatku bardzo nierówno, z jaśniejszymi plamkami w miejscach zatłuszczeń?

Przypomniałem sobie dziś , że gdzieś w szufladzie jest jeszcze kilka posrebrzanych łyżeczek z dawno zdekompletowanego zestawu. Gdy do nich zajrzałem stwierdziłem, że są mocno pociemniałe, a że miałem chętkę do eksperymentów postanowiłem trochę je odczernić. Ponieważ tworzenie siarczku jest w istocie reakcją utlenienia srebra, można ją cofnąć przeprowadzając redukcję, na przykład zestawiając ogniwo elektrolityczne, w którym srebrny przedmiot jest katodą. Można by to przeprowadzać podłączając przedmiot do baterii ale istnieje prostszy sposób.

Jak wiadomo już od czasów Volty, dwa różne metale, zanurzone w elektrolicie i połączone ze sobą, utworzą ogniwo. Wiąże się to z tym, że metale przyjmują w roztworach pewien potencjał, mogąc posiadać nadmiar lub niedobór elektronów. Jeśli je połączymy elektrony będą spływać z metalu który ma ich dużo, do metalu który ma ich za mało - popłynie prąd. Na tej zasadzie opierają się baterie i akumulatory. Oczywiście elektrony nie biorą się znikąd - na powierzchni obu metali zachodzą reakcje, na jednym utlenianie, czyli dezelektronacja, przez co metal przyjmuje elektrony, na drugim redukcja czyli elektronacja, zatem elektrony są z metalu pobierane. Aby srebro, metal szlachetny o wysoce dodatnim potencjale stało się katodą, trzeba je zestawić z metalem aktywnym, o niższym potencjale, a jeśli metal będzie bardzo aktywny, to reakcja będzie przebiegała bardzo szybko. Wybrałem glin.

Wyłożyłem talerz arkuszem folii aluminiowej, nalałem wody i dosypałem soli kuchennej, aby utworzyć dobrze przewodzący roztwór, dla przyspieszenia reakcji dodałem też szczyptę sody. Na wypadek gdyby folia była czymś fabrycznie pokrywana, wrzuciłem tam jeszcze starą aluminiową 50-groszówkę (wybijano takie za PRL - są tak lekkie, że pływają po wodzie), odtłuszczoną w płynie do naczyń. Następnie wziąłem kilka pociemniałych łyżek, umyłem dla odtłuszczenia i wrzuciłem do talerza. Natychmiast zaczęła zachodzić reakcja, glin utleniał się, przechodząc do roztworu:

Al → Al³⁺ + 3 e⁻

zaś oddawane przezeń elektrony redukowały siarczek srebra:

Ag2S + 3e⁻ + 2H2O → 2Ag + H2S + 2OH⁻

powstające srebro tworzyło warstewkę na nienaruszonym metalu. Równocześnie dawało się wyczuć słaby zapach siarkowodoru powstającego w reakcji. Metal jaśniał w oczach:
Wprawdzie łyżki nie są jakoś specjalnie cenne, ale ładnie wyglądają a bez ciemnej warstewki jeszcze lepiej.
Oczywiście trudno za jednym zamachem usunąć wszystko co zebrało się na srebrze zwłaszcza tam gdzie warstwa była gruba, ciemny nalot zwykle zawiera też tlenek srebra, który wymaga środowiska bardziej zasadowego, jednak już po paru minutach moczenia metal jest jaśniejszy, zaś pozostała cienka warstewka schodzi przy przecieraniu gąbką. Gdyby powtórzyć to parę razy zeszłoby wszystko, ale lekko zestarzałe srebro wygląda dobrze. Metoda ma tą zaletę, że w odróżnieniu od past polerniczych nie zarysowuje metalu.
Można skorzystać też z metod chemicznych, na przykład zanurzając a w przypadku większych przedmiotów przecierając watą nasączoną roztworem jodku potasu lub zasadowym roztworem tiomocznika, przez co osad ulegnie rozpuszczeniu.

Metody elektrochemiczne mogą mieć zastosowanie w przypadku innych metali, na przykład małe przedmioty z brązu, zaatakowane tzw "trądem brązu" można oczyścić z katalizujących korozję jonów chlorkowych zestawiając je w układ, w którym przedmiot połączony z ujemnym biegunem baterii zanurzony jest w destylowanej wodzie wraz z blaszką ołowianą połączoną z drugim biegunem. Jony chlorkowe migrują wówczas z przedmiotu i łączą się z ołowiem w nierozpuszczalny chlorek. W efekcie przedmiot, często zabytkowy, daje się uratować przed rozpadem.

W dokładnie ten sam sposób działały "cudowne płytki" reklamowane kiedyś w telewizji.
A wszystkie informacje brałem z jakże pomocnej książki Stefana Sękowskiego "Chemia dla kolekcjonera amatora"(wyd. Nasza Księgarnia, Warszawa 1989). Zapraszam też na stronę dra niehab. Tomasza Plucińskiego który też o tym pisał.

Ostatnio w... domu

Ponieważ na zajęciach z chromatografii jedna płytka pozostała niewykorzystana, postanowiłem ją wziąć i pobawić się w domu z markerami. Żeby jednak najpierw przetestować domową komorę z małej szklanki, naniosłem plamki flamastrów na pasek kredowego papieru wyciętego z notatnika i zawiesiłem w szklance, żeby się rozwijało. Nie mam w domu dobrych odczynników, więc eluentem była mieszanka spirytusu salicylowego i zmywacza do paznokci. Po dwóch godzinach rozwijania otrzymałem coś takiego:
Po lewej flamaster morski, po prawej brązowy. Zachęcony tym wynikiem, naniosłem flamastry na płytkę dodając po kropce czarnych długopisów. Rozwijanie trwało tylko pięć minut:Długopisy rozdzieliły się całkiem ładnie, natomiast flamastry prawie nie. Widocznie improwizowany sprzęt czasem sprawdza się lepiej od profesjonalnego.