Πώς να κάνετε την επίδειξη χημείας χαμαιλέοντα αλλαγής χρώματος

Ο χημικός χαμαιλέοντας είναι υπέροχος επίδειξη χημείας αλλαγής χρώματος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Η αλλαγή χρώματος κυμαίνεται από μωβ σε μπλε σε πράσινο σε πορτοκαλί-κίτρινο και τέλος σε καθαρισμό.

Για αυτό επίδειξη, ξεκινάτε προετοιμάζοντας δύο ξεχωριστές λύσεις:

Λύση Α

• 2 mg υπερμαγγανικού καλίου
• 500 ml απεσταγμένο νερό

Διαλύω μια μικρή ποσότητα υπερμαγγανικού καλίου σε νερό. Η ποσότητα δεν είναι κρίσιμη, αλλά μην χρησιμοποιήσετε πάρα πολύ ή αλλιώς η λύση θα είναι πολύ βαθιά χρωματισμένη για να δείτε τις αλλαγές χρώματος. Χρησιμοποιήστε αποσταγμένο νερό και όχι νερό βρύσης για να αποφύγετε προβλήματα που προκαλούνται από άλατα στο νερό της βρύσης που μπορούν να επηρεάσουν το pH του νερού και να επηρεάσουν την αντίδραση. Το διάλυμα πρέπει να έχει βαθύ μωβ χρώμα.

Λύση Β

• 6 g ζάχαρη (σακχαρόζη)
• 10 g υδροξειδίου του νατρίου (NaOH)
• 750 ml απεσταγμένου νερού

Διαλύστε το σάκχαρο και το υδροξείδιο του νατρίου στο νερό. Η αντίδραση μεταξύ υδροξειδίου του νατρίου και νερού είναι εξώθερμη, οπότε αναμένεται να παραχθεί κάποια θερμότητα. Αυτή θα είναι μια σαφής λύση.

Όταν είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε την επίδειξη, το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να συνδυάσετε τις δύο λύσεις. Θα έχετε το πιο δραματικό αποτέλεσμα αν στρέψετε το μείγμα μαζί για να συνδυάσετε καλά τα αντιδραστήρια.

Κατά την ανάμιξη, το μωβ του διαλύματος υπερμαγγανικού καλίου αλλάζει αμέσως σε μπλε. Αλλάζει σε πράσινο αρκετά γρήγορα, αλλά χρειάζονται λίγα λεπτά για την επόμενη αλλαγή χρώματος σε ανοιχτό πορτοκαλί-κίτρινο, όπως μαγγάνιο διοξείδιο (MnO₂) καθιζάνει. Εάν αφήσετε το διάλυμα να παραμείνει αρκετά, το διοξείδιο του μαγγανίου θα βυθιστεί στο κάτω μέρος της φιάλης, αφήνοντάς σας ένα διαυγές υγρό.

Οι αλλαγές χρώματος είναι το αποτέλεσμα οξείδωσης και μείωσης ή μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.

Το υπερμαγγανικό κάλιο είναι μειωμένο (κερδίζει ηλεκτρόνια), ενώ η ζάχαρη οξειδώνεται (χάνει ηλεκτρόνια). Αυτό συμβαίνει σε δύο βήματα. Πρώτον, το μόνιμο ιόντα (μωβ σε διάλυμα) ανάγεται για να σχηματίσει το ιόν μαγγανικού (πράσινο σε διάλυμα):

• ΜΝΟ₄^- + ε^- → MnO₄^2-

Καθώς η αντίδραση προχωρά, τόσο το μωβ υπερμαγγανικό όσο και το πράσινο μαγγανικό είναι παρόντα, αναμιγνύοντας μαζί για να παράγουν ένα διάλυμα που εμφανίζεται μπλε. Τελικά, υπάρχει περισσότερο πράσινο μαγγάνιο, αποδίδοντας ένα πράσινο διάλυμα.

Στη συνέχεια, το πράσινο ιόν μαγγανίου μειώνεται περαιτέρω και σχηματίζει διοξείδιο του μαγγανίου:

• ΜΝΟ₄^2- + 2 Ω₂O + 2 ε^- → MnO₂ + 4 Ω^-

Το διοξείδιο του μαγγανίου είναι χρυσό καφέ στερεό, αλλά τα σωματίδια είναι τόσο μικρά που κάνουν το διάλυμα να φαίνεται να αλλάζει χρώμα. Τελικά, τα σωματίδια καθίστανται εκτός διαλύματος, αφήνοντάς τα διαυγή.

Η επίδειξη χαμαιλέοντα είναι ένα από τα πολλά πιθανά πειράματα χημείας αλλαγής χρώματος που μπορείτε να εκτελέσετε. Εάν δεν διαθέτετε το υλικό για αυτήν τη συγκεκριμένη επίδειξη, σκεφτείτε το προσπαθώντας διαφορετικό.

Η σακχαρόζη και το απεσταγμένο νερό είναι ασφαλή και μη τοξικά. Ωστόσο, κατά την προετοιμασία των λύσεων και την εκτέλεση της επίδειξης πρέπει να φοράτε κατάλληλα εργαλεία ασφαλείας (παλτό εργαστηρίου, γυαλιά ασφαλείας, γάντια). Το υδροξείδιο του νατρίου και το υπερμαγγανικό κάλιο μπορούν να προκαλέσουν ερεθισμό και χημικά εγκαύματα σε επαφή με το δέρμα ή τους βλεννογόνους. Τα χημικά διαλύματα πρέπει να επισημαίνονται και να φυλάσσονται μακριά από παιδιά και κατοικίδια ζώα για να αποφευχθεί η κατά λάθος κατάποση. Το υπερμαγγανικό κάλιο είναι εξαιρετικά τοξικό για τους υδρόβιους οργανισμούς. Σε ορισμένα μέρη επιτρέπεται η έκχυση μιας μικρής ποσότητας διαλύματος στην αποχέτευση. Συνιστάται στον αναγνώστη να συμβουλευτεί ομοσπονδιακούς, πολιτειακούς και τοπικούς κανονισμούς για τη σωστή απόρριψη.

Υλικά

• Υπερμαγγανικό κάλιο
• Σακχαρόζη (επιτραπέζια ζάχαρη)
• Υδροξείδιο του νατρίου
• Απεσταγμένο νερό

Έννοιες που απεικονίζονται

• Αυτή η επίδειξη είναι ένα καλό παράδειγμα μιας εξώθερμης αντίδρασης. Η αλλαγή χρώματος παράγεται μέσω αντίδρασης redox (μείωση οξείδωσης).

Απαιτούμενος χρόνος

• Οι δύο χημικές λύσεις μπορεί να προετοιμαστούν εκ των προτέρων, οπότε αυτή η επίδειξη είναι στιγμιαία.

Επίπεδο

• Η επίδειξη είναι κατάλληλη για όλες τις ηλικιακές ομάδες. Οι μαθητές χημείας γυμνασίου και κολεγίου που μελετούν τις αντιδράσεις redox θα αξιοποιήσουν στο έπακρο το πείραμα, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τόνωση του ενδιαφέροντος για τη χημεία και την επιστήμη σε οποιαδήποτε ηλικία. Η επίδειξη μπορεί να πραγματοποιηθεί από οποιονδήποτε καθηγητή χημείας γυμνασίου ή κολεγίου. Επειδή υπάρχουν πρωτόκολλα ασφαλείας για τη χρήση υπερμαγγανικού καλίου και υδροξειδίου του νατρίου, αυτή η επίδειξη δεν είναι κατάλληλη για παιδιά χωρίς επίβλεψη.