1 UVOD Pri izbirnem predmetu Poskusi v kemiji smo se odločili, da izvedemo in posnamemo verižni kemijski poskus. Do tega nas je pripeljala naša želja, zagnanost ter navdušenje za kemijo in izvajanje kemijskih poskusov. Začeli smo s preprostimi idejami kako kemijske poskuse, ki jih že poznamo, povezati v verigo. Te poskuse smo zato najprej teoretično obravnavali. Nato smo jih posamično izvedli in jih na koncu povezali v verižni poskus. Idejo za tak poskus smo si sposodili pri fizikih, vendar smo kmalu ugotovili, da je tak poskus pri kemiji težje narediti, kot na primer pri fiziki. Fizikalni verižni eksperimenti se med seboj povezujejo preko mehanske sile, medtem ko se poskusi pri kemijskem verižnem poskusu med seboj povezujejo preko sproščene energije. Zaradi tega morajo biti poskusi vsi po vrsti eksotermni, z razliko elektrolize vode, pri katerem dovajamo električno energijo. 2 POSKUSI POVEZANI V VERIGO 2.1 PLAMENSKA REAKCIJA To je reakcija med močnim oksidantom (kalijev klorat – KClO3), sladkorjem in stroncijevim nitratom – Sr(NO3)2. Aktivacijska energija – razžarjena žica sproži razkroj oksidanta na kisik in kalijev klorid ter toploto, ki vžge sladkor, ki deluje kot gorivo. Stroncijev nitrat pripomore k obarvanju plamena. Pri poskusu se sprošča tudi toplota svetloba - plamen se obarva izrazito rdeče. Pri poskusu potekajo redoks reakcije: 2KClO3(s) + E → 3O2(g) + 2KCl(s) Cl5+ + 6e- → Cl1-  redukcija O2- - 2e- → O0  oksidacija 8 KClO3 + C12H22O11 → 11 H2O + 12 CO2 + 8 KCl + svetloba + toplota 2.2 GORENJE CELULOZE Celuloza (C6H10O5)n je naravna polimera ki se nahaja v vlaknih konoplje. Konopljino vrvico smo uporabili zato, da smo preko nje sprostili stekleno palčko, na katero smo namestili natrij. Vrvica se vžge s pomočjo plamena iz predhodne kemijske reakcije. Pri gorenju poteče popolna oksidacija pri čemer se iz ogljika, vezanega v celulozi, tvori ogljikov dioksid – CO2 ter nepopolna oksidacija, ko se iz vezanega ogljika tvori ogljik – C. Vodik in kisik vezana v sladkorju se pretvorita v vodo. Pri gorenju se sprošča toplota.

(C6H10O5)n + nO2 → nCO2 + nC + nH2O + E

C4+ + 4e- → C0 redukcija

O0 + 2e- → O2- redukcija

2.3 RAZKROJ VODE Z NATRIJEM IN TVORBA ELEKTROLITA V stiku natrija z vodo se H2O razcepi na vodikove katione in hidroksilne anione. Natrij odda elektron vodikovemu kationu, ki se pretvori v vodikov atom, OH- anioni in Na+ kationi pa ostanejo v raztopini. Sprošča se veliko energije zato se natrij stali vodikovi atomi pa se povežejo v molekule H2. Vodik se sprošča in zaradi sproščene energije se lahko tudi vžge in zgori z rumenim plamenom. Plamen je rumen zaradi prisotnega natrija. Zaradi prisotnosti kationov in anionov v raztopini se električno neprevodna destilirana voda spremeni v elektrolit. Električna prevodnost sproži naslednjo stopnjo verižnega poskusa - elektrolizo vode v Hoffmanovem aparatu . 2 Na + 2 H2O → 2H+ + 2e- + 2 Na+ + 2 OH-

2H+ + 2e- + 2 Na+ + 2 OH-  H2 + 2 Na+ + 2 OH-

Na0 – e-  Na+  oksidacija H+ + e-  2H0  redukcija

2.4 ELEKTROLIZA VODE Elektroliza je reakcija, pri kateri iz vode (H2O) s pomočjo istosmernega električnega toka dobimo vodik (H2) in kisik (O2). Elektrolizo vode omogoča dodana kislina ali baza. Mi smo uporabili žveplovo (VI) kislino. Elektroliza je sestavljena iz dveh pol-reakcij, ki potekata istočasno v Hoffmanovem aparatu. V vodi se na katodi izločajo elektroni (e-) in z vodo povzročajo naslednjo pol-reakcijo: 2 H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2 OH-(aq) redukcija Zaradi delovanja istosmernega električnega toka se voda razcepi na hidroksilne anione in vodikove katione, ki prejmejo elektrone in tako tvorijo molekule vodika. Reakcija nato poteka naprej na anodi: 4 OH- (aq) → O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e− oksidacija Tako dobimo tudi kisik. Enostavneje bi lahko celo reakcijo zapisali tako: 2 H2O(l) + istosmerni električni tok → 2 H2(g) + O2(g) Pri elektrolizi tako molekule vode razcepimo na molekule vodika, ki se sprostijo na katodi in molekule kisika, ki se sprostijo na anodi. Volumsko razmerje vodika proti kisiku pa je 2:1.

2.5 POKALNI PLIN Pokalni plin smo dobili z elektrolizo vode. Pri tem smo dobivali vodik in kisik, ki sta bila v volumskem razmerju 2 : 1 Ko smo jih spustili v milnico, je nastala zmes plinov tvorila mehurčke. Zmes plinov smo prižgali z gorečo trsko in ob dotiku z ognjem je močno počilo. Pok je nastal, ko sta se vodik in kisik v v hipu spojila nazaj v vodo. Pri tem se je sprostilo veliko energije, ki se je sprostila z zvokom. 2H2 + O2 → 2H2O + E H0 – e-  H+  oksidacija O0 + 2e-  O2-  redukcija

3 REDOKS REAKCIJE Po prvih teorijah je oksidacija kemijska reakcija pri kateri se element poveže s kisikom. Kemijska reakcija pri kateri iz spojine odvzamemo kisik pa se imenuje redukcija. Z razvojem znanosti in spoznavanjem pomena elektronov pri tvorbi vezi se je uveljavilo spoznanje: • oksidacija je oddajanje elektronov, • redukcija je sprejemanje elektronov. Za redoks reakcije zato ni nujno, da v reakcijah nastopa kisik. Ti kemijski reakciji vedno potekata sočasno, zato jih imenujemo tudi redoks reakcije. V skladu s to teorijo smo v poskusih, ki smo jih povezali v verigo, iskali elemente, ki so se pri kemijskih reakcijah oksidirali oz. oddajali elektrone in elemente, ki so se pri kemijskih reakcijah reducirali oz. sprejemali elektrone. 4 POTEK POSKUSA Sestavili smo aparaturo za vsak poskus posebej in pripravili potrebne reagente. Ko smo preverili, kako delujejo, smo jih povezali v zaporedje tako, da je predhodni poskus s svojo reakcijo sprožil naslednjega. Tako je plamenska reakcija s toploto plamena vžgala vrvico konoplje. Ko je ta zgorela, je omogočila padec natrija v vodo, reakcija med vodo in natrijem je povzročila nastanek elektrolita, ki je omogočil električno prevodnost zaradi česar se je sprožila elektroliza v Hofmannovem aparatu. Nastala plina – vodik in kisik - smo pomešana uvajali v milnico, mehurčke zmesi pa smo z gorečo trsko vžgali. Vodik in kisik sta zgorela z močnim pokom.

5 ZAKLJUČEK S poskusom smo spoznali redoks reakcije: • plamenska reakcija, • gorenje celuloze, • razkroj vode z natrijem, • elektrolizo vode in • gorenje vodika - pokalni plin Bistvo redoks reakcij je v sočasnosti oksidacije, to je oddajanja elektronov pri elementu, ki se oksidira ter redukcije oziroma sprejemanja elektronov pri elementu, ki se reducira. Pri redoks reakciji je praviloma sproščena energija večja kot aktivacijska energija. Sproščena energija se je izrazila v obliki toplote in svetlobe. Sproščena toplota v prvem delu poskusa je sprožila gorenje celuloze v konopljeni vrvici. Ko je vrvica zgorela, je sila teže nagnila palčko na kateri je bil natrij. Ob tem je natrij padel s palčke v vodo. Ob stiku natrija z vodo je stekla reakcija med njima. Natrij razkraja vodo pri tem nastajajo kationi in anioni, ki omogočijo električno prevodnost raztopine - nastanek elektrolita. Električna prevodnost raztopine je omogočila elektrolizo vode v Hofmannovem aparatu. Pri elektrolizi nastali vodik in kisik smo uvajali v milnico. Nastalo zmes plinov v mehurčkih smo zažgali. Zmes vodika in kisika je eksplodirala z močnim pokom.