שימו לב, מהירות! חווית כימיה מהנה בבית

חוויות משעשעות בבית
מדריך / חוויות משעשעות / ניסויים בכימיה

שימו לב, מהירות! ניסויים כימיים

ניסויים משעשעים בכימיה

חוויות משעשעות בבית / ניסויים בכימיה לילדים

במדעי הכימיה קיים תחום מיוחד החוקר את הקצבים והמנגנונים של תגובות שונות – קינטיקה כימית.

למרות שהתיאוריה הכימית יכולה להסביר דברים רבים, עדיין לא ניתן לחזות תיאורטית את קצב התגובה. הוא נחקר בניסוי, במעבדה, ואז מפתחים דרכים לשנות את המהירות הזו. יש הרבה תגובות שחשובות לתעשייה שמתנהלות לאט מדי; אנחנו צריכים להיות מסוגלים להאיץ אותן. תגובות אחרות, להיפך, חייבות להיות מעוכבות כי הן מזיקות.

בקיצור, קינטיקה כימית היא מדע ניסיוני. אתה יכול לאמת את תקפות החוקים שלו על ידי ביצוע מספר ניסויים פשוטים.

ראשית, בואו נוודא שקצב אותה תגובה אכן יכול להשתנות, ובאופן משמעותי למדי. (עם זאת, ניתן להניח זאת בהתבסס לא על כימי, אלא על ניסיון חיים; למשל, מזון בקור מתקלקל לאט יותר מאשר בחום, מכיוון שבטמפרטורות שונות אותן תגובות ביוכימיות מתרחשות במהירויות שונות).

כדי לבדוק, חזור על הניסוי מהפרק "שעון כימי", אבל הפעם תשנו לא את ריכוזי החומרים (זה כבר מוכר לכם), אלא את הטמפרטורה. אם שתי התמיסות הראשוניות - נתרן גופרתי ואשלגן יוד עם חומצה גופרתית - יוצקים למי קרח, אז הזמן יעבור עד להופעת צבע כחול, מאשר בעת שימוש במים חמימים. רק שימו לב שבמים חמים מאוד הצבע אינו מופיע כלל, שכן תרכובת היוד הצבעונית עם עמילן אינה יציבה.

אז, גילית מניסיון: ככל שהריכוז והטמפרטורה גבוהים יותר, התגובה מתרחשת מהר יותר. אבל כמה תגובות במבט ראשון נראות חריגות לכלל. הנה דוגמה.

יוצקים חומצה אצטית למבחנה לגובה של 1-2 ס"מ וזורקים לתוכה כמה חתיכות אבץ. יש לנקות תחילה אבץ על ידי טבילתו למשך עשרים שניות בתמיסה של חומצה הידרוכלורית ושטיפה במים.

חומצה אצטית חלשה, והאבץ מתמוסס בה לאט מאוד - בועות מימן כמעט ולא משתחררות. איך להאיץ את התגובה? מחממים את התמיסה. ימין. אי אפשר אחרת? בואו נעשה כך: לאט לאט נוסיף מים נקיים למבחנה, נערבב היטב בכל פעם. צפו היטב בבועות. דבר מדהים: החומצה כבר מדוללת פעמיים, שלוש, והתגובה, במקום להאט, הולכת מהר יותר ויותר!

אם אתה מבצע את הניסוי הזה בשיעור עיגול, אז החלף את האבץ בחתיכה קטנה של שבבי מגנזיום ואל תטפל בו בכלום. מגנזיום מגיב עם חומצה אצטית מדוללת אפילו ביתר שאת מאשר אבץ.

"חריג" זה לכלל מתברר אם לומדים אותו היטב. הניסיון שלנו עם חומצה אצטית מוסבר כדלקמן. הקצב שבו מגיבים אבץ או מגנזיום עם חומצה תלוי בריכוז יוני המימן בתמיסה. יונים אלה נוצרים כאשר חומצה כלשהי מומסת במים. אבל כאשר מים מועטים, חומצה אצטית חלשה נמצאת בתמיסה כמעט אך ורק בצורה של מולקולות לא מפורקות. ככל שהוא מדולל במים, יותר מולקולות של חומצה אצטית מתפרקות ליונים, והתגובה ממשיכה מהר יותר. אבל אם תוסיפו יותר מדי מים, התגובה תאט שוב, מסיבה נוספת: עקב דילול חזק, ריכוז יוני המימן יפחת שוב. חומצה אצטית של 15% מגיבה הכי מהר עם אבץ.

כמובן, לא ניתחנו את הניסוי הזה כדי להראות כמה טרנספורמציות כימיות יכולות להיות חריגות. רצינו להסב את תשומת לבכם לכך: כדי לשלוט במהירות התגובה, עליכם לדעת כיצד היא ממשיכה.

כל תגובה מתחילה במולקולות של חומרים שמתנגשות זו בזו. בוא נראה איך מתחילה התגובה.

שימו לב, מהירות!

קחו צינור זכוכית לא רחב במיוחד באורך של כמה עשרות סנטימטרים ובחרו עבורו שני פקקים, מבפנים מול הצינור, הכניסו מוט זכוכית קטן לשני הפקקים ועטפו סביבם חתיכת צמר גפן. הרטיבו חתיכה אחת בכמה טיפות של חומצה הידרוכלורית מרוכזת, את השנייה בתמיסת אמוניה מרוכזת. הכנס בו זמנית את התקעים עם צמר גפן לתוך הצינור בשני הקצוות. לאחר מספר דקות - תלוי באורך הצינור - תופיע בו טבעת לבנה של אמוניום כלוריד NH, קרוב יותר לצמר גפן עם חומצה הידרוכלורית₄קל.

בדרך כלל, בתגובות כימיות, מערבבים את התערובת כדי להאיץ את התהליך. בכוונה לא עשינו זאת ואפילו לא ניסינו לעזור למולקולות להיפגש - הן זזו מעצמן. תנועה עצמאית כזו של מולקולות בסביבה מסוימת נקראת דיפוזיה. כשהמולקולות של שני החומרים התאדו מהצמר גפן, הם חוו מיליארדי התנגשויות בשנייה עם מולקולות אוויר וזו עם זו. ולמרות שמהירות המולקולות גבוהה מאוד, היא מסתכמת במאות מטרים לשנייה, ב-0 מעלות צלזיוס ובלחץ רגיל הנתיב החופשי, כלומר המרחק שמולקולה מצליחה לעבור מהתנגשות אחת לאחרת, הוא רק כ-0,0001 מ"מ עבור חומרים אלה. לכן אמוניה ומימן כלורי (מחומצת הידרוכלורית) נעו כל כך לאט בצינור. חומר ריחני מתפשט באותה איטיות בחדר עם אוויר דומם.

אבל למה הטבעת הלבנה לא הופיעה באמצע הצינור? מכיוון שמולקולות האמוניה קטנות יותר, הן נעות באוויר מהר יותר. אם האוויר נשאב החוצה מהצינור, אז מולקולות האמוניה והמימן כלורי יפגשו בשבריר שנייה - הנתיב החופשי של המולקולות יגדל משמעותית.

אנו ממליצים לך לעשות קצת מחקר בעצמך כדי לגלות כיצד כוח הכבידה והטמפרטורה משפיעים על הדיפוזיה. לשם כך, הניחו את הצינור בצורה אנכית ואלכסונית, וחממו גם את החלקים הנפרדים שלו (כולל המקום בו האמוניום כלוריד שוקע). נסה להסיק מסקנות משלך.

נעבור מגזים לנוזלים. אצלם הדיפוזיה איטית אף יותר. בואו נבדוק זאת בניסוי.

על צלחת זכוכית חלקה ונקייה, זורקים כמה טיפות משלושה נוזלים זה לצד זה: באמצע - מים, בצדדיו - תמיסות של סודה וחומצה הידרוכלורית. אסור שהנוזלים יבואו במגע לפני תחילת הניסוי. לאחר מכן, בזהירות רבה, הימנעות מערבוב, לשלב את התמיסות עם מקל. פחמן דו חמצני צריך להשתחרר, אבל זה לא יקרה מיד. וכאשר הגז יתחיל להשתחרר, הבועות שלו ימוקמו לאורך הגבול המפריד בין אזורי הדיפוזיה של חומצה וסודה.

במקום סודה וחומצה, אתה יכול לקחת כל שני חומרים מסיסים במים, שבערבוב הם מתצבעים או נותנים משקעים. עם זאת, בניסויים כאלה קשה להימנע מזרימות נוזלים המעוותות את התמונה, ולכן עדיף לערוך ניסויים בתמיסות מעובות. ואפשר להסמיך אותם בג'לטין.

מכינים תמיסת ג'לטין 4% על ידי הנחתה במים חמים (לא להרתיח!). יוצקים את התמיסה החמה למבחנה וכשהתקררה, במהירות, בתנועה אחת, הכנס גביש של אשלגן פרמנגנט, נחושת גופרתית או חומר אחר בצבע עז ומסיס במים למרכז המבחנה בעזרת פינצטה. מסירים מיד את הפינצטה בתנועה זהירה אך מהירה. תוך מספר שעות ניתן להבחין בדפוס דיפוזיה יפה מאוד. המומס מתפשט לכל הכיוונים באותה מהירות ויוצר כדור צבעוני.

אתה יכול לעשות ניסוי נוסף עם תמיסה מעובה. יוצקים את תמיסת הג'לטין החמה לשתי מבחנות ומוסיפים מעט תמיסת אלקלי לאחת ופנולפטלין לשניה. כאשר תכולת המבחנות התמצקה, השתמש בפינצטה כדי להחדיר במהירות חתיכה של טבלית פנולפטלין למרכז המבחנה הראשונה, וגוש סודה למרכז המבחנה השנייה. בשני המקרים יופיע צבע ארגמן. אבל שימו לב: במבחנה השנייה הצבע מתפשט הרבה יותר מהר. יוני ההידרוקסיד המיוצרים על ידי פירוק האלקלי הם הרבה יותר קטנים וקלים מהמולקולה האורגנית המורכבת פנולפתלין, ולכן הם נעים מהר יותר בתמיסה.

בוא נעבור למוצקים עכשיו. בתגובות ביניהם (או בין מוצק לנוזל או גז), מולקולות יכולות להתנגש רק על פני השטח. ככל שמשטח הממשק גדול יותר, כך התגובה מתרחשת מהר יותר. בואו נוודא את זה. ברזל לא נשרף באוויר. עם זאת, זה נכון רק עבור חפצי ברזל. לדוגמה, לציפורניים יש משטח מגע קטן עם אוויר, ותגובת החמצון איטית מדי. סתימות ברזל מגיבות עם חמצן הרבה יותר מהר: בקור הן הופכות לחלודה מוקדם יותר, ובלהבה הן יכולות להתלקח. הגרגרים הקטנים ביותר יכולים להתלקח ללא חימום כלל. ברזל כזה נקרא פירופורי. אי אפשר לתכנן אותו אפילו עם הקובץ הקטן ביותר, ולכן הוא מתקבל בצורה כימית, למשל, על ידי פירוק המלח של חומצה אוקסלית - ברזל אוקסלט.

מערבבים תמיסות מימיות של כל מלח ברזל, כגון סולפט ברזל, וחומצה אוקסלית או המלח המסיס שלה. מסננים את המשקע הצהוב של ברזל אוקסלט וממלאים בו את המבחנה עד לא יותר מחמישית מהנפח. מחממים את החומר בלהבת המבער, תוך החזקת המבחנה אופקית או מוטה מעט, כשהחור מטה ומרוחק ממך. הסר את כל טיפות המים המשתחררות בעזרת חוט של נייר סינון או צמר גפן. כאשר האוקסלט מתפרק והופך לאבקה שחורה, מכסים את המבחנה ומצננים אותה.

לאט לאט ובזהירות רבה שופכים את תכולת המבחנה על יריעת מתכת או אסבסט: האבקה תהבהב בניצוצות בהירים. החוויה יעילה במיוחד בחדר חשוך.

אזהרה חשובה: אין לאחסן ברזל פירופורי מכיוון שהוא עלול לגרום לשריפה! בסיום הניסוי הקפידו להצית את האבקה באוויר או לטפל בה בחומצה כדי שלא יישארו חלקיקים לא שרופים – הם יכולים להתלקח מאליה.

לאחר מכן, נלמד כיצד גודל פני השטח של חומר מוצק משפיע על קצב התגובה שלו עם נוזל. קח שתי חתיכות גיר זהות וטוחן אחת מהן לאבקה. הניחו את שתי הדגימות במבחנות ומלאו בנפחים שווים של חומצה הידרוכלורית. גיר כתוש דק, כפי שהייתם מצפים, יתמוסס הרבה יותר מהר. מניחים חתיכת גיר נוספת במבחנה עם חומצה גופרתית. התגובה האנרגטית שהחלה נרגעת במהרה ואז נעצרת כליל. ממה ש? אחרי הכל, חומצה גופרתית אינה חלשה יותר מחומצה הידרוכלורית...

כאשר הגיר מגיב עם חומצה הידרוכלורית, נוצר סידן כלורי CaCl₂ אשר מתמוסס בקלות במים ואינו מפריע לזרימה של מנות חומצה חדשות אל משטח הגיר. כאשר מגיבים עם חומצה גופרתית, מתקבל סידן גופרתי CaSO₄, אבל הוא מתמוסס בצורה גרועה מאוד במים, נשאר על פני הגיר ומכסה אותו. על מנת שהתגובה תתקדם, יש צורך לנקות את פני הגיר מעת לעת או להפוך אותו לאבקה מראש. ידע בפרטי תהליכים כאלה חשוב מאוד לטכנולוגיה כימית.

ועוד חוויה אחת. מערבבים במכתש שני חומרים מוצקים שנותנים תוצרי תגובה צבעוניים: חנקתי עופרת ויוד אשלגן, ברזל גופרתי ומלח דם אדום וכו' - וטוחנים את התערובת עם עלי. בהדרגה, תוך כדי הטחינה, התערובת תתחיל לצבוע, ככל שמשטח האינטראקציה בין החומרים יגדל. אם יוצקים מעט מים על התערובת, מיד יופיע צבע עז - אחרי הכל, מולקולות נעות הרבה יותר קלות בתמיסה.

ובתום הניסויים בקינטיקה, נבצע ניסוי כמותי; הכלי היחיד שתצטרכו הוא שעון עצר או שעון עם יד שנייה.

הכינו 0,5 ליטר תמיסת חומצה גופרתית 3% (שופכים את החומצה למים!) ואותה כמות של תמיסת נתרן תיוסולפט 12%. לפני המסת התיוסולפט, מוסיפים כמה טיפות אמוניה למים.

סמן שני צלוחיות גליליות (כוסות, כוסות זריקה) עם קיבולת של 100 מ"ל ברמה 50; 25; 12,5 ו-37,5 מ"ל, מחלקים ברציפות את הגובה לשניים. סמן את הבקבוקים ויוצקים לתוכם את התמיסות המוכנות עד לסימון העליון (50 מ"ל).

הניחו כוס דקה רגילה עם קיבולת של 200 או 250 מ"ל על נייר כהה ויוצקים לתוכה את תמיסת התיוסולפט, ולאחר מכן את החומצה. שימו לב לשעה מיד וערבבו את התערובת למשך שניה עד שתיים. כדי להימנע משבירת הזכוכית עדיף להשתמש במקל עץ. ברגע שהתמיסה מתחילה להיות עכורה, רשום את הזמן שחלף מאז החלה התגובה. נוח לבצע את הניסוי ביחד: אחד מפקח על השעון, השני מנקז את הפתרונות ומאותת על עכירות.

שטפו את הכוס ובצעו את הניסוי שלוש פעמים נוספות; יוצקים את תמיסת התיוסולפט לכוס עד לסימון השלישי (37,5), השני (25) והראשון (12,5 מ"ל), תוך הוספת מים בכל פעם עד לסימון העליון. כמות החומצה נשארת קבועה בכל הניסויים, והנפח הכולל של התערובת המגיבה הוא תמיד 100 מ"ל.

כעת צייר גרף המראה כיצד קצב התגובה תלוי בריכוז התיוסולפט. נוח לבטא את הריכוז ביחידות שרירותיות: 1, 2, 3 ו-4. מניחים אותם על ציר ה-x. אבל איך לחשב את קצב התגובה?

לא ניתן לעשות זאת במדויק, ולו רק בגלל שאנו קובעים את רגע העכירות לפי העין, במידה מסוימת באופן סובייקטיבי. בנוסף, עכירות רק מראה שחלקיקי הגופרית הקטנים ביותר שמשתחררים במהלך התגובה הגיעו לגודל כזה שניתן להבחין בהם. ובכל זאת, מחוסר משהו טוב יותר, ניקח את תחילת העכירות כסוף התגובה (שאגב, לא מאוד רחוק מהאמת). בואו נניח עוד הנחה אחת: מהירות התגובה עומדת ביחס הפוך למשך הזמן שלה. אם התגובה ארכה 10 שניות, אז נניח שהמהירות היא 0,1. שרטו את המהירויות על ציר ה-y.

ארבעה ניסויים נתנו ארבע נקודות, החמישית - מקור הקואורדינטות. כל חמש הנקודות ימוקמו בערך על אותו קו ישר. המשוואה שלו כתובה כך:

v == k [נא₂S₂O₃]

איפה נ - הוא קצב התגובה, סוגריים מרובעים הם ייעוד הריכוז המקובל בקינטיקה כימית, ו k - קבוע הקצב, שקל למצוא מהגרף.

אבל קצב התגובה צריך להיות תלוי גם בריכוז חומצה גופרתית. שמירה על כמות התיוסולפט קבועה ודילול החומצה הגופרתית, בדקו כיצד קצב התגובה משתנה. באופן מוזר, זה לא משתנה!

מקרים כאלה אינם נדירים. מניסיוננו, מתרחשת תגובה מורכבת, והתוצר שלה, גופרית, אינו משתחרר מיד בעת התנגשויות ישירות של מולקולות תיוסולפט וחומצה. באופן כללי, אין כל כך הרבה תגובות שבהן מוצרים מתקבלים מיד.

בתגובות רציפות מורכבות שלב מסוים מתקדם לאט יותר מאחרים. במקרה שלנו, זה האחרון, שבו נוצרת גופרית. למעשה, מדדנו את המהירות שלו.

מחבר: Olgin O.M.

אנו ממליצים על ניסויים מעניינים בפיזיקה:

▪ עפרונות כקרניים

▪ ספינר על סיכה

▪ טלפון בקבוק

אנו ממליצים על ניסויים מעניינים בכימיה:

▪ נר סבון

▪ ניסים שימושיים

▪ כיתוב על מתכת

ראה מאמרים אחרים סעיף חוויות משעשעות בבית.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

חיסון לחתול 14.07.2011

כעשרה אחוזים מהאנושות אלרגיים לחתולים. אוניברסיטת מקמאסטר הקנדית מכינה חיסון שאמור לחסל את התגובה הכואבת הזו.

האימונולוג מארק לארק בודד חלבון חתול שגורם לאלרגיות וגילה בדיוק אילו חלקים בשרשרת חומצות האמינו שלו הכי פעילים. התברר שמדובר בשבעה פפטידים שסונתזו. החיסון שלהם נבדק על 88 חולים. ההחדרה היחידה שלו החלישה את התגובות הדלקתיות ב-40%.

הטיפולים הקיימים לאלרגיה מסוג זה נמשכים מספר שנים. יש ניסויים בקונטינגנט גדול יותר, ואחריהם מתכוונים לייצר חיסון באנגליה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מיקרופון אלחוטי Nikon ME-W1 Nikon

▪ אמבה בענבר

▪ SRAM החסכוני ביותר

▪ אירופה בחומצה גופרתית

▪ שימוש במים למיחזור סוללות

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר התקנות צבע ומוזיקה. בחירת מאמרים

▪ מאמר מאת ז'אן לרון ד'אלמבר. פרשיות מפורסמות

▪ מאמר איך דבורים מתקשרות? תשובה מפורטת

▪ מאמר עבודות עפר. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ כתבה שעון מעורר עם מדחום על מיקרו-בקר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר שימוש בממסרי רדיו דיגיטליים לקילומטר האחרון. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר