Przyszła wiosna i zaczął się czas porządkowania oraz sadzenia na działkach i w ogródkach. Pora zatem odświeżyć stare odczynniki i wyczarować własny ogródek z zasadzonymi chemicznymi roślinkami. To efektowne doświadczenie, mimo prostoty jest niebezpieczne, dlatego należy zachować ostrożność. Użyte w eksperymencie szkło wodne ma właściwości żrące, rękawice ochronne są zatem wskazane.
Sprzęt i odczynniki
– przezroczyste naczynie, np. słoik lub zlewka
– szkło wodne (roztwór krzemianu sodu)
– grudki lub kryształki kilku soli mocnego kwasu i słabej zasady, np. FeSO4, FeCl3, NiCl2, CuSO4, CuCl2
Wykonanie
Do przezroczystego naczynia nalewamy szkła wodnego do 1/3 wysokości. Następnie dolewamy 1/3 objętości wody i ponownie dodajemy nieco szkła wodnego. Dla lepszego efektu nie mieszamy cieczy. Teraz wystarczy wybrać kilka grudek lub kryształków różnych soli, które należy wrzucić do roztworu. Po kilku minutach z grudek zaczną wyrastać ku górze pierwsze roślinki niczym łodygi. Po 30 minutach ogródek będzie wyglądał imponująco, a w zależności od rodzaju soli mniej lub bardziej kolorowo.
Wyjaśnienie
Nasze doświadczenie tłumaczy na czym polega reakcja wymiany. Szkło wodne, czyli wodny roztwór krzemianu sodu lub potasu (mMe2O•nSiO2•xH2O, gdzie Me – Na lub K) jest solą mocnej zasady i słabego kwasu. Nasze kolorowe roślinki to nic inne jak powstałe nowe krzemiany, które wymieniły się atomami metalu w cząsteczkach utworzonych soli. Aby wymiana nastąpiła należy użyć soli mocnych kwasów (reszty kwasowe: NO3–, Cl–, SO42-, ClO4–) i słabych zasad – inaczej sól się rozpuści w roztworze nie tworząc nowej soli (niektóre sole słabych kwasów mogą również wymienić z sobą kation, lecz zabarwi się nieco sam roztwór) . Utworzone krzemiany są solami słabo rozpuszczalnymi w wodzie, stąd tworzące się roślinki. Interesujący jednak jest proces ich powstawania. W pierwszym etapie rozpuszcza się niewielka ilość danej wrzuconej soli w wodzie i od razu następuje reakcja wymiany ze szkłem wodnym – powstaje maleńka błonka nowego krzemianu, który tworzy membranę przepuszczalną dla cząsteczek wody a nieprzepuszczalną dla szkła wodnego. Woda więc wpływa swobodnie pod błonę wymywając kolejną porcję soli z grudki lub kryształku. Tworzy się bąbelek, a błonce wzrasta ciśnienie osmotyczne, które po czasie jest na tyle duże, je błona pęka, a z niej wylewa się dawka wody z rozpuszczoną grudką (kryształkiem) soli. Tak nasza roślinka zaczyna rosnąć ku górze (tam membrana jest zazwyczaj słabsza).
Z naszych obserwacji wynika, że aby eksperyment przebiegał szybciej zamiast kryształków warto używać grudek, bo łatwiej rozpuszcza się wówczas sól. Nie zalecamy mieszania szkła wodnego z wodą, a jedynie dolewanie wody do szkła (lub szkła do wody), aby roślinki przybierały ciekawsze formy związane z różnicami stężeń składników. A oto jakie kolory krzemianów możemy uzyskać:
– FeSO4 – żółtozielony
– FeCl3 – zielony
– NiCl2 – zielony
– CuSO4 – niebieski
– CuCl2 – niebieskozielony
– CoCl2 – różowy
– AlCl3 – biały
Autor: Łukasz Wyka