„Dramblio dantų pastos” cheminis eksperimentas

„Dramblio dantų pastos” eksperimentas yra vienas iš populiariausių chemijos eksperimentų, kurio vieną iš keleto variantų galima demonstruoti vaikams namų sąlygomis. Eksperimentas populiarus dėl to, kad demonstruojamas intensyvus garantuojančių putų išsiveržimas iš butelio ar kito indo. Be to, eksperimentas yra pakankamai saugus, todėl vyresni vaikai su suaugusiųjų priežiūra jį gali atlikti ir savarankiškai.

Šio eksperimento esmė ta, kad naudojant katalizatorių vandenilio peroksidas intensyviai skylą į deguonį ir vandenį. Kai ši skilimo reakcija vyksta skysto muilo ar kito putojančio skysčio terpėje, formuojasi putos, kurios intensyviai veržiasi iš butelio. Be to, reakcijos metu išsiskiria daug šilumos, kuri garina vandenį ir išsiveržusios iš indo putos garuoja.

Susidariusių putų kiekį, formavimosi intensyvumą ir formą galima keisti keičiant indo, kuriame vykdoma cheminė reakcija, formą bei reakcijoje dalyvaujančių medžiagų kiekius ir koncentracijas. Šiame įraše aprašysiu tokį eksperimentą, kurį, mano nuomone, 3-4 metų vaikams būtų įdomiausia stebėti: reakcijos pradžioje į apie 30 centimetrų aukštį iš butelio „iššauna” putų čiurkšlė, kuri po to apie 30 sekundžių veržiasi iš butelio ir raitydamasi krenta žemyn.

Eksperimentas gali būti atliktas tiek ant žemės, tiek ant stalo. Svarbiausia, kad pasirinktos vietos apie 1 m2 plotas būtų tuščias, nes tokiame plote gali kristi putos. Pasirinkta vieta uždengiama polietileno plėvele, pavyzdžiui, dideliu šiukšlių maišu. Paskui jo viduryje pastatomas tuščias 1,5 L talpos skaidrus plastikinis butelis. Eksperimento stebėtojai turėtų stovėti didesniu nei 1-2 metrų atstumu nuo butelio.

Paruošus eksperimento vietą, užsimaunamos nitrilinės pirštinės ir pradedamos maišyti medžiagos. Medžiagos maišomos tokia eilės tvarka:

  1. Į butelį įberiama 300 mg kalio permanganato (parduodamas vaistinėse). Tokį kiekį atitinka ant arbatinio šaukštelio galo pasemta kruopelytė medžiagos arba vienas nedidelio laboratorinio šaukštelio kaušelis.
  2. Į butelį įpilama 10 mL distiliuoto vandens. Butelis pasukiojamas, kad kalio permanganatas susimaišytų su vandeniu ir jame ištirptų. Tirpalas nusidažo tamsiai violetine spalva.
  3. Į butelį įpilama 30 mL skysto muilo ar kito putojančio valiklio. Geriausia naudoti bekvapį muilą, nes priešingu atveju po eksperimento patalpoje jausis stiprus muilo kvapas. Butelis vėl pasukiojamas, kad medžiagos gerai susimaišytų.
  4. Į atskirą stiklinę įpilama 50 mL 30% vandenilio peroksido tirpalo (parduodamas specializuotose chemijos prekių parduotuvėse). Tai atitinka 30 mL 50 % vandenilio peroksido tirpalą, praskiestą 20 mL distiliuotu vandeniu.
  5. Vandenilio peroksidas kiek galima greičiau supilamas į butelį ir atsitraukiama toliau nuo butelio.

Įpiltas į butelį vandenilio peroksido tirpalas iš karto pradeda intensyviai reaguoti su kalio permanganatu ir iš karto pradeda formuotis šiltos putos.

Po eksperimento – vis dar su nitrilinėmis pirštinėmis – putos su polietileno užtiesalu išmetami į šiukšlių konteinerį, o panaudoti įrankiai kriauklėje nuplaunami dideliu kiekiu vandens.

Pabaigai šiek tiek išsamesnės informacijos apie eksperimento metu vykstančias chemines reakcijas. Kalio permanganatas reaguoja su vandenilio peroksidu pagal tokią lygtį:

2KMnO4 + 3H2O2 → 2MnO2 (s)+ 2KOH (l) + 2H20 (l) + O2 (g)

Tačiau eksperimento metu kalio permanganato naudojama gerokai mažiau nei reikėtų, kad jis pilnai sureaguotų su naudojamu vandenilio peroksido kiekiu. Didesnio kalio permanganato kiekio ir nereikia, nes reakcijos metu susidaręs mangano oksidas yra puikus katalizatorius, kuris katalizuoja vandenilio peroksido skilimo į vandenį ir deguonį reakciją:

Tačiau eksperimento metu kalio permanganato naudojama gerokai mažiau nei reikėtų, kad jis pilnai sureaguotų su naudojamu vandenilio peroksido kiekiu. Didesnio kalio permanganato kiekio ir nereikia, nes reakcijos metu susidaręs mangano oksidas yra puikus katalizatorius, kuris katalizuoja vandenilio peroksido skilimo į vandenį ir deguonį reakciją:

2H2O2 (l) → 2H2O (l) + 2O2 (g) [MnO2 kaip katalizatorius]

Kaip matyti iš viršuje užrašytų lygčių, cheminių reakcijų metu į aplinką išsiskiria tik deguonis. Kartu su deguonimi į aplinką išsiskiria ir vandens garai, nes minėtos cheminės reakcijos išskiria daug šilumos, kuri išgarina dalį reakcijoje naudojamo vandens.

Kaip jau buvo minėta aukščiau, šis eksperimentas yra pakankamai saugus, t.y. naudojamos cheminės medžiagos ir susidarę produktai jų neliečiant plikomis rankomis nėra kenksmingi.  Vienintelis dalykas į ką reikia atkreipti ypatingą dėmesį darant eksperimentą – vandenilio peroksido tirpalo, kuris yra labai stiprus oksidatorius, naudojimas. Saugokitės, kad jo nepakliūtų ant odos ar kitos kūno vietos, todėl viso eksperimento metu mūvėkite nitrilines pirštines. Po reakcijos susidariusių putų taip pat nereikėtų liesti plikomis rankomis, nes jose yra vandenilio peroksido likučių ir mažas kiekis kalio hidroksido.

Taip pat galite parsisiųsti šio eksperimento atmintinę ODT ir PDF formatais.