docPobierz - Chemgeneration.com
download 
Reklamacja Transkrypt
Pobierz - Chemgeneration.com
RS WIELKI KONKU Konkurs „Chain Reaction” Podręcznik użytkownika Doświadczenia fizyczne i chemiczne Wstęp Drodzy Uczniowie! To, że czytacie ten podręcznik, może oznaczać dwie rzeczy: albo interesujecie się naukami ścisłymi, albo lubicie dobrą zabawę z przyjaciółmi. Konkurs „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) udowodni, że te dwie rzeczy można bardzo dobrze ze sobą połączyć. Poniżej znajdziecie krótkie wyjaśnienie dotyczące tego, czym jest konkurs „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) i co należy zrobić, aby wziąć udział w zabawie, która pomoże poszerzyć Waszą wiedzę. Jesteście gotowi? Zaczynajmy, czas uruchomić kreatywność i spryt! Podręcznik użytkownika Konkurs „Chain Reaction” Co to jest „Reakcja łańcuchowa”? T„Reakcja łańcuchowa” to specjalna konstrukcja zbudowana z materiałów codziennego użytku, która działa w oparciu o ciąg następujących po sobie zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych. Każda reakcja pociąga za sobą kolejną. Może to wyglądać na przykład tak: tocząca się piłka popycha rząd kostek domina, które przewracają filiżankę soli, która z kolei wpada do pojemnika z wodą, a ponieważ słona woda przewodzi prąd, zapala się dioda LED i tak dalej, i tak dalej. Historia Historia tego typu konstrukcji sięga około 100 lat wstecz, kiedy to amerykański rysownik i wynalazca Rube Goldberg zbudował pierwszą maszynę, wykonującą bardzo proste zadanie w złożony sposób. Być może najsłynniejszym z takich „wynalazków” była automatyczna serwetka, dzięki której świat poznał to niezwykłe urządzenie. Każdy lubi zabawne urządzenia W Stanach Zjednoczonych jest wiele projektów szkolnych, konkursów i klubów dyskusyjnych związanych z tym motywem, a uczniowie chętnie budują maszyny Rubego Goldberga. Podobne konkursy organizują NASA i Google, a na Discovery Channel można oglądać nowy program o tego typu konstrukcjach. Cel konkursu „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) Podstawowym celem konkursu „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) jest zwrócenie uwagi na znaczenie nauk ścisłych, jak również pokazanie, że fizyka i chemia mogą być zabawne, interesujące i nie polegają wyłącznie na „wkuwaniu” wzorów. Fizyka i chemia poruszają świat wokół nas. Teraz Twoja kolej! Otaczają nas zjawiska fizyczne i procesy chemiczne, choć możemy ich na co dzień nie dostrzegać. Jeżeli weźmiecie udział w konkursie, Waszym zadaniem będzie obserwacja, analiza i naukowe „naśladowanie” procesów i reakcji. Jak? Starajcie się być jak najbardziej kreatywni! W międzyczasie możecie rozejrzeć się za pustymi butelkami po wodzie, puszkami po napojach, tworzywowymi torbami i innymi odpadami nadającymi się do przetworzenia. Zebranie ich będzie Waszym wkładem w ochronę środowiska. Kto może uczestniczyć w konkursie? W konkursie „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) mogą uczestniczyć zespoły uczniów w wieku 14–18 lat. Każdy zespół składa się z maksymalnie pięciu uczniów i jednego koordynatora (nauczyciela chemii) z jednej szkoły. Członków zespołu wybierze nauczyciel chemii na podstawie wyników uzyskanych przez uczniów na etapie planowania, oceniając to, kto przedstawi najciekawsze i najbardziej nietypowe pomysły, które mają uzasadnienie naukowe. Na czym polega zadanie? Zadanie polega na zaprojektowaniu i zbudowaniu „Reakcji łańcuchowej”, działającej dzięki serii zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych. Zespół może korzystać z rozmaitych materiałów: • narzędzi i materiałów, które znajdują się w Pomocnym Pudełku *, • akcesoriów i materiałów, które można znaleźć w szkolnym laboratorium chemicznym, • wszelkich innych przedmiotów, a nawet zabawek przyniesionych z domu (pustych butelek PET, przedmiotów wykonanych własnoręcznie, na przykład z kartonu, zabawek z tworzyw sztucznych itp.), * Pomocne Pudełko to bezpłatny zestaw powitalny, który zawiera rozmaite narzędzia i materiały dostępne dla pierwszych 26 szkół. Pomocne Pudełko nie jest warunkiem udziału w konkursie „Chain Reaction” (Reakcja łańcuchowa”). 3 Podręcznik użytkownika Konkurs „Chain Reaction” Jak to zrobić? Wykorzystaj materiały codziennego użytku, aby stworzyć niezwykłe urządzenie! 1. Zaplanujcie! Zastanówcie się, jakie procesy fizyczne i reakcje chemiczne chcielibyście wykorzystać w Waszej „Reakcji łańcuchowej”. Zachęcamy do korzystania z podręcznika użytkownika oraz filmów pokazujących niektóre doświadczenia, dostępnych na stronie CHEMIATOMY.PL. Zbierzcie pomysły i przedstawcie je koordynującemu nauczycielowi chemii. 2. Spróbujcie! Najbardziej obiecujące pomysły oraz przemiany fizyczne i reakcje chemiczne, które uczniowie chcą wykorzystać, należy sprawdzić w praktyce przed rozpoczęciem budowy konstrukcji, oczywiście zawsze pod nadzorem nauczyciela chemii. Dokładne sprawdzenie danej reakcji da Wam pewność, że prawidłowo zadziała ona w „Reakcji łańcuchowej”. Nie wykonujcie poniższych doświadczeń samodzielnie, a przed wykonaniem któregokolwiek z doświadczeń proszę poradźcie się nauczyciela chemii lub fizyki. Ostrzeżenie! Niektóre reakcje chemiczne wymagają użycia substancji, które są niebezpieczne dla zdrowia lub środowiska. Zalecamy wykonywanie doświadczeń w szkolnym laboratorium chemicznym pod nadzorem nauczyciela chemii. Nie wolno przeprowadzać doświadczeń w domu! Przeczytajcie „Instrukcję bezpieczeństwa” na stronie 6! 3. Zbudujcie! Jeśli będziecie mieli naprawdę dobre pomysły, możecie dołączyć do zespołu, który weźmie udział w konkursie. Tutaj pojawia się prawdziwa praca zespołowa: członkowie zespołu muszą krok po kroku stworzyć konstrukcję „Reakcji łańcuchowej” muszą, w oparciu o własne pomysły, krok po kroku. Nie należy się spieszyć: budowa musi zająć trochę czasu i musi być bezpieczna dla zespołu. “Reakcja łańcuchowa” będzie konstruowana w jednej ze szkolnych sal chemicznych lub fizycznych zgodnie z Regulaminem Bezpieczeństwa stanowiącym załącznik do Regulaminu Konkursu „CHAIN REACTION” ( „Reakcja łańcuchowa”), konstruowana podczas przerw w jednej ze. 4. Nagrajcie wideo Po ukończeniu konstrukcji „Reakcji łańcuchowej” należy sfilmować jej działanie. To zadanie jest tylko pozornie proste: należy stworzyć film składający się z jednego ujęcia, co oznacza, że kamera musi dokładnie pokazywać to, co dzieje się w danym momencie. Po zaprezentowaniu wszystkich etapów “Reakcji łańcuchowej” uczniowie mogą także dodatkowo wykazać się wiedzą teoretyczną. Wyjaśniając reakcje chemiczne i zjawiska fizyczne wchodzące w skład “Reakcji łańcuchowej”, możecie korzystać z flipcharta bądź tablicy. Nie ma ograniczeń co do długości filmu, ale postarajcie się, aby był ciekawy i pełen akcji. 5. Prześlijcie wideo Na koniec należy wysłać wniosek zgłoszeniowy oraz umieścić filmik wideo na stronie internetowej CHEMIATOMY.PL. Wniosek wysyła nauczyciel koordynujący. 6. Poproście przyjaciół i kolegów o oddawanie głosów! Teraz zaczyna się najbardziej emocjonujący etap. Podczas gdy profesjonalne jury ocenia przesłane filmy, pozostali mogą głosować na nie na stronie CHEMIATOMY.PL. Zabiegajcie o głosy! Poproście kolegów, żeby obejrzeli Wasz film, a jeżeli spodoba im się, aby zagłosowali na niego. 4 Podstawowe zasady Automatyczna konstrukcja Istotą konstrukcji „Reakcji łańcuchowej” jest to, że po uruchomieniu musi ona działać automatycznie w oparciu o zjawiska fizyczne i reakcje chemiczne, bez udziału człowieka. Co najmniej 10 kroków Działanie “Reakcji łańcuchowej” musi obejmować co najmniej dziesięć kroków. Oczywiście może ich być więcej: im dłużej działa i im bardziej interesująca jest konstrukcja, tym lepszy wynik uzyska zespół. Co najmniej 3 kroki muszą opierać się na reakcjach chemicznych Co najmniej 3 kroki muszą być oparte na przemianach chemicznych i fizycznych (np. elektroliza, rozszerzalność objętościowa substancji, reakcje soli z kwasami, rozpuszczalność ciał stałych itp.). Uważnie przeczytajcie opisy doświadczeń chemicznych przedstawione w podręczniku i omówcie Wasze pomysły z nauczycielem chemii, a następnie zastanówcie się, które reakcje mogą być wykorzystane. Tylko jeden raz Tak jak napisano w rozdziale 1, istotą „Reakcji łańcuchowej” jest to, że po uruchomieniu musi ona działać automatycznie w oparciu o zjawiska fizyczne i reakcje chemiczne bez żadnej dalszej pomocy człowieka. Jeśli zdarzy się błąd, który spowoduje zatrzymanie „Reakcji łańcuchowej”, jeden z członków zespołu może zainterweniować i wspomóc jej działanie. Można to jednak uczynić tylko jeden raz. Tylko jedno cięcie Filmik pokazujący reakcję łańcuchową należy wykonać jednym ujęciem, co oznacza, że kamera musi dokładnie pokazywać to, co dzieje się w danym momencie. Jedynie w przypadku reakcji chemicznych możliwe jest jedno cięcie, które można wykonać po nagraniu za pomocą programu do montażu filmowego. Takie rozwiązanie dopuszczalne jest wyłącznie w przypadku, gdy jedna reakcja chemiczna trwa na tyle długo, że wymaga od operatora kamery kilkuminutowego oczekiwania na jej zakończenie. Elementy wizualne Nie wszystkie reakcje chemiczne nadają się do “Reakcji łańcuchowej”. Dlatego dozwolone jest zastosowanie doświadczeń chemicznych jako elementów wizualnych w tle. W takim przypadku reakcja nie stanowi kolejnego ruchu, ale przebiega niezależnie, jako odrębny element wizualny. Możliwe jest utrzymywanie ciągłości “Reakcji łańcuchowej” poprzez zainicjowanie dwóch procesów jednym ruchem: jednym z nich będzie reakcja chemiczna przebiegająca w tle, a drugim kolejny etap “Reakcji łańcuchowej” Zrównoważony rozwój Zrównoważony rozwój ma coraz większe znaczenie, dlatego jury przyzna dodatkowe punkty konstrukcjom, które wykorzystają tzw. zieloną energię (energię słoneczną, wiatrową, wodną itp.), recykling (np. papier z recyklingu) albo materiały ekologiczne i rozwiązania zaawansowane technologicznie (np. tworzywa biodegradowalne, diody LED itp.). Dodatkowe punkty Możecie przyczynić się do popularyzacji nauki, umieszczając na konstrukcji logo CHEMIATOMY.PL (np. na papierowych chorągiewkach, naklejkach itp.). Takie elementy wizualne dają zespołowi dodatkowe punkty od jury. Uwaga! Logo CHEMIATOMY.PL można pobrać w formie elektronicznej ze strony: http://www.chemiatomy.pl/logo.zip Rozbawcie innych! Mimo że fizyka i chemia to poważne nauki, nie mamy nic przeciwko przedstawianiu nauk ścisłych w zabawny sposób. Przecież nasze podstawowe hasło brzmi: „Chemia jest fajna, nauka jest super”. Im bardziej zabawny filmik nakręcicie, tym większy sukces może on odnieść. Szczegółowe zasady konkursu „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) przedstawiono w dokumencie „Regulamin konkursu”, który jest dostępny na stronie CHEMIATOMY.PL http://www.chemiatomy.pl/chainreaction/regulamin-konkursu/ Uczestnicy zobowiązani są zapoznać się z Regulaminem. Poinformujcie także swoich przedstawicieli prawnych (rodziców, opiekunów) o Konkursie pt. CHAIN REACTION („Reakcja Łańcuchowa”), zapoznajcie ich z treścią Regulaminu i poproście by wypełnili upoważnienie (stanowiące Załącznik do Regulaminu). Podręcznik użytkownika Konkurs „Chain Reaction” Pomożemy Wam Nie zostawimy Was samych ani w czasie planowania, ani podczas dalszej pracy. Zapewniamy następujące materiały, które pomogą Wam na etapie przygotowań i prac praktycznych: Podręcznik użytkownika „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”) Podręcznik użytkownika, który właśnie czytacie, to oficjalny materiał pomocniczy konkursu „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”). Zawiera on krótkie, ilustrowane opisy doświadczeń fizycznych i chemicznych, które Wasz zespół może wykorzystać do zbudowania konstrukcji „Reakcji łańcuchowej”. Przeczytajcie je i udoskonalcie, zastanówcie się, jak je ze sobą połączyć, i spróbujcie znaleźć dodatkowe etapy “Reakcji łańcuchowej”. Filmiki z doświadczeniami na CHEMIATOMY.PL Filmiki prezentujące doświadczenia opisane w niniejszym podręczniku można zobaczyć na stronie CHEMIATOMY.PL. Doświadczenia fizyczne i chemiczne pokazano krok po kroku w zwolnionym tempie, aby umożliwić obserwację wszystkich szczegółów. Filmiki pokazują również, w jaki sposób można łączyć poszczególne doświadczenia. Uwaga! Podręcznik użytkownika można pobrać w wersji elektronicznej w formacie PDF ze strony: http://www.chemiatomy.pl/chainreaction/podrecznikuzytkownika/ Wykonanie doświadczeń fizycznych i chemicznych można obejrzeć na stronie CHEMIATOMY.PL: http://www.chemiatomy.pl/chainreaction/videos/ Nagrody Pierwsza nagroda Wszyscy członkowie (5 uczniów) oraz nauczyciel chemii będący koordynatorem zwycięskiego zespołu wybranego przez profesjonalne jury otrzymają wartościowe nagrody rzeczowe, a ich szkoła materiały edukacyjne. Nagroda publiczności Wszystkie filmy nagrane podczas konkursu „Reakcja łańcuchowa” zostaną udostępnione w galerii wideo na stronie CHEMIATOMY.PL. Będzie można oddawać na nie głosy. Wszyscy członkowie zespołu, których film uzyska najwięcej głosów otrzymają cenne „nagrody publiczności”. Informacje o nagrodach i ogłoszeniu wyników można znaleźć na stronie CHEMIATOMY.PL : http://www.chemiatomy.pl/chainreaction/ Zasady bezpieczeństwa Ostrożne obchodzenie się ze sprzętem Wszystkie doświadczenia fizyczne i chemiczne wymagają uwagi i ostrożności. Należy używać wszystkich urządzeń i narzędzi zgodnie z ich przeznaczeniem. Nie wolno dawać narzędzi znajdujących się w Pomocnym Pudełku małym dzieciom; mogą z nich korzystać tylko członkowie zespołu. Pamiętajcie o precyzji i dbałości o środowisko. Doświadczenia chemiczne: wyłącznie pod nadzorem nauczyciela W czasie wykonywania doświadczeń chemicznych opisanych w niniejszym podręczniku możecie zetknąć się z różnymi substancjami chemicznymi. Niektóre z nich są niebezpieczne dla zdrowia lub środowiska. Dlatego wszystkie eksperymenty należy wykonywać zgodnie z przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa chemicznego, przepisów bhp i pod nadzorem nauczyciela chemii. Należy pamiętać, że doświadczenia oznaczone w podręczniku czerwonym ostrzeżeniem wymagają zachowania szczególnej ostrożności i muszą być wykonywane pod ścisłym nadzorem nauczyciela i jedynie w pracowni chemicznej. Nie próbujcie wykonywać żadnych doświadczeń w domu! Uczestnik konkursu „CHAIN REACTION” („Reakcja Łańcuchowa”) nie jest zobowiązany do wykonywania jakichkolwiek reakcji opisanych w Podręczniku użytkownika, zostały one umieszczone jedynie informacyjnie, aby natchnąć i pobudzić wyobraźnię Członków Zespołu. 6 Załącznik Doświadczenia fizyczne i chemiczne Przykładowe doświadczenia opisane na dalszych stronach pomogą Wam w budowie „Reakcji łańcuchowej”. Zapoznajcie się z pomysłami i spróbujcie je udoskonalić! Uwaga! Wykonanie doświadczeń fizycznych i chemicznych można obejrzeć na stronie CHEMIATOMY.PL: http://www.chemiatomy.pl/chainreaction/videos/ Ostrzeżenie! Niektóre reakcje chemiczne wymagają użycia substancji, które są niebezpieczne dla zdrowia lub środowiska. Zalecamy wykonywanie doświadczeń w szkolnym laboratorium chemicznym pod nadzorem nauczyciela chemii. Nie wolno przeprowadzać doświadczeń w domu! Przeczytajcie „Instrukcję bezpieczeństwa” na stronie 6! Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Zderzenie Zderzenie to krótkie, dynamiczne wydarzenie polegające na bliskim spotkaniu co najmniej dwóch ciał, skutkujące nagłą zmianą prędkości (pędu, impulsu). W reakcji łańcuchowej należy utrzymywać obiekty w ciągłym ruchu, dlatego zastosowanie zderzenia jest nieuniknione. Jest wiele typów zderzeń. Jednym z nich jest zderzenie doskonale sprężyste. Jest to spotkanie dwóch ciał doskonale sprężystych, w którym całkowita energia kinetyczna ciał po spotkaniu jest równa ich całkowitej energii kinetycznej przed spotkaniem. Zobaczmy kilka przykładów pokazujących, jak można je zastosować w reakcji łańcuchowej! Kołyska Newtona Skonstruuj kołyskę Newtona działającą na zasadzie zderzenia doskonale sprężystego, w którym ostatnia kula rozpoczyna kolejny element reakcji łańcuchowej! Umieść kule wiszące na nitkach blisko siebie. Po popchnięciu jednej z zewnętrznych kul zobaczysz następujący proces: Przy zderzeniu dwóch kul o takiej samej masie następuje przekazanie pędu zderzenia. Jeżeli jedna kula porusza się, a druga pozostaje nieruchoma, poruszająca się kula zatrzyma się, a ta nieruchoma zacznie się poruszać z taką samą prędkością, z jaką wcześniej poruszała się pierwsza kula. Jeżeli ustawimy kule w jednej linii, siła przeniesie się liniowo i wprawi w ruch ostatnią kulę. To samo stanie się z drugiej strony. Jeżeli z jednego końca podniesiemy więcej kul, ta sama liczba kul uniesie się z drugiej strony ciągu kul. Zderzenie na szynie Jeżeli chcesz jak najbardziej spowolnić ruch ciała albo nawet zatrzymać je na skutek zderzenia, konieczne jest zderzenie doskonale niesprężyste. Ustaw dwa toczące się obiekty o równym ciężarze naprzeciwko siebie na szynie i popchnij je na siebie z taką samą siłą. W tym doświadczeniu pędy obu ciał o przeciwnych zwrotach znoszą się wzajemnie, następuje zmniejszenie energii kinetycznej i zatrzymanie ciał. Wskazówka: Aby dokładnie poznać proces, jaki zachodzi podczas zderzenia ciał, poszukaj również informacji o zasadzie zachowania energii i zasadzie zachowania pędu. Ruch jednostajnie zmienny: Przyspieszenie Przyspieszenie to zmiana prędkości ciała w czasie. Może ona mieć wartość dodatnią albo ujemną (opóźnienie). Zobaczmy, jak wykorzystać te ruchy w reakcji łańcuchowej! Równia pochyła Zbuduj równię pochyłą, podkładając kilka książek pod jeden koniec drewnianej półki. Umieść dowolny obiekt (np. kulkę szklaną albo stalową) na górze pochylni. Zobaczysz powolne toczenie się ciała ruchem jednostajnie przyspieszonym. Piasek na równi pochyłej Teraz umieść w dolnej części półki piasek i potocz szklaną kulkę w dół. Zobaczysz, że ze względu na opór w miejscu wysypania piasku ciało będzie poruszało się ruchem opóźnionym (z przyspieszeniem ujemnym). W przypadku odpowiednio wysokiego tarcia albo odpowiednio długiej pochylni istnieje nawet możliwość zatrzymania kulki. Wskazówka: Spróbuj użyć różnych materiałów. Zanotuj, który materiał pozwala uzyskać najmniejsze tarcie, który powoduje największe przyspieszenie, a który opóźnienie. 8 Fizyka Swobodny spadek, grawitacja Obiekt, który wpadnie w pole grawitacyjne Ziemi, będzie poruszał się w kierunku środka Ziemi. Swobodny spadek występuje wtedy, gdy ruch ciała nie jest niczym zakłócany i odbywa się jedynie pod wpływem siły grawitacji. W ruchu tym nie występuje opór powietrza. Warto również zauważyć, że każdy obiekt ma takie samo przyspieszenie grawitacyjne. Dlatego dwa obiekty o takiej samej wielkości, ale wykonane z różnych materiałów opuszczone z tej samej wysokości wylądują w tym samym czasie. Zobaczmy przykład! Spadanie Zbuduj dwie pionowe rurki z plastikowych butelek, a następnie upuść w jednej lekką kulkę styropianową, a w drugiej w tym samym czasie kulkę żelazną. Zobaczysz, że obie wylądują jednocześnie. Zastanów się, jak można wykorzystać to zjawisko w reakcji łańcuchowej. Wskazówka: Aby dowiedzieć się, na czym dokładnie polega swobodny spadek, poszukaj informacji o prawie powszechnego ciążenia. Opór Opór odnosi się do sił aerodynamicznych bądź hydrodynamicznych, które oddziałują w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu obiektu. Siła oporu jest równa sile przyłożonej do obiektu, który porusza się ze stałą prędkością. Opór zależy na przykład od jakości podłoża albo od rozmiaru, kształtu i prędkości ciała. Jeżeli chcesz, aby w reakcji łańcuchowej obiekt poruszał się powoli, wykorzystaj siły oporu. Zobaczmy kilka przykładów. Koktajl z oporem hydrodynamicznym Umieść w cylindrze miarowym warstwy płynów o różnej gęstości (np. żelatyna spożywcza, miód, woda, olej itp.), przy czym najgęstsza substancja powinna znaleźć się na dole cylindra. Doświadczenie będzie bardziej widowiskowe, jeżeli do zabarwienia kolejnych warstw użyjesz barwników spożywczych. Wrzuć do cylindra dowolny przedmiot, a zobaczysz, jak przechodzi on przez górne warstwy o mniejszej gęstości szybciej, niż szybciej niż przez niżej położone warstwy o większej gęstości, zwalnia, aż w końcu się zatrzymuje. Spadochron Powietrze również oddziałuje na poruszające się obiekty. Zjawisko to nazywamy oporem powietrza. Aby go doświadczyć, zbuduj spadochron, korzystając z przedmiotów codziennego użytku. Z plastikowej torby wytnij koło i przymocuj do jego brzegów nitki — jedna nitka co kilka centymetrów. Zamocuj balast i spadochron jest gotowy. Sprawdź spadochrony o różnych kształtach i rozmiarach, aby zobaczyć, który jest najbardziej podatny na opór. Jak można przymocować spadochron, aby jego spadanie zainicjowało wcześniejszy element reakcji łańcuchowej? 9 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Ruch obrotowy Ruch obrotowy występuje, gdy obiekt porusza się po torze kolistym. Ruch obrotowy można uzyskać, wykorzystując siłę dośrodkową, która zmusza obiekt do poruszania się po zakrzywionym torze. Może to na przykład wynikać z siły grawitacji (kule) czy przyciągania elektrycznego. Ruch obrotowy może zrobić duże wrażenie na osobach oglądających reakcję łańcuchową. Popatrzmy na przykłady. Stożek z papieru Przygotuj stożek z papieru i ustaw go w pozycji pionowej wierzchołkiem skierowanym w dół. Następnie wpuść szklaną kulę równolegle do krawędzi stożka. Obserwuj ruch spiralny kuli, zakreślającej prawie doskonałą orbitę kołową. Działające na nią siły sprawią, że będzie się ona poruszała jednocześnie po okręgu i w dół. W jaki sposób można to wykorzystać w reakcji łańcuchowej? Wystarczy wyciąć otwór u dołu stożka, tak, aby kula wypadła z niego i popchnęła kolejny element reakcji łańcuchowej. Szklanka tocząca się w kółko Połóż szklankę w kształcie stożka albo kolbę stożkową na boku i popchnij. Ze względu na swój kształt naczynie będzie się poruszało po torze kolistym. Równia spiralna Zbuduj spiralny tor, wykorzystując przewody albo przezroczyste, plastikowe rurki. Zwróć uwagę na siły, jakie oddziałują na toczącą się w dół kulę. Obserwuj zakrzywiony tor kuli. Wahadło Wahadło to ciało zawieszone na trzpieniu, które może się swobodnie poruszać, jeżeli zostanie wychylone z położenia równowagi. Wahadło kołysze się z określoną częstotliwością. Ruch wahadłowy można zauważyć w wielu konstrukcjach, z jakimi spotykamy się na co dzień — w zegarach wahadłowych, huśtawkach czy kręglach. Ruch wahadłowy można również wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić. Młot — wahadło Zamocuj rączkę od młotka nieruchomo, następnie podnieś główkę młotka i unieruchom ją. Gdy wcześniejszy element reakcji łańcuchowej zwolni mocowanie główki młotka, zacznie się ona huśtać i może popchnąć kolejny przedmiot. Kręgle stołowe Przymocuj balast (np. ciężką kulę) do końca liny, zamocuj drugi koniec liny, podnieś balast w jedną stronę i unieruchom go. Gdy poluzujesz mocowanie, obiekt zacznie się huśtać. Gdy umieścisz inny obiekt na trasie huśtającej się kuli, wahadło go popchnie, przez co zainicjuje kolejny etap reakcji łańcuchowej. Wskazówka: Dowiedz się, jak działa zegar wahadłowy. 10 Fizyka Maszyna prosta: blok Maszyna prosta to urządzenie mechaniczne, które zmienia kierunek lub wartość siły. Innymi słowy, jedną z jej najważniejszych cech jest to, że umożliwia poruszanie obiektami przy użyciu mniejszej, przyłożonej siły. Oczywiście nadal potrzebna jest ta sama energia. Przykładem takiej praktycznej maszyny jest blok stały, którego oś jest osadzona na łożyskach opartych na konstrukcji wspierającej. Zobaczmy, jak to wykorzystać w reakcji łańcuchowej! Blok prosty Zawieś linę na bloku stałym i przywiąż ciężki obiekt do jednego końca liny. Aby podnieść przywiązany obiekt za pomocą bloku, wystarczy pociągnąć drugi koniec liny. Wskazówka: W zadaniu konkursowym nie jest dozwolone ręczne przemieszczanie obiektów, dlatego dobrym pomysłem byłoby umieszczenie przeciwwagi na drugim końcu liny — wtedy możesz poruszyć obiektem dzięki sile grawitacji. Wielokrążek Archimedesa Zbuduj wielokrążek Archimedesa, który zawiera kilka bloków. W tej konstrukcji każdy blok zmniejsza dźwigany ciężar o połowę, co ułatwia podnoszenie ciężkich obiektów. W ten sposób działają na przykład żurawie wykorzystywane na placach budowy. Efekt domina Przewracanie się kostek domina ułożonych w rzędzie jest wynikiem działania fali uderzeniowej, która przechodzi przez cały układ. Prędkość przewracania zależy od wysokości kostek, odległości pomiędzy nimi i od siły grawitacji. Doświadczenia pokazują, że rząd kostek domina przewraca się najszybciej, jeżeli odległość pomiędzy poszczególnymi kostkami wynosi dwie trzecie ich wysokości. Rząd przewracających się kostek domina robi imponujące wrażenie i może zapewnić Waszej konstrukcji sukces w konkursie. Popatrzmy na przykłady. Przewracające się domino Ustaw stabilne przedmioty, które łatwo przewrócić (np. pudełka zapałek), równolegle do siebie i w równych odległościach. Gdy popchniesz pierwszy przedmiot, fala uderzeniowa przejdzie przez cały układ i przewróci wszystkie kolejne. No dobrze, ale jak to się dzieje? Fala uderzeniowa sprawia, że przedmioty wytrącane są z pozycji równowagi i przewracają się pod wpływem działania siły grawitacji. Rosnący rząd domina Umieść różne przedmioty w rzędzie od najmniejszego do największego i przekonaj się, że jeden obiekt jest w stanie przewrócić inny, który jest od niego nawet półtora raza większy. To wygląda naprawdę widowiskowo w reakcji łańcuchowej! Teraz pozostaje Ci już tylko wymyślić kolejny etap reakcji łańcuchowej, który zostanie zainicjowany przez przewracające się domino. Wyrzut Aby wyrzucić obiekt wysoko w górę, należy nadać mu pęd początkowy (albo energię). Wartość przyłożonej siły musi być wystarczająco duża, aby pokonać siłę grawitacji. Zjawisko takie możemy zaobserwować w przypadku siły naprężenia rozciągniętej gumki (patrz rozdział 10) albo siły reakcji (siły ciągu) podczas startu rakiety. Wyrzut może być bardzo interesującym elementem reakcji łańcuchowej. Zobaczmy kilka przykładów. 11 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Katapulta ze szpatułek Zbuduj katapultę przy użyciu szpatułek i gumek. W tym przypadku siłę konieczną do uruchomienia katapulty zapewnia siła sprężystości gumek. Można wyrzucić dowolny przedmiot bez dotykania maszyny, dzięki czemu katapulta może być ciekawym elementem reakcji łańcuchowej: unieruchom napiętą katapultę za pomocą sznurka, a następnie zwolnij katapultę, przepalając sznurek. Rakieta musująca Wykorzystaj siłę nadciśnienia powstającego za sprawą uwalniania gazu wskutek reakcji chemicznej: wrzuć tabletkę musującą do butelki w połowie wypełnionej wodą i nałóż nakrętkę. Gaz zacznie rozpierać ścianki, aż w końcu wyrzuci nakrętkę wysoko w górę. Taka reakcja wybuchowa może inicjować kolejny etap reakcji łańcuchowej. Wskazówka: Jeżeli weźmiesz butelkę z długą szyjką, łatwiej będzie Ci kontrolować czas, dzięki czemu tabletka musująca wpadnie do wody dopiero po tym, jak poprzedni element reakcji łańcuchowej poruszy butelką. Siła sprężystości Rozciągając i ściskając sprężynę, przykładasz siłę. Siła ta jest wprost proporcjonalna do zmiany długości, co oznacza, że im bardziej rozciągasz sprężynę, tym większą przykładasz siłę. Tak samo zachowuje się guma. Siła sprężystości jest bardzo przydatna w reakcji łańcuchowej, gdyż pozwala szybko poruszać obiektami. Popatrzmy na przykłady. Rozciąganie sprężyny Zawieś sprężynę na haczyku i zamocuj ciężki przedmiot na jej dolnym końcu, aby rozciągnąć sprężynę. W miarę jak dodajesz coraz cięższe przedmioty, sprężyna coraz bardziej się wydłuża, a rozciąganiu towarzyszy pojawienie się siły sprężystości. Gumowy silnik Skonstruuj gumowy silnik do pojazdu ze śmigłem albo śrubą napędową, na przykład do małej łodzi bądź samolotu. Za pomocą haczyka zamocuj koniec gumowej opaski na osi obrotowej śmigła, następnie przywiąż drugi koniec do stałego punktu na końcu pojazdu. Podczas obracania śmigła gumowa opaska zwija się, przez co jest coraz bardziej napięta. Guma akumuluje energię sprężystości aż do momentu unieruchomienia śmigła. Kiedy je zwolnisz, opaska zaczyna się odwijać, co powoduje obrót śmigła i ruch pojazdu. Samochody zabawki typu pociągnij i puść W reakcji łańcuchowej można wykorzystać również zasilane sprężynami samochody zabawki typu pociągnij i puść! Jak działa ten dobrze znany wynalazek? Obrót kół do tyłu powoduje naciągnięcie sprężyny w zabawce. Gdy go puścisz, zgromadzona w sprężynie energia zostanie przeniesiona na koła i spowoduje ruch pojazdu. Wskazówka: Poproś nauczyciela chemii, aby wyjaśnił, jakie cząsteczki i siły wiązania odpowiadają za elastyczność gumy. 12 Fizyka Siła wyporu Siła wyporu to skierowana do góry siła, jaką wywiera ciecz bądź gaz, działająca przeciwnie do ciężaru zanurzonego obiektu. Każdy obiekt zanurzony w cieczy bądź w gazie jest wypierany do góry z siłą równą ciężarowi płynu wypartego przez dany obiekt. Zasadę tę odkrył Archimedes. W reakcji łańcuchowej możesz wykorzystać siłę wyporu do poruszania obiektami w wodzie. Zobaczmy kilka przykładów. Nurkujący balon Zamocuj średnio nadmuchany balon na dole naczynia albo akwarium wypełnionego wodą. Po odwiązaniu sznurka siła wyporu wypchnie balon na powierzchnię. Oczywiście do sznurka przymocowanego do balonu można przyczepić mniejszy przedmiot, który zainicjuje ciąg dalszy reakcji łańcuchowej. Balast z kostki cukru Siłę wyporu można również obserwować, wykorzystując kule ze styropianu. Materiał ten jest mocno napowietrzony i dlatego zatopienie go wymaga dużej ilości balastu. Można na przykład zatopić styropian, przyczepiając do niego kostki cukru, przy czym ciężar kostek cukru musi być większy niż siła wyporu obu ciał (cukru i styropianowej kuli). Po rozpuszczeniu cukru w wodzie siła wyporu wypchnie kulę na powierzchnię. Wypchnięta kula może uderzyć w kolejny element reakcji łańcuchowej. Rozszerzalność cieplna Rozszerzalność cieplna to właściwość materii polegająca na zmianie objętości w odpowiedzi na zmianę temperatury. Rozszerzalność cieplna występuje również w życiu codziennym, na przykład w przypadku metali, ale zachodzi również w silniku Stirlinga, czyli silniku cieplnym, który można wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić. Silnik Stirlinga Zbuduj silnik Stirlinga z przedmiotów codziennego użytku. Urządzenie to może poruszać osią obrotową dzięki podgrzanemu powietrzu, a to może zainicjować kolejny element reakcji łańcuchowej. Śmigło obracające się pod wpływem ciepła Gęstość powietrza spada w miarę jak rośnie temperatura. Żarówka czy świeczka mogą podgrzać powietrze do tego stopnia, że podnoszące się powietrze spowoduje ruch niewielkiego wiatraczka. Wskazówka: Poszukaj informacji na temat praw termodynamiki. 13 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Zmiana stanu skupienia materii Właściwości fizyczne materii zależą od jej stanu skupienia. Ciało stałe może się zmienić w płynne w wyniku topnienia; ciecz może przekształcić się w gaz wskutek parowania. Zmiany stanu skupienia materii można również wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Ogień, lód i woda Umieść kilka kostek lodu na metalowej płytce, którą podgrzejesz od spodu za pomocą świeczki. Gdy lód się roztopi, woda spłynie z powierzchni, a kapiąca woda może zainicjować kolejny element reakcji łańcuchowej. Mały silnik parowy Skonstruuj napędzane parą śmigło z przedmiotów codziennego użytku! Przedziuraw duży korek, a w powstały otwór włóż rurkę. Następnie odetnij pokrywkę metalowej puszki, wypełnij naczynie wodą i zamocuj korek w puszce. Jeśli podgrzejesz wodę w puszce, para wodna będzie musiała wydostawać się przez małą rurkę, wskutek czego będzie można poruszyć nawet śmigło. Zmiana ciężaru Ciężar ciała jest proporcjonalny do jego masy. Zmiana ciężaru często powoduje zmiany ruchów, co można łatwo wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Gąbkowa równoważnia Umieść jednakowe gąbki po dwóch stronach huśtawki, upewniając się, że obie strony znajdują się w stanie równowagi. Nalej odrobinę wody na jedną z gąbek. Zaskoczy Cię to, jak dużo wody może wchłonąć niewielki kawałek gąbki. Co ciekawe, objętość gąbki nie ulega zmianie, ale jej ciężar wzrasta wielokrotnie. Kulkowa zjeżdżalnia Umieść szklane kulki w pustym kubeczku plastikowym przywiązanym do bloku stałego za pomocą sznurka. W miarę zwiększania ciężaru kubeczka cały układ jest wprawiany w ruch: kubeczek opada, inicjując kolejny etap reakcji łańcuchowej. Prąd elektryczny z odnawialnych źródeł energii Prąd elektryczny to uporządkowany przepływ naładowanych cząstek (elektronów i jonów). Energia elektryczna może pochodzić z różnych źródeł, takich jak paliwa kopalne lub odnawialne źródła energii. Wykorzystaj odnawialne źródła energii, aby wytworzyć energię albo poruszyć elementami reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Minielektrownia wodna Połącz oś koła wodnego zrobionego z materiałów codziennego użytku z silniczkiem prądu stałego (silnikiem elektrycznym o małej mocy), który można również wykorzystać jako generator. Przepływająca przez koło woda porusza je, a koło przekazuje swoją energię do generatora, który z kolei przetwarza energię kinetyczną w energię elektryczną. Energia ta wystarczy, aby zasilić diodę LED. Na podobnej zasadzie działa elektrownia wodna. Takie samo doświadczenie można wykonać z wykorzystaniem turbin wiatrowych napędzanych wiatraczkiem, ponieważ przemiana energii kinetycznej w elektryczną zachodzi również przy wykorzystaniu energii wiatru. 14 Fizyka Domowa bateria słoneczna Połącz ogniwo słoneczne z silniczkiem prądu stałego (silnikiem elektrycznym o małej mocy) za pomocą przewodów. Bateria słoneczna wytwarza energię dzięki reakcji chemicznej i zasila silnik, który może poruszyć kołem. Wskazówka: Jeżeli masz za mało światła do przeprowadzenia doświadczenia, umieść lusterko w pobliżu okna i skieruj światło na baterię słoneczną. Można również wykorzystać mocno świecącą lampę. Żaglówka Energia wiatru może poruszać pojazdami. Powietrze wytwarzane przez wiatraczek albo suszarkę do włosów przekazuje energię lekkiemu przedmiotowi, na przykład żaglówce na wodzie. Teraz pozostało Wam już tylko znaleźć sposób na włączenie wiatraczka albo suszarki do reakcji łańcuchowej! Koło zębate Koło zębate to obracający się element maszyny, którego zęby zazębiają się z drugim elementem (zazwyczaj z drugim kołem zębatym), przekazując moment obrotowy. Urządzenia zasilane kołami zębatymi, przekazując energię, mogą zmieniać prędkość, moment obrotowy oraz kierunek poruszania się. Koła zębate napędzają na przykład rowery i odpowiadają za przekazywanie energii z wału napędowego na koła pojazdu. Koło zębate można z łatwością wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy przykład! Koła zębate domowej produkcji Skonstruuj układ kół zębatych o różnych rozmiarach, wykorzystując przedmioty codziennego użytku. Wystarczy wprawić w ruch pierwsze koło, a pozostałe zaczną obracać się z różnymi prędkościami, zależnie od ich rozmiaru. Łopatka przymocowana do ostatniego koła może popchnąć następny przedmiot i zainicjować kolejny etap reakcji łańcuchowej. Magnesy Każdy magnes ma dwa bieguny (północny i południowy); żaden biegun nigdy nie występuje samodzielnie. Przeciwne bieguny przyciągają się, natomiast takie same bieguny się odpychają. Magnesy wpływają nie tylko na siebie nawzajem, lecz również na niektóre metalowe przedmioty (żelazo, stopy żelaza): oba bieguny je przyciągają. Obiekty metaliczne w reakcji łańcuchowej można łatwo poruszać za pomocą magnesu. Oto przykład. Magnetyczna równia pochyła Przesuń ciężką stalową kulę w górę równi pochyłej za pomocą silnego magnesu przesuwanego w górę pod równią. Kula będzie się przesuwała razem z magnesem, dopóki pozostanie w obrębie jego pola magnetycznego. Zastanów się, jak można wykorzystać to zjawisko w reakcji łańcuchowej! Wskazówka: Dowiedz się, czym jest prąd wirowy i z jakich materiałów tworzy się obecnie najpotężniejsze magnesy. 15 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Wibracje Wibracjami określa się wszelkie drgania powtarzalne w czasie. Drgania mechaniczne to drgania występujące wokół punktu równowagi. Wibracje mogą wywołać ciekawe i widowiskowe ruchy w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy przykład. Dzięcioł Obserwuj tradycyjną zabawkę zwaną dzięciołem na tyczce i spróbuj odtworzyć obserwowane zjawisko. Gdy wprawisz zabawkę w ruch, zamocowaną w układzie naprężenia na szczycie tyczki, zobaczysz, że nie spada ona od razu, ale wibrując, obniża się powoli. W tym złożonym ruchu istotną rolę odgrywają grawitacja, wibracje i tarcie. Wskazówka: Poszukaj informacji o rezonansie i zobacz, co się dzieje, gdy coraz wyżej popychasz osobę siedzącą na huśtawce. Równowaga, środek ciężkości Równowaga występuje, gdy siły oddziałujące na ciało albo na układ ciał wzajemnie się równoważą. Zaburzenie stanu równowagi może wywołać interesujące ruchy, które można wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Unoszące się widelce Złącz dwa widelce zębami i umieść zapałkę pomiędzy środkowymi zębami po wklęsłej stronie. Umieść całość na górnej części zapałki. To trudne do uwierzenia, ale widelce nie spadają. Z łatwością utrzymują się w tej, wydawałoby się, niestabilnej pozycji. Wyjaśnieniem tego zaskakującego zjawiska jest fakt, że środek ciężkości tego układu znajduje się tuż pod punktem podparcia (na osi obrotowej). Równowaga linoskoczka Zawieś napiętą linę i umieść na niej toczący się przedmiot (np. motocykl zabawkę). Umieść ciężarki po obu stronach, tak aby zwisały poniżej poziomu liny. Środek ciężkości przedmiotu znajduje się poniżej punktu podparcia, dlatego przedmiot utrzymuje równowagę i może poruszać się po linie. Szmaciany Jaś Przetnij piłeczkę do ping-ponga na pół i zamocuj w środku balast, np. ciężką śrubę. Sklej obie części piłeczki z powrotem i oklej ją materiałem albo papierem, tak aby utworzyć śmieszną szmacianą lalkę. Środek ciężkości lalki znajduje się po jednej stronie, niezależnie od tego, jak nią poruszasz, dlatego zawsze wraca ona do pozycji wyjściowej. 16 Fizyka Przeciwwaga Przeciwwaga to przeciwważący ciężar, który równoważy albo zmniejsza działanie obciążenia. Klasycznym przykładem maszyny opartej na zasadzie przeciwwagi jest trebusz wykorzystywany w średniowiecznych wojnach. Maszyna ta jest w stanie zachowywać i uwalniać energię mechaniczną, wykorzystując siłę grawitacji. To zjawisko można wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić. Trebusz Umieść przeciwwagę na jednym końcu dźwigaru. Pociągnij drugi koniec w dół i unieruchom go. Gdy wcześniejszy element reakcji łańcuchowej zwolni mocowanie, grawitacja pociągnie przeciwwagę w dół, a drugi koniec dźwigaru podniesie się do góry i uwolni pocisk. Wskazówka: Dowiedz się, jak działają żuraw wieżowy i winda. 17 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Rozpuszczanie Interakcja i ciągły ruch cząsteczek substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika umożliwiają zajście procesu rozpuszczania. Cząsteczki rozpuszczalnika oddziałują z cząsteczkami substancji rozpuszczanej, a zachodząca między nimi interakcja jest odpowiedzialna za zmniejszenie siły kohezji pomiędzy cząsteczkami substancji rozpuszczanej. W rezultacie cząsteczki rozpuszczalnika tworzą otoczkę wokół cząsteczek substancji rozpuszczanej. Rozpuszczanie może wywoływać widowiskowe i wielobarwne efekty w reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady: Zmiana koloru owocowej herbaty Umieść torebki owocowej herbaty w gorącej wodzie. Rozpuszczanie rozpocznie się w momencie kontaktu z gorącym płynem: najpierw szybko rozpuszczające się pigmenty zabarwią wodę na lekko niebieski kolor. Po jakimś czasie płyn wokół torebki zacznie zmieniać kolor: pojawi się barwa czerwona. Spowodowane jest to powolnym uwalnianiem kwasów organicznych, które odpowiedzialne są za protonowanie cząsteczek wody, przez co wartość pH maleje, a odczyn roztworu staje się kwasowy. Z uwagi na obecność pigmentów, pełniących w tym przypadku funkcję wskaźników, zmiana pH sygnalizowana jest zmianą koloru roztworu. Rozpuszczanie nierozpuszczalnego Wlej nasycony, alkoholowy roztwór siarki do naczynia wypełnionego wodą. Niepolarne cząsteczki siarki nie rozpuszczają się w wodzie, ale rozpuszczają się w alkoholu. Mieszanina dwóch rozpuszczalników zmniejsza rozpuszczalność siarki i skutkuje tworzeniem cząstek koloidalnych, co sprawia wrażenie rozpuszczonej siarki. Jeżeli cząstki siarki będą dostatecznie duże, powstanie widoczna gołym okiem zawiesina. Aby lepiej zobaczyć charakterystyczną strukturę koloidu, skieruj na naczynie promień lasera (efekt Tyndalla). Roztwory nasycone i przesycone Roztwór uznajemy za nasycony, gdy w rozpuszczalniku — w określonych warunkach ciśnienia i temperatury— nie można rozpuścić więcej substancji rozpuszczanej. Oznacza to, że została osiągnięta równowaga w roztworze. W takim przypadku stężenie substancji rozpuszczanej pozostaje na stałym poziomie. Jeżeli rozpuścimy mniej substancji rozpuszczanej niż to możliwe, otrzymamy roztwór nienasycony. Poprzez powolne ochładzanie roztworu nasyconego możliwe jest uzyskanie roztworu przesyconego. Nie jest to stan stabilny — nadmiar substancji rozpuszczanej będzie się szybko wytrącał, na przykład pod wpływem czynnika mechanicznego. To zjawisko można także wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić: Płynna rzeźba Przygotuj przesycony, wodny roztwór octanu sodu, a następnie powoli wylewaj go na stół albo do porcelanowej miseczki. Docierający do powierzchni płyn natychmiast krzepnie, tworząc coraz wyższy „słup soli”. W ten sposób możemy wykorzystać roztwór przesycony do budowy niewielkiego posągu. Innym interesującym aspektem tego eksperymentu jest to, że gdy zaczniesz podgrzewać skrystalizowany octan sodu, zacznie on ponownie rozpuszczać się w wodzie krystalizacyjnej. (Opisane zjawisko nie jest efektem topnienia!) 18 Chemia Reakcje termochemiczne Termochemia to nauka o energii i cieple związanych z reakcjami chemicznymi. Jeżeli reakcja uwalnia energię (np. w postaci ciepła), nazywamy ją reakcją egzotermiczną. Jej przeciwieństwem jest reakcja endotermiczna, która pobiera energię z otoczenia. Rozpad niektórych materiałów z uwalnianiem ciepła to fascynujący i dynamiczny proces, który można wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy przykład. Wulkan Ogrzej dichromian amonu za pomocą płonącego patyczka. Gdy zacznie iskrzyć, możesz przestać go ogrzewać. Na skutek ogrzewania zachodzi samopodtrzymująca się reakcja egzotermiczna, której towarzyszy intensywne iskrzenie, podobne do tego, jakie towarzyszy erupcji wulkanu. Pierwotnie pomarańczowo-czerwona, krystaliczna substancja staje się ciemnozielona, sypka i podobna do proszku. Wskazówka: Sprawdź, co oznacza ciepło powstawania i ciepło reakcji! Przewodnictwo soli Niektóre materiały dobrze przewodzą elektryczność, a inne nie. Te drugie nazywamy izolatorami. Dobrymi przewodnikami są przewodnikami są na ogół metale (np. miedź, cynk), natomiast, natomiast większość tworzyw sztucznych to izolatory. W roztworach przewodnictwo zależy od składu chemicznego. Zmieniając go, można sprawić, że roztwór stanie się przewodnikiem. Najprostszym sposobem jest dodanie soli. Zobaczmy przykład: Solny włącznik Umieść grafitowe elektrody w naczyniu wypełnionym wodą destylowaną i podłącz źródło prądu o niskim napięciu oraz urządzenie odbierające energię, np. diodę LED. Dioda na razie się nie świeci, lecz gdy do wody dosypiemy drobno mielonej soli (może być konieczne wymieszanie płynu), związki jonowe sprawią, że woda zacznie przewodzić prąd i dioda się zapali. Słona woda działa jak włącznik obwodu, dlatego zamykając obwód, łatwo sprawić, że urządzenie uruchomi kolejny etap reakcji łańcuchowej. Wskazówka: Dowiedz się, jaki materiał jest najlepszym przewodnikiem elektryczności! 19 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Elektrochemia Elektrochemia bada m.in. reakcje chemiczne, które zachodzą pod wpływem prądu elektrycznego, a także procesy i zasady przekształcania energii chemicznej w energię elektryczną. Wygenerowanie prądu elektrycznego może być bardzo przydatne w przypadku reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Ogniwo owocowe Zbuduj ogniwo galwaniczne z małych kawałków metalu i owoców. W tym celu umieść dwa różne, powszechnie dostępne, metale (np. miedź, cynk, żelazo, nikiel, cyna, srebro, złoto) w soczystym, kwaśnym owocu. Zbuduj 2-3 takie ogniwa i połącz je szeregowo. Sprawdź, czy taka liczba ogniw wystarczy, aby zaświeciła Twoja dioda LED. Jeśli nie, dodaj kolejne ogniwa i ponów próbę. Jak to możliwe? Metale zachowują się jak elektrody o różnych potencjałach, a otaczający je roztwór (w tym przypadku sok owocowy) jest elektrolitem. Dwie elektrody połączone poprzez roztwór tworzą ogniwo galwaniczne, a różnica potencjałów dwóch elektrod stanowi siłę elektromotoryczną. Przekształcenie energii chemicznej w energię elektryczną wynika z procesów utleniania i redukcji, które zachodzą na elektrodach. Wskazówka: Dowiedz się, jakie są trzy podstawowe elementy ogniwa galwanicznego! Wytwarzanie srebra W tym doświadczeniu możesz wykorzystać energię prądu elektrycznego podczas elektrolizy, aby otrzymać czysty metal. Wlej roztwór zawierający związek srebra (jon diaminoasrebra (I)) na szalkę Petriego. Zamocuj dodatni koniec źródła prądu (tzn. anodę) w płynie, jednocześnie zastosuj szpilkę jako katodę, delikatnie umieszczając ją na powierzchni cieczy, tak aby zachować tam napięcie powierzchniowe. Po włączeniu źródła prądu na katodzie zacznie wytrącać się srebro, którego ilość stopniowo zwiększa się na powierzchni cieczy. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! Reakcje kwas – zasada Reakcje kwas – zasada polegają na protonacji zasad w wyniku deprotonacji kwasów, innymi słowy, w reakcjach kwas – zasada donor (kwas) oddaje jon wodorowy, a akceptor (zasada) ten jon przyjmuje. pH jest miernikiem kwasowości bądź zasadowości. Wskaźnik pH to chemiczny „wykrywacz” protonów w miareczkowaniach kwas – zasada. Stosując wskaźniki, można wywołać widowiskowe zmiany barw w reakcji łańcuchowej. Zobaczmy przykład! Wskaźnik z czerwonej kapusty Zetrzyj czerwoną kapustę i namocz w ciepłej wodzie na około piętnaście minut. Niebieski roztwór będzie stanowił doskonały wskaźnik dla kwasów i zasad przez następne kilka dni: czerwony kolor oznacza odczyn kwasowy, ciemnofioletowy oznacza odczyn lekko zasadowy, natomiast zielony albo żółty oznacza środowisko silnie zasadowe. W reakcji łańcuchowej można zmieszać sok z czerwonej kapusty z zasadowym roztworem mydła albo z roztworem kwasu octowego. Gdy roztwory łączą się, następuje zmiana barwy. Wskazówka: Czy woda jest kwasem, czy zasadą? A może jednym i drugim? Sprawdź, co to jest amfolit! 20 Chemia Ukryte pismo Ukryte pismo, które można wywołać chemicznie, wymaga przeprowadzenia reakcji, w której produkt końcowy jest kolorowy, ale co najmniej jeden z reagentów jest bezbarwny. Najpierw piszemy na papierze, używając bezbarwnego reagentu, a następnie przeprowadzamy barwną reakcję, aby wywołać tekst. Proces ten może być oparty na reakcjach zobojętniania (bierze udział kwas i zasada), strącania osadu albo reakcjach redoks (bierze udział utleniacz i reduktor). W reakcji łańcuchowej wzory chemiczne lub zabawne komunikaty zapisane pismem ukrytym można pokazywać bez dotykania maszyny. Zobaczmy, jak to zrobić! Ukryte pismo z kurkumy Zanurz patyczek do uszu w roztworze o zasadowym pH, na przykład w wodnym roztworze sody oczyszczonej, i napisz coś na białym arkuszu bibuły filtracyjnej. Napis nie będzie widoczny, bo roztwór sody oczyszczonej jest bezbarwny. Gdy papier zwilżymy roztworem kurkumy, biały arkusz stanie się żółty, a obszar na który naniesiono zasadowy roztwór – brązowy. Na czym polega to zjawisko? Pigment zwany kurkuminą przybiera brązową barwę w kontakcie z zasadowym podłożem, dlatego zachowuje się jak wskaźnik. Wskazówka: W reakcji łańcuchowej można wylać całą szklankę ekstraktu z kurkumy na papier z napisem wykonanym sodą oczyszczoną. W ten sposób sekretny napis stanie się natychmiast widoczny. Kolorowe metalowe literki Napisz coś na kartce papieru roztworami różnych jonów metali (np. soli antymonu albo ołowiu). Gdy kartkę poddamy działaniu siarkowodoru, powstaną kolorowe siarczki metali, przezroczysty antymon nabierze barwy czerwonopomarańczowej, natomiast sól ołowiu stanie się brązowawa na skutek reakcji wytrącania osadu. Kwasy Kwasy to związki, które przekazują protony cząsteczkom wody, przez co odczyn roztworu wodnego staje się kwasowy — wartość pH maleje. Roztwory o pH poniżej 7 nazywane są roztworami kwasowymi. W codziennym życiu otacza nas wiele różnych kwasów. Są to na przykład: kwas octowy, wykorzystywany w kuchni, kwas chlorowodorowy, którego używa się w produktach chemii gospodarczej czy witamina C (kwas askorbinowy), który skutecznie chroni zdrowie. Żrące działanie kwasów może stanowić interesujący element reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady. Dziurawienie folii aluminiowej Rozciągnij folię aluminiową tak, aby utworzyć płaską powierzchnię. Nalej na nią kilka kropel minimum 20-procentowego kwasu chlorowodorowego. Glin (z którego wykonana jest folia aluminiowa) jest metalem o właściwościach amfoterycznych, co oznacza, że reaguje z kwasami i zasadami. W wyniku reakcji z kwasem folia zostanie przedziurawiona. Jak to wykorzystać w reakcji łańcuchowej? Umieść kwasoodporną kulkę na powierzchni pokrytej folią aluminiową. Kulka poruszy się dopiero wtedy, gdy zajdzie reakcja chemiczna i nastąpi przedziurawienie folii aluminiowej. Zwolnij zamocowanie metodą kropelkową Nalej kilka kropli kwasu azotowego na rozciągnięty sznurek, wykonany z materiału syntetycznego. Kwas w ciągu kilku minut spowoduje jego przerwanie – wówczas zwolni się zamocowanie, a reakcja łańcuchowa będzie biec dalej. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! 21 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Gaz, otrzymywanie gazu Gaz to jeden ze stanów skupienia materii. Gazy i ciecze zachowują się podobnie: płyną i są odporne na odkształcenia. Gazy wypełniają całą pojemność pojemnika, w którym się znajdują. Wiele reakcji chemicznych wiąże się z powstawaniem gazów. Może to pomóc utrzymać bieg reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić. Latający balon Powszechnie wiadomo, że nadmuchany balon z helem swobodnie się unosi, ponieważ hel ma mniejszą gęstość niż powietrze otaczające balon. Proces ten można wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Przykładowo, można do balonu przywiązać za pomocą nici balast. Nić należy następnie przerwać, tak aby balon mógł się swobodnie unieść i uderzyć w kolejny element. Machająca rękawiczka Wsyp do gumowej, kwasoodpornej rękawiczki mieszaninę sody oczyszczonej i kwasu cytrynowego, a następnie delikatnie załóż ją na otwór butelki w połowie wypełnionej wodą. Reakcja rozpocznie się, gdy mieszanina zawarta w rękawiczce zostanie przesypana do wody. Rozpuszczalne w wodzie ciała stałe reagują ze sobą, wytwarzając dwutlenek węgla wypełniający balon, który z kolei może zainicjować kolejny etap reakcji łańcuchowej. Wskazówka: Zapytaj nauczyciela chemii, czym są gazy szlachetne i dlaczego są tak nazywane. Rakieta z puszki Wytwórz wodór z kwasu chlorowodorowego i dwóch metali o ujemnym potencjale standardowym (np. puszki pokryte cynkiem albo glinem). Potnij jedną puszkę na małe kawałki, umieść w probówce, a następnie zalej kwasem chlorowodorowym. Gdy zacznie wydzielać się gaz (widoczne będą pęcherzyki gazu w roztworze), umieść drugą puszkę do góry dnem, zakrywając otwór probówki. Odczekaj chwilę i delikatnie połóż puszkę na stole, tak aby pozostał w niej gaz. Umieść pod nią płonący patyczek. Wodór wydzielający się w wyniku reakcji kwasu z metalem utworzy mieszaninę wybuchową z tlenem z powietrza (szybka reakcja spalania). Gaz rozszerza się z powodu nagłego uwolnienia ciepła, a następnie wydostaje się z puszki przez otwór, na skutek czego puszka odlatuje niczym rakieta. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! Wytwarzanie piany Piana powstaje podczas wytwarzania gazów w cieczy. W przypadku dynamicznego wytwarzania gazu piana powstaje bardzo szybko i w dużej ilości. W ten sposób można zainicjować kolejny etap reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić. Iskrzący wulkan Nasyp sody oczyszczonej do octu, a następnie dodaj wodny roztwór detergentu. Podczas reakcji kwasu i zasady powstaje dwutlenek węgla, który szybko spienia mieszaninę zawierającą detergent. 22 Chemia Kolorowa piana Nadtlenek wodoru rozkłada się na tlen i wodę. Jest to bardzo powolny proces, ale można go przyspieszyć odpowiednim katalizatorem: dodaj detergent to stężonego roztworu nadtlenku wodoru, następnie dodaj jodek potasu (zamiast ciała stałego można również wykorzystać roztwór nasycony). Jon jodkowy jest katalizatorem procesu, dlatego szybko powstający tlen powoduje tworzenie się piany. Doświadczenie będzie bardziej interesujące, gdy do płynu wprowadzony zostanie barwnik spożywczy. Piana gipsowa Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się Możesz też wytworzyć trwalszą pianę. W tym zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. celu potrzebujesz sproszkowanego glinu, Nie próbuj robić tego w domu! gipsu i wodorotlenku sodu. Dodaj wody do tych trzech składników i dobrze wymieszaj. Glin i wodorotlenek sodu reagują, uwalniając wodór, który powoduje pienienie. Gips szybko twardnieje, zwiększając tym samym trwałość piany. Halogeny Termin halogen oznacza „tworzący sól”, ponieważ halogeny (fluorowce) tworzą sole z metalami. Ta grupa obejmuje fluor (F), chlor (Cl), brom (Br) i jod (I). Halogeny są wysoce reaktywne, dlatego występują w przyrodzie w formie związków chemicznych. Reakcje halogenów z metalami sprawiają, że reakcja łańcuchowa będzie bardzo widowiskowa. Zobaczmy przykład! Fioletowy dym Wymieszaj glin z jodem w stosunku 1:1, następnie umieść mieszaninę na suchym, ognioodpornym podłożu. Uformuj proszek w niewielki kopiec z zagłębieniem w środku, do którego nalej kroplę wody. Jod jest halogenem, tzn. pierwiastkiem tworzącym sole, dlatego łatwo reaguje z glinem. Na powierzchni kropli wody zachodzi nagła reakcja egzotermiczna, która przyspiesza pod wpływem uwalnianego ciepła. Procesowi towarzyszą uwalnianie ciepła, efekt świetlny, a także fioletowy dym. Wskazówka: Zapytaj nauczyciela chemii, dlaczego halogeny są używane w żarówkach. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! 23 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Spalanie Spalanie zachodzi, gdy substancja reaguje z tlenem zawartym w powietrzu. Do spalania konieczne jest spełnienie trzech warunków: łatwopalny materiał, obecność tlenu oraz osiągnięcie temperatury zapłonu. Spalaniu zawsze towarzyszy wydzielanie światła i ciepła. W procesie spalania kolor dymu często informuje nas o tym, jaki materiał się pali. Spalanie może zrobić duże wrażenie na osobach obserwujących reakcję łańcuchową oraz zainicjować kolejny etap. Zobaczmy, jak to zrobić. Ostrzeżenie — materiał łatwopalny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! Punkt zapalny Umieść dwie zlewki na prostej, dwustronnej równoważni. Do jednej zlewki nalej ropy naftowej, a do drugiej benzyny. Wyrównaj równoważnię, tak aby obie zlewki miały ten sam ciężar. Następnie umieść pasek papieru pomiędzy zlewkami i zapal papier na środku. Należy pamiętać, że opary płynów lotnych mogą zapalić się samoistnie, bez zapalania samego płynu. W tym doświadczeniu zapalą się opary bardziej lotnej benzyny. Spalana substancja będzie zmniejszała swój ciężar, dlatego równoważnia się przechyli. Taki ruch może inicjować kolejny etap reakcji łańcuchowej. Samozapłon Napisz krótki tekst albo narysuj coś na kartce papieru pędzlem zanurzonym wcześniej w skoncentrowanym roztworze azotanu potasu. Zaznacz początek napisu albo rysunku i wysusz papier. Gdy dotkniesz papieru w zaznaczonym wcześniej miejscu gorącym prętem, papier zacznie się palić, ale tylko w miejscu, gdzie zacznie się rozkład azotanu potasu, tzn. tam, gdzie znajduje się rysunek lub napis. Wyjaśnieniem tego zjawiska jest niska stabilność termiczna azotanu potasu, a jego rozkład spełnia dwa warunki konieczne do powstania ognia osiągnięcie wymaganej temperatury i obecność tlenu - dlatego łatwo wywołać zapłon. Wskazówka: Dowiedz się, jaka jest różnica pomiędzy spalaniem dyfuzyjnym a mieszanym. Podpalanie wodą Umieść kulkę zrobioną z waty albo niewielką ilość nitrocelulozy w porcelanowej miseczce i dodaj odrobinę nadtlenku sodu. Ostrożnie nalej na nią kilka kropel wody. Spowoduje to uwolnienie się nadtlenku wodoru. Kulka waty zapali się w wyniku reakcji utleniania wywołanej obecnością nadtlenku wodoru. Doświadczenie to można w ciekawy sposób włączyć w reakcję łańcuchową. Wystarczy znaleźć sposób, jak nalać kroplę wody na przygotowany wcześniej nadtlenek sodu. Tworzywa sztuczne Tworzywa sztuczne to otrzymane chemicznie lub zmodyfikowane polimery naturalne o wysokiej masie cząsteczkowej. Spotykamy je niemal na każdym kroku w naszym codziennym życiu. Superchłonne polimery, które są w stanie wchłonąć dużą ilość wody lub roztworu wodnego, stanowią stosunkowo nową klasę tworzyw. Większość z nich powstaje z częściowo neutralizowanego kwasu poliakrylowego o niewielkim stopniu usieciowania. Superchłonne polimery wykorzystuje się w pieluszkach, chusteczkach pochłaniających wilgoć oraz w rolnictwie do zatrzymywania wody w glebie. Tworzywa i superabsorbenty mogą stanowić szczególny element reakcji łańcuchowej. Popatrzmy na przykłady: 24 Chemia Szybko zwiększający swoją objętość materiał superchłonny Wypełnij szklankę do połowy superabsorbentem, a następnie wlej do niej całą szklankę wody. Superabsorbent może związać dużą ilość wody, w wyniku czego jego objętość zwiększa się. Stopniowo wypełnia naczynie, w którym się znajduje. Jednocześnie woda nie wyleje się, nawet gdy odwrócisz naczynie do góry dnem. Wskazówka: Czy wiesz, że stworzono już ekologiczne, całkowicie degradowalne tworzywa? Poszukaj informacji na ten temat! Topniejące tworzywo Zanurz kawałek styropianu (np. fragment bloku styropianowego do ocieplania budynków) w acetonie. Tworzywo zacznie się powoli rozpuszczać, a jego objętość będzie się stopniowo zmniejszała. Proces ten można łatwo wykorzystać w reakcji łańcuchowej. Umieść żelazną kulę na szczycie bloku z tworzywa. Gdy tworzywo zacznie się rozpuszczać, piłeczka stoczy się i zainicjuje kolejny element reakcji łańcuchowej. Reakcje zegarowe Reakcje zegarowe to grupa reakcji, w których zmiana następuje w sposób nagły po upływie ustalonego czasu (na jego długość można wpływać, zmieniając warunki reakcji). Kinetyka tych procesów jest dosyć skomplikowana, ale podstawową zasadą jest równoległy przebieg serii reakcji, z których każda ma inną szybkość. Jeżeli reakcja w której powstaje produkt odpowiedzialny za widowiskowy charakter eksperymentu przebiega wolniej niż druga reakcja, w której ten sam produkt jest zużywany, wówczas nic nie zaobserwujemy. Jeżeli natomiast pierwsza reakcja zajdzie szybko, wtedy produkt ulegnie akumulacji, co spowoduje, że oczekiwany efekt będzie widoczny natychmiast. Takie widowiskowe procesy mogą być bardzo interesujące w przypadku reakcji łańcuchowej. Zobaczmy przykład. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! „Złoty zegar” Do jednej probówki nalej 5 ml 1-molowego roztworu tiosiarczanu sodu, a do drugiej 5 ml 0,1-molowego roztworu arseninu sodu. Następnie dodaj 1 ml lodowatego kwasu octowego do drugiej probówki, a na koniec przelej zawartość obu probówek do jednego naczynia. Jeżeli właściwie odmierzono ilości składników, po mniej więcej 30 sekundach w probówce pojawi się złotożółty osad. Ten osad to siarczek arsenu. Reakcja „Old Nassau” W trzech próbkach należy przygotować trzy roztwory: Roztwór „A”: 0,3% chlorku rtęci (II); roztwór „B”: 15 g wodorosiarczynu sodu i 6 g skrobi w 1000 ml roztworu; roztwór „C”: 15 g jodanu potasu rozpuszczonego w 1000 ml wody. Po przygotowaniu trzech roztworów nalej odrobinę wody do zlewki (20–40 ml), włącz mieszadło magnetyczne i dodaj równe ilości (100 ml) każdego z trzech roztworów do wody w następującej kolejności: A–B–C. Gdy wlejesz zawartość ostatniej probówki do zlewki, roztwór po kilku sekundach zmieni barwę na pomarańczową, po kilku kolejnych szybko stanie się ciemnoniebieski. 25 Doświadczenie Konkurs „Chain Reaction” Surfaktanty Surfaktanty, zwane również środkami powierzchniowo czynnymi, zmniejszają napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika, zwykle wody, i ułatwiają tworzenie dyspersji substancji nierozpuszczalnych (substancji tłuszczowych). Zobaczmy, jak włączyć doświadczenie z detergentami do reakcji łańcuchowej. Proszek „uciekający” po powierzchni wody Wlej wodę na szalkę Petriego i dodaj silnie hydrofobowego lycopodium*, który należy równomiernie rozsypać na powierzchni wody. Gdy wlejesz kroplę detergentu (roztwór surfaktantów) na środek naczynia, proszek zacznie przemieszczać się („uciekać”) po powierzchni wody. Na czym to polega? Na powierzchni wody cząsteczki surfaktantu ustawiają się w ten sposób, że częścią hydrofilową skierowane są do wody, a częścią hydrofobową „wystają” ponad jej powierzchnię. Hydrofobowy proszek przemieszcza się razem z powstającą na powierzchni wody hydrofobową warstwą. * Wysuszony pyłek zarodnikowy rośliny o nazwie widłak Wskazówka: Dowiedz się na jakiej cztery grupy podzielone są surfaktanty, biorąc pod uwagę ich budowę chemiczną. Osmoza Dyfuzja rozpuszczalnika przebiega od roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o większym stężeniu. Półprzepuszczalna membrana, rozdzielająca dwa roztwory, jest przepuszczalna dla mniejszych cząsteczek rozpuszczalnika, ale nie dla cząsteczek substancji rozpuszczonej. Zjawisko to nazywamy osmozą. To interesujące doświadczenie może ubarwić reakcję łańcuchową. Zobaczmy, jak to zrobić. Ogród kwiatowy chemika Przygotuj roztwór wody i krzemianu sodu w stosunku 1:1, następnie dodaj „nasiona kwiatów”, tzn. sole różnych metali (takie jak siarczan (IV) żelaza (III), chlorek niklu (II), siarczan (IV) manganu (II), chlorek chromu (III), chlorek kobaltu (II), siarczan (IV) miedzi (II), azotan magnezu). Sole zaczną się rozpuszczać, a jony metali strącając się w obecności jonów metakrzemianów, będą tworzyły osad przypominający strukturą półprzepuszczalną membranę. Ciśnienie wewnątrz membrany wzrośnie w wyniku osmozy, co spowoduje przerwanie membrany, która następnie ponownie się odtworzy na skutek nagromadzenia się jonów metali. Reakcja przebiega powoli, dlatego lepiej zaplanować to doświadczenie na początku reakcji łańcuchowej. Musisz tylko znaleźć sposób, jak wprowadzić sole metali do wody. 26 Chemia Termoskop Termoskop to urządzenie składające się z cylindra i manometru w kształcie litery U. Za jego pomocą można identyfikować zmiany temperatury. Jeśli w otworze cylindra umieszczona zostanie duża probówka, w której biegnie reakcja chemiczna to podczas wydzielania ciepła wzrasta ciśnienie powietrza w cylindrze, co z kolei prowadzi do zmiany poziomu płynu w manometrze. Płyn wypływający z manometru może zainicjować kolejny krok reakcji łańcuchowej. Zobaczmy, jak to zrobić! Płyn wypływający pod wpływem ciepła Rozpuść wodorotlenek sodu w wodzie, następnie umieść probówkę w otworze cylindra. Proces egzotermiczny powoduje zwiększanie ciśnienia powietrza w cylindrze, co widać po zmianie poziomu cieczy w manometrze: zaczyna ona wypływać z rurki manometru. Ostrzeżenie — materiał niebezpieczny! Doświadczenie należy wykonywać ostrożnie i pod ścisłym nadzorem nauczyciela. Zaleca się zastosowanie odpowiednich środków ostrożności i wyposażenia ochronnego. Nie próbuj robić tego w domu! 27 Podziękowania Chcielibyśmy podziękować naszym partnerom i ekspertom za profesjonalne wsparcie konkursu naukowego „CHAIN REACTION” („Reakcja łańcuchowa”): Centrum Nauki Kopernik Redakcji magazynu „Edukacja i Dialog” Polskie Towarzystwo Chemiczne Redakacji magazynu „Chamia Przemysłowa” Uniwersytet Wrocławski Redakcji czasopisma „Chemia i Biznes” Uniwersytet Warszawski Redakcji czasopisma „Chemical Review” oraz portalu Chemical Online Ogrody Doświadczeń Humanitarium z Wrocławskiego Centrum Badań EIT + Redakcji czasomisma „Polski Przemysł” Centrum Nauki Eksperymentarium Redakcji czasomisma „Polityka” Chemiczne Koło Naukowe „Flogiston” Opracowanie i zebranie doświadczeń chemicznych: Nadzór merytoryczny: Dr. Zoltán Murányi Eszterházy Károly Főiskola, Wydział Chemii, wykładowca akademicki i dziekan wydziału Dr. Miklós Riedel Uniwersytet im. Loránda Eötvösa, Wydział Chemii Fizycznej, starszy wykładowca Vince Oldal Eszterházy Károly Főiskola, Wydział Chemii, wykładowca akademicki Dr inż. Michał Stepulak BASF Polska Sp. z o.o. Opracowanie treści: Paweł Kozioł BASF Polska Sp. z o.o. Borbála Szendőfi główny redaktor strony Chemgeneration.com Prawa autorskie Materiały dostępne na niniejszej stronie zostały zamieszczone wyłącznie w celach informacyjnych, mogą być zmieniane bez powiadomienia i nie powinny być interpretowane jako żadnego rodzaju zobowiązanie ze strony redaktorów lub rekomendacja do wykonania danego doświadczenia. Z wyjątkiem przypadków objętych odpowiednią licencją żadna część niniejszej publikacji nie może być kopiowania, przechowywana w bazie danych, przekazywana w jakiejkolwiek formie ani za pomocą jakiegokolwiek medium, elektronicznie, mechanicznie, poprzez nagrywanie ani w żaden inny sposób bez uprzedniej pisemnej zgody właścicieli praw autorskich. Wszelkie prawa autorskie, znaki towarowe, logotypy, nazwy firm użyte na niniejszej stronie należą do odpowiednich właścicieli. Podjęliśmy wszelkie wysiłki, aby zidentyfikować posiadaczy materiałów objętych prawami autorskimi i uzyskać prawa do ich wykorzystania. Jeżeli popełniliśmy jakikolwiek błąd w tym względzie albo nieświadomie naruszyliśmy jakiekolwiek prawa autorskie, szczerze przepraszamy i chętnie naprawimy wszelkie przeoczenia. Copyright © 2013 Wszelkie prawa zastrzeżone.
