Chemiczne klepsydry
Do próby użyjemy tlenku magnezu MgO, 3-4% kwasu solnego HClaq (stężony kwas rozcieńczony wodą w stosunku 1:9) lub spożywczego octu (6-10% roztwór kwasu octowego CH3COOH). Jeśli nie dysponujemy tlenkiem magnezu, z powodzeniem zastąpią go preparaty do zwalczania nadkwasoty i zgagi – jednym ze składników jest wodorotlenek magnezu (MgO w warunkach reakcji przechodzi w ten związek).
Za zmianę barwy podczas reakcji odpowiada błękit bromotymolowy – wskaźnik barwiący się na żółto w roztworze o odczynie kwasowym i na niebiesko w zasadzie.
Do zlewki o pojemności 100 cm3 wsypujemy 1-2 łyżeczki tlenku magnezu (fotografia 1) lub wlewamy ok. 10 cm3 preparatu zawierającego wodorotlenek magnezu. Następnie dolewamy 20-30 cm3 wody (fotografia 2) i dodajemy kilka kropli wskaźnika (fotografia 3). Zawartość zlewki, zabarwioną na kolor niebieski, mieszamy (fotografia 4), a następnie wlewamy kilka cm3 roztworu kwasu (fotografia 5). Mieszanina w zlewce zmienia barwę na żółtą (fotografia 6), ale po chwili znów staje się niebieska (fotografia 7). Dolewając kolejną porcję roztworu kwasu, obserwujemy ponowną zmianę barw (fotografie 8 i 9). Cykl można powtórzyć kilkakrotnie.
Reakcje, które zaszły w zlewce, są następujące:
1. Tlenek magnezu reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek tego metalu:
MgO + H2O → Mg(OH)2
Powstający związek słabo rozpuszcza się w wodzie (ok. 0,01g na 1 dm3), ale jest mocną zasadą i stężenie jonów wodorotlenowych wystarcza do zabarwienia wskaźnika.
2. Reakcja wodorotlenku magnezu z dodanym kwasem solnym:
Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O
prowadzi do zobojętnienia całej ilości rozpuszczonego w wodzie Mg(OH)2. Nadmiar HClaq zmienia odczyn środowiska na kwasowy, co widzimy jako zmianę barwy wskaźnika na żółtą.
3. Kolejna porcja tlenku magnezu reaguje z wodą (równanie 1.) i zobojętnia nadmiar kwasu (równanie 2.). Roztwór ponownie staje się alkaliczny, a wskaźnik zmienia zabarwienie na niebieskie. Cykl się powtarza.
Modyfikacja doświadczenia polega na zmianie użytego wskaźnika, co prowadzi do innych efektów barwnych. W drugiej próbie, zamiast błękitu bromotymolowego użyjemy fenoloftaleiny (bezbarwna w roztworze o odczynie kwasowym, malinowa w zasadowym). Sporządzamy zawiesinę tlenku magnezu w wodzie (tzw. mleko magnezjowe) tak, jak w poprzednim eksperymencie. Dodajemy kilka kropli roztworu fenoloftaleiny (fotografia 10) i mieszamy zawartość zlewki. Po dodaniu kilku cm3 kwasu solnego (fotografia 11) następuje odbarwienie mieszaniny (fotografia 12). Cały czas mieszając zawartość, obserwujemy naprzemiennie: zmianę zabarwienia na różowe, a po dodaniu porcji kwasu odbarwienie zawartości naczynia (fotografia 13, 14, 15).
Reakcje zachodzą w identyczny sposób, jak w pierwszej próbie. Natomiast użycie innego wskaźnika powoduje, że uzyskujemy odmienne efekty barwne. W doświadczeniu możemy zastosować praktycznie dowolny indykator pH.
Chemiczne klepsydry część I:
Chemiczne klepsydry część II:
