Hier het “recept” voor de zilverspiegel:
Oplossing A
0,47 gram zilvernitraat in 30 ml water + enkele druppels 2M NaOH-opl. + enkele druppels gec. NH3-oplossing.
Oplossing B
1 mL 15% glucose-oplossing
Oplossing A mengen met B en dan verwarmen in vlam of in heet water. Zorg dat het glas dat je wilt bedekken met een dun laagje zilver goed vetvrij is.
Zoals je vanmiddag zag is een flinke scheut van oplossing A en een heel klein beetje van B ook goed om een mooi resultaat te verkrijgen. Scheelt in handelingen.
Veiligheid:
zie: http://www.cpedu.rug.nl/helplab/Oscillerende_Reacties_Theorie.html
De eerste kan ingezet worden tijdens twee momenten. 1 maal in de derde klas bij de introductie van scheidingsmethoden. De tweede maal kan pas wanneer het begrip zouten is behandeld. Bij de tweede keer herhaal je het proefje en neem je een extra stap zetten.
Leerlingen zijn bekend met het extraheren van stoffen uit theeblaadjes en fijngemalen koffiebonen. Er worden stoffen met een extractiemiddel, hier water, aan een vast mengsel onttrokken. Het gaat er daarbij om dat een aantal stoffen wel en anderen niet goed oplossen in het gebruikte extractiemiddel. Je kan zo een aantal extracties laten zien, van verschillende stoffen met verschillende extractiemiddelen. Het is echter leuk om ook een vloeistof-vloeistof extractie te laten zien. Dat je met een vloeistof ook stoffen kan ontrekken aan een andere vloeistof.
De proef
Jood lost niet erg goed op in water, ongeveer 3 gram per liter. De kleur van joodwater is dan ook niet spetterend. Heel lichtbruin. Maar als je er een wit papiertje achter houdt kan de hele klas het best goed zien. Jood lost erg goed op in koolwaterstoffen zoals wasbenzine en geeft hierbij een mooie donkerroze kleur. Je kan een reeds gemaakte oplossing gebruiken of jood een beetje in overmaat aan demiwater toevoegen en even een minuutje roeren met een roermagneet. De oplossing is dan voldoende gekleurd. Je schenkt dan ongeveer 2 cm daarvan in een 250 mL erlenmeyer of je haalt de scheitrechter van stal. Zorg voor een zichtbaar volume. Laat de klas de kleur zien. Voeg vervolgens ongeveer een even groot volume wasbenzine toe en laat de twee vloeistof lagen zien, licht bruin en kleurloos. Nu goed schudden. De wasbenzine laag begint een mooie heldere donkerroze kleur te krijgen. Laat een tussenstand zien en schut dan tot de waterlaag helemaal helder is geworden. Het eerste deel van de proef is hier afgelopen. Als je met de scheitrechter werkt moet je het water nog even weg laten lopen in een bekerglas. Leerlingen zien zo een voorbeeld van een vloeistof vloeistof extractie. Ze leren ook dat een stof in het ene oplosmiddel beter oplost dan in een ander. Ze hebben twee vloeistoffen zien strijden om de jood. Dit inzicht in het verschil in oplosbaarheid is nuttig.
Eventueel zou je de oplosbaarheid ook extra kunnen benadrukken door in de tijd dat je het joodwater maakt en toch even wacht ook te laten zien dat een schepje jood nauwelijks oplost in een laagje water en eenzelfde schepje als sneeuw voor de zon verdwijnt in een zelfde laagje wasbenzine.
Bij het tweede keer kan je vervolgens kaliumjodide toevoegen. Gooi bij de scheitrechter het opgevangen water weer terug of pak nieuw water. Doe een klein schepje (0,5 gram) kaliumjodide in de erlenmeyer of scheitrechter en schudt zodat de kaliumjodide oplost. Je ziet nu dat de jood weer terug gaat naar de waterlaag. Nu is de vraag: Wat gebeurt hier. Laat de klas de oplossing zoeken. Wat weten ze wel? Laat ze vervolgens in tabel 65 of 47 van de BINAS de oplossing zoeken. Uiteindelijk moeten de reactie van het oplossen van kaliumjodide en het van het ontstaan van het samengestelde ion I3- (aq) netjes op het bord komen te staan. Voeg nu de overmaat kaliumjodide toe die nodig is om de wasbenzine met zekerheid weer kleurloos te maken en schud een tijdje tot je inderdaad kan laten zien dat alle jood nu weer in het water zit. Einde proef.
Dit laatste stuk is misschien wat moeilijker te plaatsen in het curriculum, maar toch een leuke manier om kennis te integreren. Alle onderwerpen zijn al zo gescheiden. en het is misschien juist leuk om je niet te veel aan die grenzen houdt en gewoon een leuke proef laat zien, waarbij je nog een oplosreactie behandelt en een theoretische uitdaging brengt in kleur. Het is goed voor de conceptie om het ontstaan van zo’n samengesteld ion in te beelden en het terug te zien migreren. Al bij al een leuke en nuttige onderbreking van gewone werken aan opgaven.
De proef duurt iets van 10 minuten. Belangrijk is je als leraar wel te beseffen dat je met een brandbare stof werkt en je je er wel van moet vergewissen dat alle veiligheidsattributen aanwezig zijn, zoals een brandblusser, een branddeken etc. Tijdens de proef is het goed er voor te zorgen dat de erlenmeyer is afgesloten met een dop, zodat zo min mogelijk van de wasbenzinedamp zich in het klaslokaal zich verspreidt.
Deze proef is geschikt om te gebruiken als inleiding voor een opgave voor de vijfde klas, wanneer deze bezig zijn met redoxreacties. Het is een eenvoudige proef. Ten eerste doe je wat je volgens de voorschriften niet mag doen. Je laat zien dat er gas ontstaat. Vervolgens is het leuk om een papiertje gedrenkt in kaliumjodide oplossing in de opening van het bekerglas te houden en te zien dat dit papier bruin dan wel paars kleurt.
Neem een groot genoeg bekerglas om een flinke prop papier in de opening te kunnen houden. Een honderd mL bekerglas voldoet. Spuit een flinke dot (5 mL) glorix uit het keuken kastje in het bekerglas en laat het even zien aan de klas, het is helder, dik en een beetje gelig. Zet nu het bekerglas in de zuurkast om het niet al te veel te laten stinken en het gevaarlijke chloorgas niet in de klaslokaal te verspreiden. Spuit lekker wat (5 mL) antikal bij, uit hetzelfde keukenkastje, en schud het even zachtjes en laat zien aan de klas dat er gas ontstaat. Dit is lastig te zien, maar geen nood. Je kan laten zien dat het troebel wordt door het gas dat ontstaat. Je kan eventueel, als je het echt wilt, een aantal getuigen of de hele klas bij de zuurkast roepen.
Je vertelt over de MAC-waarde die heel laag is; 1,5 mg/m3, 0,5 ppm. En dat sommige mensen erg gevoelig voor chloor zijn. Reden genoeg om er zeer voorzichtig mee om te gaan. (Volgens Wikipedia: Gasvormig chloor is irriterend aan ogen en luchtwegen en kan brandwonden veroorzaken op de huid. Bij een concentratie van slechts 3,5 ppm is chloor al te herkennen aan de geur; chloor kan acuut dodelijk zijn bij 1000 ppm, maar langdurige blootstelling - 40 uur per week - moet de concentratie niet hoger zijn dan 0,5 ppm. Bij het mengen van chloor met urine, ammoniak of andere schoonmaakmiddelen kunnen zich giftige mengsels vormen van chloorgas en stikstoftrichloride, daarom moeten deze combinaties vermeden worden.) Je ruikt chloor dus volgens Wikipedia pas als de MAC-waarde al is overschreden. Hoe zit dat met de badmeester?????. Voor alle ins en outs over veiligheid en chloor zie de chemiekaart.
Vervolgens los je voor de klas een schepje kaliumjodide op in water en doopt hier een prop papier in. Vervolgens hou je de prop voor de opening van het bekerglas. De prop wordt nu bruin of paars afhankelijk van het papier. Met mijn WC papier werd het paars. Blijkbaar zit er in WC papier soms ook amylose. Dit is evenwel niet makkelijk te achterhalen of het zo is. Gewoon even de verschillende soorten papier in de buurt even testen. Als jouw papier niet paars wordt en je wil dat wel dan kan je natuurlijk papier bereiden dat paars wordt door het papier een dag eerder in een zetmeel oplossing te drenken en op te laten drogen. Ander papier gemaakt van cellulose wordt gewoon bruin, de kleur die bij Jood hoort. Welk van de twee je ook neemt met tabel 65 van de BINAS komen de leerlingen er wel uit. Wat kan er aan de hand zijn? Het is nu aan de klas om de halfreacties op te stellen met de informatie op de verpakkingen en de tabel 48 uit de BINAS. Je zou ook een stuk in kaliumjodide gedrenkt papier verticaal kunnen houden waarbij er een soort vlam vlek zal ontstaan, die misschien voor de klas wat beter zichtbaar is.
Ook jood is erg giftig zie de chemiekaart. Een MAC-waarde van 1,1 mg/m3 0,1 ppm. Zolang het papier nat is zal het niet verdampen, maar je moet het wel zorgvuldig afvoeren en in een ruimte bewaren waaruit jood niet kan ontsnappen. Jood is wat dat betreft erg lastig: het dringt door veel materialen heen, sublimeert en rijpt als het ware zijn weg naar buiten.
Veel plezier.
Deze proef kan gebruikt worden om de redoxreactie tussen metalen uit te leggen aan de vijfde klas VWO. Het kleuren van de paperclip laat zien welk metaal een reductor is en welke een oxidator is.
Principe:
Zuur en zout gebruiken voor het schoonmaken van koperen muntjes. Het zout, of het natriumchloride in combinatie met azijnzuur van de azijn produceert natriumacetaat en waterstofchloride. Waterstofchloride is een sterk zuur (zout zuur) en de natriumacetate maakt snel de oppervlakte van de munten (95% koper, 3% zink, en 2% tin) schoon.
Materiaal:
Stappen
Vergelijken we de behandelde munten met de niet-behandelde munten dan zien we dat deze veel schoner zijn geworden. Het doffe laagje is verwijderd. Op de foto is dit echter niet goed te zien. Er is wel goed te zien dat het toevoegen van zout de munten beter schoonmaakt. Het effect manifesteert zich al in de eerste minuut.
De zuurstof in de lucht reageert met het koper in de munt onder de vorming van koperoxide (CuO) aan de buitenkant van de munt. Dit koperoxide heeft een donkere kleur, vandaar dat de munt donkerder wordt in de loop van de tijd.
Reaktievergelijking: 2 Cu + O2 → 2 CuO
Het zuur verwijdert het laagje koperoxide van de munt waardoor deze weer gaat glanzen
2 H3O+ + CuO (s) → Cu2+ (aq) + 3H2O
Er zijn Cu2+ (aq) in de oplossing.
Cu2+ (aq) + 2 e– → Cu (s)
Het ijzer van de paperclip zal bij deze reactie de reductor zijn. We zien dat de kleur van de paperclip rood/bruin geworden. Deze wordt veroorzaakt door Cu2+.
Fe (s) → Fe2+ (aq) + 2 e–
Met behulp van de boven kregen halfreacties wordt de redoxreactie vergelijking opgesteld
Fe (s) + Cu2+ (aq) → Fe2+(aq) + Cu (s)
Extra uitleggen
Blijven we met de vraag zitten waarom het toevoegen van zout een versnellend effect heeft. De literatuur geeft daarover uitsluitsel.
Chloride ionen hebben een coördinerend vermogen.
Voor Cu2+ geldt : Cu2+ + Cl– ⇔ CuCl+ ; K=2
Voor Cu+ geldt: Cu+ + 2 Cl- ⇔ CuCl2– ; K = 3,2 × 105
Cu+ komt echter normaliter niet voor in water aangezien:
2 Cu+ ⇔ Cu (s) + Cu2+ ; K = 1,7 × 106
Complexvormingsreacties beïnvloeden dit evenwicht echter. En men kan uitrekenen dat Cu+ inderdaad in de oplossing aanwezig is. Dat betekent in feite dat naast de reactie met zuur er een andere complexvormingsreactie aan het koperoxide zit te ‘trekken’, waardoor het sneller oplost.
De snelste manier om deze theorie te controleren is door het experiment te herhalen met zoutzuur, doen we dat (zie onderstaande foto) dan zien we dat ook met zoutzuur de koperen munten onmiddellijk helderder worden, hetgeen dus bovenstaande verklaring ondersteunt.
Literatuur
Rosenheim, Laurence D. (2001) The Household Chemistry of Cleaning Pennies. Journal of Chemical Eduction; 78 (4), 513-515.
Deze proef kan gebruikt worden om de zeepwerking aan te tonen en de oppervlakte spanning en polariteit van het water te laten zien.
Principe
Schoonmaakmiddelen en wasmiddelen spelen naast ontvetten ook een rol in verlagen van de oppervlaktespanning (grensvlakactieve stoffen). Normaal gesproken gebruik je peper om je eten pittig te maken. Maar je kunt peper ook gebruiken voor proefjes. Wist je bijvoorbeeld dat peper heel hard kan zwemmen?
Stappen
Als het goed is, bewoog de peper zich heel snel van je vinger af, naar de rand van het bord.
Uitleg
Water bestaat uit kleine deeltjes. Die deeltjes heten moleculen. Aan de bovenkant van het water liggen de moleculen stil tegen elkaar aan en vormen ze een sterke laag, oppervlaktespanning genoemd. Als je afwasmiddel in het midden doet verbreek je de oppervlaktespanning in het midden, de peper wordt heel snel naar de zijkant getrokken. Denk maar aan touw trekken, als het touw in het midden breekt vallen beide partijen naar achteren. Hier zorgt de oppervlaktespanning ervoor dat de moleculen snel naar de rand getrokken worden. Door de peper op het water kun je dit goed zien. Het lukt niet nog een keer met hetzelfde water omdat er zeep in het water zit, met schoon water kun je het nog een keer proberen. Probeer het ook eens met andere dingen zoals tandenstokers of stukjes papier.
De kleinste deeltjes van water, de watermoleculen trekken elkaar heel sterk aan. Een watermolecuul in het bord water wordt aan alle kanten omgeven door andere watermoleculen. Er wordt dus aan alle kanten aan dit watermolecuul getrokken. Omdat het trekken aan alle kanten gebeurt, heft dat elkaar op. Bij de moleculen die aan de bovenkant aan lucht grenzen zijn deze krachten anders. Omdat er aan de bovenkant geen andere watermoleculen zijn en aan de onderkant en zijkant wel, wordt een sterke laag gevormd. De moleculen worden hard naar beneden en opzij getrokken. Deze laag wordt de oppervlaktespanning genoemd. Zeepmoleculen gaan tussen de watermoleculen zitten en verbreken de oppervlaktespanning. Omdat de zeep in het midden wordt aangebracht, wordt in het midden de oppervlaktespanning verbroken. De moleculen die niet aan de 'zeep kant' zitten trekken nog steeds even hard en trekken dus heel snel de waterdeeltjes naar de kant. Doordat de peper op het water ligt kun je dit effect goed zien.
De oppervlaktespanning van water ontstaat doordat watermoleculen (H2O) elkaar sterk aantrekken. Bij deze aantrekking worden waterstofbruggen (H-bruggen) gevormd. De elektrische lading van waterdeeltjes is niet gelijk verdeeld, waardoor de positief geladen voorkant (H’s) van het ene molecuul sterk aan de negatief geladen achterkant (O) van het andere molecuul trekt. De oppervlaktespanning is zo sterk dat het insecten en kleine voorwerpen kan dragen die zwaarder zijn dan water en dus zouden zinken.
Wanneer zeep wordt toegevoegd aan het water neemt de oppervlaktespanning sterk af, doordat er veel waterstofbruggen tussen watermoleculen worden verbroken. De staart van een zeepdeeltje wordt door water afgestoten (is hydrofoob), waardoor het deeltje aan de oppervlakte blijft. De verbindingen die zeepdeeltjes daar met watermoleculen vormen zijn veel zwakker dan de waterstofbruggen van de watermoleculen onderling. In water dat door zeep is verontreinigd, is de oppervlaktespanning te zwak om de peper te dragen.