7. KÉMIKUS DIÁKSZIMPÓZIUM

Átírás

1 7. KÉMIKUS DIÁKSZIMPÓZIUM ELŐADÁSKÖTET SZERKESZTETTE: CSÓKA BALÁZS, KILÁR FERENC, KISS IBOLYA Pécs, április 1-3.

2 2 SZERVEZŐ INTÉZMÉNYEK Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar, Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma Magyar Kémikusok Egyesülete Szervezőbizottság Dr. Kilár Ferenc (a konferencia elnöke) Dr. Kiss Ibolya (a Szervezőbizottság elnöke) Dr. Csóka Balázs Mostbacher Éva Dr. Jánosi László Sándor Viktor Visontai Antal A Szimpózium támogatói PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM EURÓPA KULTURÁLIS FŐVÁROSA 2010 PÉCS B&K 2000 KFT. MOZAIK KIADÓ SYMETRON KFT. AKADÉMIAI KIADÓ ABL&E-JASCO MAGYARORSZÁG KFT. UNICAM MAGYARORSZÁG KFT. VIALAB MAGYARORSZÁG KFT. SIGMA-ALDRICH KFT. MERCK KFT. KVALITEX KFT. MOL CSOPORT ANALITIKAI ÉS KÖRNYEZETI KÉMIA TANSZÉK Kiadja a PTE TTK Analitikai és Környezeti Kémia Tanszék Felelős szerkesztő: Dr. Kilár Ferenc, egyetemi tanár ISBN Tördelőszerkesztő: Csóka Balázs Nyomtatta a PTE ÁOK Nyomdája Vezető: Ollmann Ágnes

3 3 TARTALOM Szervetlen és Analitikai Kémia Szekció Borsi-Lakatos Boglárka, Réz Dóra: A "szénéleg-kéneg" nyomában - Baranyában... 5 Demeter Dóra, Simon Dominika: Évszázadok színei: az ásványi festékek... 6 Eördög Ádám: Primer alkoholok szerkezet vizsgálata folyadékfázisban, Rayleigh-szóráson alapuló mérésekkel Fekete Ádám: Az oxi-aktív mosóporok titka Gyarmati Dénes, Szabó Ákos: A vörösiszap nehézfémtartalmának vizsgálata György Botond, Baricz Anita: Nitrát és a dohányzás Halmos László: Szén nanocsövek asszociációja folyadékfázisban Lengyel Ákos, Lengyel Boglárka: A fűszerpaprika egyes alkotóanyagainak vizsgálata Patus Eszter: Biomassza anyagok vizsgálata termoanalitikai módszerekkel Takács Gergő, Vass Ákos: Csallóköz vizének minősége Vámi Tamás Álmos: Multiferroikus vasoxidok elektromos és mágneses állapotainak vizsgálata Szerves és Biokémia Szekció Andrási Barbara, Csiki Barbara: Népek itala: a tea Andres Violetta: Teaminőség - minőségi teák? Angi Borbála, Nagy Rebekka: Szénsavas üdítő (?) italok Csicsiri Dorottya, Kiovszky Evelyn: Az indigó nyomában - Baranyában Fényszárosi Sára: Alkoholfogyasztás és alkoholszint, avagy mennyi az annyi? Ilyés Norbert, Birtalan Andrea: C-vitamin otthon Jezsó Bálint: "Verseny a reakciókért", avagy alifás-halogenidek konkurens reakciói Sör Kristóf: Növények "zöldségének" változása Szferle Ildikó: Az acetofenon folyadék fázisú heterogén katalitikus hidrogénezése Ürögi Barbara, Gálffy Gergely: Mit tudhatunk meg a vérből? Végh Nimród: Serdülőkori stresszorok Alkalmazott Kémia Szekció Azzouz Levente, Vladár Róbert: Káros anyagok az üdítőitalokban - Avagy gondolkozzunk, mielőtt iszunk! Bánlaki Eszter, Kiss Zsófia: Egy rendkívüli asszony rendkívüli felfedezése... 96

4 4 Bodosi Eszter, Para Attila: Mindennapi élelmiszereink Csobán Eszter, Kovács Gyöngyvér: Tudatmódosító szerek kimutatása és hatása Egyed Bálint: Ha az üdítő beszélni tudna Gulyás Noémi, Gulyás Dávid: Ragasztóanyagok Hazai Viktor, Szombathelyi Tamás: Robbanószerek Prokaj Miklós, Börzsei Péter, Sikesdi Petra: Mérgek Analitikai és Környezeti Kémia Szekció Dobi Réka: A francia paradoxon nyomában Együd Bence, Krähling Ákos: Nehézfémionok akkumulációjának vizsgálata gombákban Faragó Zsolt: Bioindikátorok szerepe vízminőség-vizsgálatokban BISEL, avagy egy humán realista megfigyelései Farkas József: Menta illóolaj - de milyen? Fejdi Emma: Vajdaság artézi vizeinek vizsgálata konduktometriás méréssel Geréd Juliánna, Keresztes Réka: Laboratóriumi szintű szakaszos szennyvíztisztítás Mátyás Botond-Barna, Pünkösti Zsolt, Szonda Gellért: Sepsiszentgyörgy környéki vizek elemzése Molnár Dániel: A politejsav Rózsa Tibor, Fekete Krisztián: Az alumíniumgyártás és a vörösiszap keletkezése Poszter Szekció Anitics Tamás: Tüzelőanyag-cellák Darvas Lilla: Madame Curie élete és munkássága Faragó Zsolt: Zánkai vízminőség!? Fülöp Laura, Moós Gergely: Élővizek szervesanyag-szennyezettsége Magyarországon Lengyel Ákos, Lengyel Boglárka: A réz korróziójának vizsgálata kénsavas oldatokban inhibítor jelenlétében Mátéffy Kornél: Füstgázok nitrogén-oxid tartalmának ártalmatlanítása Mátéffy Kristóf: Cukorinverzió sebességi állandójának meghatározása polarimetriás méréssel Ürmös Bettina: A vörösiszap "biológiai" hatásai Mutatók

5 5 SZERVETLEN ÉS ANALITIKAI KÉMIA SZEKCIÓ A SZÉNÉLEG-KÉNEG NYOMÁBAN BARANYÁBAN Borsi-Lakatos Boglárka és Réz Dóra Felkészítő tanár: Oláh Gábor Péter Patrona Hungariae Gimnázium, Budapest, Magyarország 1. Than Károly felfedése - a Gyógyszerészi Hetilap (1867) cikke alapján 2. A szén-oxid-szulfid szerkezete és tulajdonságai 3. A szén-oxid-szulfid jelentősége 4. Kísérleti rész: - szén-oxid-szulfid előállítása - szén-oxid-szulfid - érzékszervi, oldási, kémiai - vizsgálata 1. (Than Károly néhány kísérlete nyomán) - a titokzatos sárga melléktermék vizsgálata 5. Látogatás a Harkányi Gyógyfürdőben 6. Összefoglalás

6 6 ÁSVÁNYI FESTÉKEK Demeter Dóra és Simon Dominika Felkészítő tanár: dr. Varga Márta Szinyei Merse Pál Gimnázium, Budapest, Magyarország Az ásványi festékek keletkezése Az őskori ember számára természetes volt, hogy a környezetében lévő élő és élettelen természet változatos, színes világ. Közvetlen környezetét is a természetből vett jelenetek ábrázolásával díszítette, a legrégebbi festmények az őskori barlangrajzok. A régészeti vizsgálatok kiderítették, hogy már az őskor művészei is használtak olyan ásványokból készült színes festékeket, mint napjaink festői. A Lascaux-barlang 15 ezer éves falfestményei sárga, vörösesbarna, fekete színekkel készült alkotások, amelyek híven tükrözik az akkori ember környezetét: a földet, a sziklákat, az állati bőrt és vért. Festékeik ásványi eredetű, könnyen hozzáférhető ún. földfestékek, amelyek fém-oxidokat, elsősorban vas-vegyületeket tartalmaztak. A festékeket feltehetően állati zsírral keverve használták.[1] Az egyiptomi falfestményeken a vörös, a sárga, a barna okker, a gipszfehér és a koromból nyert fekete a leggyakoribb szín. Később megjelentek a különböző ásványok porából készített festékek: a sárga auripigment, a kék lápisz lazuli, a zöld malachit és krizokolla. A pigmenteket vékony rétegben vitték fel a vakolt felületre rajzolt vörös okker körvonalak közé. Az ókori görög és római művészek még több ásványból készítettek festéket, ólomércekből vörös, fehér és fekete pigmentet, de megjelent az égetett agyag terrakotta színe, a cobalt-kék és a cinóber-vörös is. [2] Ezek a festékek hosszú évszázadokon keresztül megmaradtak. A századig csak néhány új, mesterségesen előállított festékkel bővült a művészek palettája. A 18. századtól a vegyipar fejlődésével egyre több ásványi festéket állítottak elő mesterségesen. A festék elkészítéséhez felhasznált ásványi anyagok, pigmentek A festék, kötőanyagból és a benne gyakorlatilag oldhatatlan, de jól diszpergált pigmentből készül. A pigmentek lehetnek ásványi, szervetlen eredetű vagy növényekből, esetleg állatokból kivont, szerves eredetű vegyületek. Az ásványi eredetű földfestékek sokkal tartósabbnak bizonyultak, mert fény-, víz- és hőálló színezékek. A többféle alkotórészt eltérő arányban tartalmazó festékek megszámlálhatatlanul sokféle színárnyalatot hoztak létre. Emiatt több különböző, eltérő árnyalatra utaló elnevezés is ugyanazt a kémiai vegyületet takarja. Például a kötőanyaggal kevert vas(iii)-oxid alapú festék különféle neveken terjedt el: angol-, velencei-, spanyol-, indiai-, perzsa-, vagy pouzzoli vörös, amelyek színárnyalata csekély mértékben különbözik egymástól. [3] 1. táblázat A leggyakrabban használt festékek és kémiai összetételük (melléklet)

7 7 A földfestékek között a legrégebben ismert anyagok az okkerek, amelyek vasércek és földpátok mállásterméke. Kellemes sárgásbarna szín különböző árnyalatai alkotják, mint a világos- és aranyokker, valamint a vörösesbarna. Színüket a víztartalmú vas(iii)-oxid és a vasoxid-hidroxid adja. Fedőképességüket egy színtelen vegyületnek, az alumíniumszilikátnak, Al 2 (OH) 2 Si 2 O 5 köszönhetik. Színük annál világosabb, minél több bennük ez az agyagban megtalálható vegyület. A mélyebb, sötétebb árnyalatok víztartalma nagyobb, sok esetben mangánvegyületeket is tartalmaznak. A vörösesebb árnyalatok vas-oxidban gazdagabbak, a sötétbarna umbra szín szintén okkerfajta, de nagy a mangán-dioxid tartalma. A legismertebb piros festék ma is a cinóber. Gyakran alkalmazott festékfajta a zöldföld néhány változata. Az agyagföldet itt vas(ii)- szilikát színezi zöldre. Arányuktól függően a mély barnás-zöld különböző változatait hozzák létre. A szép kék és zöld festékszínek alapanyaga a bázisos réz(ii)-karbonát, ilyen a kék azurit és a zöld malachit összetételű féldrágakő. A verdigris vagy más néven rézrozsda, mesterségesen előállított pigment. A régi recept szerint rézlemezt egy tömény ecetsavval töltött kád fölé akasztottak és ott hagyták néhány hétig. A képződött réz-acetátot lekaparták a lemez felületéről. Később ehhez arzént is kevertek így kapták a nagyon mérgező, de gyönyörű zöld, schweinfurti zöld színezéket. A fehér festékek közül az ólomfehér, a gipsz és a mész a legrégebb óta használt pigmentek. Sárgák közül az ún. nápolyi sárgát, amelyet a Vezúv lejtőin találtak és az auripigmentet használták már az ókorban is. A fekete festékeket általában szerves anyagok pl. elefántcsont elszenesítésével nyerték. [4] A pigmentekkel támasztott legfontosabb követelmény, hogy tartós színt eredményezzen, fénynek, savnak, lúgnak ellenálljon. A lúggal szembeni ellenállóság a freskókészítésnél alapkövetelmény. Kötőanyagok A pigment önmagában még nem alkalmas festésre, a jól használható festék valamilyen folyékony kötőanyagot is tartalmaz. A kötőanyag feladata, hogy a színes porszemcséket egymáshoz tapassza, festésre alkalmassá tegye és rögzítse az alaphoz. A kötőanyagok lehetnek vízben oldódó és nem oldódó anyagok. Vízben oldódó az enyv, a gumiarábikum, a keményítő, a tojás, és a mész. Ezeket leginkább a tempera-, a vízfestésnél és a freskókészítésnél használják. A vízben nem oldódó kötőanyagok, mint pl. a lenolaj, a mákolaj, a masztix, a különböző növényi gyanták, az olajfestés kötőanyagai.[5] 2. táblázat Kötőanyagok Kötőanyagok Vízben oldódó Vízben nem oldódó enyv lenolaj (kollagén, glutin) gumiarabikum mákolaj akaciafajok váladéka (poliszacharidok, glükoproteinek) keményítő masztix (mediterrán Pistacia Lentiscus cserje gyantája) tojás növényi gyanták mész

8 8 Festési technikák A barlangrajzok készítésénél az őskori művész a porrá tört festéket állati zsiradékkal keverve vitte fel a barlang falára, általában mészkő alapra. A festék a porózus felületen megkötődött. A freskó és a szekkó A vakolt falra festés történhet nedves felületre, ekkor freskóról vagy már száraz felületre, ekkor szekkóról beszélünk. A freskókészítés régi eljárás, amelynél a vakolat legfelső nedves mészrétegére festik - előre elkészített karton szerint, az ugyancsak meszes vízzel kevert festőanyagot. A habarcskészítéshez jól átmosott és megszárított édesvízi homokot használnak, amely nem tartalmazhat agyagot és sót. Az elkészített habarcsot három rétegben viszik fel, a legfelső réteghez finomra őrölt márványport is kevernek, ettől szilárdabb, keményebb lesz a legfelső, ún. festőréteg. A freskókészítés szempontjából a habarcs legfontosabb alapanyaga a mész. Mészkőből állítható elő, annak kb. 900 o C-on történő hevítésével. CaCO 3 = CaO + CO 2 A habarcsban lévő mész a vízzel reakcióba lép, oltott mész keletkezik. CaO+H 2 O = Ca(OH) 2 Száradáskor az oltott mész a levegő szén-dioxid tartalmával reagál és kalcium-karbonáttá alakul. Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O A habarcsban lévő homok szilárdságot ad a vakolatnak, de porózussá is tesz azt, így elősegítve, hogy a levegő szén-dioxidja a belső rétegekbe is eljusson, s száradáskor a víz is távozhasson onnan. A festékek közül a fehér színt maga a mész szolgáltatja. Ezért a mész kötőanyag és festék is egyszerre. A többi szín közül a mészre érzékeny festékeket nem lehet freskófestésre használni.[6] Ha a festés a teljesen kiszáradt felületre kerül fel, akkor keletkezik a szekkó. Ennél az eljárásnál kazein tartalmú kötőanyagot használnak a festék rögzítésére. A kazeint túróból készítik, úgy, hogy a zsiradékmentes túrót ötszörös mennyiségű mésztejjel keverik el. Az elkészített kazeint gyorsan fel kell használni, mert állás során térhálósodik, nyúlós, vízben oldhatatlan anyaggá alakul. A megfelelően hígított kazeinben oldják a porrá tört, vízzel iszapsűrűségűre elkevert festéket. A kötőanyag rögzítő erejét a levegő páratartalma és a hőmérséklet gyakori változása csökkenti. Élettartalma nem éri el a freskóét. Ezzel a technikával készültek Lotz Károly falfestményei. Az olajfestés A legáltalánosabb és legszélesebb körben használt festési eljárás, az olajfestés. Az olajfestéket rendszerint lenolaj, valamilyen gyanta és porrá őrölt festék összekeverésével készítik. A festés alapjául szolgáló fát vagy vásznat előzőleg beenyvezik, és kréta alapozással látják el. Általános művészeti alkalmazását a 15. századi németalföldi mestereknek (Van Eyck testvérek) köszönhetjük. Az olajjal lehet hígan, lazúrosan vagy mélyfényű hatást keltve dolgozni. Fedőképessége tökéletes. A száradás a több kettős kötést tartalmazó zsírsavak levegőn történő telítődésével magyarázható, az olajok lassan telítetté válnak, megszilárdulnak. A régi mesterek több rétegű aláfestéssel és lazúrozással dolgoztak. Az aláfestés úgy történt,

9 9 hogy a kép egész felületét széles ecsetkezeléssel, a részleteket elhagyva, a megfelelő színekkel beborították. Ezután fogtak hozzá a kép kidolgozásához. Lazúrozásnál egy alapszín tömör rétegére többször is olajban erősen oldott színeket festettek. A sok kötőanyag miatt, a száradás után áttetsző maradt a kép, láthatóvá vált az alatta lévő festékréteg. A festék nagy fedőképessége akár a kép egyes részeinek teljes újrafestését is lehetővé teszi. [7] Akvarell Az akvarell, vízben oldható kötőanyaggal elkevert festékekkel, papírra történő festés. A pigment általában ásványi festék, ritkább esetben lehet szerves eredetű is. Az akvarellfesték akkor jó, ha megfelelő színereje van, fényálló, átlátszó, s az egyes színek jól keverednek egymással. Az akvarell nem fedi el a papír színét, csak módosítja azt. A vízfesték színei vízzel összemoshatók a száradás után is. Elsőként a németalföldi festő, Dürer aknázta ki e technika lehetőségeit természeti tanulmányaiban. Igazán népszerűvé csak a 18. században vált a művészek körében, mert ekkora találták fel a jó nedvszívó-képességű papírt, amelyre már több rétegben vihették fel a festéket. Temperafestés A tempera olyan kötőanyag segítségével készült festék, amely vízzel hígítható, de száradás után vízben nem oldódik. A kötőanyag olajos-vizes emulzió. Az olajos összetevő a lenolaj és a masztixkence (masztixgyanta terpentin szeszes oldata) keveréke. A vizes összetevők lehetnek a tojás, a kazein, az enyv és a gumiarábikum. Lehet vele festeni vászonra, fára, papírra. Gyorsan száradó átlátszatlan felületet ad, tónusai világosak, felülete kissé száraz, az olajhoz viszonyítva fénytelen, és száradáskor kivilágosodik. Hatása üde, világító, színei élénkek. Gouache A vízfestés egyik fajtája, technikailag a tempera és az akvarell között áll. A vízfestékhez súlypátot (BaSO 4 ) vagy más fehér színt kevernek, így át nem látszó fedőfestékké válik. Többnyire az akvarellfestéssel kombinálva alkalmazzák. A kelet-ázsiai művészetben nagy szerepet játszik. Ólomsárga pigment előállítása Ólom-nitrát- és kálium-bikromát-oldat felhasználásával állítottunk elő sárga pigmentet. A kálium-bikromátot ammónia-oldattal sárga kálium-kromáttá alakítottuk, majd a két oldatot elegyítettük. Csapadékképződéssel járó reakció eredményeként sárga ólomkarbonát keletkezett. A csapadékot nuccson szűrtük, mostuk, majd szárítottuk. [8] K2Cr2O7(aq) + 2 NH4 + (aq) + 2OH-(aq) = K2CrO4(aq) + (NH4)2CrO4(aq)+ H2O 2 Pb(NO3)2(aq) + K2CrO4(aq) + (NH4)2CrO4(aq)=2 PbCrO4 + 2 KNO3(aq) + 2 NH4NO3(aq)

10 10 Felhasznált irodalom [1] Szundy Gizella: Az elrejtőzött kémia, Gondolat, Budapest, 1979 [2] (Műelemzés kémiája, Színek az ókori Egyiptomban) [3] [4] [5] Römpp Vegyészeti Lexikon, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 [6] [7] [8] dr. Jablonkay Istvánné: Kémiai anyagvizsgálat, III. osztály, Tankönyvkiadó, Budapest, 1986 Őskor Ókor Középkor és reneszánsz Barokk 18. századtól elterjedő általában szintetikus festékek fehér - ólomfehér: PbCO 3 Pb(OH) 2 gipsz: CaSO 4 2H 2 O mész: CaO aragonit: CaCO 3 ólomfehér mész ólomfehér mész gipsz cinkfehér: ZnO titánfehér: TiO 2 sárga okkerek Fe 2 O 3 xh 2 O FeO(OH) + (MnO 2 ) okkerek auripigment: As 2 S 3 nápolyi sárga: Pb 3 (SbO 4 ) 4 okkerek auripigment arany okkerek auripigment arany kadmium-sárga: CdS krómsárga: PbCrO 4 hematit: Fe 2 O 3 hematit hematit hematit krómvörös: PbO PbCrO 4 vörös cinóber: HgS mínium: Pb 3 O 4 cinóber mínium cinóber molibdát-vörös és narancs: PbCrO 4, PbSO 4 és PbMoO 4 keveréke kék - azurit: 2CuCO 3 Cu(OH) 2 lapis lazulit (ultramarin): (Na,Ca) 8 (AlSiO 4 ) 6 -(SO 4,S,Cl) azurit lapis lazulit smalte: Co-szilikát berlini kék: Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 kadmium-vörös: CdS-CdSe mesterséges ultramarin mangánkék: BaSO 4 és BaMnO 4 keveréke kobalt-kék: CoO Al 2 O 3 - malachit: CuCO 3 Cu(OH) 2 zöldföldek (agyagok): FeSiO 4 malachit zöldföldek malachit zöldföldek krómzöld: berlinikék + krómsárga zöld krizokolla: (Cu,Al) 2 H 2 Si 2 O 5 (OH) 4 xh 2 O verdigris verdigris krómoxid-zöld: Cr 2 O 3 korom verdigris (réz-rozsda): Cu(C 2 H 3 O 2 ) 2 venyigefekete (C) schwenfurti zöld: Cu(C 2 H 3 O 2 ) 2 3 Cu(AsO 2 ) venyige-fekete venyige-fekete fekete magnetit: Fe 3 O 4 galenit: PbS elefántcsontfekete elefántcsontfekete antimon-fekete: Sb 2 S 3 1. táblázat

11 11 PRIMER ALKOHOLOK SZERKEZET VIZSGÁLATA FOLYADÉKFÁZISBAN, RAYLEIGH-SZÓRÁSON ALAPULÓ MÉRÉSEKKEL Eördög Ádám Felkészítő tanárok: Kunsági-Máté Sándor, Matisz Gergely, Mostbacher Éva, Páll Csaba Ciszterci Rend Nagy Lajos Gimnáziuma, Pécs, Magyarország Az alkohol molekulák hidrogén-híd kötések létrehozásával viszonylag erős kölcsönhatásokat képesek egymás között kialakítani. Ez a kölcsönhatás - bár a kovalens kémiai kötésnél gyengébb - az alkohol molekulák folyadékfázisban történő összekapcsolódását eredményezi és irányított jellege révén különböző méretű molekuláris asszociátumok, ún. klaszterek kialakulását okozza. A klasztereken belüli kölcsönhatás monomeregységre vonatkoztatva nemcsak az alkoholmolekulák anyagi minősége által meghatározott, de függ a klasztert alkotó molekulák számától is. Ez a jelenség az irodalomban kooperációs effektus néven ismert [1], eredményeként a hidrogénkötéses klaszterek gyűrűkké kapcsolódnak: a nagyobb gyűrűben erősebb intramolekuláris hidrogénkötéseket lehet megfigyelni. A felsorolt okok miatt az alkohol folyadékok szerkezete molekuláris szinten nem homogén, hanem e folyadékok több különböző méretű és konformációjú klaszterek elegyei. E klaszterek folyamatosan képződnek, szétesnek ill. egymásba alakulnak, tehát közöttük hőmérsékletfüggő dinamikus egyensúly áll fenn. A Pécsi Tudományegyetem Általános és Fizikai Kémia Tanszékén végzett számításos eredmények azt mutatták, hogy primer alkoholok esetében a hosszabb alkil-lánc nagyobb méretű klaszterek kialakulásának kedvez [2]. Ismeretes, hogy a Rayleigh-szórás intenzitása a részecske-átmérő hatodik hatványával arányos. A módszer klaszterméretre vonatkozó nagy érzékenysége lehetőséget kínált az elméleti eredmények kísérleti igazolására. Munkám során az elméleti úton számított klaszterméretek hőmérsékletfüggésének felhasználásával kiszámítottam a Rayleigh-szórás intenzitásának az elméleti modell alapján várható hőmérsékletfüggését. Ezt követően megmértem primer alkoholok Rayleigh-szórását különböző hőmérsékleteken, majd a mérési eredményeket összehasonlítottam az elméleti értékekkel. Az elméleti és kísérleti intenzitás-adatok ellentétes hőmérsékletfüggési tendenciákat mutattak, amiből arra következtettünk hogy a klaszterek gömb-alakúnak való feltételezése nem helyénvaló közelítés, továbbá a Raman szórásból származó fényveszteség nem hagyható figyelmen kívül az értékelésnél. E korrekciók elvégzését követően modellünket pontosítottuk, ami hozzájárulhat az alkoholok, mint a kémiai vizsgálatokhoz egyik leggyakrabban használt oldószerek szerkezetének pontosabb megértéséhez. [1] Z. Huang et al., Struct Chem. 2010, 21, 565. [2] G. Matisz, W.M.F. Fabian, A-M. Kelterer, S. Kunsági-Máté, J. Mol. Struct. THEOCHEM 2010, 956,

12 12 AZ OXI-AKTÍV MOSÓPOROK TITKA Fekete Ádám Felkészítő tanárok: Dr. Riedel Miklósné Hobinka Ildikó Fazekas Mihály Fővárosi Gyakorló Általános Iskola és Gimnázium, Budapest, Magyarország Bevezetés Manapság sokféle új mosópor kerül a piacra. Ezen termékek közül a vizsgálatom tárgyát az úgynevezett oxi-aktív mosóporok képezik. Mindegyikre jellemző, hogy hatásukat az aktív oxigén jelenléte okozza. Vajon milyen elven fejtik ki hatásukat és miként lehet a mechanizmust analizálni? Annak érdekében, hogy ezt megtudjuk, kvalitatív és kvantitatív kísérleteket mutattam be: - Hagyományos oxigén előállítás H 2 O 2 -ból - A mosóporokból aktív,o fejlesztése hevítéssel - A mosópor lúgos közegben magas hőmérsékleten való viselkedése - Ruhafoltos tesztek - Különböző anyagok oxidálása az oxi-aktív segítségével - faszén - gázrobbanás viasszal Emellett szeretnénk bemutatni, hogyan lehet alkalmazni őket az iskolai oktatásban is szemléltető tanári, illetve tanulókísérletekre. 1. ábra. A vizsgált mosóporok

13 13 Elméleti háttér A legtöbb forgalomba kerülő oxi-aktív mosópornak hatóanyaga a nátrium-karbonátperoxohidrát (nátrium-perkarbonát). Szokásos megadási módja: 2 Na 2 CO 3 3H 2 O 2 A nátrium-perkarbonát porítva szobai körülmények között fehér színű, erőteljesen higroszkópos anyag. A nátrium-perkarbonát bomlása hűvös, száraz helyen lassabban következik be (ezért lehet hosszabb ideig tárolni), nedves és meleg környezetben azonban gyorsan elveszti aktívoxigén-tartalmát. Ezért gyártása során gyakran stabilizátort adagolnak hozzá (ilyen a nagydiszperzitású kovasav, amely a szárítást biztosítja). Ha a fent említett oximosóporokat vízbe tesszük, és lúgos közeget biztosítunk számukra, hidrogén-peroxid szabadul fel. Az oldat melegítése közben, a növekvő hőmérséklettel egyidejűleg heves gázfejlődést tapasztalunk. A nátium-perkarbonát a következő egyenletek alapján fejti ki hatását: 1) 2 Na 2 CO 3 3 H 2 O 2 = 2 Na 2 CO H 2 O 2 2) H 2 O 2 = H 2 O + ½ O 2 A fehérítő, folteltávolító, fertőtlenítő hatást a naszcensz (aktív) oxigén fejti ki. Oxigén előállítása hagyományosan hidrogén-peroxidból mangán-dioxid katalizátorral Mi, a Fazekasban egy egyszerű készüléket használunk gázfejlesztésre, amely egy kémcsőből és két, gumidugóba szúrt fecskendőből áll. 2. ábra. Gázfejlesztő készülék A kémcső tartalmazza a szilárd fázist, amelyre a felül található vékonyabb fecskendőből óvatosan csepegtetjük a folyadékfázist. A másik fecskendő a keletkezett gáz felfogására alkalmas. Fontos, hogy mielőtt kísérleteket végzünk a gázfejlesztővel, ellenőrizzük a fecskendők tűinek átjárhatóságát a balesetek elkerülése érdekében! Oxigént hagyományosan hidrogén-peroxidból állítunk elő mangán-dioxid (MnO 2 ), más néven barnakőpor katalizátor segítségével, ami a képen is látható készülék szilárd fázisát adja. A hidrogén-peroxid a folyadékfázis fecskendőjében foglal helyet. A kísérletet úgy végezzük, hogy a hidrogén-peroxidot óvatosan ráengedjük a barnakőporra. A kémcső alján

14 14 pezsgést tapasztalunk, ami a gázfejlődésre utal. A pezsgéssel egy időben a nagy, üres fecskendő dugattyúja emelkedik. Miután a fecskendő megtelt, az első adag gázt kieresztjük, mert az még jelentős mértékben tartalmazza a kémcsőben maradt levegőt. Arról, hogy a keletkezett gáz oxigén, egyszerűen meggyőződhetünk. Ehhez szükség van egy parázsló cigarettára, ami a fecskendő tűjére szúrva és a gázt rajta keresztül fúvatva fellobban. 3. ábra. "Az oxigén próbája" Oxigén előállítása hagyományosan hidrogén-peroxidból kálium-jodid katalizátor alkalmazásával Oxigént fejleszthetünk más, érdekesebb módon is. Az úgynevezett Elefánt fogrém kísérlet elvégzéséhez szükségünk van egy félliteres üdítős palackra, folyékony mosogatószerre, ételfestékre, katalizátor oldatra és 10 cm 3 30%-os hidrogén-peroxid oldatra. A katalizátor oldat nátrium-hidroxid oldat és kálium-jodid oldat 5 cm 3 : 5 cm 3 arányú elegye. A kísérlet elvégzése a következőképpen zajlik. A flakonba körülbelül 5 cm 3 mosogatószert teszünk, majd közvetlenül erre az ételfestéket és a hidrogén-peroxidot. Az előre, főzőpohárban elkészített katalizátor-oldatot gyorsan ráöntjük a palackban lévő oldatra. A keletkező gáz egy hosszú mosogatószerhab-oszlopot futtat ki az üvegből, melynek alakja és mennyisége miatt nevezik a kísérletet az Elefánt fogkrém kísérletnek.

15 15 4. ábra. Elefánt fogkrém kísérlet Oxigén előállítása mosóporokból - Kvalitatív vizsgálatok A reklámokban gyakran elhangzik a következő mondat: Most egy egyértelmű vörösborfoltot ejtünk a ruhán. Én is ejtettem egy ilyen egyértelmű vörösborfoltot egy textildarabra és a következő kísérletet végeztem el vele, aminek a miniatűr mosógép nevet adtam. Megtöltünk egy főzőpoharat félig vízzel, beleszórunk egy merőkanál oxi-aktív mosóport, belemártjuk a vásznat az oldatba, és belehelyezünk egy hőmérőt. A főzőpoharat egy vasháromlábra állítjuk, majd óvatosan és fokozatosan melegíteni kezdjük. A melegítés során a vörösborfolt először barna lesz, majd elszíntelenedik. Közben a hőmérséklet emelésével 35 C körül erőteljes gázképződés és habréteg megjelenése figyelhető meg. A reklámoknak tényleg igazuk van, a folt eltűnt. A fejlődő gáz kimutatására egy parázsló gyújtópálcát használunk. A parázsló gyújtópálcát belemártjuk a habba és kevergetjük vele. Azt tapasztaljuk, hogy a gyújtópálca pukkanva felvillan a habban, ami az oxigén jelenlétének bizonyítéka. 5. ábra. "Egyértelmű" vörösborfolt

16 16 6. ábra. Miniatűr mosógép 7. ábra. A ruhafoltos teszt eredménye Láttuk, hogy a mosóporok alkalmasak oxigén fejlesztésére nedves környezetben. Vajon alkalmasak-e ugyanerre szárazon is. Ennek kiderítése érdekében a következő kísérletet állítjuk össze. Egy kémcsövet nagyjából a harmadáig töltünk meg oxi-mosóporral, majd óvatosan hevíteni kezdjük. A kémcső légterébe parázsló gyújtópálcát helyezve annak vége lángra kap. A keletkezett gáz tehát igen nagy valószínűséggel oxigén. Fontos, hogy ennél a kísérletnél ne melegítsük túlságosan hevesen a mosóport, mert ekkor az oxigén mellett jelentős mennyiségű szén-dioxid is keletkezik, ami nagymértékben befolyásolja az eredményt. Abból a kísérleti tényből, hogy a mosóporok szárazon is használhatók jelentős mennyiségű oxigén fejlesztésére, következik a gondolat, hogy miért ne használhatnánk őket különféle anyagok oxidálására. Eloxidálandó anyagnak egy grillsütési élményeinkből ismerős, közismerten nehezen gyulladó anyagot választottam, a faszenet. Az előző szárazhevítéses kísérlethez nagyon hasonló vizsgálat szolgál ennek megfigyelésére: egy kémcsövet megtöltünk harmadáig mosóporral, majd erre üveggyapotszálakat rétegezünk, megakadályozandó a mosópor kilövelléseit, ugyanakkor az üveggyapot átjárható a távozó gázok számára. A szálakra egy faszéndarabkát helyezünk. A faszenet izzásig hevítjük egy kézi gázégővel, és ezzel egy időben a mosóport is melegítjük. Meglepő eredményre jutunk. Az izzó faszén lángra kap és elég. Egy utolsó tesztként durranógáz-próbát is végezhetünk a mosóporokkal. Ezt úgy tesszük, hogy az előző kísérletet ismételjük meg még egyszer, csak most a faszéndarabka helyett egy kis paraffin kockát teszünk. A kísérlet során a paraffinból keletkező krakkgázok

17 17 hangos pukkanások kíséretében reagálnak a mosóporból melegítés hatására felszabaduló oxigénnel. 8. ábra. Oxidációs kísérlet Következtetés A végső következtetés az, hogy az oxi-aktív mosóporok kiválóan alkalmazhatók egyszerű, az oxigén témaköréhez tartotó tanulókísérletek elvégzéséhez. A hagyományos laborokban használatos vegyszereknél lényegesen gazdaságosabbak, mennyiségüket és sokszori felhasználhatóságukat tekintve ár-érték arányosak. Emellett biztonságosak, nincsenek felhasználásuk közben veszélyes hatásaik. Lehetőséget nyújtanak érdekes és egyszerű tanulókísérletek tervezésére. Mindent összevetve az oxi-aktív mosóporok remekül használhatók a kémiaoktatásban, és példái a háztartás és a kémia találkozásának. Felhasznált irodalom [1] Viktor Obendrauf, Mit H 2 O 2 zur Elephant s Toothpaste, Chemie und Schule 22 (2007) Nr. 4 [2] Ulrike Zucht, Marco Rossow, Gabriele Lange und Alfred Flint, Chemie fürs Leben Sauerstoff aus Oxi-Reinigern, CHEMKON 11 (2004) Nr. 3 [3] Viktor Obendrauf, Aufklärung tut not: Gefährliche Peroxide, CHEMKON 12 (2005) Nr. 4 [4] Alfred Flint, CHEMKON 8 (2001)

18 18 A VÖRÖSISZAP NEHÉZFÉMTARTALMÁNAK VIZSGÁLATA Gyarmati Dénes és Szabó Ákos Felkészítő tanár: Szórád Endre Bolyai Tehetséggondozó Gimnázium és Kollégium, Zenta, Szerbia Egy hatalmas környezeti katasztrófa történt nemrég Magyarország területén. Nagy mennyiségű vörös iszap ömlött ki az Ajka és Kolontár közötti iszaptárolóból. Ezáltal óriási károkat okozott a környék lakosságának és a természetnek. Fölkeltette érdeklődésünket, hogy mi is a vörös iszap? A vörös iszap az alumíniumgyártás során keletkezett, erősen lúgos anyag. A vörös iszap ph értéke körülbelül 13, ezáltal a bőrön égési sérüléseket okoz. Nem mérgező, viszont elhanyagolható mértékben radioaktív is. Ezek után szeretnénk meghatározni a vörös iszap nehézfém tartalmát, és választ kapni arra, hogy mennyire terheli, szennyezi az ökoszisztémát. Kutatásunkkal fényt derítünk arra a kérdésre, milyen mértékben káros a környezetre a vörös iszap?

19 19 NITRÁT ÉS A DOHÁNYZÁS György Botond, Baricz Anita Felkészítő tanárok: Kiss Arnold Sövér Elek Iskolaközpont, Gyergyóalfalu, Románia A dohányzás egyes emberek életét örökre megváltoztatta, hiszen azt hiszik, hogy oldja a stresszt vagy talán saját maguk sem találnak választ arra, hogy mi az oka annak, hogy rágyújtottak és így a cigaretta káros szenvedélyének hódolnak. A 2008-as év április-június közötti időszakában az ISRA Center Marketing Research felméréseiből tudjuk, hogy Romániában a 18 éven fölötti lakosok 46,6%-a naponta legalább egy szál cigarettát elszív. Nem beszélve a fiatalokról akiknek a száma meghaladja a 65%-ot. A kereskedelmi célzattal gyárilag előállított cigaretta látszólag egyszerű tárgy: alapvetően dohánykeveréket, papírt, a külső réteget összetartó ragasztót és többnyire filtert avagy szűrőt tartalmaz. A dohányok elegyén kívül tartalmaznak még márkánként különböző arányban adalék anyagokat is. Összesen mintegy 5000 olyan adalékanyagot regisztráltak a hatóságok világszerte, amit cigarettagyártás során használhatnak. Ezeknek túlnyomó többsége vagy technikai adalékanyag ami például segíti a dohányt nedvesen tartani az aprítás során, vagy pótolja a szárítás során elveszett természetes növényi cukrot - vagy íz anyag, amivel maguknak az egyes dohányfajtáknak a karakterisztikus ízeit hangsúlyozzák. Az adalék anyagoktól a cigaretta íze kellemesebb és jellegzetes, van közöttük oldószer a nikotin számára. A különböző összetevők kölcsönhatása miatt sok ártalmatlan összetevő mérgezővé válhat, a cigarettát meggyújtva pedig káros égéstermékek keletkeznek. A cigaretta alkotó részei: a szűrő, az ezt borító papír réteg, a dohányt körülvevő papír réteg és a dohány. Ezek közül igen fontos szerepe a filternek van hiszen a filterek feladata, hogy a belélegzett füstből a kátrányt és a pórusaiknál nagyobb részecskéket felfogják, ezenkívül hűtik a füstöt, csökkentve a káros hőhatást. A szervezetbe más összetételű füst kerül a cigaretta égő végéről és a szájban lévő részen át. A gázelegyben tartalmaz többek között nikotint, kátrányt, policiklikus aromás szénhidrogéneket, szén-monoxidot, fenolt, benzpirént, formaldehidet, nitrogén-oxidokat és nitrózamint. A világon évente megközelítőleg 5,5 trillió cigarettát gyártanak, amit körülbelül 1,1 milliárd ember, azaz több mint az össznépesség egy hatoda fogyaszt el. Amire a fejlett országokban jelentős mértékben csökkent a fogyasztás, addigra a világ más, fejlődő országaiban nő a cigarettázási arány. Bármilyen módón is fogyasztják, részesei lehetnek az ebből fakadó betegségeknek. A nikotin kis része a vizelettel kiválasztódik, nagyobb része a tüdőben, vesében, májban bomlik le. A szén-monoxid sokkal könnyebben kötődik a vörösvértestek oxigénszállító hemoglobinjához, mint az oxigén. Emiatt erős dohányosokban a vér oxigénszállító képessége 15 % -al is csökkenhet, vagyis tartós oxigénhiányban élnek. Más alkotórészek irritálnak, a légutakba, szembe kerülve köhögést, könnyezést váltanak ki, több százról pedig kimutatták, hogy rákkeltő. A kátrány a cigaretta meggyújtásakor keletkező anyag, ez színezi el sárgásbarnára a fogakat és az ujjakat. A cigaretták átlagos kátrány-, szén-monoxid- és nikotintartalmát szigorú rendeletek szabályozzák. Sajnos az alacsonyabb kátránytartalom maga után vonja a nikotin mennyiség csökkenését is, ami miatt a rutinos dohányosok az ilyen cigarettákat még intenzívebben és mélyebben szívják le. Tehát semmivel sem kevésbé károsak az alacsonyabb kátránytartalmú cigaretták. Összesítve minden féle képen csak káros következményei vannak, mégpedig: légzőszervi, szív és érrendszeri problémák, rákkeltő és emésztőrendszeri problémák. Ide

20 20 sorolható a várandóság alatti dohányzás következményei is amely a gyerek szellemi és testi fejlődését gátolja. Külső hatásai is lehetnek a fogak, a haj és az arc elváltozása is. Ma már bizonyított, hogy a dohányfüst számos egyéb toxikus, karcinogén és mutagén vegyület mellett nitrogén-oxidokat is tartalmaz, és a képződött salétromsav roncsolja a tüdő szöveteit. A NO x - vegyületek az égési folyamat során keletkeznek a dohány különböző nitrogéntartalmú komponenseiből, többek között fehérjékből vagy nitrát vegyületekből. A dohánynövény folyamatos és harmonikus tápanyagellátást igényel. Fokozott trágyázás vagy műtrágyázás esetén a dohánylevelekben könnyen akkumulálódik a nitrát, amely amellett, hogy kedvezőtlenül befolyásolja a dohány minőségét, fontos forrása lehet az említett nitrogénoxidoknak is. A nitrát égésfokozóként is a cigarettába kerülhet, bár az engedélyezett adalékok listáján nem szerepel, egyes források tényként kezelik az ammónium-nitrát vagy a káliumnitrát, mint oxidálószer használatát a dohány szárítási eljárása során. De mi a nitrát? A salétromsav sója, amely NO 3 - iont tartalmaz vagy olyan vegyület, amely kovalensen kötött O-NO 2 csoporttal rendelkezik. A természetes vizekben literenként számítva 3-5 mg között van. Ha a mennyiségük eléri a 20 mg-ot, az már hulladékokkal való erős szennyeződöttséget jelent. Dolgozatom gyakorlati részeként bizonyítani próbáltam elméleti jellegű feltevésemet: Éspedig azt, hogy a dohányfüst, a dohány tartalmaz-e nitrátot és azt milyen mennyiségben? Ehhez segítségül dohányos embereket kértem meg. A kísérlethez használt eszközök: cigaretta (pontosabban 11 márka), desztillált víz, üvegcső, HI sorozat számú asztali foto méter, pipetta, mérőhenger valamint Berzelius pohár. Feltevésem szerint ha a dohányos ember a szervezetéből kifejtett dohány füstöt vízbe buborékoltatunk akkor a keletkező oldatból kimutatható a nitrát mennyisége. Az első néhány elszívott cigarettafüst vizes oldatában jelentéktelen mennyiségű nitrát mennyiséget észlelt a berendezés. Már azon voltam, hogy az elméletet gyakorlati úton megcáfoltam, amikor pár nappal később újabb ötlet fogalmazódott meg bennem a nitrátra tekintve. Lehet, hogy a tüdő szűrő jelleggel a nitrit ionokat is visszatartja? Több mint bizonyos hisz a következő kísérleti fázisban a dohányost arra kértük, hogy csak a szájüregbe szívja a cigarettát és onnan buborékoltassa a vízbe. Így majdnem a várt eredmények születtek ezeket táblázatba foglalva a következő adatokról beszélhetünk. Cigaretta Nitrát tartalma (mg/l) márkájának sorszáma 1 102, , , , , , , ,1 9 78, , ,7 Az első oszlop a cigaretta márka kódszámát jelöli, a második oszlok pedig 1 szál cigaretta elszívása utáni füst-nitrát tartalmat. Románia közlönyében szereplő nitrátra utaló