2. feladatsor 1. feladat Egy kis alkímia: kénmájpróba 6 pont Szerves vegyületek elemi összetételének meghatározása nem könnyű feladat. Szerencsére van egy egyszerűen kivitelezhető sokszázéves eljárás, amihez csak egy kis ezüstlemez, és egy izzítókanál kell. Ezt az eljárást ebben a feladatban ki is próbáljuk. A kiadott ezüstlemezt a dörzspapírral csiszold fényesre. A csiszolást minden reakció után meg kell ismételni, a kísérlet csak fényes ezüstfelületen sikerül. Egy vizes vatta segítségével nedvesítsd meg az ezüstlemez felületét, majd helyezz rá egy kis kristály Na 2 S-t! Egy óraüveggel lefedve hagyd állni 5 percig. Mit tapasztalsz? Az ezüstlemez a Na 2 S kristály környezetében megfeketedik. Mi a jelenség magyarázata? A Na 2 S-ból a levegő víz- és CO 2 -tartalmának hatására H 2 S keletkezik, ami az ezüsttel fekete Ag 2 S csapadékot képez. (A levegő oxigénje szerepel oxidálószerként. A reakció komplex mechanizmus szerint megy végbe, pontos egyenletet nem lehet írni. Ha a hallgató rendezett egyenletet írt, azt elfogadtuk.) Szerves vegyületek kéntartalma Na 2 CO 3 és szénpor jelenlétében izzítva Na 2 S-dá alakul. A kiadott tollból és vattából vegyél egy kis (rizsszemnyi) mintát, és keverd el azonos mennyiségű szilárd Na 2 CO 3 -tal, és faszénporral. A kis fémkanálka segítségével izzísd a bunzenégőn kb. 10 másodpercig (a minta ne gyulladjon meg!), majd az izzítási maradékkal ismételd meg a kénmájpróbát. Mit tapasztalsz? A toll esetén jelentkezik fekete folt, míg a vatta esetén nem. Kell egy kis ügyesség az izzítás során, vigyázni kell, hogy a vizsgált anyag ne essen a lángba, ne fújja le a gáz, stb. Ha ügyesen végezzük az izzítást a különbség igen látványos. Mi a jelenség magyarázata? A toll nagy kéntartalmú fehérjéből áll (18 tömeg % ciszteint tartalmaz), a vatta cellulóz, ami nem tartalmaz ként. A kénmájpróba pedig az anyag kéntartalmának kimutatására szolgál.
2. feladat Restaurálunk: megfeketedett Rubens-ek 8 pont A sokszázéves olajfestmények mára gyakran teljesen megfeketedtek. A restaurátorok miután lemossák a képről a rárakódott koszt, a festményt híg hidrogén-peroxid oldattal is átmossák. Vajon miért? Tegyél egy kis főzőpohárba kb. 10 ml ólom-acetát oldatot, és adj hozzá Na 2 CO 3 -oldatot! A keletkező csapadék a bázisos ólom-karbonát (Pb 2 (OH) 2 CO 3 ). Ezt az anyagot már az ókor óta használják fehér festékként, de kis mennyiségben minden olajfesték tartalmazza (a színesek is). A csapadékos oldat tisztáját öntsd el, majd adj a csapadékhoz kb. 10 ml vizet, keverd meg, hagyd a csapadékot leülepedni, és a vizet ismét öntsd el. A csapadék "kimosását" még kétszer ismételd meg. Írd fel a csapadékképződés ionegyenletét! 2 Pb 2+ + 3 CO 3 2- + 2 H 2 O = Pb 2 (OH) 2 CO 3 + 2 HCO 3 - A bázisos ólom-karbonát a valóságban nem egységes vegyület, a lecsapás körülményeinek függvényében más-más összetételű terméket kapunk. A festékként használt anyag más úton készül. Adj a kimosott csapadék egy kis részletéhez ecetsav oldatot! Mit tapasztalsz? Mi a jelenség magyarázata? A csapadék feloldódik: ólom-acetát oldat keletkezik, mivel az ecetsav erősebb sav, mint a szénsav, az oldatban visszaszorul a szénsav disszociációja, csökken a karbonát-ion koncentráció, oldódik a csapadék. Adj a kimosott csapadékhoz kén-hidrogén oldatot! Mit tapasztalsz? Írd fel a reakció egyenletét! A fehér csapadék feketére színeződik. PbS keletkezik: Pb 2 (OH) 2 CO 3 + 2 H 2 S = 2 PbS + 3 H 2 O + CO 2 Az ólom-szulfid sokkal rosszabbul oldódik, mint a bázisos ólom-karbonát, így az utóbbi lassan oldatba megy, és fekete PbS válik le. A kén-hidrogénes reakcióban keletkezett csapadékról öntsd le az oldat tisztáját, és az előzőkhöz hasonlóan mosd ki a csapadékot desztvízzel! Önts a csapadékra hidrogén-peroxid oldatot, rázd össze. Mit tapasztalsz? Magyarázd meg a jelenséget! A fekete csapadék kifehéredett. A H 2 O 2 oxidálja az PbS-t. PbS + 4 H 2 O 2 = PbSO 4 + 4 H 2 O (mivel a terméket nem azonosítjuk az PbSO 3 is elfogadható.) Ha valaki nem mosta jól ki a csapadékot, és kevés H 2 O 2 -t használt, akkor az elreagált az oldatban lévő H 2 S-nel, és nem tudta kifehéríteni a csapadékot.
Miért kell a régi festményeket hidrogén-peroxid oldattal mosni? A képek megfeketedését az okozta, hogy a festékben lévő bázisos ólom-karonát reagált a szennyezett városi levegőben lévő kén-hidrogénnel. A keletkező ólom-szulfid fekete. Ha a képet H 2 O 2 -dal mossuk, akkor a fehér és stabil ólom-szulfát keletkezik. A XIX. század óta a bázisos ólom-karbonátot már nem használják a festők, cink-oxiddal helyettesítették, mivel az nem feketedik meg. Miért nem? Mert a ZnS fehér, és más, idővel esetleg keletkező Zn-vegyületek sem színesek. (Napjainkban egyébként TiO 2 -t használnak, ami aztán semmivel sem reagál.)
3. feladat Egy érdekes reagenspapír 6 pont Az utóbbi években nagyon elterjedtek olyan ph-papírhoz hasonlító tesztcsíkok, amik színváltozással jelzik a légkört szennyező különböző gázokat. Itass fel 4-5 szűrőpapír csíkra CuCl 2 és másik 4-5 csíkra CoCl 2 oldatot. Hagyd az oldószert elpárologni! Vizsgáld meg a papírok színét száraz, és nedves levegőn! (A nedves levegőt forrásban lévő víz feletti gőzzel "helyettesítjük", míg a száraz levegőt hőlégfúvóval érjük el. Vigyázat, égésveszély mindkét esetben! A hőlégfúvó által kifújt levegő nagyon forró (és száraz), akár el is szenesítheti a papírt, vigyázzunk, hogy ez ne következzen be.) Mit tapasztalsz? Reverzibilis a jelenség? A CuCl 2 -os papír száraz levegőn barna, nedvesen kékeszöld, a CoCl 2 -s kék és rózsaszín. Mindkét színváltozás reverzibilis. Sokaknak gondot okozott a vízmentes CuCl 2 barna színe, ugyanis a CuSO 4 analógiájára feltételezték, hogy minden kristályvízmentes réz-vegyület fehér. A klorid ionok a Cu-ionnal a vízhez hasonlóan komplexet tudnak képezni (szemben a szulfát- vagy nitrátionnal), így a vízmentes sóban is komplex-ionként található a réz. Érdekes lett volna, ha a vizsgálandó oldatok között CuSO 4 is szerepel. A színváltozás különösen szépen figyelhető meg, ha egy félbehajtott reagenscsíkot akasztunk a vizes fazék peremére, ugyanis a belső végén a kristályvizes, a külső végén (a felszáló meleg levegő hatására) a vízmentes só színe figyelhető meg egymás mellett. Magyarázd meg a jelenséget! Mindkét vegyület többféle kristályvíz-tartalommal is előfordulhat, melyeknek színe is különbözik. Száraz levegőn kristályvíz-vesztés történik, nedvesben pedig a kristályvíz ismételt felvétele, ezért a reakció tetszőleges számú alkalommal ismételhető. (CuCl 2.0H 2 O barna, CuCl 2.1H 2 O kékeszöld, CoCl 2.1H 2 O kék, CoCl 2.6H 2 O bordó) Mire lehet ezeket a reagenscsíkokat használni? Páratartalom közelítő becslésére, pl. raktárban. Különösen látványos a színváltozás, ha a csíkot a fürdőszobában akasztjuk fel. Itt jelzi pl., hogy mikor lehet becsukni az ablakot a falak penészedésének veszélye nélkül. Tartsd a CuCl 2 -os tesztcsíkot ammónia oldat és H 2 S-oldat fölé! Mit tapasztalsz? Mi a jelenség magyarázata? (Egyenletet írj!) Sötétkék lesz, ill. megfeketedik: Cu 2+ + 4 NH 3 = [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Cu 2+ + H 2 S = CuS + 2 H +