Głośna historia wielkiego wybuchuchemia. wysokoenergetycznych

Transkrypt

1 Głośna historia wielkiego wybuchuchemia materiałów wysokoenergetycznych Jakie cuda! Świt różany; Mętnie się dobywa z dna!; Majaczliwa blasków gra; Na przepastne pada ściany.; Wstaje mgłą i pełznie smugą,; Tryska jak kryniczny zdrój.; Żar leniwą płynie strugą,; bucha niby iskier rój. Dr Katarzyna Łudzik

2 Pirotechnika czyli co? Pirotechnika dział nauki zajmujący się wytwarzaniem materiałów i urządzeń, które podczas spalania tworzą efekty świetlne, dźwiękowe, optyczne lub zapalające.

3 irotechnika domena Chińczyków Rok 206 p.n.e. Saletra potasowa azotan (V) potasu - KNO 3

4 Pierwsze chińskie petardy- czyli co łączy demona Nian i kije bambusowe Kije bambusowe pierwsze petardy Wrzucane do ogniska odstraszały hukiem ludzi i złe duchy Potwór Nian, który wedle wierzeń Chińczyków pożerał ludzi

5 Czarny proch - produkt uboczny poszukiwań eliksiru wiecznego życia i młodości IX w. n.e. Chiny Panowanie dynastii TANG Siarka + azotan (V) potasu + miód + arszenik HUO YAO OGNISTY LEK

6 Pierwsza petarda hukowa Mieszanina: siarki, azotanu (V) potasu, miodu i arszeniku wsadzona do kija bambusowego i wrzucona w ogień HUO YAO OGNISTY LEK

7 Pierwsza mieszanina miotająca i jej ostateczny skład Czarny proch Chiny IX w Skład: siarka, węgiel drzewny, azotan (V) potasu Czarny proch jedyna znana mieszanina miotająca do połowy XIX wieku Używany również podczas bitwy pod Grunwaldem w 1410

8 Wybuch czarnego prochu okiem chemika Równanie reakcji spalania czarnego prochu 4KNO 3 + 2S + 2C 2SO 2 + 2CO 2 + 2K 2 O + 2NO +N 2 substancja palna utleniacz

9 Od petard do rakiet Drewniane rakiety przypominające kształtem smoki wykorzystane zostały do odparcia Mongolskiej inwazji w 1279 XIII wiek Marco Polo sprowadza proch strzelniczy do Europy Krzyżowcy przynoszą wiedzę o prochu strzelniczym

10 Następcy czarnego prochu azotan (V) celulozy nitroceluloza trójazotan(v) glicerolu nitrogliceryna - wybucha nawet przy wstrząsaniu

11 Alfred Nobel i wybuchowy wynalazek A) Materiał porowaty, materiał palny nitrogliceryna, azotan celulozy i azotan (V) amonu B) Osłonka Alfred Nobel E) Paski ściskające C) Spłonka D) Lont Dynamit wynaleziono w 1865 roku

12 Trotyl i działanie szybkodziałających materiałów wybuchowych Trotyl czyli 1,3,5- trinitrotoluen Zasada działania materiałów wybuchowych szybkodziałających polega na rozpadzie struktury cząsteczkowej z utworzeniem nowych prostych atomów i cząsteczek. 14C + 5 H 2 O +3N O 2 7 CO +7 C+5 H 2 O +7N 2 Reorganizacja atomów w cząsteczce trotylu. Mała ilość tlenu w cząsteczce toluenu powoduje, że nie powstaje tlenek węgla (IV), ale powstaje trujący tlenek węgla II a nawet węgiel.

13 Włochy europejska stolica fajerwerków Używane przez Chińczyków rakiety wojenne zastąpione zostały przez wybuchające w kolorach srebra i złota rakiety Odkryto pierwsze fontanny świetlne (rakiety przymocowane do drewnianych kół kręciły się wraz z nimi tworząc świetlne młyny) Uświetniały śluby, uroczystości koronacyjne i święta religijne

14 Środki pirotechniczne KLASA 1 bardzo niski stopnień zagrożenia, do użytku wewnątrz oraz na zewnątrz budynków np. zimne ognie, KLASA 3 KLASA 2 niski stopnień zagrożenia, przeznaczone do użytku na zewnątrz budynków np. małe rakiety, petardy hukowe charakteryzują się średnim stopniem zagrożenia, przeznaczone do użytku wyłącznie na zewnątrz, na dużych, otwartych przestrzeniach np. baterie, race

15 BUDOWA FAJERWERKÓW lont zapalnik czarny proch fajerwerki (gwiazdy)

16 Para idealna utleniacz i substancja palna czyli podstawowy skład petard Utleniacze - substancje łatwo przyjmujące elektrony podczas reakcji redoks Azotany (V) np. KNO 3 Chlorany (VII) i (V) KClO 4, KClO 3 Chromiany (VI) np. K 2 CrO 4 i dichromiany (VI) K 2 Cr 2 O 7 Siarczany (VI): np. potasu K 2 SO 4, baru BaSO 4, strontu SrSO 4, amonu (NH 4 ) 2 SO 4 Substancje palne Metale nieszlachetne magnez glin cynk Niemetale fosfor siarka węgiel inne węglowodory węglowodany

17 Co w racach huczy czyli jak powstają efekty dźwiękowe przy odpalaniu fajerwerków. Efekt głośnych eksplozji zawdzięczamy mieszaninie: pyłu magnezowego lub aluminiowego z chloranem VII potasu (KClO 4 ) 4Mg + KClO 4 4MgO + KCl Efekt świstu: rozkład KClO 4 KClO 4 2O 2 + KCl wydzielenie dużej ilości gazów, którego gwałtowny wypływ daje efekt świstu Wielokrotność wybuchów zapewnia ułożenie składników wydzielających gaz w osobnych przegrodach połączonych materiałem zapalnym - prochem

18 Co nadaje barwę fajerwerkom - czyli czysta chemia bez alchemii Kolory sztucznych ogni zawdzięczamy głównie solom metali Wapń Bar Lit Sód Chlorek miedzi Zwiększenie temperatury, a przez to jaskrawość barw, zwiększa się dodając do soli pyłów magnezowych lub aluminiowych i uzyskując w ten sposób nawet temperaturę 2100 stopni C

19 Co się dzieje z jonami soli w płomieniu palnika? e - e - kation metalu e - e - e - e - atom metalu Rekombinacja??? Daj ELEKTRONA!!!!!

20 Poziomy energetyczne elektronów Dlaczego atomy świecą? Kolejny niespokojny Stan wzbudzony Elektron walencyjny Stan podstawowy

21 Poziomy energetyczne elektronów Dlaczego atomy świecą? Stan wzbudzony Stan podstawowy

22 Inne efekty specjalne fajerwerków Efekt lśniących iskier wywołują drobinki metali np. żelazo, magnez Kolor iskier zależy od rodzaju metalu jak i temperatury metalu

23 Inne efekty specjalne fajerwerków Świetlne palmy i fontanny uzyskuje się układając warstwami drobinki metali o różnych wielkościach Dłużej i jaśniej palące się fajerwerki to kwestia dodatku większej ilości utleniaczy wytwarzających tlen Za dym podczas fajerwerków odpowiada cynk

24 Barwne płomienie Doświadczenie 1 Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Alkoholowe roztwory soli: litu, baru, potasu, sodu i miedzi Szkiełka zegarowe, zapałki Obserwacje: Palące się roztwory soli barwią się na różne kolory Wyjaśnienie: Pod wpływem ciepła atomy zostają wzbudzone, które oddają dostarczaną im energię w postaci barwnego światła.

25 Doświadczenie 2 Tajemnica zimnych ogni Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Wstążka magnezowa, szczypce, palnik Obserwacje: Magnez spala się białym płomieniem, po spaleniu powstaje biały proszek Wyjaśnienie: 2Mg + O 2 2MgO Biały proszek jest tlenkiem magnezu

26 Reakcja sodu z wodą Doświadczenie 3 Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Sód, zlewka z wodą i fenoloftaleina, duża zlewka z wodą Obserwacje: Sód gwałtownie reaguje z wodą, pływa po powierzchni i iskrzy, wydziela się gaz, fenoloftaleina barwi się na malinowo Wyjaśnienie: 2Na + H 2 O 2NaOH + H 2 Sód reaguje z wodą z wydzieleniem wodoru ponieważ ma ujemny potencjał.

27 Doświadczenie 4 Burza w probówce Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 (stężony) Manganian(VII) potasu KMnO 4, alkohol etylowy C 2 H 5 OH (96%) Cylinder (odtłuszczony i suchy) Obserwacje: Gdy kryształy manganianu (VII) potasu docierają do granicy faz ciecz zmienia barwę na ciemnobrunatną, pod jej powierzchnią widzimy iskry słyszalne są też charakterystyczne trzaski Wyjaśnienie: Dochodzi do reakcji między manganianem(vii) potasu, a kwasem siarkowym według równania reakcji: 2KMnO 4 + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + Mn 2 O 7 Produkt reakcji - siedmiotlenek manganu jest bardzo nietrwałym związkiem i jednocześnie silnym utleniaczem Mn 2 O 7 + C 2 H 5 OH 2CO 2 + 3H 2 O + 4MnO 2

28 Doświadczenie 5 Samozapłon gliceryny Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Gliceryna bezwodna Manganian(VII) potasu KMnO 4, Płytka ceramiczna Obserwacje: Gdy na kryształy manganianu (VII) potasu dodamy glicerynę następuje samozapłon Wyjaśnienie: Nadmanganian potasu utlenia glicerynę. W tym procesie wydziela się ciepło, które powoduje że cały proces ulega gwałtownemu przyspieszeniu. W efekcie powoduje to zapłon substratów. 14 KMnO 4 +4 C 3 H 5 OH 3 7 K 2 CO 3 +7Mn 2 O CO H 2 O

29 Doświadczenie 6 Duszek chemiczny Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Nadtlenek wodoru 30% Manganian(VII) potasu KMnO 4, Kolba stożkowa Obserwacje: Gdy do nadtlenku wodoru dodamy manganianu (VII) potasu obserwujemy gwałtowne wydzielenie dużej ilości gazu, roztwór stał się brunatny Wyjaśnienie: 2 KMnO H 2 O 2 2 KOH +MnO 2 + 3O 2 + H 2 O Nadtlenek wodoru redukuje manganian (VII )potasu do brunatnego tlenku manganu (IV). Wydzielającym się gazem jest tlen

30 Doświadczenie 7 Purpurowe dymy Odczynniki i sprzęt laboratoryjny stały jod, pył cynkowy, płytka ceramiczna, tryskawka z wodą Obserwacje: Wydzielają się duże ilości purpurowego dymu Wyjaśnienie: Substancje stałe nie reagują ze sobą, gdy zwilżyliśmy je trochę cząsteczki zbliżyły się do siebie i rozpoczęła się reakcja : 2 Al + 3 I 2 AlI 3

31 Błędne ognie Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Kwas solny HCl (stężony), chlorek miedzi CuCl 2, glin (folia aluminiowa), zlewka, zapalniczka) 2 Al + 3HCl 2AlCl 3 + 3H 2 Doświadczenie 8 Obserwacje: Dochodzi do zapłonu, nad roztworem powstają nieregularne, ciągle poruszające się płomienie o pięknej, niebieskiej barwie Wyjaśnienie: Podczas reakcji glinu z kwasem solnym uwalniają się duże ilości gazowego wodoru. Po zapaleniu wodór spala się w atmosferycznym tlenie. Lekka kulka aluminiowa w czasie reakcji gwałtownie miota się po powierzchni roztworu, dzięki czemu płomienie mają nieprzewidywalny wygląd.

32 Doświadczenie 9 Ryczące niedźwiedzie Odczynniki i sprzęt laboratoryjny Chloran (V) potasu, żelek, probówka, stojak palnik) Obserwacje: Zelek wrzucony do roztopionego chloranu (V) potasu pali się jasnym płomieniem, wydając charakterystyczne dźwięki Wyjaśnienie: Chloranu(V) potasu topi się w temperaturze 368 o C, a w 400 o C następuje jego rozkład zgodnie z równaniem: 4KClO 3(s) KCl + 3KClO 4 Chloran(VII) potasu reaguje z węglem zawartym w żelku KClO 4 + 2C KCl + 2CO 2

33 Doświadczenie 10 Zapłon lodem Odczynniki i sprzęt laboratoryjny 4g pyłu cynkowego, 0,4g azotanu baru, 1g chlorku amonu oraz 4g azotanu amonu zmieszane ze sobą, lód, parowniczka. Obserwacje: Po dodaniu lodu na mieszaninę dochodzi do zapłonu. Wyjaśnienie: W stanie suchym substancje nie reagują ze sobą. Obecna na powierzchni lodu mikroskopijna warstewka wody wystarcza do rozpoczęcia silnie egzotermicznej reakcji redox między cynkiem, a azotanem amonu. Reakcja jest przyspieszana przez chlorek amonu i azotan baru. Obecność soli baru jest także odpowiedzialna za zieloną barwę płomienia. Zn + NH 4 NO 3 ZnO+ 2H 2 O + N 2

34 Dziękuję, za uwagę