w Kielcach, 2008 w Kielcach, 2008 Chemia od kuchni czyli ciekawe doświadczenia chemiczne w domowym laboratorium

Transkrypt

1 Zeszyty Studenckiego Ruchu Materiały 17 Sesji Studenckich Naukowego Uniwersytetu Kół Naukowych Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego Humanistyczno-Przyrodniczego Jana Kochanowskiego Jana Kochanowskiego w Kielcach, 2008 w Kielcach, 2008 Paulina Figiel Studentka V roku chemii Studenckie Koło Naukowe Kalcyt Akademia Świętokrzyska im. Jana Kochanowskiego w Kielcach Recenzent: dr Agnieszka Gałuszka Chemia od kuchni czyli ciekawe doświadczenia chemiczne w domowym laboratorium Streszczenie: Na podstawie wiedzy chemicznej można wyjaśnić zjawiska zdumiewające zwykłego człowieka, które na pozór wydają się magicznymi sztuczkami. Kuchnia to doskonały warsztat pracy, w którym można odkrywać i wyjaśniać takie ciekawe doświadczenia, jak włożenie jajka do butelki, odczytanie niewidocznego pisma czy stworzenie gazowanej fontanny z mentosów i coca-coli. To dzięki chemicznym prawom przy kuchennym stole radzimy sobie z wieloma niedogodnościami życia codziennego, wiemy jak oczyścić srebro, jak pozbyć się kamienia z czajnika, co zrobić żeby świeca paliła się dłużej a ziemniaki nie czerniały. Celem artykułu jest naukowe wyjaśnienie zjawisk, które można obserwować w domowym laboratorium. Słowa kluczowe: chemia, kuchnia, laboratorium, doświadczenie, porady Wszystka wiedza pochodzi z doświadczenia. Doświadczenie jest produktem rozumu. Immanuel Kant Czy chemia, kojarząca się większości osób z nauką, w której aż roi się od niezrozumiałych wzorów i regułek może mieć coś wspólnego z codziennym życiem? W niniejszej pracy postaram się udowodnić, że doświadczenia chemiczne niekoniecznie muszą być wykonywane w naukowym laboratorium a każdy z nas, często nieświadomie, jest ich wykonawcą. Spróbujemy razem przez kuchenne drzwi zajrzeć do królestwa chemii. 1. MAGIA W KUCHNI Alchemię poprzedniczkę nowoczesnej chemii uważano za czarną magię, a wielu średniowiecznych alchemików występowało w roli magików, budząc ogromny podziw swymi umiejętnościami. Takie sztuczki chemiczne, które udadzą się na pewno bez

2 tajemniczych zaklęć można wykonać stosując ogólnodostępne produkty spożywcze. Przedstawione doświadczenia naukowe wyjaśniają tajemnicę niektórych na pozór dziwnych i nienaturalnych zjawisk (Kowalska, 1974). Pokażą one, że kuchnia to doskonały warsztat pracy, w którym można odkryć tajniki nauki. Całe jajko w butelce (1) Na kilka dni przed zademonstrowaniem sztuczki należy jajko włożyć do mocnego octu, w którym skorupka zupełnie zmięknie, po czym uciskając delikatnie skorupkę należy wsunąć jajko przez szyjkę do karafki (butelki z szeroką szyjką) (Kowalska, 1973). Pozostaje jeszcze dokonać ponownego utwardzenia skorupy. W tym celu należy wlać do butelki bardzo rozcieńczony roztwór sody w wodzie. Trzeba tak często zmieniać roztwór, dopóki skorupka nie stwardnieje (Živko, Kostić, 1974). 2CH 3 COOH + CaCO 3 (CH 3 COO) 2 Ca + CO 2 + H 2 O Całe jajko w butelce (2) Do eksperymentu należy przygotować butelkę z szeroką szyjką, oraz ugotowane na twardo jajka i zapałki. Trzeba upewnić się, że jajko jest szersze niż otwór butelki. Po czym podpalić zapałkę, wrzucić ją do butelki i postawić na niej jajko. Jajko zostanie wessane do środka. Ogień z zapałki podgrzewa powietrze w butelce, przez co cząsteczki gazów oddalają się od siebie. Kiedy płomień gaśnie, cząsteczki w powietrzu schładzają się i zbliżają do siebie. Powietrze z zewnątrz wdarłoby się teraz do butelki, jednak na jego drodze stoi jajko. Ciśnienie powietrza na zewnątrz jest, bowiem tak wysokie, że wepchnie jajko do środka butelki. Niewidoczny list (1) Niewidoczne pismo otrzymuje się pisząc na grubszym papierze stalówką maczaną w occie. Po wyschnięciu kartki pismo jest niewidoczne dla naszego oka. Można je wywołać trzymając kartkę nad płomykiem świecy. W miejscach zwilżanych octem celuloza zostaje przekształcona w acetylocelulozę o niższej temperaturze spalania. I tak ciepło dostarczane przez płomyk świecy powoduje tu najpierw zaczernienie liter (Kowalska, 1973). Niewidoczny list (2) Do eksperymentu potrzebna jest cytryna, kartka białego papieru oraz żelazko. Należy napisać swoją tajemniczą wiadomość na kartce używając soku z cytryny. Trzeba pozwolić, aby kartka wyschła, po czym przyłożyć do niej rozpalone żelazko. Kiedy kartka wyschnie pismo stanie się niewidoczne dla oka. Dopiero żelazko pozwoli odczytać ukryty tekst. Dzieje się tak, ponieważ kwaśny sok osłabia papier. Gdy podgrzewa się papier, jego kolor ciemnieje. W miejscu gdzie działa sok z cytryny, odbywa się to szybciej. Lampa lawa Przed eksperymentem należy przygotować przezroczystą plastikową butelkę ze szczelną nakrętką, pipetkę, olej kuchenny, barwnik spożywczy (może być również atrament) oraz sól. Do butelki nalewa się wody (do dwóch trzecich objętości) i kilka kropel barwnika. Do tak przygotowanego roztworu dodaje się olej, tak by utworzyła się warstwa na powierzchni wody i posypuje się go kilkoma szczyptami soli. Dodanie większej ilości soli wydłuża trwanie eksperymentu. W trakcie doświadczenia woda i olej nie mieszają się. Cząsteczki wody zbudowane są z jeszcze mniejszych ciał, czyli atomów. Wszystkie atomy mają ładunek elektryczny, który może być dodatni, ujemny lub obojętny. Jedna część molekuły wody ma przeważający ładunek dodatni, a druga ujemny. Takie cząsteczki, zwane polarnymi, lubią trzymać się razem. Molekuły oleju są zupełnie inne. Ich ładunki elektryczne są rozłożone dość równo. To są cząsteczki niepolarne. Kiedy próbuje się zmieszać jeden typ molekuł z drugim, polarne cząsteczki wody tak mocno trzymają się razem, że wypychają olej na powierzchnię. Gdy dosypuje się soli, spada ona na dno, ciągnąc za sobą smugi oleju. Dzieje się tak, ponieważ sól ma większą gęstość od wody. W czasie, gdy sól zdąży rozpuścić się w wodzie, olej powróci na powierzchnię.

3 Samopompujący się balonik Do wykonania doświadczenia należy przygotować przezroczystą butelkę, sodę oczyszczoną, ocet oraz kolorowy balonik. Sodę wsypuje się do butelki. Im więcej sody wsypie się do butelki, tym bardziej widoczny efekt eksperymentu. Następnie wlewa się ocet i nakłada na szyjkę butelki balonik. W trakcie doświadczenia między sodą oczyszczoną a octem zachodzi reakcja, podczas której wydziela się dwutlenek węgla, dzięki czemu balonik się pompuje: NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 Jeżeli objętość balonika jest za mała, wówczas pod wpływem nadmiaru gazu pęka. Gazowana fontanna Do doświadczenia potrzebne jest opakowanie mentosów oraz butelka niesłodzonego (dietetycznego) gazowanego napoju. Należy też przygotować plastikowy pojemnik lub miskę, gdyż tworząca się fontanna z napoju może pozostawić wokół plamy. Otwartą butelkę z napojem stawia się w plastikowym pojemniku, po czym wkłada się mentosy w papierowy rulon i wrzuca wszystkie naraz do butelki. Obserwuje się intensywną fontannę. Do gazowanych napojów jest wtłaczany dwutlenek węgla pod wysokim ciśnieniem. Cząsteczki wody silnie się przyciągają i gromadzą się otaczając bąbelki gazu. Ponieważ napięcie powierzchniowe jest bardzo silne, większość gazu pozostaje zawieszona w cieczy i nie może się rozprzestrzenić. Natomiast w skład mentosów wchodzi guma arabska (sok z afrykańskiego drzewa). Proteiny w gumie arabskiej przełamują napięcie powierzchniowe cząsteczek wody po czym uwalniają dwutlenek węgla. Ponieważ gaz jest uwalniany z dużą szybkością, zabiera on ze sobą dużą część zawartości butelki. Woda gazowana (oranżada) Przygotować należy szklankę wody, sodę oczyszczoną w proszku oraz 10% ocet. Do wody wsypuje się sodę. Następnie do powstałego w ten sposób roztworu dodaje się kilka kropel octu. Obserwuje się wydzielanie się pęcherzyków gazu z otrzymanego roztworu. W wyniku reakcji roztworu sody oczyszczonej z roztworem octu wydzielił się dwutlenek węgla, co przedstawia poniższa reakcja: NaHCO 3 + CH 3 COOH CH 3 COONa + H 2 O + CO 2 Bomba pianowa Do wykonania doświadczenia potrzebna jest soda oczyszczona, kwasek cytrynowy w proszku, woda, mydło w płynie oraz słoik z zakrętką. Wsypuje się torebkę sody oczyszczonej i 2 torebki kwasku cytrynowego do słoika, następnie wlewa się na to mydło w płynie, a potem ostrożnie wodę, tak aby nie miała kontaktu z sodą i kwaskiem. Kolejnym zadaniem jest wykonanie małego otworu w zakrętce, zakręcenie słoika i potrząsanie nim zatykając otwór palcem. Podczas potrząsania słoika, składniki mieszają się. Powstaje dwutlenek węgla, który powoduje eksplozję piany po zdjęciu palca z otworu. 2. PRAKTYCZNE RADY Poniżej zaprezentuję praktyczne rady, które pomogą rozwiązywać problemy życia codziennego. Kuchnia to nasze małe laboratorium, w którym ukrywają się przepisy na wspaniałe dania i wypieki, ale nie brakuje również w niej składników, których inne zastosowanie może nas zaskoczyć. Dzięki chemicznym prawom przy kuchennym stole możemy poradzić sobie z wieloma niedogodnościami. Oczyszczanie srebra Ciemny nalot na wyrobach srebrnych jest siarczkiem srebra powstającym wskutek kontaktu ze śladami siarkowodoru w obecności tlenu powietrza: 4 Ag + 2 H 2 S + O 2 2 Ag 2 S + 2 H 2 O

4 Przedstawię kilka metod, które umożliwią pozbycie się tego problemu, aby znów zobaczyć błysk biżuterii. Metoda 1 Do doświadczenia należy przygotować folię aluminiową, garnek z roztworem wody i soli. Oczyszczane przedmioty należy owinąć w folię aluminiową i umieścić w garnku. Następnie roztwór gotuje się przez kilkanaście minut na wolnym ogniu, po czym starannie wyciera przedmioty do sucha. W procesie czyszczenia srebra zachodzi reakcja redox (redukcji i utleniania). Srebro z postaci zanieczyszczeń (siarczki, tlenki) przechodzi do postaci metalicznej. Aluminium natomiast, jako aktywniejsze chemicznie przechodzi z postaci metalicznej do postaci związków (takich w jakich było srebro). Aby reakcja była możliwa oba metale muszą być zanurzone w elektrolicie, którym w tym przypadku jest wodny roztwór dobrze zdysocjowanej soli (gdyż jest to sól mocnego kwasu i mocnej zasady). Podczas kontaktu roztworu z metalicznym glinem podczas oczyszczania uwalniane są elektrony: Al Al e Elektrony uczestniczą w redukcji siarczku srebra i powstaje srebro w postaci metalicznej: Ag 2 S + 2 H 2 O + 2e 2 Ag + H 2 S + 2 OH Metoda 2 Sok z cytryny należy wymieszać z popiołem (np. z papierosów). Przygotowuje się gęstą papkę, która likwiduje poczerniałe miejsca na wyrobach ze srebra. Wciera się masę w przedmioty przygotowane do oczyszczenia. Po tym zabiegu trzeba przedmioty opłukać letnią wodą i wytrzeć do sucha. Pod wpływem zastosowanych substancji następuje redukcja siarczku srebra i srebro przechodzi do postaci metalicznej. Metoda 3 Na litr wody dodaje się łyżkę octu (10%) oraz łyżkę sody oczyszczonej. Całkowicie zanurza się srebro w roztworze na 15 minut, a następnie się spłukuje srebrne przedmioty i starannie przeciera miękką szmatką. Srebrne przedmioty zostają oczyszczone, ponieważ następuje redukcja siarczku srebra. Metoda 4 Srebrnej, zmatowiałej biżuterii, która jest pokryta nalotem pomoże kąpiel w kwaśnym mleku. Wystarczy, bowiem zanurzyć ją w nim na pół godziny, po czym dokładnie wypłukać i wysuszyć. Podobnie należy postępować ze srebrnymi sztućcami (Bilgenroth 2005). Również w tej reakcji siarczek srebra redukuje się zgodnie z reakcją: Ag + + e Ag Jak pozbyć się kamienia z czajnika? Tworzący się w naszych czajnikach osad to sole kwasu węglowego węglany wapnia i magnezu. Aby się go pozbyć należy do wody dosypać kwasku cytrynowego i otrzymany roztwór zagotować. Woda zaczyna się intensywnie burzyć, powstaje dwutlenek węgla, natomiast sole kwasu cytrynowego przechodzą do roztworu. Po zagotowaniu należy wodę wylać i raz jeszcze samą wodę bez kwasku doprowadzić do wrzenia. Smaczny odrdzewiacz Każdy z nas zna smak coca-coli, jest to bowiem bardzo popularny napój gazowany. W jego skład wchodzi kwas fosforowy, który reaguje z rdzą (tlenkiem żelaza), rozpuszczając ją. Fusy po kawie, woda z mięsa i skorupki z jaj jako doskonałe nawozy Nie należy wyrzucać fusów po czarnej kawie, gdyż stanowią one doskonały nawóz, dzięki któremu będą one doskonale rosły. Również woda, w której płukano mięso, stanowi doskonałą odżywkę. Natomiast bogate w wapń pokruszone skorupki z jajek należy włożyć do naczynia i zalać wodą. Po 2-3 tygodniach można podlewać taką wodą kwiaty doniczkowe (Bilgenroth, 2005).

5 Aby świeca paliła się dłużej Przed pierwszym zapalenie świecy należy owinąć ją folią i włożyć na kilka godzin do zamrażalnika. Dobry efekt obserwuje się również, gdy naokoło knota wysypie się odrobinę soli (Bilgenroth, 2005). Aby pozbyć się zapachu ryb z naczyń Woń ryb zniknie z naczyń, w których były przyrządzane po przetarciu ich skórką cytryny lub zagotowaniu w nich wody z cytryną. Jak wyczyścić porcelanę Osad z herbaty i kawy można usunąć wykorzystując sodę oczyszczoną. Należy nałożyć ją na wilgotną ściereczkę i przecierać zabrudzone miejsca (Bilgenroth 2005). Aby olej z patelni nie pryskał Często zdarza się, że rozgrzany olej z patelni pryska. Aby temu zapobiec przed smażeniem należy posypać tłuszcz szczyptą soli. Sucha sól w solniczce Sól nie zwilgotnieje, nie utworzą się grudy, jeżeli na dno włożymy kilka ziarenek ryżu (który wchłania wodę) lub odrobinę mąki ziemniaczanej. Aby ziemniaki nie czerniały Aby obrane ziemniaki nie czerniały w wodzie, należy zakwasić wodę (obniżyć ph środowiska). Zmianę tę można dokonać dowolnym, nieszkodliwym dla zdrowia kwasem np. winowym lub cytrynowym, bądź warto użyć octu, który także zapobiega zmianie zabarwienia ziemniaków (Stobiński 1974). Na koniec przytoczę słowa Dymitra Mendelejewa: Kiedy wiesz jak swobodnie, szeroko i radośnie żyje się w dziedzinie chemii, musisz zapragnąć, aby inni skierowali tu swe kroki. Gdy sami poczujecie tę radość, będziecie chcieli z całego serca zbliżyć do spraw nauki innych kolegów, będziecie chcieli wprowadzić ich w świat nauki odwdzięczając się w ten sposób tym, którzy w ten świat wprowadzili was. Nigdy nie sądźcie, że w nauce wszystko zostało odkryte, że już nic nie można zdziałać. Starajcie się w swoim życiu osiągnąć to, co w waszej mocy bez względu na to, ile i co osiągniecie, bo człowieka nic nie czyni bardziej szczęśliwym powiada wielki uczony jugosłowiański Michał Pupin niż jego własne uczciwe przekonanie, że zrobił najlepiej jak mógł (Živko, Kosić 1984). Literatura: BILGENROTH L Praktyczne porady dla pani domu. Świat Książki. Warszawa. KOWALSKA L Zagadek chemicznych IV. Wyd. Agat. Lublin STOBIŃSKI J Chemia i życie. Instytut Wydawniczy Nasza Księgarnia. Warszawa ŽIVKO K. KOSTIĆ 1984 Między zabawą a chemią. Wydawnictwa Naukowo- Techniczne. Warszawa.