Analiza eksperymentu: Badanie reaktywności wybranych litowców.

Problem badawczy: Czy lit, sód i potas charakteryzują się podobną aktywnością chemiczną?

Hipoteza: Lit, sód i potas, wykazują podobną aktywność chemiczną w reakcji z tlenem i z wodą, przy czym aktywność wymienionych metali rośnie wraz ze wzrostem promienia atomowego atomu metalu.

Sprzęt laboratoryjny:

• krystalizator – płaskie naczynie laboratoryjne, jeden z rodzajów zlewki;

• palnik – rodzaj sprzętu z regulacją płomienia, umożliwiający podgrzewanie substancji chemicznych;

• pipety – sprzęt laboratoryjny, który służy do przenoszenia oraz odmierzenia cieczy;

• szalka Petriego -00 naczynie laboratoryjne w kształcie okrągłej podstawki o szerokim, płaskim dnie i niskich ścianach bocznych;

• pęseta – narzędzie o sprężystych ramionach, używane do chwytania przedmiotów, których mały rozmiar utrudnia lub uniemożliwia manipulację za pomocą rąk;

• nożyk – narzędzie służące do krajania, cięcia itp., składające się z metalowego ostrza osadzonego na trzonku;

• łyżka do spalań – sprzęt laboratoryjny stosowany głównie w analizie płomieniowej wykonywany ze spieków ceramicznych lub wysokoodpornych termicznie stopów metali;

• bibuła – materiał wykonany z włókien celulozowych.

Odczynniki chemiczne:

• lit;

• sód;

• potas;

• alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;

• woda destylowana.

Przebieg eksperymentu.

1. Za pomocą pęsety wyjęto badany metal z pojemnika. Osuszono go dokładnie bibułą i odkrojono niewielki jego kawałek za pomocą nożyka (pozostałą część schowano do pojemnika).

2. Obserwowano odsłoniętą (odkrojoną) powierzchnię metalu.

3. Oczyszczono badany metal z nalotu i umieszczono go na łyżce do spalań.

4. Łyżkę do spalań z analizowaną próbką wprowadzono do płomienia palnika i obserwowano zachodzące zmiany.

5. Do krystalizatora wlano około $100 {\text{cm}}^3$ wody destylowanej i wprowadzono do niej kilka kropel alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.

6. Za pomocą pęsety wyjęto kolejną próbkę badanego metalu z pojemnika. Osuszono go dokładnie bibułą i odkrojono niewielki jego kawałek za pomocą nożyka (pozostałą część schowano do pojemnika).

7. Oczyszczono badany metal z nalotu i wprowadzono go do krystalizatora z wodą destylowaną i alkoholowym roztworem fenoloftaleiny.

8. Czynności wymienione w punktach od $1$ do $7$ powtórzono dla każdego z metali dostępnych w wirtualnym laboratorium.

Obserwacje:

Każdy z badanych metali przechowywany jest pod warstwą nafty. Próbka każdego z badanych metali wyjęta bezpośrednio z pojemnika jest matowa, ale po przekrojeniu wykazuje wyraźny połysk. Po chwili, przekrojona powierzchnia na powrót pokrywa się matowym nalotem.

Lit wprowadzony do płomienia palnika spala się karminowym (czerwonopomarańczowym) płomieniem. Po zakończeniu spalania litu, na łyżce do spalań pozostaje biała substancja stała. Sód spala się żółtym płomieniem. Po zakończeniu spalania sodu, na łyżce do spalań pozostaje żółta substancja stała. Potas spala się jasnofioletowym płomieniem. Po zakończeniu spalania potasu, na łyżce do spalań pozostaje żółtobrunatna substancja stała.

Po wprowadzeniu każdego z badanych metali do wody z dodatkiem alkoholowego roztworu fenoloftaleiny, obserwuje się roztwarzanie metalu (metale roztwarzają się, poruszając się po powierzchni wody), wydzielanie bezbarwnego gazu i pojawienie się malinowego zabarwienia roztworu. Objawy reakcji są najbardziej gwałtowne w przypadku potasu, a najmniej gwałtowne w przypadku litu. W czasie roztwarzania potasu i sodu w wodzie, w krystalizatorze widoczny jest płomień.

Wyniki: Lit, sód i potas przechowywane są pod warstwą nafty tak, by uniemożliwić im kontakt m.in. z tlenem i wodą (wilgocią). Metale te reagują bowiem z tlenem zawartym w powietrzu, pokrywając się warstwą odpowiednich tlenków i nadtlenków, a w przypadku potasu również ponadtlenków.

Fakt, że każdy z badanych metali można przekroić nożem świadczy o tym, że są to metale miękkie.

Każdy z badanych metali wprowadzony do płomienia palnika barwi jego płomień na odpowiedni kolor. W czasie ogrzewania metale te reagują z tlenem tworząc odpowiednie tlenki, nadtlenki i ponadtlenki. Po zakończeniu ogrzewania powstałe związki reagują z wodą i tlenkiem węgla$\left(\text{IV}\right)$ zawartymi w powietrzu.

Każdy z badanych metali reaguje z wodą tworząc odpowiednią zasadę (wodny roztwór wodorotlenku) i wodór. Reakcja z wodą jest najbardziej gwałtowna w przypadku potasu, a najmniej gwałtowna w przypadku litu. Reagując z wodą, analizowane metale poruszają się po jej powierzchni co oznacza, że gęstość tych metali jest mniejsza od gęstości wody.

Wnioski: Wszystkie badane metale w podobny sposób zachowują się wobec tlenu i wody. W oparciu o obserwacje reakcji z wodą można stwierdzić, że aktywność litowców rośnie w szeregu lit, sód, potas. Hipoteza została potwierdzona.

Analiza eksperymentu: Badanie reaktywności litowców z wodą.

Problem badawczy: Jak zmienia się reaktywność litowców?

Hipoteza: Reaktywność litowców rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej.

Sprzęt laboratoryjny:

• krystalizator – płaskie naczynie laboratoryjne, które służy do procesu krystalizacji;

• szalki Petriego – szklane spodki do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• zlewka laboratoryjna $100 {\text{cm}}^3$ – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• szczypce laboratoryjne – sprzęt przeznaczony do podtrzymywania drobnego sprzętu laboratoryjnego;

• pipeta Pasteura – wąska rurka do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki.

Odczynniki chemiczne:

• wodny roztwór fenoloftaleiny;

• lit metaliczny;

• sód metaliczny.

Przebieg eksperymentu:

Eksperyment $1$

1. Przy pomocy pipety Pasteura pobrano kilka kropel roztworu fenoloftaleiny i dodano do krystalizatora z wodą.

2. Wykorzystując szczypce laboratoryjne, pobrano kawałek metalicznego litu.

3. Zanotowano obserwacje.

Eksperyment $2$

1. Przy pomocy pipety Pasteura pobrano kilka kropel roztworu fenoloftaleiny i dodano do krystalizatora z wodą.

2. Wykorzystując szczypce laboratoryjne, pobrano uprzednio osuszony kawałek metalicznego sodu.

3. Zanotowano obserwacje.

Obserwacje:

Podczas prowadzenia reakcji litu z wodą, w obecności fenoloftaleiny, zaobserwowano powolną zmianę zabarwienia roztworu na malinowo oraz wydzielanie delikatnych pęcherzyków bezbarwnego gazu. Podczas prowadzenia reakcji sodu z wodą, w obecności fenoloftaleiny, zaobserwowano szybką zmianę zabarwienia roztworu na malinowo, iskrzenie oraz gwałtowne wydzielanie pęcherzyków bezbarwnego gazu.

Wyniki:

Lit w uległ reakcji z wodą. Metaliczny sód uległ gwałtownej reakcji z wodą.

Wnioski:

Litowce reagują z wodą. Reaktywność litowców z wodą rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej.

Hipoteza została potwierdzona.

Równania reakcji chemicznych:
$2\text{Li}+2{\text{H}}_2\text{O}\to 2\text{LiOH}+{\text{H}}_2\uparrow$
$2\text{Na}+2{\text{H}}_2\text{O}\to 2\text{NaOH}+{\text{H}}_2\uparrow$