Czy wiesz, jakie działanie wykazują kwasy w kontakcie z tkaniną, papierem czy drewnem? Zapoznaj się z problemem badawczym i postawioną hipotezą, zanotowanymi obserwacjami i wynikami oraz wnioskami.

Eksperyment $1$

Analiza eksperymentu:

Reaktywność kwasu siarkowego($\text{VI}$) w kontakcie z materiałami spotykanymi w życiu codziennym.

Problem badawczy:

Jakie działanie wykazuje kwas siarkowy($\text{VI}$) w kontakcie z tkaniną, papierem, drewnem i cukrem?

Hipoteza:

Kwas siarkowy($\text{VI}$) prowadzi do zwęglenia materiałów pochodzenia organicznego.

Sprzęt laboratoryjny:

• $3$ szkiełka zegarowe – szklane naczynia o zaokrąglonym kształcie podstawy, służące np. do odważania niewielkich ilości substancji chemicznych;

• zlewka – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;;

• pipety Pasteura – wąskie rurki służące do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki;

• łyżeczka – długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu, zakończony z jednej strony łyżeczką;

• cylinder – podłużne szklane naczynie laboratoryjne w kształcie walca z umieszczoną na ściance podziałką objętości, służące do odmierzania cieczy.

Odczynniki chemiczne:

dziewięćdziesięciosześcioprocentowy kwas siarkowy($\text{VI}$); skrawek tkaniny; papier; drewno; cukier.

Przebieg eksperymentu:

1. Na przygotowane na szkiełkach zegarowych materiały: skrawek tkaniny, papier i drewno, naniesiono kilka kropli stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$).

2. Zaobserwowano zmiany zachodzące na materiałach.

3. Do wysokiej zlewki dodano cukier (do trzech czwartych wysokości).

4. Następnie dodano około $10$ centymetrów sześciennych dziewięćdziesięciosześcioprocentowego kwasu siarkowego($\text{VI}$).

5. Ponownie zaobserwowano zachodzące zmiany.

Obserwacje:

Po naniesieniu kilku kropli kwasu siarkowego($\text{VI}$) na skrawek tkaniny, papier oraz drewno nastąpiło szybkie zniszczenie materiałów i pojawienie się na nich czarnych plam przypominających zwęglenie. Dodanie dziewięćdziesięciosześcioprocentowego kwasu siarkowego($\text{VI}$) do zlewki z cukrem doprowadziło do zmiany barwy cukru miejscowo na kolor żółty, potem na brązowy, a ostatecznie na całej objętości cukru na kolor czarny oraz do znacznego wzrostu objętości.

Wyniki:

W wyniku działania stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$) doszło do zwęglenia każdego z badanych materiałów.

Wnioski:

Stężony kwas siarkowy($\text{VI}$) reaguje z materią organiczną, prowadząc do jej zniszczenia. Jednym z produktów tej reakcji jest węgiel pierwiastkowy, który odpowiada za czarną barwę pojawiającą się w miejscach oddziaływania kwasu siarkowego($\text{VI}$) z badanymi materiałami.

Eksperyment $2$

Analiza eksperymentu:

Reaktywność kwasu azotowego($\text{V}$) w kontakcie z materiałami spotykanymi w życiu codziennym.

Problem badawczy:

Jakie działanie wykazuje kwas azotowy($\text{V}$) w kontakcie z białym serem, wełną owczą, ptasim piórem i blaszką miedzianą?

Hipoteza:

W wyniku kontaktu białego sera, owczej wełny oraz ptasiego pióra ze stężonym kwasem azotowym($\text{V}$) dochodzi do reakcji ksantoproteinowej, a miedź reaguje z kwasem azotowym($\text{V}$), czego produktem jest azotan($\text{V}$) miedzi($\text{II}$).

Sprzęt laboratoryjny:

• probówka – podłużne U–kształtne naczynie szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• pipety Pasteura – wąskie rurki służące do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki;

• statyw na probówki – prostokątny sprzęt laboratoryjny z rzędami otworów, w których umieszczane są probówki;

• 3 szkiełka zegarowe – szklane naczynia o zaokrąglonym kształcie podstawy, służące np. do odważania niewielkich ilości substancji chemicznych szklane;

• pęseta (szczypce) – z reguły metalowe narzędzie o sprężystych ramionach, umożliwiające chwytanie niewielkich przedmiotów.

Odczynniki chemiczne:

sześćdziesięciopięcioprocentowy kwas azotowy($\text{V}$); biały ser; wełna owcza; ptasie pióro; blaszka miedziana.

Przebieg eksperymentu:

1. Na przygotowane na szkiełkach zegarowych materiały: biały ser, ptasie pióro i owczą wełnę, naniesiono kilka kropli sześćdziesięciopięcioprocentowego kwasu azotowego($\text{V}$).

2. Zaobserwowano zmiany zachodzące na materiałach.

3. Do probówki dodano kwasu azotowego($\text{V}$).

4. Następnie szczypcami umieszczono w niej kawałek blaszki miedzianej.

5. Ponownie zaobserwowano zmiany zachodzące w probówce.

Obserwacje:

Po naniesieniu kilku kropli kwasu azotowego($\text{V}$) na biały ser, ptasie pióro i owczą wełnę zaobserwowano zmianę barwy badanych materiałów na żółty kolor. Zmiana zabarwienia z bezbarwnego roztworu na niebiesko‑zielony po dodaniu blaszki miedzianej, wydzielające się pęcherzyki gazu oraz brunatny gaz.

Wyniki:

Na białym serze, wełnie oraz piórze widoczne są skutki reakcji ksantoproteinowej w miejscach, gdzie doszło do kontaktu z kwasem azotowym($\text{V}$). W reakcji z metaliczną miedzią doszło do powstania niebieskozielonego roztworu azotanu($\text{V}$) miedzi($\text{II}$), a innym produktem tej reakcji był tlenek azotu($\text{VI}$).

Wnioski:

Reakcja ksantoproteinowa jest wynikiem reakcji pomiędzy białkami (a dokładniej aminokwasami aromatycznymi) a kwasem azotowym($\text{V}$). Żółta barwa pochodzi od powstałych nitropochodnych aminokwasów aromatycznych. Miedź reaguje ze stężonym kwasem azotowym, bowiem jest to kwas utleniający. Zachodzi reakcja redoks, w której jon ${{\text{NO}}_3}^{-}$ redukuje się, a atom miedzi utlenia. Dzięki temu powstaje sól – azotan($\text{V}$) miedzi($\text{II}$) oraz brunatny gaz – tlenek azotu($\text{II}$).

Eksperyment $3$

Analiza eksperymentu:

Reaktywność kwasu ortofosforowego($\text{V}$) w kontakcie z materiałami spotykanymi w życiu codziennym.

Problem badawczy:

Jakie działanie wykazuje kwas ortofosforowy($\text{V}$) w kontakcie z tkaniną, papierem i zardzewiałym gwoździem?

Hipoteza:

Kwas ortofosforowy($\text{V}$) prowadzi do uszkodzenia papieru oraz odrdzewienia gwoździa. Nie widać z kolei objawów reakcji w kontakcie z tkaniną.

Sprzęt laboratoryjny:

• 2 szkiełka zegarkowe – szklane naczynia o zaokrąglonym kształcie podstawy, służące, np. do odważania niewielkich ilości substancji chemicznych;

• statyw na probówki – prostokątny sprzęt laboratoryjny z rzędami otworów, w których umieszczane są probówki;

• pipety Pasteura – wąskie rurki służące do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki;

• probówka – podłużne U‑kształtne naczynie szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych.

Odczynniki chemiczne:

osiemdziesięciopięcioprocentowy kwas ortofosforowy($\text{V}$); skrawek tkaniny; papier; zardzewiały gwóźdź.

Przebieg eksperymentu:

1. Na kawałki tkaniny i papieru naniesiono kilka kropli roztworu kwasu ortofosforowego($\text{V}$).

2. Zaobserwowano zmiany zachodzące na materiałach.

3. Następnie umieszczono zardzewiały gwóźdź w probówce z roztworem kwasu na kilka dni.

4. Ponownie zaobserwowano zmiany po kilku dniach.

Obserwacje:

Papier ulega zniszczeniu, natomiast tkanina nie. Po upływie kilku dni rdza na gwoździu ulega zmniejszeniu – roztwarza się.

Wyniki:

Stężony kwas ortofosforowy($\text{V}$) doprowadził do zwęglenia papieru oraz usunął znaczną ilość rdzy z gwoździa. W kontakcie tkaniny z kwasem nie zaszły żadne zmiany.

Wnioski:

Stężony kwas ortofosforowy($\text{V}$) jest słabszym kwasem od stężonego kwasu siarkowego($\text{VI}$), dlatego efekt zwęglenia w kontakcie z materią organiczną jest słabszy niż dla kwasu siarkowego($\text{VI}$). Z kolei efekt usuwania rdzy bierze się z reakcji zachodzącej między tlenkiem żelaza($\text{III}$) a kwasem ortofosforowym($\text{V}$), w wyniku której powstaje fosforan($\text{V}$) żelaza($\text{III}$).

Eksperyment $4$

Analiza eksperymentu:

Reaktywność kwasu chlorowodorowego w kontakcie z materiałami spotykanymi w życiu codziennym.

Problem badawczy:

Jakie działanie wykazuje kwas chlorowodorowy w kontakcie z tkaniną i papierem?

Hipoteza:

Kwas chlorowodorowy prowadzi do zwęglenia papieru oraz tkaniny.

Sprzęt laboratoryjny:

• $2$ szkiełka zegarkowe – szklane naczynia o zaokrąglonym kształcie podstawy, służące np. do odważania niewielkich ilości substancji chemicznych;

• pipety Pasteura – wąskie rurki służące do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki.

Odczynniki chemiczne:

trzydziestopięcioprocentowy kwas chlorowodorowy; skrawek tkaniny; papier.

Przebieg eksperymentu:

1. Na przygotowane na szkiełkach zegarowych materiały: papier i tkaninę, naniesiono niewielką ilość kwasu chlorowodorowego.

2. Zaobserwowano zachodzące zmiany.

Obserwacje:

Papier oraz tkanina w kontakcie ze stężonym kwasem chlorowodorowym ulegają zniszczeniu i powstają czarne plamy.

Wyniki:

Wskutek kontaktu stężonego kwasu chlorowodorowego z papierem oraz tkaniną doszło do ich zwęglenia.

Wnioski:

Kwas chlorowodorowy, podobnie jak kwas siarkowy($\text{VI}$), jest kwasem mocnym i prowadzi do zwęglenia materii organicznej, a czarne plamy są wynikiem powstawania pierwiastkowego węgla.

Zadanie: sprawdź, jak zachowują się wybrane metale w reakcji z kwasami.

Analiza eksperymentu: Reakcja wybranych metali z kwasami.

Problem badawczy: Czy przebieg reakcji kwasów utleniających i nieutleniających z metalami jest taki sam?.

Hipoteza: Przebieg reakcji kwasów utleniających i nieutleniających z metalami jest odmienny.

Sprzęt laboratoryjny: 12 probówek - podłużne naczynie szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych, pipety jednorazowe - wąska rurka pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki; pipety jednorazowe; łyżeczki - długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką. Służy do nabierania sypkich substancji chemicznych.

Odczynniki chemiczne: 30% roztwór kwasu chlorowodorowego; 60% roztwór kwasu azotowego(V); 25% roztwór kwasu siarkowego(VI); magnez; żelazo; miedź; cynk.

Przebieg eksperymentu: Całe doświadczenie należy wykonać pod dygestorium z włączonym wyciągiem. Należy przygotować 12 probówek. Do czterech probówek za pomocą pipety jednorazowej należy wkroplić 3 centymetry sześcienne 60% roztwór kwasu azotowego(V). Tę samą czynność powtarza się dla następnych czterech probówek, wprowadzając do nich po 3 centymetry sześcienne 30% roztworu kwasu chlorowodorowego, a do pozostałych 3 centymetrów sześciennych 25% roztworu kwasu siarkowego(VI). Następnie trzeba umieścić w probówkach za pomocą łyżeczki próbki metali (po 1 gramie danego metalu do każdej z probówek).

Obserwacje: W przypadku kwasu azotowego(V) w probówce z magnezem i cynkiem wydziela się brunatny gaz. W probówce z żelazem brak objawów reakcji. W probówce z miedzią reakcja zachodzi wolno – po dłuższej chwili obserwujemy jasnoniebieskie zabarwienie roztworu oraz wydzielający się brunatny gaz. W przypadku kwasu solnego w probówkach z magnezem, cynkiem i żelazem wydzielają się pęcherzyki gazu. Dodatkowo w probówce z żelazem zauważalna jest zmiana zabarwienia roztworu na jasnozielony kolor. W probówce z miedzią brak objawów reakcji. W przypadku kwasu siarkowego(VI) w probówkach z magnezem, cynkiem i żelazem wydzielają się pęcherzyki gazu. W probówce z miedzią brak objawów reakcji.

Wyniki: Nie wszystkie metale reagują identycznie z kwasami utleniającymi (kwas azotowy(V)) i nieutleniającymi (kwas chlorowodorowy i kwas siarkowy(IV)).

Wnioski: W reakcjach kwasu chlorowodorowego i kwasu siarkowego(VI) z żelazem, cynkiem i magnezem ulatniający się gaz z probówki to wodór. W czasie reakcji metale te wypierają wodór z kwasu i zajmują jego miejsce. W reakcjach kwasu azotowego(V) z magnezem, cynkiem i miedzią wydziela się bezbarwny gaz, który szybko brunatnieją na powietrzu, tworząc tlenek azotu(IV). W reakcji z żelazem brak objawów reakcji, ponieważ zachodzi proces pasywacji. W reakcji kwas azotowy(V) reaguje z miedzią, tworząc jasnoniebieski roztwór pochodzący od kationów miedzi(II). Hipoteza została potwierdzona.