Villanások a kémia világából

1. Villanások a kémia világából Műszaki Anyagtudomány Kari Nyílt Nap 2008. December 05.

2. VILLOGÓ ALKOHOLAlkoholok és mangán(VII)-oxid reakciója A kálium-permanganát (”hipermangán“) rendkívül erős oxidálószer. Tömény kénsav hatására olajos, zöld színű mangán(VII)-oxid képződik belőle, amely a szerves anyagokat spontán meggyújtja. A kísérletben a tömény kénsavra óvatosan metanolt rétegezünk és ebbe szórunk néhány kristály kálium-permanganátot. A képződő mangán(VII)-oxid a két réteg határfelületén villanások kíséretében oxidálja az alkoholt: 2 KMnO4 + H2SO4= K2SO4 + Mn2O7 + H2O Mn2O7 + CH3OH = 2 MnO2 + CO2 + 2 H2O A reakciót akkor is láng kíséri, ha a KMnO4 és H2SO4 reakcióelegy fölött alkohollal átitatott égő vattacsomót húzunk keresztül.

3. GLICERIN OXIDÁCIÓJA KÁLIUM-PERMANGANÁTTAL A kálium-permanganát erős oxidálószer, (melyben a mangán oxidációs száma +7) a glicerint szén-dioxiddá, és vízzé oxidálja, miközben maga +4 oxidációs számú mangán-dioxiddá (barnakő néven ismert) és +6 oxidációs számú kálium-manganáttá alakul. A reakciót a következő általánosított egyenlettel írhatjuk fel:  14KMnO4 + 2C3H8O3 = 7K2MnO4 + 7MnO2 + 6CO2 + 8H2O

4. ÉGŐ KOCSONYAGélképzés kadmium-acetát és etanol segítségével A szilárd, folyadék és gáz halmazállapotok mellett számos olyan ún. kolloid halmazállapot létezik, amelyekkel gyakran találkozhatunk. Ilyenek a habok, gélek, emulziók, diszperziók. A legtöbb élelmiszer kolloid halmazállapotú. Ebben a kísérletben egy egyszerű gélképzés látható: telített vizes kadmium-acetáthoz néhány csepp 50 tömeg%-os nátrium-hidroxid oldatot és fenolftalein indikátort adva és reagáltatva alkohollal egy kocsonyás anyag képződik, amelyet meggyújthatunk. Ez biztonságosabban szállítható, mint a folyékony alkohol, ezért kempingfőzőkben is használják.

5. VILÁGÍTÓ UBORKA Ha egy kovászos vagy sósvizes uborkába két elektródot szúrunk, majd fokozatosan egyre növekvő váltóáramot kapcsolunk rá egy transzformátor segítségével, akkor egy bizonyos értéknél a savanyított uborkában levő nátriumionok gerjesztődnek és nátriumlámpák jellegzetes sárga színét látjuk, az uborka elkezd világítani. Alángfotometria és az atomabszorpciós spektroszkópia ugyanezen azelven alapul. Vigyázat! A nagy feszültség elektromos áram veszélyes, csak megfelel óvatossággal dolgozhatunk!

6. GYÜMÖLCSLÁMPA Két különböző tulajdonságú fémet (pl. réz és cink) megfelelő oldatba merítve, köztük elektromos áram termelődhet, ez a galvánelemek és akkumulátorok működésének alapja. A kísérleteinkben ez a közvetítő közeg az elektrolit oldat (gyümölcsök nedve), de a ténylegesen végbemenő átalakulás a fémek között játszódik le. Az áramtermelés egy világító leddel is bemutatható. Két sorba kapcsolt alma-elem működteti az órát Az áramforrás lelke nem az alma, hanem a két fémelektród!

7. GYÜMÖLCSLÁMPA Az így kapott galvánelem lényege a két fémelektród. Amikor a fémek az elektrolit oldattal érintkeznek, fémionok kerülnek az oldatba. Lassú kémiai reakciók indulnak meg ezután. Az egyikben a rézionok a rézlemezre igyekeznek kiválni, míg a másikban a cinklemez oldódni kezd. • Cu2+ + 2e- = Cu (redukció) KATÓD (+) • Zn = Zn2+ + 2 e- (oxidáció) ANÓD (-) • A két fenti folyamat egy redoxireakcióval fejezhető ki: • Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ • A redoxi folyamat két lépése azonban térben nem egy helyen zajlik és sebességét tekintve lassú. A térbeli elrendezés miatt a fenti két folyamat mellett ionvándorlás is zajlik a rendszerben. Ezek az ionok igyekeznek kiegyenlíteni a töltéskülönbséget, hiszen a rézlemez környezetében csökken, a cinklemez környezetében viszont nő a pozitív ionok száma. A két lemezt vezetékekkel kötöttük össze egy feszültségmérőn keresztül. Ezekben a vezetékekben az elektronok is elmozdulhatnak, hiszen a rézlemez pozitív, a cinklemez pedig negatív töltésű. Ezek a mozgások mind egyirányúak és elektromos áram indulna meg, ha a voltmérő nem lenne nagy ellenállású. Így körülbelül 1 V feszültséget mérhetünk. • A zöldségekből vagy gyümölcsökből épített galvánelemek kb. 1V elektromos feszültséget szolgáltatnak, de persze sorba is köthetők. Ez a feszültség elegendő lehet például egy egyszerű elektronikus óra működtetéséhez.

8. GALVÁNELEMEK TÖRTÉNETÉRŐL Amikor Luigi Galvani laboratóriumában 1790-ben a békacombokat rézkampóra akasztották és acélkésekkel értek hozzá, azok összerándultak. Az olasz tudós ezt valamiféle bioelektromossággal magyarázta és nem vette észre, hogy a jelenség csak akkor lép fel, ha a békacombokhoz különböző anyagi minőségű fémek érnek hozzá. 1792-ben Galvani nagy tisztelője és honfitársa Alessandro Volta ismerte fel a jelenség lényegét és készítette el az első kémiai áramforrást, amelyet Galvani tiszteletére galvánelemnek nevezünk.

9. DANIELL-ELEM (1835)

10. R BorsodChem Nem villan de érdekes PUR HAB ÖNTÉS

11. R BorsodChem A PUR RENDSZEREK FELÉPÍTÉSE Mi is a pur hab? A poliuretánok rendkívül sokoldalú műanyag termékcsaládot képeznek. A PUR rendszerek izocianátok és a poliolok poliaddíciós reakciójával állíthatók elő. A reakcióelegyek általában térhálósító szereket, habosítóanyagokat, lánchosszabbítókat, vízmegkötő szereket, töltő- és erősítő anyagokat, égésgátlókat, stb. tartalmaznak az előállítandó végterméktől függően. A folyékony puffasztó anyagok a hő és a vegyi reakció hatására gázosodnak. Ez a gáz a reakció során zárt mikroszkópikus sejtstruktúrát hoz létre az anyagban. Az így keletkezett pur-habnak kiváló hő-és vízszigetelő tulajdonságai vannak. A rendszer kémiai összetételétől függ a vegyi folyamat időtartama, a feldolgozás módja, de főként a végső mechanikai tulajdonságok-testsűrűség és egyéb paraméterek. A PUR rendszerek túlnyomó többsége habtermék, de vannak elasztomerek és gumiszerűen viselkedő anyagok, öntőgyanták és bevonatok is. A kémiai felépítés változtatásával hőre keményedő és hőre lágyuló PUR rendszerek egyaránt előállíthatók. 1995 óta a pur-habok nem tartalmaznak freonokat.

12. R BorsodChem A PUR RENDSZEREK FELÉPÍTÉSE Az uretán rendszerek az alábbi egységekből épülnek fel: O O C NH R’ NH C O R’’ O n • Ahol R’ az aromás izocianátok –NCO csoport nélküli része, • R’’ a poliészter vagy poliéter poliolok, vagy kis molekulasúlyú többértékű alkoholok, pl. glikolok, glicerinek, bután-diol, stb. –OH csoportok nélküli része. • Az aromás izocianátok két fő csoportra oszthatók: • Difenil-metán-diizocianátok és származékaik (metilén-difenil-izocianát: MDI család • Toluilén-diizocianátok és származékaik:TDI család

13. R BorsodChem Az MDI gyártás lépései I. 1. Kondenzációs reakció: NH2 O HCl, H 2 2 + HCHO NH H2O NH2 + CH2 o 30 C P-amino-benzil-anilin (PABA) 2. Átrendeződési reakcióegyenlet: 45, 60, 80, 90, 100 °C H N N H N H C H N H C H 2 2 + 2 2 2 H / H O 2 metilén - difenil - diamin vagy PABA (MDA) 4,4' - difenil - metán - diamin

14. R BorsodChem Az MDI gyártás lépései II. 3. 4

15. C H 3 N O 2 N O 2 R C H C H 3 3 N C O N H 2 BorsodChem N C O N H 2 A TDI-gyártás lépései nitrálás hidrogénezés dinitro-toluol toluol foszgénezés + 4 HCl sósavgáz toluilén-diamin toluilén-diizocianát

16. A PUR -habtulajdonságai: • kitűnő hőszigetelési paraméterek • zárt mikroszkópikus sejtstruktúrájának köszönhetően hézagmentes vízszigetelés • maradó alakváltozás • stabil paraméterek • fokozott kémiai ellenálló képesség • biológiai környezettel szembeni ellenáll képesség • kiváló páradiffúziós ellenállás • egészségre nem ártalmas • szublimáció kizárása • a munkafolyamatok hőmérsékletének széles skáláját öleli át • alacsony térfogatsúly magas szilárdság mellett • a felhasználás széles palettája • Minden háztartásban található hűtő, vagy fagyasztó szekrény, melynek belső hőmérséklete közel –180C. A lakásban nem ritka a +300C fok a nyári hónapokban. Ezt a közel 500C fokos hőmérsékletkülönbséget a hűtőnk falán lévő 5 cm vastagságú PUR- hab játszva megtartja. Több éve szolgál tehát háztartásainkban a PUR-hab anélkül, hogy tudomásunk lenne róla. A PUR-habalkalmazásának területe igen széles sprektrumú:

17. R BorsodChem Forrás • http://www.mdche.u-szeged.hu • http://en.wikipedia.org/ • http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/ • PRózsahegyi Márta-Wajand Judit: 575 kísérlet a kémia tanításához. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1991