Μπορεί οι ελέφαντες να μην πλένουν τα δόντια τους, όμως εάν τα έπλεναν, η οδοντόκρεμά τους θα έμοιαζε σίγουρα στην ουσία που παρασκευάζεται σε αυτό το πείραμα! Το παρακάτω πείραμα είναι ιδανικό για επιδείξεις σε σχολεία, αλλά και για να τονίσει τη σημασία των καταλυτών στις αντιδράσεις.

 

Όργανα – Σκεύη

  • Μεγάλος ογκομετρικός κύλινδρος (100ml ή και μεγαλύτερος). Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλαστικό μπουκάλι ανάλογου όγκου.

Αντιδραστήρια

  • Διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2) 30% w/v
  • Υγρό απορρυπαντικό πιάτων
  • Κορεσμένο διάλυμα 2Μ ιωδιούχου καλίου (ΚΙ). Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί στερεό ιωδιούχο κάλιο.

Ασφάλεια

Αν και το πείραμα είναι αρκετά απλό, καλό θα ήταν να το διεξάγει κάποιος ενήλικας, ενώ θα πρέπει να λάβετε όπωσδήποτε υπόψη σας τα παρακάτω:

  • Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στην παραπάνω συγκέντρωση είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας! Η επαφή με τα μάτια και το δέρμα θα πρέπει να αποφεύγεται. Σε περίπτωση επαφής, ξεπλύνετε με νερό για τουλάχιστον 15 λεπτά. Επίσης, αποφύγετε την επαφή του υπεροξειδίου του υδρογόνου με εύφλεκτα υλικά. Εάν θέλετε να κάνετε το πείραμα σε μικρή κλίμακα (λιγότερος αφρός), ή δε βρίσκετε H2O2 σε 30% w/v συγκέντρωση, χρησιμοποιήστε το γνωστό οξυζενέ που θα βρείτε στην αγορά (το οποίο έχει πολύ μικρότερη συγκέντρωση), διατηρώντας ίδιες τις ποσότητες που αναφέρονται στο πείραμα. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη χρήση του αντιδραστηρίου, δείτε εδώ.
  • Φορέστε γάντια εργαστηρίου και προστατευτικά γυαλιά!

Πειραματική Πορεία

  1. Φροντίζουμε ώστε ο γύρω χώρος να είναι ελεύθερος (και προετοιμαζόμαστε ψυχολογικά να καθαρίσουμε τον αφρό που θα παραχθεί!). Καλό θα ήταν να προετοιμάσετε το γύρω χώρο κατάλληλα ώστε να μη λερώσετε κάτι μετά την αντίδραση.
  2. Χύνουμε 20 ml H2O2 στον ογκομετρικό κύλινδρο.
  3. Προσθέτουμε λίγο από  το υγρό απορρυπαντικό πιάτων (περίπου 10 ml) και ανακατεύουμε. Παρατηρούμε ότι σχηματίζονται πολύ λίγες φυσαλίδες, με αργό ρυθμό.
  4. Προσθέτουμε ποσότητα KI. Εάν χρησιμοποιείτε διάλυμα ΚΙ, προσθέστε 5 ml, ενώ εάν χρησιμοποιείτε στερεό ΚΙ, προσθέστε μια μικρή κουταλιά. (Σημείωση: η αντίδραση γίνεται πιο γρήγορα αν χρησιμοποιηθεί διάλυμα αντί για στερεό ΚΙ)
  5. Με το που προστεθεί το ΚΙ, απομακρυνόμαστε άμεσα καθώς η αντίδραση γίνεται πολύ γρήγορα.

Αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι να σχηματιστεί μεγάλη ποσότητα αφρού, που μοιάζει με οδοντόκρεμα που βγαίνει συμπιέζοντας το σωλήνα:

Εξήγηση

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου γενικά διασπάται (θερμοδυναμικώς ευνοούμενη αντίδραση), δίνοντας νερό και οξυγόνο:

2 H2O2 (aq) —> 2 H2O(l) + O2(g)

Η εξώθερμη αυτή αντίδραση, όμως, γίνεται πολύ αργά. Αυτό φαίνεται και στο πείραμα όταν προσθέσουμε το υγρό απορρυπαντικό, αφού οι φυσαλίδες που δημιουργούνται τότε (που υποδηλώνουν την παρουσία οξυγόνου) είναι πάρα πολύ λίγες και σχηματίζονται με αργό ρυθμό.

Ωστόσο, όταν προσθέσουμε το ιωδιούχο κάλιο η αντίδραση επιταχύνεται σε πολύ μεγάλο βαθμό: παράγεται μεγάλη ποσότητα αφρού αλλά και υδρατμοί, λόγω του σχηματισμού μεγάλων ποσοτήτων οξυγόνου και νερού αντίστοιχα. Επίσης, αναπτύσσεται θερμότητα, αφού η αντίδραση είναι εξώθερμη.

Όπως συμπεραίνουμε, τα ιόντα ιωδίου δρουν καταλύοντας την αντίδραση (περισσότερα για το πώς δρουν γενικά οι καταλύτες, σε αυτό το άρθρο), ώστε η διάσπαση του H2O2 γίνεται πολύ πιο γρήγορα:

H2O2 (aq) + I(aq)  —–> OI(aq) + H2O(l)      Βήμα 1

H2O2 (aq) + OI(aq)  —–> I(aq) + H2O(l) + O2(g)      Βήμα 2

————————————————————————————

2 H2O2 (aq)  —–> 2 H2O(l) + O 2(g)      Συνολική αντίδραση

 

Για ακόμη πιο εντυπωσιακή εμφάνιση, μπορείτε να προσθέσετε κάποια χρωστική (πχ. μπλε του μεθυλενίου), αφού προσθέσετε και το υγρό απορρυπαντικό και πριν αναδεύσετε. Το σχετικό αποτέλεσμα φαίνεται σε αυτό το βίντεο:

 

Τέλος, ο αφρός μπορεί να καθαριστεί άφοβα! Και άκοπα, αν βάλετε κάποιον άλλον να το κάνει..😛

 

Πηγές

http://www.chem.umn.edu/services/lecturedemo/info/toothpaste.htm

http://chem-toddler.com/factors-affecting-reaction-rate/catalyst/elephant-toothpaste.html