Weird Science

Krwawiący metal - rodanki i żelazo(III)

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Che­mia w Szkole (1/2024):

Ilustracja

Ples M., Krwa­wiący metal - rodanki i żelazo, Che­mia w Szkole, 1 (2024), Agen­cja AS Józef Szew­czyk, str. 46-47

Dzie­dziny ści­słe, w tym oczy­wi­ście che­mia, jawią się jako obszary wie­dzy, w których doświad­cze­nia są klu­czowe dla głęb­szego zro­zu­mie­nia tajem­nic mikro­świata. To nie tylko teo­ria, ale także prak­tyka sta­no­wią fun­da­ment zdo­by­wa­nia wie­dzy, uka­zu­jąc nam związki między abs­trak­cyj­nymi kon­cep­cjami a real­nymi feno­me­nami, z jakimi możemy się zetk­nąć w naszym życiu.

Che­mia, jako nauka bada­jąca struk­turę, wła­ści­wo­ści i zmiany mate­rii, sta­wia duże wyma­ga­nia w pro­ce­sie dydak­tycz­nym - nie tylko ucz­niowi, ale przede wszyst­kim wła­śnie nau­czy­cie­lowi. Aby móc jak naj­pełn­iej prze­ka­zy­wać wie­dzę nie­zbędne jest sto­so­wa­nie zrów­no­wa­żo­nego podej­ścia, uwzględ­nia­jącego zarówno aspekty abs­trak­cyjne, jak i te, które można doświad­czyć zmy­słami. To wła­śnie prak­tyka, poprzez prze­pro­wa­dza­nie doświad­czeń i eks­pe­ry­men­tów, otwiera przed nami bramy do zro­zu­mie­nia pro­ce­sów che­micz­nych na pozio­mie, który trudno osiągnąć jedy­nie poprzez suche fakty i wzory na tablicy - cho­ciaż dla zro­zu­mie­nia cało­ści one też są potrzebne, o czym cza­sem jakby się zapo­mina w dzi­siej­szych cza­sach.

Pamiętajmy też, że pod­sta­wo­wym celem nau­cza­nia che­micz­nego powinno być nie tylko prze­ka­zy­wa­nie infor­ma­cji, ale rów­nież roz­wi­ja­nie umie­jęt­no­ści ana­li­tycz­nych i kry­tycz­nego podej­ścia. Doświad­cze­nia che­miczne stają się zatem nie­za­stąpio­nym narzędziem edu­ka­cyj­nym, umożl­i­wia­jącym ucz­niom prze­ksz­tałc­a­nie teo­rii w prak­tykę. Prze­pro­wa­dza­nie eks­pe­ry­men­tów nie tylko utr­wala wie­dzę, ale rów­nież czyni ją łatwiej­szą do zapa­mięta­nia. Wra­że­nia zmy­słowe różn­ego rodzaju, w tym wzro­kowe (choćby zmiany barwy roz­two­rów), słu­chowe (pra­wie każd­emu z che­mią koja­rzy się prze­cież dźw­ięk bul­go­ta­nia tajem­ni­czych pły­nów w retor­tach) czy nawet wyczu­wa­nie cha­rak­te­ry­stycz­nego zapa­chu sub­stan­cji che­micz­nych, spra­wiają, że abs­trak­cyjne pojęcia stają się bar­dziej zro­zu­miałe i atrak­cyjne dla ucz­niów.

Między innymi wła­śnie ze wspom­nia­nych uprzed­nio powo­dów uwa­żam, że nawet pro­ste doświad­cze­nia, które można przy­go­to­wać szybko i bez wyko­rzy­sta­nia skom­pli­ko­wa­nych sprzętów, mogą mieć duży aspekt dydak­tyczny - szcze­gól­nie jeśli cho­dzi o wzbu­dze­nie zain­te­re­so­wa­nia u ucz­niów. Wła­śnie tego typu doświad­cze­niem jest próba zmu­sze­nia żelaza do „krwa­wie­nia”.

Doświad­cze­nie

W celu przy­go­to­wa­nia doświad­cze­nia musimy zgro­ma­dzić sub­stan­cje z poniższej listy:

Roda­nek potasu albo tio­cy­ja­nian potasu to nie­or­ga­niczny związek che­miczny z grupy rodan­ków, sól kwasu roda­no­wo­do­ro­wego i potasu. W tem­pe­ra­tu­rze poko­jo­wej jest to białe, kry­sta­liczne ciało stałe.

Pamiętajmy, że cho­ciaż rodanki same w sobie nie są bar­dzo tok­syczne, to mogą one uwal­niać sil­nie tru­jące gazy w kon­tak­cie z innymi sub­stan­cjami. Stężony kwas chlo­ro­wo­do­rowy HCl jest sil­nie żrący i uwal­nia się z niego gazowy chlo­ro­wo­dór, który jest drażn­iący i tok­syczny. Trzeba koniecz­nie sto­so­wać odpo­wied­nie środki och­rony oso­bi­stej.

Przy­stępu­jąc do doświad­cze­nia musimy przy­go­to­wać odpo­wiedni roz­twór. W 25cm3 wody desty­lo­wa­nej roz­pusz­czamy 0,2g rodanku potasu lub taką samą ilość rodanku amonu, trzy kro­ple stężo­nego kwasu chlo­ro­wo­do­ro­wego oraz kilka kro­pli 3% nad­tlenku wodoru. Tak otrzy­many roz­twór jest całk­o­wi­cie bez­barwny (Fot.1).

Fot.1 - Roz­twór

Potrze­bu­jemy też dowol­nego sta­lo­wego lub żela­znego przed­miotu. Odpo­wiedni będzie zwy­kły, nie­o­cyn­ko­wany gwóźdź (Fot.2).

Fot.2 - Gwóźdź

Aby uru­cho­mić reak­cję wystar­czy wrzu­cić sta­lowy przed­miot do roz­tworu (Fot.3). Począt­kowo nie widać bar­dziej zde­cy­do­wa­nych oznak zacho­dze­nia jakichś pro­ce­sów, poza deli­kat­nym pociem­nie­niem powierzchni metalu.

Fot.3 – Początek reak­cji

Jed­nak już po kilku, kil­ku­na­stu sekun­dach możemy zoba­czyć coś nie­zwy­kłego: z powierzchni metalu zaczyna jakby spły­wać ciem­no­czer­wona ciecz, mogąca się łatwo koja­rzyć z krwią (Fot.4). Po zamie­sza­niu cały roz­twór nabiera czer­wo­nej barwy [2].

Fot.4 – Krwa­wiący metal

Doświad­cze­nie można prze­pro­wa­dzić też ina­czej, może nawet bar­dziej dra­ma­tycz­nie. W tym celu skórę (bez żad­nych ran, ponie­waż sto­so­wane che­mi­ka­lia nie są obo­jętne dla zdro­wia) należy zwil­żyć bez­barw­nym roz­two­rem – wtedy każdy kon­takt ze sta­lo­wym narzędziem, np. spe­cjal­nie przy­go­to­wa­nym (stępio­nym) ostrzem noża pozo­stawi na skórze niby-krwawe ślady, co bywa wyko­rzy­sty­wane jako prak­tyczny efekt spe­cjalny w fil­mach.

Wyja­śnie­nie

Użyty w doświad­cze­niu gwóźdź jest wyko­nany ze stali, której głów­nym skład­ni­kiem jest żelazo. I to wła­śnie żelazo rea­guje z roz­cieńczo­nym kwa­sem sol­nym w obec­no­ści nad­tlenku wodoru. Dzięki temu w roz­two­rze poja­wiają się trój­do­dat­nie jony żela­zowe Fe3+.

W roz­two­rze roz­pu­ści­li­śmy jed­nak też roda­nek potasu. Jony rodan­kowe rea­gu­jąc z pow­sta­łymi wcze­śniej jonami żela­zo­wymi(III) dają w wyniku ciem­no­czer­wony kom­pleks do złu­dze­nia przy­po­mi­na­jący krew. To on jest odpo­wie­dzialny za "krwa­wie­nie" metalu.

Opi­sy­wana reak­cja jest bar­dzo czuła i wyko­rzy­stuje się ją w ana­li­tyce che­micz­nej do wykry­wa­nia jonów żelaza na trze­cim stop­niu utle­nia­nia [3].

Wszyst­kie foto­gra­fie zostały wyko­nane przez autora

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Uzu­pełn­ie­nie autora

Efekt doświad­cze­nia można zoba­czyć na fil­mie:

Marek Ples

Aa