LABORATORIUM
W SZUFLADZIE

ANGELIKA GUMKOWSKA

CHEMIA

Projekt okładki i stron tytułowych Bartosz Dobrowolski

Ilustracja na okładce Shutterstock

Wydawca Katarzyna Włodarczyk-Gil

Redaktor prowadzący Irena Puchalska

Redaktor Ewa Czarnecka-Żołek

Koordynator produkcji Mariola Grzywacka

Źródła grafik na okładce: Shutterstock/Macrovector, Orfeev

Źródła ilustracji: Angelika Gumkowska oraz Shutterstock/Edoma s. 45, Tamara Kulikova s. 57, Mr. Green s. 82, Luciano Mortula s. 83, Taiga s. 100, Gio.tto s. 128

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2015 r., (wyd. I)

Warszawa 2016

ISBN 978-83-01-18829-0

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl

www.pwn.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Karol Ossowski/Mobisfera

Spis treści

1. …BO ZACZĄĆ JAKOŚ TRZEBA…

2. BEZPIECZEŃSTWO

3. SPRZĘT LABORATORYJNY

4. CZEGO I GDZIE SZUKAĆ?

5. ZANIM ZACZNIESZ EKSPERYMENTOWAĆ

6. UWAGA! MONOTLENEK DIWODORU!

1. TAJNIKI TAFLI WODY

2. O SILE JAKA DRZEMIE W WODZIE

3. GĘSTOŚĆ I CZĄSTECZKI

4. OBJĘTOŚCIOWE ANOMALIE WODY

7. KOLOROWE POMIARY

1. KOLOROWE PH

2. DOMOWA CHROMATOGRAFIA

3. PORFIRYNY Z JAJKA

4. ALCHEMICZNE ZŁOTO

8. POLIMERY

1. TWORZYWO Z ZIEMNIAKA

2. ZABAWY ZE STYROPIANEM

3. DMUCHANE BAŃKI Z PŁYTY CD

9. KOROZJA, RDZA I INNE NALOTY

1. RDZEWIEJĄCE ŻELAZO

2. POWSTAWANIE RDZY

3. CZYSZCZENIE SREBRA

10. DOMOWA MYDLARNIA

1. ZMYDLANIE NA ZIMNO

2. ZMYDLANIE NA GORĄCO

3. MYDŁO TRANSPARENTNE

11. KTO DAJE I ZABIERA, CZYLI REAKCJE REDOKS

1. KOLOROWY MANGAN

2. ZNIKAJĄCY BŁĘKIT METYLENOWY

3. ZEGAR JODOWY

12. OGNIWA GALWANICZNE

1. SZEREG NAPIĘCIOWY METALI

2. STOS VOLTY

3. ANALIZA BATERII LITOWEJ

4. FRAKTALE ZE SREBRA

13. TABELA

14. BIBLIOGRAFIA

„Chemik jest to osoba rozwijająca ogólną teorię z wzorów wyprowadzonych z niewielką dokładnością, z wątpliwych założeń opartych na podejrzanych tabelach wyników, uzyskanych na podstawie niejednoznacznych eksperymentów, przeprowadzonych za pomocą niedokładnej aparatury przez osoby o wątpliwej sprawności i mentalności”.

Definicję cytuję za czasopismem „Kurier Chemiczny” (nr 5 z 1994 roku), w którym cytowano za czasopismem „Chemistry in Action” (nr 38, jesień 1992), w którym cytowano za książką W. Broslowa „Science in Materials” (wydaną w roku 1979), w której też była cytatem…

…BO ZACZĄĆ JAKOŚ TRZEBA…

Drogi Czytelniku… zapewne wiesz, że dla wielu osób nie ma rzeczy bardziej skomplikowanej niż chemia. Być może nawet Ty zaliczasz siebie do tej grupy. Tak więc chciałam Ci powiedzieć, że… jest w tym nieco racji. Ale z drugiej strony nie taki diabeł straszny, bo jeśli się dobrze przyjrzysz to cała ta chemia bardzo przypomina gotowanie. Bierzesz kilka składników, wrzucasz do jakiegoś naczynia, potem mieszasz wszystko razem, mając nadzieję, że nie wybuchnie i otrzymujesz mieszaninę o zupełnie innych właściwościach niż dodane składniki. Jedyna różnica polega na tym, że w chemii lepiej nie oblizywać łyżki w trakcie gotowania. Wiem, że nie każdego może to przekonać, dlatego by nieco oswoić Cię z chemią sięgnę w tej książce po to, co jest znajome i bliskie, czyli życie codzienne. Jeśli się dobrze rozejrzysz procesy chemiczne znajdziesz wszędzie wokoło – parzenie kawy, schnięcie lakieru do paznokci lub zmywanie tłustych naczyń.

Zatem żeby Cię zachęcić pokażę kilka doświadczeń wprost z domowego podwórka. Wiadomo jednak, że apetyt rośnie w miarę jedzenia, dlatego zagłębiając się w lekturę napotkasz coraz tudniejsze eksperymenty, wymagające niekiedy większych umiejętności, wiedzy, niebezpiecznych odczynników i zaawansowanego sprzętu. Nie miej więc złudzeń. Nie jest to książka z doświadczeniami dla małych dzieci. Takie można z powodzeniem znaleźć w każdej księgarni. Opisane tutaj doświadczenia mają co prawda zróżnicowany stopień trudności, ale przeznaczone są dla młodych adeptów sztuki chemicznej, mających już przynajmniej ogólne pojęcie z czym mają do czynienia. Nie dziw się więc, że pojawią się równania reakcji, opisy procesów, żrące i stężone kwasy czy sprzęt laboratoryjny. W końcu nie chodzi tylko o dobrą zabawę ale i zrozumienie czemu coś zachodzi tak a nie inaczej. Zapraszam zatem do lektury i eksperymentowania.

UWAGA! MONOTLENEK DIWODORU!

Monotlenek diwodoru (ang. dihydrogen monoxide, w skrócie DHMO) to substancja bezbarwna, bezwonna i bez smaku, która może być śmiertelna dla człowieka i szkodliwa dla środowiska. Najczęstsze przypadki uszczerbków na zdrowiu występują przy przypadkowym dostaniu się DHMO do płuc. Ponadto, przedłużony kontakt z formą stałą tej substancji wywołuje rozległe zniszczenia tkanek, niekiedy grożące amputacją. Może powodować rozległe poparzenia tkanek zewnętrznych i wewnętrznych. Po spożyciu mogą wystąpić: nadmierne pocenie się, zwiększenie ilości oddawanego moczu, zaburzenia samopoczucia, nudności, wymioty i zaburzenia równowagi elektrolitycznej organizmu. DHMO jest niekiedy określany jako kwas protonowy i stanowi główny składnik kwaśnych deszczów. Współuczestniczy w procesach erozji gleb oraz przyspiesza korozję i rdzewienie wielu metali[1].

To tylko część z właściwości monotlenku diwodoru o których można poczytać np. w internecie. Z opisu wygląda to na niezbyt przyjemną substancję, ale jeśli chemia nie jest Ci obca, to zapewne zdążyłeś się już trochę pośmiać. Rozwikłajmy więc tajemnicę… monotlenek diwodoru to nic innego jak woda, czyli H_2O. Nazwa może niezbyt znana, ale jak najbardziej formalnie właściwa i, co ciekawe, może budzić strach. Wykorzystana została wielokrotnie w petycjach pod hasłem „niebezpieczeństw związanych z monotlenkiem diwodoru” co prawda jako żart, ale wniosek nasuwa się jeden − warto na chemii przynajmniej trochę się znać.

Ale wróćmy do tematu czyli wody, bo to o nią mi chodzi. Ta mrożąca krew w żyłach substancja pokrywa mniej więcej 71% powierzchni naszej planety i jest jej ok. 1,4 mld km^3, z czego w 97% jest to woda słona. Ma nawet swój światowy dzień przypadający co roku na 22 marca. To jedna z najpospolitszych substancji, nie tylko na Ziemi, ale i we wszechświecie. Warto wiec poznać ją nieco bliżej, a jest co poznawać, bo ta z pozoru zwykła substancja kryje wiele ciekawostek i anomalii. Zacznijmy choćby od tego, że nasza planeta jest jedynym (do tej pory znanym) miejscem w Układzie Słonecznym, gdzie woda występuje jednocześnie w stanie stałym, ciekłym i gazowym, czyli wszystkich możliwych trzech stanach skupienia. Ponadto jest jedyną substancją posiadająca trzy różne określenia w zależności od stanu skupienia w jakim się znajduje. I tak gaz jest określany mianem pary wodnej, stan ciekły − wodą, a ciało stałe – lodem. Występuje na powierzchni ziemi pod nią i nad nią. Jest nawet wtedy, gdy jej nie widać, np. w bezchmurny słoneczny dzień, gdyż jej drobne kropelki są tak małe, że nie widać ich gołym okiem, ale tam są i określa się je jako „wilgotność powietrza”. Takiej wody w atmosferze wcale nie jest mało, mimo że jej nie widzimy. Gdyby cała jej objętość tam zgromadzona (ok. 12900 km^3 czyli ok. 4% całego zasobu wody na planecie) w jednej chwili spadła na powierzchnię Ziemi, to utworzyłaby warstwę[2] o grubości 2,5 cm.

Ale nie tylko ilość się liczy, ważna jest też jakość. Rodzajów wody jest mnóstwo. Może być opadowa, gruntowa, głębinowa, źródlana, mineralna, morska, wodociągowa, pitna, przemysłowa, destylowana demineralizowana… Wymieniać można jeszcze długo. Wszystko zależy od pochodzenia albo zawartości dodatków, ale ogólnie woda to po prostu H_2O. Związek chemiczny zbudowany z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu, występujący w warunkach standardowych[3] w stanie ciekłym. A cząsteczka wygląda tak:

Warto wspomnieć, że dzięki temu iż wodór z tlenem łączą się za pomocą tzw. wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego (więcej o nim znajdziesz w rozdziale „Kto daje i zabiera czyli reakcje redoks”) cząsteczka wody ma charakter polarny, co znaczy, że jej wiązania zachowują się jak dipole elektryczne z dodatnim (δ+) i ujemnym (δ-) ładunkiem. Zatem, sąsiadujące cząsteczki mogą przyciągać się i odpychać między sobą. Dodatkowo budowa wody pozwala na to, by między jej cząsteczkami tworzyły się nietrwałe połączenia, które nazywa się wiązaniami wodorowymi.

Obecność tych wiązań i polarny charakter cząsteczki ma duże znaczenie dla różnych zaskakujących właściwości, o których częściowo dowiesz się w kilku proponowanych dalej doświadczeniach.

[1] http://dhmo.org/

[2] http://water.usgs.gov/edu/watercyclepolish.html

[3] Warunki standardowe to umownie przyjęte przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) wartości ciśnienia (p = 1000 hPa = 1 bar = 0,986 atm) oraz temperatury (T = 25°C = 298,15 K = 32°F ) stosowane do ujednolicenia obliczeń fizykochemicznych i pomiarów.