Otrzymywanie tlenu

Doświad­cze­nie zaczy­na się spoko­jnie: kil­ka ciem­nofi­o­le­towych krysz­tałków i płomień. Nic spek­taku­larnego. A jed­nak po chwili pojaw­ia się coś, czego nie widać — gaz, który nie ma koloru ani zapachu, ale potrafi całkowicie zmienić zachowanie innych sub­stancji.

Nie zobaczysz go bezpośred­nio. Nie poczu­jesz. A mimo to możesz bard­zo jed­noz­nacznie stwierdz­ić jego obec­ność.

Pytanie badaw­cze, które warto postaw­ić, brz­mi: czy moż­na otrzy­mać gaz, którego nie widać — i rozpoz­nać go wyłącznie po tym, jak wpły­wa na inne zjawiska?

A dalej: czy taki gaz trze­ba „łapać” pod wodą, czy wystar­czy zrozu­mieć jego właś­ci­woś­ci, żeby dobrać prost­szą metodę?

To doświad­cze­nie dobrze pokazu­je, że w chemii częs­to ważniejsze od sprzę­tu jest rozu­mie­nie: co robi sub­stanc­ja i jak się zachowu­je w danych warunk­ach.

Odczyn­ni­ki:

Manganian(VII) pota­su (KMnO₄)

Sprzęt:

Probówka (x2)
Statyw i łapa
Pal­nik
Korek z rurką
Wężyk
Wata
Drew­ni­ane łuczy­wo

Bez­pieczeńst­wo:

Oku­lary ochronne

Nie wol­no kierować wylo­tu probów­ki w stronę twarzy
Ogrze­waj probówkę ostrożnie, nie punk­towo

Do boju!

Część I: otrzy­manie tlenu

Na początku wsyp do probów­ki niewielką ilość KMnO₄. Pamię­taj to nie ilość decy­du­je o jakoś­ci doświad­czenia, tylko kon­tro­la nad nim. Bądź uważny i pre­cyzyjny.

Zamknij probówkę korkiem z rurką i połącz ją wężykiem z drugą probówką (możesz użyć waty jako uszczel­nienia). Ta dru­ga probówka powin­na być ustaw­iona otworem do góry.

To moment, który częs­to jest robiony „z rozpę­du”: wiele osób automaty­cznie się­ga “po wodę”. Zatrzy­maj się na chwilę i pomyśl jed­nak — tlen jest cięższy od powi­etrza, więc może je po pros­tu wyp­ier­ać. Nie musisz uży­wać wody (jak w przy­pad­ku wyt­warza­nia wodoru). Możesz zebrać tlen łatwiej i dodatkowo, możesz go zebrać “na sucho”.

Zacznij zatem ogrze­wać probówkę, rób to jed­nak delikat­nie. Najpierw niewiele się dzieje. Po chwili kolor zaczy­na się zmieni­ać — z inten­sy­wnie fio­le­towego w stronę brunatnego. Jed­nocześnie pojaw­ia się gaz, który przepły­wa do drugiej probów­ki. Nie widzisz na razie pro­duk­tu gazowego, ale niebawem upewnisz się ekspery­men­tal­nie, że tam jest. Na razie poczekaj chwilę i pozwól, aby probówka się nim wypełniła.

Część II: badanie właś­ci­woś­ci tlenu

Czas na drugą część tego doświad­czenia — tę, w której „niewidzialne” zaczy­na być jed­noz­naczne.

Przy­go­tuj drew­ni­ane łuczy­wo i rozżarz je, a następ­nie zdmuch­nij płomień. Wprowadź żarzące się łuczy­wo do probów­ki z gazem i obser­wuj.

Obserwacje

Na początku ogrze­wa­nia KMnO₄ pozosta­je niezmieniony, a reakc­ja nie daje jeszcze wyraźnych syg­nałów. Po chwili pojaw­ia­ją się pier­wsze ozna­ki przemi­any — ciem­nofi­o­le­towa bar­wa zaczy­na ustępować miejs­ca brunatnym nalo­tom na ściankach probów­ki.

W koń­cowym etapie, gdy do drugiej probów­ki, tej z zebranym gazem wprowadza się żarzące się łuczy­wo, obserwac­ja sta­je się jed­noz­nacz­na: pozornie wygas­zone drewienko reagu­je naty­ch­mi­ast, inten­sy­wnie rozżarza się i zaczy­na pal­ić się wyraźniej niż w powi­etrzu.

To właśnie ten moment domy­ka całą sek­wencję obserwacji — od sub­tel­nych zmi­an bar­wy, przez niewidoczny trans­fer gazu, aż po gwał­towną zmi­anę zachowa­nia płomienia.

Wnioski i nauka

Podczas ogrze­wa­nia zachodzi reakc­ja:

2 KMnO₄ → K₂M­nO₄ + MnO₂ + O₂↑

Jak widzisz, rów­nanie reakcji ilus­tru­je wyraźnie, że pow­sta­je tlen — gaz bezbar­wny i bez­won­ny. Nie obser­wu­jesz go bezpośred­nio. Rozpoz­na­jesz go po tym, jak wpły­wa na pro­ces spala­nia.

Dzię­ki obserwacji wycią­gasz kluc­zowy wniosek: tlen nie pali się / tlen podtrzy­mu­je spalanie, moż­na też powiedzieć, że on je umożli­wia.

Warto zatrzy­mać się przy jed­nej decyzji ekspery­men­tal­nej. Nie użyliśmy wody do zbiera­nia gazu. Dlaczego?

Bo tlen jest nieco cięższy od powi­etrza, więc może je wyp­ier­ać i gro­madz­ić się w naczyniu. To prost­sze rozwiązanie — zwłaszcza gdy rozu­miesz właś­ci­woś­ci gazu. Jeśli chcesz, możesz oczy­wiś­cie zebrać tlen za pomocą tej samej aparatu­ry, której uży­wałeś do wyt­warza­nia wodoru. Musisz tylko pamię­tać, że tlen będzie wtedy “wilgo­t­ny”.

Podsumowanie

Ogrze­wanie KMnO₄ prowadzi — w wyniku reakcji rozkładu — do wydzie­le­nia tlenu, który moż­na zebrać bez uży­cia wody, wyko­rzys­tu­jąc jedynie różnicę gęs­toś­ci wzglę­dem powi­etrza. Jego obec­ność moż­na potwierdz­ić poprzez próbę z żarzą­cym się łuczy­wem.

Doświad­cze­nie pokazu­je, że:

• gaz moż­na rozpoz­nać po jego właś­ci­woś­ci­ach fizy­cznych lub chemicznych, niekoniecznie po wyglądzie,
• nie każdy gaz trze­ba zbier­ać w ten sam sposób,
• właś­ci­woś­ci fizy­czne (np. gęs­tość) wpły­wa­ją na metodę ekspery­men­tal­ną,

Pytania rozwijające intuicję:

• Co by się zmieniło, gdy­byś ustaw­ił probówkę odwrot­nie (otworem w dół)?
• Dlaczego tlen podtrzy­mu­je spalanie, a sam się nie pali?
• W jakich sytu­ac­jach zbieranie gazu nad wodą jest konieczne — a w jakich zbędne?
• Jak odróżnić tlen od innych bezbar­wnych gazów bez uży­cia skom­p­likowanej aparatu­ry?
• Na ile wynik tego doświad­czenia zależy od sposobu jego przeprowadzenia (np. szczel­noś­ci układu, cza­su ogrze­wa­nia)?