Szklanka wody

Ciekłe szkło to stężony roztwór metakrzemianu sodu Na2SiO3 (stosuje się również sól potasową). Powstaje poprzez rozpuszczenie krzemionki (takiej jak piasek) w roztworze wodorotlenku sodu: 

Szklanka wody w rzeczywistości jest to mieszanina soli różnych kwasów krzemowych o różnym stopniu polimeryzacji. Stosowany jest jako impregnat (np. do ochrony ścian przed wilgocią, jako ochrona przeciwpożarowa), składnik wypełniaczy i uszczelniaczy, do produkcji materiałów silikonowych, a także jako dodatek do żywności zapobiegający zbrylaniu (E 550). Dostępne w handlu płynne szkło można wykorzystać do kilku spektakularnych eksperymentów (ponieważ jest to gęsty, syropowaty płyn, stosuje się go rozcieńczając wodą w stosunku 1:1).

W pierwszym eksperymencie wytrącimy mieszaninę kwasów krzemowych. Do testu użyjemy następujących roztworów: płynne szkło i chlorek amonu NH.₄Cl i papierek wskaźnikowy do sprawdzenia reakcji (zdjęcie 1).

Chemia - część płynnego szkła 1 - MT

Ciekłe szkło jako sól słabego kwasu i mocnej zasady w roztworze wodnym jest w dużym stopniu zhydrolizowane i ma odczyn zasadowy (fot. 2). Wlej roztwór chlorku amonu (fot. 3) do zlewki z roztworem szkła wodnego i wymieszaj zawartość (fot. 4). Po pewnym czasie tworzy się galaretowata masa (fot. 5), będąca mieszaniną kwasów krzemowych:

(właściwie SiO₂?nGn₂O ? powstają kwasy krzemowe o różnym stopniu uwodnienia).

Mechanizm reakcji zlewki reprezentowany przez powyższe równanie podsumowujące jest następujący:

a) metakrzemian sodu w roztworze dysocjuje i ulega hydrolizie:

b) jony amonowe reagują z jonami wodorotlenowymi:

Ponieważ jony hydroksylowe są zużywane w reakcji b), równowaga reakcji a) przesuwa się w prawo, w wyniku czego wytrącają się kwasy krzemowe.

W drugim eksperymencie uprawiamy „rośliny chemiczne”. Do eksperymentu potrzebne będą następujące roztwory: płynne szkło i sole metali? żelazo (III), żelazo (II), miedź (II), wapń, cyna (II), chrom (III), mangan (II).

Chemia - część płynnego szkła 2 - MT

Rozpocznijmy doświadczenie od wprowadzenia do probówki kilku kryształów soli chlorku żelaza (III) FeCl.₃ i roztwór płynnego szkła (zdjęcie 6). Po chwili brązowe?rośliny? (fot. 7, 8, 9), z nierozpuszczalnego metakrzemianu żelaza (III):

Również sole innych metali pozwalają uzyskać skuteczne rezultaty:

• miedź(II)? zdjęcie 10
• chrom(III)? zdjęcie 11
• żelazo(II)? zdjęcie 12
• wapń? zdjęcie 13
• mangan(II)? zdjęcie 14
• ołów(II)? zdjęcie 15

Mechanizm zachodzących procesów opiera się na zjawisku osmozy, czyli przenikaniu drobnych cząstek przez pory błon półprzepuszczalnych. Osady nierozpuszczalnych krzemianów metali tworzą cienką warstwę na powierzchni wprowadzonej do probówki soli. Cząsteczki wody wnikają w pory powstałej membrany, powodując rozpuszczanie soli metalu znajdującej się pod spodem. Powstały roztwór popycha folię, aż pęknie. Czy po wylaniu roztworu soli metalu wytrąca się ponownie osad krzemianu? cykl się powtarza, a zakłady chemiczne? wzrasta.

Czy umieszczając mieszaninę kryształków soli różnych metali w jednym naczyniu i podlewając ją roztworem płynnego szkła, możemy wyhodować cały „chemiczny ogród”? (fot. 16, 17, 18).

Zdjęcia