„Niczego w życiu nie należy się bać, należy to tylko zrozumieć” – mawiała niegdyś Maria Skłodowska-Curie i zdecydowanie muszę się zgodzić z Jej słowami, bo zrozumienie danego zjawiska powinno rozpocząć się od uważnych jego obserwacji. W otaczającym nas świecie nieustannie przebiegają liczne procesy, którym niemal w każdym przypadku towarzyszą określone objawy.

W przypadku reakcji chemicznych, jakie prowadzimy w laboratorium jest bardzo podobnie – ich bieg postępuje z widocznymi dla nas zmianami (np. reakcje strąceniowe). Należy jednak pamiętać, że znane są również liczne procesy, którym nie jesteśmy w stanie przypisać żadnych widocznych dla nas objawów ich przebiegu (np. zobojętnianie roztworu wodorotlenku sodu roztworem kwasu solnego).

Ze względu na wyjątkowo obszerny temat, dziś skupimy się na charakterystycznych objawach reakcji, których biegowi towarzyszą (bez wykorzystania dodatkowych odczynników) dające się zauważyć metodami organoleptycznymi zmiany w układzie reakcyjnym.

Do najczęściej towarzyszących przebiegającym reakcjom chemicznym zmian, jakie jesteśmy w stanie zaobserwować zalicza się:

1. Wytrącenie (strącanie) osadu.

Przykładem może być tutaj reakcja, w wyniku której otrzymuje się wodorotlenki trudno rozpuszczalne w wodzie, na przykład wodorotlenek miedzi(II):
 

Pojawienie się osadu obserwujemy również podczas rozdziału na drodze procesu krystalizacji mieszaniny stałych substancji różniących się rozpuszczalnością.
 

2. Zmiana zabarwienia osadu, natychmiast po dodaniu drugiego reagenta, lub w miarę upływu czasu.

Z pierwszą z wymienionych sytuacji mamy do czynienia na przykład prowadząc reakcję świeżo strąconego wodorotlenku żelaza(II) z wodą utlenioną. W drugim przypadku można wymienić chociażby rozkład świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II). W reakcji tej produktami są tlenek miedzi(II) oraz woda. Gdy dochodzi do zmiany barwy fazy stałej może to wówczas być reakcja wypierania metali mniej aktywnych z wodnych roztworów ich soli przez metale o większej aktywności chemicznej.

Reakcji tej może również towarzyszyć zmiana barwy roztworu (rys. 1).

easymatura1

Rys. 1. Reakcja glinu z wodnym roztworem octanu miedzi(II). Roztwór ulega odbarwieniu oraz pojawia się brązowy nalot.
 

3. Zanik osadu (roztworzenie lub jego rozpuszczenie).

Niemal w każdym przypadku roztworzeniu osadu towarzyszy przebieg reakcji chemicznej. Jako przykład można przytoczyć tu działanie wodnego roztworu mocnej zasady (np. sodowej) na wodorotlenek amfoteryczny (np. Zn(OH)2). W przypadku reakcji związków organicznych o roztworzeniu osadu mówimy chociażby podczas działania alkoholi wielohydroksylowych lub wodnych roztworów cukrów na świeżo strącony osad wodorotlenku miedzi(II), przykładowo dla cukru prostego – glukozy:
 

O rozpuszczaniu osadu mówimy wyłącznie w kontekście zjawiska fizycznego – na przykład gdy słodzimy herbatę – rozpuszczamy w niej cukier – sacharozę.
 

4. Wydzielanie się pęcherzyków gazu.

Wydzielaniu się gazu towarzyszą również inne objawy przebiegu reakcji chemicznej – gaz ten może być barwny (np. NO2) mieć określoną woń (np. NO2, SO2, NH3) albo zmieniać zabarwienie (np. NO utlenia się na powietrzu do NO2). Ponadto, jeśli reakcja przebiega w roztworze wodnym, wówczas (w zależności od reakcji) roztwór ten może zmieniać swą barwę. Przykładem reakcji, podczas której wydziela się wodór jest działanie kwasami nieutleniającymi (np. solnym) na metale aktywne:
 

Tlen wydziela się zawsze, gdy na wodę utlenioną podziałamy silnym utleniaczem (np. KMnO4 lub K2Cr2O7). Dwutlenek węgla wydziela się w reakcji węglanów z kwasami mocniejszymi od kwasu węglowego, a tlenek azotu(IV) w reakcji metalu mało aktywnego ze stężonym kwasem azotowym(V) lub podczas działania na azotany(III) mocnymi kwasami

 

5. Zmiana zabarwienia roztworu, w tym: pojawienie się zabarwienia, odbarwienie.

Zmiana zabarwienia roztworu w większości przypadków dotyczy reakcji pierwiastków bloku d. Na poziomie maturalnym są to przykładowo związki chromu, manganu, miedzi i żelaza. Bardzo często są to reakcje redoks, czyli procesy podczas których dochodzi do zmiany stopnia utlenienia pierwiastka. Przykładem typowo maturalnym jest redukcja jonów manganianowych(VII) (fioletowy roztwór), w środowisku kwasowym, obojętnym lub zasadowym (rys. 2).

easymatura2

Rys. 2. Roztwory uzyskane w wyniku redukcji jonów manganianowych(VII) w zależności od środowiska prowadzonej reakcji chemicznej – od lewej: środowisko kwasowe, obojętne i zasadowe.

 

6. Charakterystyczny dźwięk.

Wielu reakcjom chemicznym towarzyszą określone zjawiska akustyczne, a najlepszym szkolnym przykładem może być reakcja spalania wodoru, z charakterystycznym „szczęknięciem” (zalecam obejrzeć cały film):
 

 

7. Zmiana temperatury zawartości naczynia reakcyjnego.

Uczucie zwiększonej ciepłoty naczynia reakcyjnego nie zawsze świadczy o przebiegu reakcji chemicznej – bardzo często bowiem mamy w takim przypadku do czynienia ze zjawiskiem fizycznym.
 

Wymienione przykłady objawów przebiegu reakcji chemicznych niemal nigdy nie występują pojedynczo, co oznacza, że bardzo często mamy możliwość obserwacji równolegle kilku ich symptomów. Przykładowo może roztwarzać się osad, a jednocześnie wydzielają się pęcherzyki gazu, natomiast roztwór zmienia swoje zabarwienie.

Znajomość określonych własności chemicznych substratów biorących udział w reakcji, jak również uzyskanych w niej produktów pozwala nam przewidzieć, jakich obserwacji można się spodziewać podczas przebiegu (przykładowo) projektowanego doświadczenia chemicznego.


Rafał Szczypiński
Inżynier chemik oraz doktor nauk technicznych w dyscyplinie biocybernetyka i inżynieria biomedyczna (specjalność w zakresie mikroukładów analitycznych). Od ponad dziesięciu lat zajmuje się przygotowaniem uczniów do egzaminu maturalnego z chemii, konkursów przedmiotowych oraz na kierunki medyczne. Prowadzi fanpage: facebook.com/cdedukacja oraz kanał na YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCR48MtriOa9nGt-GOezjcCQ. Więcej informacji można znaleźć pod adresem: www.e-korepetycje.net/cdedukacja

WP-Backgrounds Lite by InoPlugs Web Design and Juwelier Schönmann 1010 Wien