Villanások a kémia világából

Az előadások a következő témára: "Villanások a kémia világából"— Előadás másolata:

1 Villanások a kémia világából
Műszaki Anyagtudomány Kari Nyílt Nap 2008. December 05.

2 VILLOGÓ ALKOHOL Alkoholok és mangán(VII)-oxid reakciója
A kálium-permanganát (”hipermangán“) rendkívül erős oxidálószer. Tömény kénsav hatására olajos, zöld színű mangán(VII)-oxid képződik belőle, amely a szerves anyagokat spontán meggyújtja. A kísérletben a tömény kénsavra óvatosan metanolt rétegezünk és ebbe szórunk néhány kristály kálium-permanganátot. A képződő mangán(VII)-oxid a két réteg határfelületén villanások kíséretében oxidálja az alkoholt: 2 KMnO4 + H2SO4 = K2SO4 + Mn2O7 + H2O Mn2O7 + CH3OH = 2 MnO2 + CO2 + 2 H2O A reakciót akkor is láng kíséri, ha a KMnO4 és H2SO4 reakcióelegy fölött alkohollal átitatott égő vattacsomót húzunk keresztül.

3 GLICERIN OXIDÁCIÓJA KÁLIUM-PERMANGANÁTTAL
A kálium-permanganát erős oxidálószer, (melyben a mangán oxidációs száma +7) a glicerint szén-dioxiddá, és vízzé oxidálja, miközben maga +4 oxidációs számú mangán-dioxiddá (barnakő néven ismert) és +6 oxidációs számú kálium-manganáttá alakul. A reakciót a következő általánosított egyenlettel írhatjuk fel:   KMnO4 + 2C3H8O3 = 7K2MnO4 + 7MnO2 + 6CO2 + 8H2O

4 ÉGŐ KOCSONYA Gélképzés kadmium-acetát és etanol segítségével
A szilárd, folyadék és gáz halmazállapotok mellett számos olyan ún. kolloid halmazállapot létezik, amelyekkel gyakran találkozhatunk. Ilyenek a habok, gélek, emulziók, diszperziók. A legtöbb élelmiszer kolloid halmazállapotú. Ebben a kísérletben egy egyszerű gélképzés látható: telített vizes kadmium-acetáthoz néhány csepp 50 tömeg%-os nátrium-hidroxid oldatot és fenolftalein indikátort adva és reagáltatva alkohollal egy kocsonyás anyag képződik, amelyet meggyújthatunk. Ez biztonságosabban szállítható, mint a folyékony alkohol, ezért kempingfőzőkben is használják.

5 VILÁGÍTÓ UBORKA Ha egy kovászos vagy sósvizes uborkába két elektródot szúrunk, majd fokozatosan egyre növekvő váltóáramot kapcsolunk rá egy transzformátor segítségével, akkor egy bizonyos értéknél a savanyított uborkában levő nátriumionok gerjesztődnek és nátriumlámpák jellegzetes sárga színét látjuk, az uborka elkezd világítani. A lángfotometria és az atomabszorpciós spektroszkópia ugyanezen az elven alapul. Vigyázat! A nagy feszültség elektromos áram veszélyes, csak megfelel óvatossággal dolgozhatunk!

6 Az áramforrás lelke nem az alma, hanem a két fémelektród!
GYÜMÖLCSLÁMPA Két különböző tulajdonságú fémet (pl. réz és cink) megfelelő oldatba merítve, köztük elektromos áram termelődhet, ez a galvánelemek és akkumulátorok működésének alapja. A kísérleteinkben ez a közvetítő közeg az elektrolit oldat (gyümölcsök nedve), de a ténylegesen végbemenő átalakulás a fémek között játszódik le. Az áramtermelés egy világító leddel is bemutatható. Két sorba kapcsolt alma-elem működteti az órát Az áramforrás lelke nem az alma, hanem a két fémelektród!

7 GYÜMÖLCSLÁMPA Az így kapott galvánelem lényege a két fémelektród. Amikor a fémek az elektrolit oldattal érintkeznek, fémionok kerülnek az oldatba. Lassú kémiai reakciók indulnak meg ezután. Az egyikben a rézionok a rézlemezre igyekeznek kiválni, míg a másikban a cinklemez oldódni kezd. Cu2+ + 2e- = Cu (redukció) KATÓD (+) Zn = Zn e- (oxidáció) ANÓD (-) A két fenti folyamat egy redoxireakcióval fejezhető ki: Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ A redoxi folyamat két lépése azonban térben nem egy helyen zajlik és sebességét tekintve lassú. A térbeli elrendezés miatt a fenti két folyamat mellett ionvándorlás is zajlik a rendszerben. Ezek az ionok igyekeznek kiegyenlíteni a töltéskülönbséget, hiszen a rézlemez környezetében csökken, a cinklemez környezetében viszont nő a pozitív ionok száma. A két lemezt vezetékekkel kötöttük össze egy feszültségmérőn keresztül. Ezekben a vezetékekben az elektronok is elmozdulhatnak, hiszen a rézlemez pozitív, a cinklemez pedig negatív töltésű. Ezek a mozgások mind egyirányúak és elektromos áram indulna meg, ha a voltmérő nem lenne nagy ellenállású. Így körülbelül 1 V feszültséget mérhetünk. A zöldségekből vagy gyümölcsökből épített galvánelemek kb. 1V elektromos feszültséget szolgáltatnak, de persze sorba is köthetők. Ez a feszültség elegendő lehet például egy egyszerű elektronikus óra működtetéséhez.

8 GALVÁNELEMEK TÖRTÉNETÉRŐL
Amikor Luigi Galvani laboratóriumában 1790-ben a békacombokat rézkampóra akasztották és acélkésekkel értek hozzá, azok összerándultak. Az olasz tudós ezt valamiféle bioelektromossággal magyarázta és nem vette észre, hogy a jelenség csak akkor lép fel, ha a békacombokhoz különböző anyagi minőségű fémek érnek hozzá ben Galvani nagy tisztelője és honfitársa Alessandro Volta ismerte fel a jelenség lényegét és készítette el az első kémiai áramforrást, amelyet Galvani tiszteletére galvánelemnek nevezünk.

9 DANIELL-ELEM (1835)

10 Nem villan de érdekes PUR HAB ÖNTÉS BorsodChem R

11 A PUR RENDSZEREK FELÉPÍTÉSE
BorsodChem R A PUR RENDSZEREK FELÉPÍTÉSE Mi is a pur hab? A poliuretánok rendkívül sokoldalú műanyag termékcsaládot képeznek. A PUR rendszerek izocianátok és a poliolok poliaddíciós reakciójával állíthatók elő. A reakcióelegyek általában térhálósító szereket, habosítóanyagokat, lánchosszabbítókat, vízmegkötő szereket, töltő- és erősítő anyagokat, égésgátlókat, stb. tartalmaznak az előállítandó végterméktől függően. A folyékony puffasztó anyagok a hő és a vegyi reakció hatására gázosodnak. Ez a gáz a reakció során zárt mikroszkópikus sejtstruktúrát hoz létre az anyagban. Az így keletkezett pur-habnak kiváló hő-és vízszigetelő tulajdonságai vannak. A rendszer kémiai összetételétől függ a vegyi folyamat időtartama, a feldolgozás módja, de főként a végső mechanikai tulajdonságok-testsűrűség és egyéb paraméterek. A PUR rendszerek túlnyomó többsége habtermék, de vannak elasztomerek és gumiszerűen viselkedő anyagok, öntőgyanták és bevonatok is. A kémiai felépítés változtatásával hőre keményedő és hőre lágyuló PUR rendszerek egyaránt előállíthatók. 1995 óta a pur-habok nem tartalmaznak freonokat.

12 A PUR RENDSZEREK FELÉPÍTÉSE
BorsodChem R Az uretán rendszerek az alábbi egységekből épülnek fel: O O C NH R’ NH C O R’’ O n Ahol R’ az aromás izocianátok –NCO csoport nélküli része, R’’ a poliészter vagy poliéter poliolok, vagy kis molekulasúlyú többértékű alkoholok, pl. glikolok, glicerinek, bután-diol, stb. –OH csoportok nélküli része. Az aromás izocianátok két fő csoportra oszthatók: Difenil-metán-diizocianátok és származékaik (metilén-difenil-izocianát: MDI család Toluilén-diizocianátok és származékaik:TDI család

13 Az MDI gyártás lépései I.
BorsodChem R Az MDI gyártás lépései I. 1. Kondenzációs reakció: NH2 HCl, H O 2 2 + HCHO NH o CH2 NH2 + H2O 30 C P-amino-benzil-anilin (PABA) 2. Átrendeződési reakcióegyenlet: 45, 60, 80, 90, 100 °C N H C H N H H N C H N H 2 2 H + / H O 2 2 2 2 PABA metilén - difenil - diamin vagy 4,4' - difenil - metán - diamin (MDA)

14 Az MDI gyártás lépései II.
BorsodChem R 3. 4

15 A TDI-gyártás lépései nitrálás hidrogénezés foszgénezés N H C N O C H
BorsodChem R A TDI-gyártás lépései N O 2 C H 3 nitrálás hidrogénezés toluol dinitro-toluol N H 2 3 C N C O 3 H foszgénezés + 4 HCl sósavgáz toluilén-diamin toluilén-diizocianát

16 A PUR -hab tulajdonságai:
kitűnő hőszigetelési paraméterek zárt mikroszkópikus sejtstruktúrájának köszönhetően hézagmentes vízszigetelés maradó alakváltozás stabil paraméterek fokozott kémiai ellenálló képesség biológiai környezettel szembeni ellenáll képesség kiváló páradiffúziós ellenállás egészségre nem ártalmas szublimáció kizárása a munkafolyamatok hőmérsékletének széles skáláját öleli át alacsony térfogatsúly magas szilárdság mellett a felhasználás széles palettája Minden háztartásban található hűtő, vagy fagyasztó szekrény, melynek belső hőmérséklete közel –180C. A lakásban nem ritka a +300C fok a nyári hónapokban. Ezt a közel 500C fokos hőmérsékletkülönbséget a hűtőnk falán lévő 5 cm vastagságú PUR- hab játszva megtartja. Több éve szolgál tehát háztartásainkban a PUR-hab anélkül, hogy tudomásunk lenne róla. A PUR-hab alkalmazásának területe igen széles sprektrumú:

17 Forrás http://www.mdche.u-szeged.hu http://en.wikipedia.org/
PRózsahegyi Márta-Wajand Judit: 575 kísérlet a kémia tanításához. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1991 BorsodChem R