Kleurrijke chemie. Paul Degreef Marie-Josée Smits Annie Wellens - Marie-Josée Janssens

Transcriptie

1 Kleurrijke chemie Paul Degreef Marie-Josée Smits Annie Wellens - Marie-Josée Janssens

2 Inhoudsopgave Inhoudsopgave... 2 Inleiding Zilveren snoepparels Het verschil tussen Aspirine en Dafalgan Een ijsje of toch niet? Schuimpje verschijnt, kleur verdwijnt Chemoluminescentie met luminol en oxireiniger Druppelelektrolyse van koperdichloride-oplossing CuCl Onzichtbare inkt Regenboogindicatoren Bietenrood Beilsteintest en vlamproeven: onderzoek

3 Inleiding Kleur in voeding, verzorging, kleding, interieur, tuin, kunst chemie is er onlosmakelijk mee verbonden. Kleur in het dagelijkse leven verwijst vaak naar de chemische samenstelling van kleurstoffen en gekleurde stoffen. Chemische reacties liggen aan de basis van heel wat kleurveranderingen. Smaak wordt beïnvloed door kleur. Kleur speelt ook een belangrijke rol in de didactische aanbreng van chemische concepten. Tijdens deze werkgroep kunnen leraren chemie kennismaken met leuke experimenten ontwikkeld voor demonstraties en leerlingenproeven. De deelnemers kunnen tijdens deze workshop zelf deze experimenten uitvoeren. Reeds een greepje uit de mogelijkheden: Zilveren snoepjes Een ijsje of toch niet? Chemoluminescentie met luminol en oxireiniger Onzichtbare inkt Verschil tussen Aspirine en Dafalgan Druppelelektrolyse koperdichloride CuCl2 3

4 1. Zilveren snoepparels Plaats in de leerplannen Neerslagreacties. Reactie van metalen in bepaalde zuren. a. Oriënteren Achtergrondinformatie Zilverkleurige parels worden gebruikt als versiering van bijvoorbeeld gebak. Op de verpakking van de parels staat aangegeven dat als kleurstof zilver (met E-nummer 174) wordt gebruikt. Figuur 1: Zilveren snoepparels Figuur 2: Kleurstof E 174 in ingrediëntenlijst van zilveren parels Onderzoeksvraag Klopt het dat zilver wordt gebruikt om de parels mooi glanzend te maken? b. Voorbereiden Onderzoeksvoorstel hypothese Voorstel werkwijze Het doel van dit experiment is aan te tonen of er al dan niet zilvermetaal in de parels zit. Het metaal zilver kun je niet zomaar aantonen met een bepaalde reactie. Het is wel mogelijk om zilverionen aan te tonen met behulp van een neerslagreactie. Zilverionen zullen samen met chloride-ionen een witte troebele neerslag vormen van zilverchloride. Hiervoor moeten natuurlijk eerst zilverionen gemaakt worden. Je kunt uit een metaal op twee manieren een oplossing met metaalionen maken: door het metaal te laten reageren met een zure oplossing of door het metaal te laten reageren met een ander metaalion. De theorie van de spanningsreeks van metalen en de normpotentialen, heeft ons geleerd dat zilver een edelmetaal is, en hierdoor een (relatief) zwakke reductor. Zilver zal dus alleen zilverionen vormen in aanwezigheid van een sterke oxidator. 4

5 De oxidator die in deze proef gebruikt wordt, is het nitraation, hiervoor wordt salpeterzuur gebruikt. Benodigdheden Zilveren snoepparels Salpeterzuur 65 % Natriumchloride (of oplossing ervan c= 0,10 mol/l) Gedestilleerd water Proefbuizen en proefbuisrek Pipetje Verbinding Gevaarsymbool R-zinnen S-zinnen WGK HNO 3 C c. Uitvoeren Gegevens verzamelen - waarneming Werkwijze Breng een zilverkleurige snoepparel in een proefbuis. Overgiet de parel met enkele ml waterstofnitraat. Wacht tot het glanzend zilverkleurig laagje is verdwenen. Giet de vloeistof over in een schone proefbuis zonder de parel over te brengen. Los in een andere proefbuis een spatelpunt natriumchloride of kaliumchloride op in enkele ml gedestilleerd water en schud tot alles is opgelost. Druppel met een pipet wat van de zoutoplossing bij de salpeterzuuroplossing. Waarneming - Er ontstaat een wit neerslag in de proefbuis. Figuur 3: Benodigdheden voor deze proef Figuur 4: Parel overgieten met wat salpeterzuur Figuur 5: Links blanco, Rechts reactie met neerslag Figuur 6: Witte troebeling duidelijk waarneembaar 5

6 d. Rapporteren reflecteren Gegevens verwerken conclusie en verklaring Conclusie Deze neerslag is gevormd door combinatie van de zilverionen en de chloride ionen volgens de reactie: Ag + + Cl - AgCl Verklaring Zilver is een edel metaal en is hierdoor een (relatief) zwakke reductor. Zilver zal dus niet reageren met de meeste zure oplossingen. Het zal dus ook alleen zilverionen vormen in aanwezigheid van een sterke oxidator. Het nitraation aanwezig in salpeterzuur heeft de eigenschap dat het een sterke(re) oxidator is en dat het dus gemakkelijk met zilver reageert. Bij de reactie ontstaan zilverionen: Ag +. Als hieraan een oplossing van natriumchloride wordt toegevoegd, welke chloride-ionen bevat, slaat het slecht oplosbare zilverchloride neer onder vorm van een wit neerslag. e. Tips voor verder onderzoek Er zijn nog andere neerslagreacties met zilverionen mogelijk. De neerslagen van zilver zijn gekend voor hun felle kleuren. Zo krijgt een neerslag van zilverbromide (AgI ) een lichtgele kleur, een neerslag van zilverchromaat (Ag 2 CrO 4 ) een rode kleur. In een volgend experiment kan geprobeerd worden een neerslag te maken van zilverchloride volgend volgende reactie: Ag + + I - AgI Hiervoor wordt in de plaats van een oplossing van natriumchloride, een oplossing van kaliumjodide gebruikt(zie Figuur 7: Gebruik van kaliumjodide om zilverjodide neerslag te verkrijgen.). Op de figuur werd in de rechter proefbuis een blanco neerslag gemaakt met behulp van zilverionen afkomstig van zilvernitraat en jodide ionen afkomstig van kaliumjodide. Deze neerslag is lichtgeel zoals de theorie dit voorspelde. Als aan de opgeloste zilverionen van de zilveren parel enkele druppels kaliumjodide wordt toegevoegd, ontstaat een roodbruine neerslag. Deze neerslag is vermoedelijk afkomstig van dijood, doordat de resterende nitraationen aanwezig in het reactiemidden de jodide ionen oxideren naar dijood (dit geeft in oplossing een bruine kleur). f. Bronnen Figuur 7: Gebruik van kaliumjodide om zilverjodide neerslag te verkrijgen. Chemie Aktueel, Tijdschrift voor scheikunde-onderwijs (januari 2010), Nr. 62 p , p Jansen J., Delaet R. en Dreezen J., Macro-micro in de Chemie, Dieper inzicht in organische stoffen, p , Uitg. Plantyn, Jo Thys - ALO Chemie - 16 april

7 2. Het verschil tussen Aspirine en Dafalgan Plaats in de leerplannen Koolstofverbindingen: indeling en eigenschappen a. Oriënteren Achtergrondinformatie Aspirine is de beschermde merknaam voor acetylsalicylzuur. Dit is de werkzame stof in Dispril, Aspro Paracetamol is de triviale naam van de verbinding die je o.a. in Dafalgan terugvindt. Onderzoeksvraag Je hebt en heel moeilijk examen achter de rug met barstende hoofdpijn als gevolg. Je vindt een tablet waarvan je weet dat het ofwel Aspirine ofwel Dafalgan is. Maar bent allergisch aan acetylsalicylzuur. Hoe kan je met zekerheid vaststellen met welk product je te doen hebt? Zoek de formules op van acetylsalicylzuur en van paracetamol: Welke functionele groepen herken je? Bijkomende informatie: Fenolen vormen diepblauwe complexe ionen met Fe 3+ ionen. Wat zijn fenolen? b. Voorbereiden Hypothese 1 Formuleer een hypothese wat het zuur-base-gedrag van deze verbindingen betreft. 2 Voorspel of er een verschil is tussen Aspirine en Dafalgan wat de complexvorming met ijzer betreft. 7

8 Benodigdheden - Indicator: broomthymolblauw - 1 tablet aspirine, 1 tablet dafalgan, weegschaal, gedestilleerd water, mortier en stamper, erlenmeyer 100 ml, trechter, filtreerpapier, nunclonschaaltje - FeCl 3 -oplossing, 5% Verbinding Gevaarsymbool R-zinnen S-zinnen WGK FeCl 3 c. Uitvoeren Werkwijze Een tablet van elk geneesmiddel fijn malen. Gelijke massa s (ongeveer 300 mg) afwegen, oplossen in 30 ml water en filtreren. A Breng van elke oplossing een kleine hoeveelheid in twee schaaltjes aan. Voeg enkele druppels indicator aan. Waarneming Komt je waarneming overeen met de aanwezige functionele groep? B Breng van elke oplossing een kleine hoeveelheid in twee schaaltjes aan en voeg enkele druppels van de FeCl 3 -oplossing toe Komt deze waarneming overeen met je veronderstelling? Links oplossing van acetylsalicylzuur - rechts oplossing van paracetamol Boven met BTB onder met Fe 3+ ionen 8

9 d. Rapporteren reflecteren Conclusie Acetylsalicylzuur is een zuur, paracetamol is geen base. Fenolen vormen complexe ionen met Fe 3+ -ionen volgens onderstaande reactie Paracetamol is dus een fenol. e. Tips voor verder onderzoek 1 Ibrupofen is een molecule met gelijkaardige pijnstillende eigenschappen. Is deze molecule te vergelijken met ACZ of met paracetamol? 2 Er bestaan nog veel meer moleculen met een OH-groep. Schrijf de formule van cyclohexanol en van salicylzuur. Zou er met deze verbindingen ook een ijzercomplex gevormd worden? f. Bronnen Prof. Blumes Tipp des Monats Mai Uitgetest door Annie Wellens Tekst: Annie Wellens 9

10 3. Een ijsje of toch niet? Plaats in de leerplannen - Kunststoffen a. Oriënteren Achtergrondinformatie Aaneenschakeling van monomeren ter vorming van macromoleculen kan op verschillende manieren gebeuren: volgens polymerisatie, polycondensatie en polyadditie. Polyurethanen zijn kunststoffen die ontstaan door polyadditie waarbij de monomeren, bifunctionele moleculen, in hun geheel aan elkaar geschakeld worden als kralen in een ketting zonder dat nevenproducten ontstaan. Polyurethanen kennen veel toepassingen. Onderzoeksvraag Hoe kan een polyurethaan in een klassensituatie eenvoudig en leuk gesynthetiseerd worden?. b. Voorbereiden Onderzoeksvoorstel - Voorstel werkwijze We willen de leerlingen op een eenvoudige manier laten ervaren dat een polyurethaan, PUR, ontstaat door reactie tussen twee reagentia, een diol en een di-isocyanaat. Hiertoe mengen we de beide componenten in een klein plastic recipiënt. Om het experiment in een leuk kleedje te stoppen, voegen we een voedingskleurstof toe, zodat het lijkt dat op het einde van het experiment een crèmepje in het potje zit. Benodigdheden - Urafoam 2-XV - Uranate DNR - een voedingskleurstof - een plastic potje van 100 ml (gekocht bij AVApapierwaren) - twee pasteurpipetjes en een houten spateltje - een (papieren) bescherming als ondergrond op de tafel - handschoenen Verbinding Urafoam 2-XV Uranate DNR Gevaarsymbool Xn Xn c. Uitvoeren Werkwijze - Breng een paar druppels kleurstof op de bodem van het plastic bekertje. - Voeg met een pasteurpipetje 2 ml Urafoam 2-XV toe en homogeniseer. 10

11 - Voeg dan met een pasteurpipetje 2 ml Uranate DNR bij en homogeniseer. - Wacht dan enkele minuten rustig af! Waarneming De reactie start langzaam met warmtevrijgave. Een mooi gekleurd schuim vult stilaan het ganse bekertje. Na verloop van tijd heeft zich een hard crèmepje gevormd! d. Rapporteren reflecteren Conclusie Dit experiment is zeer gemakkelijk uit te voeren, ook door leerlingen. Verklaring Het hiernaast staand reactiepatroon tussen een diol en een di-isocyanaat illustreert het polyadditieproces. e. Tips voor verder onderzoek - Combineer de twee componenten met andere voedingskleurstoffen om andere (lekkerder?) crèmepjes te maken. - Wens je een dikkere crème te maken, dan moet je natuurlijk grotere hoeveelheden van de beide componenten gebruiken in een 1/1-verhouding. - De twee componenten kunnen besteld worden bij M.C. Technics - Zone Industriel Rue de Maestricht 69, 4600 Visé Tel (spreken Nederlands) Prijs: Urafoam 2-XV: 21,25 euro/liter Uranate DNR: 21,68 euro/liter f. Bronnen Brandt L. et al., Chemie 2000 Maxi 5, afbeelding reactiemechanisme p. 130, Uitg. Wolters Plantyn, ISBN Paul Degreef 11

12 4. Schuimpje verschijnt, kleur verdwijnt Plaats in de leerplannen - gasvormingsreacties - zuren en basen a. Oriënteren Achtergrondinformatie Lees de productinformatie van Reckitt blue of blauwsel. Het is een product dat vroeger gebruikt werd om vergeelde was witter te doen schijnen want oranje is de complementaire kleur van ultramarijn blauw; samen geven ze wit. Het blauwsel bestaat uit de kleurstof ultramarijn met toevoeging van een base, nl. natriumwaterstofcarbonaat. Ultramarijn is de kleur Pigment Blue (PB) Het is een polysulfide van natriumaluminiumsilicaat met formule Na 6 Al 4 Si 6 S 4 O 20 Onderzoeksvraag Klopt het dat ultramarijn zuur-gevoelig is? b. Voorbereiden Onderzoeksvoorstel hypothese Voorstel werkwijze We onderzoeken of de kleur van ultramarijn wijzigt wanneer de kleurstof in zuur midden gebracht wordt. Benodigdheden - reckitt blauw, azijnzuur, citroenzuur, NaOH oplossing (3 mol/l) - een lepeltje, 2 proefbuizen, een knijppipet, universeel indicatorpapier Verbinding Gevaarsymbool R-zinnen S-zinnen WGK vast citroenzuur Xi NaOH (3 mol/l) C / c. Uitvoeren Gegevens verzamelen - waarneming Werkwijze - Breng wat vast citroenzuur in een proefbuis en leng aan met gedestilleerd water tot de proefbuis half gevuld is. - Breng in een tweede proefbuis huishoudazijn en vul de proefbuis halfvol. - Breng in beide proefbuizen een mespuntje Reckitt Blauw - Voeg na 2 minuten druppelsgewijs de base toe tot de oplossing basisch is en test met een UI-papiertje. Waarneming - De oplossing bruist als het blauwsel aan de zure oplossing wordt toegevoegd. - De blauwe kleur verdwijnt; de blauwselpartikeltjes worden wit. - De oplossing krijgt de geur van rotte eieren. - Bij toevoeging van de base wijzigt de kleur niet meer. 12

13 d. Rapporteren reflecteren Gegevens verwerken conclusie en verklaring Conclusie Door blauwsel in een zure oplossing te brengen wijzigt de structuur van het ultramarijn. Deze kleurstof is zuurgevoelig. Verklaring 1 Aan het pakje blauwsel is als base NaHCO 3 toegevoegd, dat in waterige oplossing waterstofcarbonaarionen vormen die voor het basisch milieu zorgen. NaHCO 3(s) Na 1+ + HCO 3 1- HCO H 2 O H 2 CO 3 + OH - K b = 2, ; K a = 5, (HCO ionen kunnen met water ook H 3 O 1+ vormen, maar K a is kleiner dan K b ) In zuur midden gaan echter de HCO ionen reageren met de H 3 O 1+ -ionen van het zuur ter vorming van CO 2 HCO H 3 O 1+ 2 H 2 O + CO 2 ր 2 Bij de gasvorming ontstaat de geur van rotte eieren omdat uit het polysulfide zwavelionen zich binden aan de H 3 O 1+ -ionen van het zuur tot waterstofsulfidegas. S H 3 O 1+ 2 H 2 Sր 13

14 3 In ultramarijn wordt de blauwe kleur veroorzaakt door het S 2- -ionen als chromofore groep. In zuur midden wijzigt deze groep onder vorming van waterstofsulfide. 4 Omdat de structuur van de kleurstof gewijzigd is in zuur midden, zal in basisch midden de blauwe kleur niet terug verschijnen. e. Tips voor verder onderzoek Men kan onderzoeken of het ultramarijn inderdaad in zuur midden nog gasvorming geeft door eerst de blauwe kleur af te filtreren en het filtraat te laten uitkristalliseren. Men kan dan zowel het uitgekristalliseerde NaHCO 3 als het residu (het ultramarijn) testen op gasvorming met zuren. f. Bronnen 1. Anoniem, Blauwsel, Archimedes, jrg 7 nr /1981, blz Anoniem, Ultramarijn, Internet, 5 mei 2010 ( 3. Booth, D.G., Dann, S.E. and Weller, M.T. (2003) The effect of the cation composition on the synthesis and properties of ultramarine blue. Dyes and Pigments, 58, (1), Auteur: Marie-Josée Smits 14

15 5. Chemoluminescentie met luminol en oxireiniger Plaats in de leerplannen Endo- en exo-energetische reacties (Oxireiniger wordt gebruikt als vervanger van H2O2) a. Voorbereiden Benodigdheden - luminol, K3Fe(CN)6, oxireiniger (Vanish of Una Oxy), gedestilleerd water - een erlenmeyer van 500ml, een spatel. b. Uitvoeren Werkwijze - In de erlenmeyer wordt ongeveer 200 ml water aangebracht; daaraan wordt een spatelpunt luminol en een half maatschepje wasmiddel toegevoegd. Schudden. Aan deze oplossing wordt een spatelpunt K3Fe(CN)6 toegevoegd. Waarneming De oplossing licht blauw op. c. Rapporteren reflecteren Tijdens de klassieke oxidatiereactie van luminol wordt het peroxodianion gevormd waarbij licht uitgestraald wordt. In deze variant van de reactie wordt in de plaats van waterstofperoxide een oxireiniger gebruikt die grote hoeveelheden percarbonaat bevat. Ijzerionen treden op als katalysator. Daarom wordt luminol in forensisch onderzoek gebruikt om bloedvlekken op te sporen. Auteur: Annie Wellens 15

16 6. Druppelelektrolyse van koperdichloride-oplossing CuCl 2 Plaats in de leerplannen - Elektrolyse VVKSO Leerplan derde graad ASO CHEMIE LICAP BRUSSEL D/2006/0279/040 : 2 graaduren VVKSO Leerplan derde graad ASO CHEMIE LICAP BRUSSEL D/2006/0279/040 : 4 graaduren a. Oriënteren Achtergrondinformatie Herhaal de theoretische aspecten over de elektrolyseverschijnselen. Weet dat: - voor alle redoxverschijnselen steeds geldt KRAO aan de kathode gebeurt reductie en aan de anode gebeurt oxidatie - alleen een elektrolyse KNAP is : kathode is negatief en anode is positief Zoek de kleur van indicatoren zoals broomthymolblauw en methylrood op in zuur en basisch midden. Onderzoeksvragen Kunnen de verwachte elektrolyseverschijnselen ook waargenomen worden bij het uitvoeren van mini-elektrolyse in een druppelexperiment? Hoe worden de elektrolyseverschijnselen beïnvloed door de aard van de oplossing die onderworpen wordt aan de elektrolyse? Hoe worden de elektrolyseverschijnselen beïnvloed door de aard van de elektroden die gebruikt worden in de elektrolyse? 16

17 b. Voorbereiden Onderzoeksvoorstel hypothese Voorstel werkwijze We voeren de druppelelektrolyse uit op een witte ondergrond die gemakkelijk te reinigen is: bvb. een porseleinen plaatje van ongeveer 10 cm op 10 cm of een wit papier in een plastic mapje. - + Op deze witte ondergrond wordt een druppel van de te elektrolyseren oplossing gelegd. Als energiebron wordt een batterij van 9 Volt gebruikt. Als elektroden worden uitgevouwen paperclips gebruikt, die aan het uiteinde met een tang een paar mm gebogen worden om een goed contact met de druppel te verkrijgen. Benodigdheden - koperdichloride-oplossing CuCl 2 1 mol/l - pasteurpipetje - witte ondergrond (porseleinen plaatje of wit papier in plastic mapje) - 9 Volt batterij - twee ijzeren paperclips (uitgevouwen en uiteinden wat omgeplooid) Verbinding Gevaarsymbool R-zinnen S-zinnen WGK CuCl 2 Xn, N 22-36/38-50/ c. Uitvoeren Gegevens verzamelen - waarneming Werkwijze - Breng een flinke druppel CuCl 2 -oplossing aan op de witte achtergrond. - Bevestig één half uitgevouwen paperclip aan de positieve pool (de anode) van de batterij en één half uitgevouwen paperclip aan de negatieve pool (de kathode). Waarneming - Aan de negatieve pool is er een boomvorming van roodbruin kopermetaal - De paperclip aan de positieve pool is na verloop van tijd dunner geworden. De oplossing rond de positieve pool kleurt na verloop van gelig. 17

18 d. Rapporteren reflecteren Gegevens verwerken conclusie en verklaring Conclusie Kopermetaal ontstaat door reductie van koperionen aan de kathode. Het ijzermetaal van de anode-paperclip wordt geoxideerd tot ijzer(ii)-ionen Fe 2+ die de oplossing geel kleuren. Verklaring Er gebeuren onder invloed van de elektrische stroom, geleverd door de batterij, elektrolyseverschijnselen. Deze verschijnselen kunnen verklaard worden via onderstaand schema: Wat is visueel waar te nemen aan de polen? - pool (kathode): + pool (anode): Aanwezige deeltjes zijn: Kandidaat OX (aan de negatieve pool = kathode), hun redoxkoppel met E -waarde: OX + n e - RED Welke van de kandidaat oxidatoren wordt gereduceerd? Schrijf de optredende halfreactie die hoort bij deze reductie. Verklaar hiermee je hoger genoteerde waarneming. Kandidaat RED (aan de positieve pool = anode), hun redoxkoppel met E -waarde: OX + n e - RED of RED OX + n e - Welke van de kandidaat reductoren wordt geoxideerd? Schrijf de optredende halfreactie die hoort bij deze oxidatie. Verklaar hiermee je hoger genoteerde waarneming. Hoe kan je aantonen dat de Fe-elektrode omzet tot Fe 2+ -ionen? 18

19 Waarom is er geen gasvorming te merken aan één of beide polen? e. Tips voor verder onderzoek Andere oplossingen kunnen ook aan een druppelelektrolyse onderworpen worden. Er kan ook gebruik gemaakt worden van verschillende elektroden (koperen paperclips, grafietstaafjes ). Eenzelfde mini-elektrolyse kan uitgevoerd worden met verschillende indicatoren in de oplossing. Volgens de hogere werkwijze voeren we de volgende elektrolyses als druppelexperiment uit: a. elektrolyse van Na 2 SO 4 -oplossing (met broomthymolblauw) met ijzeren paperclips b. elektrolyse van Na 2 SO 4 -oplossing (met methylrood) met ijzeren paperclips c. elektrolyse van Na 2 SO 4 -oplossing (met methylrood) met koperen paperclips d. elektrolyse van CuSO 4 -oplossing met ijzeren paperclips f. Bronnen - Mahieu, K. (PB Chemie - bisdom Antwerpen 2007) - Stauffer Mark T. and Fox Justin P., Yet Another Variation on the Electrolysis of Water at Iron Nails, Journal of chemical education (2008), 85, p. 523; Auteur: Paul Degreef 19

20 7. Onzichtbare inkt Plaats in de leerplannen VVKSO leerplan tweede graad ASO Chemie LICAP Brussel D/2006/0279/039: - De ph-schaal in relatie kunnen brengen met zuur, basisch of neutraal karakter van een waterige oplossing - Neerslagreacties uit de leefwereld kunnen herkennen als het gevolg van bepaalde ionencombinaties tot stoffen die weinig oplosbaar zijn in water en bezinken - Zuur, neutraal en basisch midden kunnen interpreteren in functie van de aanwezige hoeveelheden H 1+ en OH 1 ionen a. Oriënteren Achtergrondinformatie Herhaal de theoretische aspecten over neerslagreacties. Zoek het kleuromslaggebied en de kleur van de indicator thymolftaleïne. (omslaggebied tussen ph 9,3 en 10,5 - ph > 10,5 : blauw ph < 9,3 kleurloos). Probleemstelling en onderzoeksvragen Een blauwe oplossing van thymolftaleïne kan als inkt worden gebruikt. Na verloop van tijd verdwijnt de geschreven tekst. Waarom verdwijnt de tekst? Kunnen we de tekst weer zichtbaar maken? b. Voorbereiden Hypothese - onderzoeksvoorstel Vermoedelijk reageert NaOH met CO 2 uit de lucht en wordt Na 2 CO 3 gevormd. In dat geval wordt de inkt op het witte papier minder basisch en dus onzichtbaar. De indicator is echter nog aanwezig. Indien deze hypothese (onderstelling) klopt dan zal de tekst opnieuw verschijnen door het papier te bevochtigen met een basische oplossing. - Een oplossing van thymolftaleïne bereiden en blauw kleuren door toevoeging van voldoende druppels NaOH 3 mol/l. - Met deze inkt op papier of stof schrijven. - Nagaan of de tekst verdwijnt. - Met een basische oplossing over het papier gaan en observeren of de tekst weer verschijnt. Benodigdheden - Thymolftaleïne-oplossing: Thymolftaleïne, ethanol, maatkolf 100 ml, balans - Wit papier, penseel - NaOH-oplossing geconcentreerd (bv 3 mol/l) en verdund (0,1 mol/l) Verbinding Gevaarsymbool R-zinnen S-zinnen WGK Thymolftaleïne /25 - Ethanol F NaOH 3 mol/l C / c. Uitvoeren Gegevens verzamelen - waarneming Werkwijze - Bereiding van de thymolftaleïne-oplossing: 20

21 o Breng 0,10 g thymolftaleïne in een maatkolf van 100 ml. Breng 10 ml ethanol in de maatkolf en schud om het thymolftaleïne op te lossen. Leng de oplossing aan met water tot een volume van ongeveer 90 ml. De oplossing wordt melkachtig wit. o Voeg dan 1 ml NaOH-oplossing 3 mol/l toe (= 20 druppels) aan de thymolftaleïneoplossing totdat deze oplossing donkerblauw kleurt. Leng verder aan met water tot aan de maatstreep. - Schrijf met een penseel en de blauwe oplossing een tekst op een blad wit papier of een stukje stof. - Laat dit even drogen. Waarneming - Bij het aanbrengen van de inkt op het papier verdwijnt de blauwe kleur van de inkt en de inkt droogt op. - Na het aanbrengen van NaOH-oplossing over de tekst kleurt de tekst weer blauw. - Na enige tijd wordt de tekst weer onzichtbaar d. Rapporteren reflecteren Gegevens verwerken conclusie en verklaring Conclusie De blauwe tekst ontkleurt en kan terug zichtbaar worden gemaakt door toevoeging van een basische oplossing. Verklaring Thymolftaleïne is een indicator die bij ph > 10,5 blauw kleurt. Als de thymolftaleïneoplossing voldoende basisch gemaakt wordt met een geconcentreerde NaOH-oplossing (3 mol/l) kleurt ze donkerblauw. Wanneer met deze oplossing een tekst wordt geschreven verdwijnt de tekst omdat NaOH reageert met CO 2 uit de lucht en hierbij wordt een witte neerslag gevormd van Na 2 CO 3 wordt gevormd, onzichtbaar op het witte papier. 2 NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O Door het verdwijnen van NaOH uit de inkt wordt de oplossing minder basisch en verdwijnt de blauwe kleur. Wanneer met NaOH 0,1 mol/l over de tekst wordt gegaan, verschijnt de blauwe kleur weer. 21

22 e. Tips voor verder onderzoek - Uitproberen met inkt van andere kleuren: fenolftaleïne of met mengsel van thymolftaleïne en fenolftaleïne (concentratie: zie bron) en verschil in reactiesnelheid bestuderen. - Tekst terug zichtbaar maken met een zeepoplossing? Welk zeep best? f. Bronnen Katz D. (2006). Disappearing ink. Beschikbaar op: [3/7/2010]. Auteur: Helen Haest Ook getest door Paul Degreef 22

23 8. Regenboogindicatoren Plaats in de leerplannen - Zuur-base-indicatoren Doel 1 Een regenboog van kleuren maken met mengsels van indicatoroplossingen in een soda oplossing. 2 Deze basische indicatoroplossingen gebruiken om een neutralisatiereactie aan te tonen bij zure hosties. a. Oriënteren Achtergrondinformatie - opdracht Zoek de pka waarde en het omslaggebied van de ph indicatoren fenolftaleïne, thymolftaleïne en 4- nitrofenol. Tabel 1: overzicht omslaggebied van de indicatoren indicator pk a omslaggebied kleuromslag thymolftaleïne 9,9 9,2 10,5 Kleurloos - blauw fenolftaleïne 9,3 8,2 9,8 Kleurloos - violet 4-nitrofenol 7,08 5,4 6,8 Kleurloos geel b. Voorbereiden Benodigdheden Materiaal: 3 maatkolfjes van 100 ml met stop, 6 maatcilinders van 100 ml, 6 bekers van 250 ml of 1 nuclonschaaltje 6 of 6 kleine petrischaaltjes, 3 knijppipetjes, 1 glazen staaf, UI-papier Chemicaliën: sodaoplossing 2 g/l - ph-indicatoren in vaste vorm: fenolftaleïne, thymolftaleïne, 4-nitrofenol - ethanol 95% - gedestilleerd water. Andere: 12 zure hosties Bereiding indicatoroplossingen: 0,5 % fenolftaleïneoplossing in alcohol Los 0.5 gram fenolftaleïne op in 25 ml ethanol 95% in een maatkolf van 100 ml en leng aan met ethanol 95%. Homogeniseer de oplossing. 0,5 % thymolftaleïneoplossing in alcohol Los 0.5 gram thymolftaleïne op in 25 ml ethanol 95% in een maatkolf van 100 ml en leng aan met ethanol 95%. Homogeniseer de oplossing. 1 % nitrofenoloplossing in alcohol Los 1 gram 4-nitrofenol op in 25 ml ethanol 95% in een maatkolf van 100 ml en leng aan met ethanol 95%. Homogeniseer de oplossing. Bereiding sodaoplossing: Los 2 gram soda (Na 2 CO 3 ) op in 250 ml water in een bekerglas van 1 liter en leng aan tot 1 liter oplossing. Homogeniseer de oplossing. Indien je werkt met bekers: verdeel deze oplossing gelijkmatig over 6 bekerglazen van 250 ml. 23

24 Indien je werkt met Nunclonschaaltjes of petrischaaltjes: verdeel de oplossing over 6 schaaltjes. c. Uitvoeren Soda regenboog Werkwijze - Neem een nuclonschaaltje en vul elk compartiment met ongeveer 5 ml sodaoplossing. - Voeg daarna de ph-indicatoren toe in de verhouding zoals weergegeven in Tabel 2. Indien een mengsel van indicatoren gebruikt wordt, voeg dan eerst die indicator toe waarvan het omslaggebied plaatsvindt bij de hoogste ph-waarde (thymolftaleïne > fenolftaleïne > 4-nitrofenol). Meet en noteer de ph van de oplossing. De oplossing heeft een ph-waarde boven 7 en is dus basisch. In de oplossing ontstaan hydroxide ionen. Tip: indien de kleur te licht of te donker is, kan je nog enkele druppels van één van de indicatoroplossingen toevoegen zodat je de gewenste kleur bekomt. Tabel 2: samenstelling van de ph-indicatoren Kleur Indicator ( # druppels) Thymolftaleïne Fenolftaleïne 4-Nitrofenol Rood / 16 4 Oranje / 3 17 Geel / / 20 Groen 3 / 17 Blauw 20 / / Violet 4 16 / 24

25 Neutralisatie van de soda-indicatormengsels door zure hosties Werkwijze Plooi de hostie zodanig dat ze in de maatcilinder past. De beste manier is om de hostie wat in te deuken aan één kant. Let wel op dat de hostie niet breekt opdat het zuur niet uit de hostie valt. Gebruik een glazen roerstaaf om de hostie tot op de bodem van de maatcilinder te krijgen. Breng daarna op dezelfde wijze een tweede hostie in de maatcilinder (zie figuur 2). Herhaal de bewerking voor maatcilinder 2 tot en met 6 en nummer alle maatcilinders. Figuur 8: links: twee zure hosties - midden: geplooide zure hostie - rechts: zure hosties in maatcilinder. Gebruik de 6 soda oplossingen om de regenboogkleuren te maken: nummer de bekerglazen met 150 ml sodaoplossing van 1 tot en met 6 en voeg telkens een ander indicatormengsel toe zoals beschreven in tabel 2. Voeg 100 ml van de rode soda-indicatoroplossing 1 toe aan maatcilinder 1. Herhaal deze handeling voor de overeenkomstige cilinders en bekerglazen. Plaats de overgebleven soda-indicatoroplossing voor de overeenkomstige maatcilinder en neem de trage kleuromslag waar. Figuur 9: Toevoegen van de blauwe soda-indicatoroplossing aan de maatcilinder met zure hosties. Figuur 10: Langzame ontkleuring van de blauwe oplossing in de maatcilinder. d. Rapporteren reflecteren Wat gebeurt er met de hosties als de soda-indicatoroplossing toegevoegd worden? De wand van de hostie breekt open en het zuur ontsnapt uit de hosties. Vervolgens lost het zuur geleidelijk op in het water. Wat gebeurt er vanaf dat moment met de kleur van de soda-indicatoroplossing? De kleur verandert, de oplossing wordt kleurloos. 25

26 Vergelijk de ph-waarden van de oplossingen in de maatcilinders met de ph-waarden van de overeenkomstige soda-indicatoroplossingen in de bekerglazen. Wat kan je besluiten? De ph-waarde is gedaald. Wat kan je uit bovenstaande waarneming besluiten? Zure hosties zetten protonen vrij in water. De protonen reageren met de hydroxide-ionen van de basische oplossing: H 1+ + OH 1- H 2 O Hosties zijn gekleurd. Kan de kleur van de hostie zorgen voor de kleuromslag? Onafhankelijk van de kleur van de hostie gebeurt er steeds een ontkleuring. e. Bronnen Proksa, M., The sodium rainbow, Journal of chemical education, 1997, 74 (8), p Anoniem, Kleuren van de indicatoren. internet, , ( Anoniem, ph mesurements with indicators internet, 2005, ( Wikipedia,pH indicator, internet, 3 october 2003 ( Auteur:Sil Wellens Mede getest door: M-J Smits 26