Ammoniakkisuihkulähde: Punainen Maaginen Draama ja Tieteellinen Salaisuus!
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on koe.
Punainen suihkulähde purkautuu esiin pullossa… Oletko kuullut ”ammoniakkisuihkulähdekokeesta”, joka näyttää aivan taikuudelta? Monet saattavat muistaa nähneensä sen koulun luonnontiedon tunneilla. Tämä kaunis ilmiö onkin itse asiassa tieteen riemua tiivistetyssä muodossa, sillä siinä hyödynnetään erästä ammoniakkikaasun ”yllättävää ominaisuutta”.
Tällä kertaa paljastan kaiken jännittävän, dramaattisen lopputuloksen, jonka saimme, kun kokeilimme ammoniakkisuihkulähdekoetta, sekä sen kauneuden takana piilevän tieteellisen salaisuuden!
Ammoniakkisuihkulähdekoe: Dramaattinen tulos – 1 voitto, 2 tappiota!
Hei kaikki! Tällä kertaa päätimme kokeilla ”ammoniakkisuihkulähdekoetta”, joka on yksi suosituimmista kokeista luonnontiedossa!
Kokeen valmistelu on yksinkertainen. Sekoitetaan kahta erilaista valkoista jauhetta, ammoniumkloridia (NH₄Cl) ja kalsiumhydroksidia (Ca(OH)₂), ja kuumennetaan seosta ammoniakkikaasun tuottamiseksi. Kemiallisena reaktiona se näyttää tältä:
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ ⟶ 2NH₃ + CaCl₂ + 2H₂O
Kun tässä reaktiossa käytetään noin 3 g kumpaakin ainetta, ammoniumkloridia ja kalsiumhydroksidia, laskelmien mukaan ammoniakkia pitäisi syntyä teoreettisesti jopa noin 1,3 litraa. Tämän pitäisi riittää onnistumiseen! …Näillä ajatuksilla aloimme. Alla on esitetty reaktioon osallistuvien aineiden kemialliset rakenteet.
Koejärjestelyt ja ”salaisuudet” onnistumiseen
Ammoniakkisuihkulähdekokeen onnistumiseen liittyy muutama tärkeä seikka.
１ Sekoita kemikaalit
Ota 3 grammaa kumpaakin, ammoniumkloridia ja kalsiumhydroksidia, ja sekoita ne huolellisesti. Muista käyttää suojalaseja tätä tehdessäsi!
２ Tuota ja kerää ammoniakki
Laita sekoitetut kemikaalit koeputkeen ja lämmitä varovasti kaasupolttimella. Syntynyt ammoniakkikaasu kerätään kuivaan pyöreäpohjaiseen pulloon. Tässä on kolme avainkohtaa!
- Varmista riittävä ilmanvaihto: Ammoniakilla on voimakas ja pistävä haju, ja sen hengittäminen suurina pitoisuuksina on vaarallista.
- Laske koeputken suuta hieman alas: Tässä kemiallisessa reaktiossa syntyy myös vettä (H₂O). Jos et laske koeputken suuta alas, syntynyt vesi voi virrata takaisin kuumennettuun osaan ja koeputki voi särkyä.
- Kerää ammoniakki oikein: Ammoniakki on ilmaa kevyempää kaasua. Siksi se kerätään pullo suu alaspäin, käyttämällä alaspäin suuntautuvaa syrjäytysmenetelmää (downward displacement). Onnistumisen salaisuus on työntää lasiputki syvälle pulloon ja kerätä kaasu työntämällä pullon sisällä oleva ilma ulos.
Vinkki on tuoda putken pää pyöreäpohjaisen pullon yläosaan keräyksen aikana. Ajattele kerääväsi sitä ”täyttämällä” ylhäältä alas. Myös suuremman pullon käyttäminen lisää onnistumisen todennäköisyyttä!
３ Varo pistävää hajua!
Kun tarkistat ammoniakin hajua, pidä kasvosi etäällä koeputkesta ja tuuleta hajua kohti itseäsi kädellä. Älä missään nimessä hengitä sitä suoraan.
Ottelun tulos… Dramaattinen 1 voitto, 2 tappiota!
Onnistuimme esikokeissa kahdesti ja olin todella luottavainen: ”Kappas, tämä onnistuu!” Mutta kun kokeilimme sitä varsinaisella tunnilla… Tulos oli uskomaton 1 voitto ja 2 tappiota! Kaksi epäonnistumista ja vain yksi onnistuminen – melkoinen dramaattinen käänne. Jouduimme pureskelemaan pettymystä yhdessä oppilaiden kanssa: ”Kokeet eivät todellakaan aina mene oppikirjan mukaan…”, mutta sitä suurempi oli ilo onnistumisen hetkellä! Koko luokka täyttyi valtavalla ”Vauu!”-huudolla.
Onnistumisen hetki! Kauniin punaisen suihkulähteen mysteeri
Tässä näkyy hetki, jolloin onnistuimme täydellisesti!
Pulloon imeytynyt vesi leviää kauniina vaaleanpunaisena suihkulähteenä, ja se on aina vaikuttavaa nähdä. Mutta etkö ihmettele tätä kohtaa?
”Miksi pelkkä vesi muuttuu vaaleanpunaiseksi?”
”Ja miksi vesi ylipäätään imeytyy pulloon itsestään?”
Salaisuus piilee ammoniakin hämmästyttävässä ominaisuudessa. Ammoniakilla on itse asiassa se ominaisuus, että se liukenee veteen ÄLYTTÖMÄN hyvin. Kun pulloon laitetaan hieman vettä ruiskulla pullon suulla (tätä kutsutaan ”kutsuvedeksi”), pullossa oleva ammoniakki liukenee siihen veteen kerralla. Tämän seurauksena pullon sisäinen paine laskee jyrkästi, koska kaasua liukenee nesteeseen. Ulkoinen ilmanpaine (atmosfäärinen paine) ei muutu, joten pullon sisä- ja ulkopuolelle syntyy suuri paine-ero. Tämä paine-ero pyritään tasoittamaan, jolloin ilmanpaine työntää dekanterissa olevaa vettä voimakkaasti pulloon. Tämä on ”suihkulähteen” todellinen luonne.
Entä vaaleanpunaisen värin mysteeri? Se johtuu siitä, että dekanterin veteen oli etukäteen sekoitettu indikaattoriliuosta nimeltä fenolftaleiini. Fenolftaleiinilla on ominaisuus, että se muuttuu kirkkaan vaaleanpunaiseksi reagoidessaan emäksisten nesteiden kanssa. Veteen liuennut ammoniakki muodostaa ”ammoniakkivettä”, joka on emäksistä. Siksi pulloon imeytynyt vesi värjäytyy kauniin vaaleanpunaiseksi.
Suihkulähde pysähtyy muuten siksi, että paine-ero pullon sisä- ja ulkopuolella pienenee, kun pullo täyttyy vedellä. Tämäkin on todiste siitä, kuinka tieteen lait toimivat.
Kokeiden hauskuus piilee ”ennustamattomassa draamassa”!
Tässä kokeessa ensimmäisen epäonnistumisen syynä oli se, että ammoniakkia ei syntynyt riittävästi, ja toisen se, että kun yritimme lämmittää ammoniakkivettä suoraan, lämpö oli liian kova. Huolellinen valmistelu on todellakin tärkeää kaikessa. Mutta oli kyseessä sitten onnistuminen tai epäonnistuminen, kaikki johtaa oppimiseen. Prosessi, jossa mietitään ”Miksi se ei onnistunut?” ja ”Miten onnistun seuraavalla kerralla?”, saattaa olla tieteen kiehtovin osa. Tämä 1 voitto ja 2 tappiota tarjosivat meille juuri sellaisen ennustamattoman tieteellisen draaman kokemuksen.
Lisää tietoa! Ammoniakkisuihkulähteen sovellukset
Tämä video on myös erittäin selkeä oppilaille näytettäväksi.
Löysin myös tällaisen mielenkiintoisen kokeiluvideon. Tavallisessa suihkulähdekokeessa käytetään kutsuveden annosteluun ruiskua, mutta tässä videossa sitä ei ole. Suihkulähde alkaa automaattisesti toimia, kun putki vain upotetaan veteen ja ammoniakki liukenee siihen vähitellen. Esittelykokeena tämä varmasti saa yleisön hämmästymään!
Tässä kokeessa käytetty ammoniumkloridi näyttää kauniita kiteitä myös seuraavan kappaleen, ”uudelleenkiteytymisen” kokeessa. On kiinnostavaa kemiassa myös se, että yksi aine on mukana monissa erilaisissa tieteellisissä ilmiöissä.
Yhteydenotto ja pyynnöt
Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut selkeät ohjeet hauskoista tiedekokeista, joita voit tehdä kotona, ja niiden onnistumisvinkeistä. Selaile ja etsi lisää!
Tiedevinkkikirjan sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä
Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä
Yhteydenotot ja pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi/esiintyminen jne.) täältä
– Artikkelien päivitystiedot julkaistaan X:ssä!
Kokeiluvideoita julkaistaan kanavalla Kagaku no Neta Channel (Tiedevinkkikanava)!
