Tätä on tiede! Kuparin herättäminen henkiin kuparilevyllä ja syömäpuikoilla – hapettumisen ja pelkistymisen draama
Olen Ken Kuwako, tiedevalmentajasi. Jokainen päivä on kokeilu.
Voitko kuvitella taianomaisen hetken, jolloin täysin mustaksi paahtunut metalli palautuu silmänräpäyksessä alkuperäiseen loistoonsa? Koulun kemianluokasta tuttu kupari on todellinen muutosten mestari. Tänään sukulaisemme hapen ja vedyn väliseen jännittävään draamaan, jota kutsumme hapettumiseksi ja pelkistymiseksi.
Hapettuminen: Kaunis kupari muuttuu sysimustaksi!
Tämä kokeilu tehtiin eräällä valinnaisella tiedetunnilla, ja täytyy sanoa, että oppilaiden mukana minäkin hihkaisin innosta nähdessäni muutoksen voimakkuuden.
Koe on hyvin yksinkertainen. Otetaan kauniin punaruskea kuparilevy – juuri sellainen kuin kymmenen jenin kolikko – ja kuumennetaan sitä kaasupolttimella. Samassa tuo upea kiilto katoaa ja pinta muuttuu täysin mustaksi. Tämä johtuu siitä, että lämpö saa kuparin reagoimaan kiivaasti ilmassa olevan hapen kanssa, jolloin syntyy uutta ainetta: kuparioksidia (CuO). Tätä ilmiötä kutsutaan hapettumiseksi.
Kemiallisena kaavana reaktio näyttää tältä:
Pelkistyminen osa 1: Sateenkaaren paluu syömäpuikolla
Nyt alkaa taikuus! Asetetaan tämän mustan kuparioksidin päälle tavallinen puinen syömäpuikko.
Katsohan! Puikon kosketuskohdasta alkaa pilkistää tuttu, kirkas punaruskea kupari.
Tämä johtuu siitä, että puun sisältämä hiili suorastaan varastaa hapen kuparioksidilta. Hämmästyttävintä on kuitenkin hetki, jolloin puikko nostetaan pois. Pinta välkähtää hetken sateenkaaren väreissä ennen kuin se reagoi uudelleen ilman hapen kanssa ja tummuu takaisin. Luokkahuone täyttyi ihastuneista huudoista, kun värit elivät silmien edessä.
Reaktioyhtälönä se menee näin:
2CuO + C → 2Cu + CO2
Pelkistyminen osa 2: Silmänräpäyksellinen taika vedyssä
Seuraavaksi vuorossa on pelkistyskoe vedyllä. Tällä videolla esiintyvän naisen aito ja iloinen reaktio tiivistää täydellisesti sen, miksi kemia on niin hauskaa. Katso ja hämmästy itse!
Kokeessa kierteelle käännetty kupari (Cu) kuumennetaan mustaksi ja työnnetään sitten koeputkeen, joka on täynnä näkymätöntä vetykaasua (H₂).
Ja hups… aivan kuin taikaiskusta, musta muuttuu välittömästi takaisin kauniiksi punaiseksi kupariksi!
Kamppailu hapesta: Pelkistymisen taistelu
Miksi väri palautui niin nopeasti? Kyseessä on kiivas taistelu hapesta eri aineiden välillä.
Vedyllä ja hiilellä on paljon kovempi hinku yhdistyä happeen kuin kuparilla. Kun ne pääsevät lähelle mustaa kuparioksidia, ne repivät hapen väkisin itselleen muodostaen vettä (H₂O) tai hiilidioksidia (CO₂). Kun kuparioksidi menettää happensa, se muuttuu takaisin puhtaaksi kupariksi. Tätä reaktiota, jossa happi poistetaan oksidista, kutsutaan pelkistymiseksi.
Tässä reaktio kaavana:
Pelkistyminen pyörittää maailmaamme
Tämä pelkistysreaktio ei ole vain kiva temppu luokkahuoneessa, vaan se on koko sivilisaatiomme perusta.
Ajatellaanpa vaikka rautaa, jota tarvitaan rakennuksiin ja autoihin. Luonnossa rauta esiintyy rautamalmina, eli hapen kanssa sitoutuneena rautaoksidina. Vain lisäämällä siihen hiiltä ja poistamalla hapen (pelkistämällä), saamme käyttöömme vahvaa, puhdasta rautaa. Pienestä kuparikokeesta johtaa suora linja valtaviin terästehtaisiin.
Kokeile itse: Tee omat hiilet ja pelkistä kuparia!
Kouluissa kuparioksidin pelkistämiseen käytetään yleensä puuhiiltä. Voit ostaa valmista hiilijauhetta, mutta on paljon hauskempaa valmistaa se itse syömäpuikoista. Katso tästä:
Itsetehty hiili on usein erittäin tehokasta, ja sen avulla kuparista saa todella kirkasta ja kiiltävää. Valmistus on helppoa.
Laita syömäpuikon palasia tiiviisti teräksiseen tölkkiin. Kuumenna tölkkiä kaasupolttimella. Terästölkki kestää kuumuutta erinomaisesti ilman, että siihen tulee reikiä.
Ole tarkka, ettei puu pääse palamaan vapaasti liekillä. Prosessissa syntyy savua ja puukaasua, joten tee tämä vetokaapissa tai hyvin tuuletetussa tilassa. Jos puukaasu syttyy palamaan tölkin suulla, puhalla se sammuksiin, jotta puu hiiltyy eikä pala tuhkaksi.
Kuumenna noin 35 minuuttia, anna jäähtyä ja ota upeat hiilet ulos! Jauha hiili morttelissa ja sekoita se huolellisesti kuparioksidiin.
Kun oppilaat tekivät tämän, tulokset olivat huikeita – joissakin ryhmissä syntyi näin upeaa kuparia!
Eikö olekin upeaa!
Seuraavan kerran kun näet metalliesineen, mieti hetki: onko se parhaillaan hapettumassa, vai onko se kenties syntynyt suuren pelkistysdraaman kautta?
Yhteydenotot ja tiedustelut
Tiedon ja kokeilun iloa kaikille! Blogistani löydät vinkkejä kotona tehtäviin kokeisiin ja tieteen ihmeisiin. Tutki rohkeasti!
・Tiedeblogini on nyt myös kirjana! Katso lisää täältä. ・Lisää minusta, Ken Kuwakosta, löydät täältä. ・Yhteistyöpyynnöt (kirjoitukset, luennot, tiedepajat jne.) täältä. ・Seuraa uusimpia päivityksiä X-palvelussa!
Tieteen niksikanavalla julkaistaan uusia koevideoita!
