Niezwykły gaz

Doświadczenie 1

Do garnka o wysokich ściankach wrzuć 10 tabletek musujących, np. witamin. Zalej 1–2 szklankami wody.
Czy mieszanina się pieni?

Wyjaśnienie: Węglany, szczególnie kwaśny węglan sodu (a zatem także soda oczyszczona), znalazły liczne zastosowania jako środki spulchniające oraz ułatwiające rozproszenie i rozpuszczenie innych substancji. Tabletki te zawierają mieszaninę węglanów i kwasu organicznego w formie proszków. W tej postaci substancje te nie reagują ze sobą, ale w kontakcie z wodą kwas atakuje sól, prowadząc do uwolnienia kwasu węglowego, który rozkłada się do wody i dwutlenku węgla. Obserwujemy intensywne pienienie się mieszaniny.

Doświadczenie 2

Zmieszaj w szklance płyn do mycia naczyń i wodę. Gdy reakcja z doświadczenia 1. się zakończy, za pomocą kawałka drutu z pętlą na końcu zrób kilka baniek mydlanych z płynu ze szklanki i obserwuj ich zachowanie, gdy opadną do garnka.

Wyjaśnienie: Na gęstość powietrza wpływa wiele czynników, m.in. wilgotność czy temperatura. Typowe wartości to 1,2–1,5 kg/ m³. Tymczasem gęstość dwutlenku węgla jest jakieś 50% wyższa i wynosi ok. 1,98 kg/m³. Oznacza to, że powietrze uwięzione w bańkach mydlanych może unosić się na powierzchni warstwy bogatej w dwutlenek węgla, a same bańki zawisają w powietrzu lub opadają wolniej.

Doświadczenie 3

Zapal zapałkę i zbliżaj ją powoli do dna garnka z doświadczenia 1.
Pali się czy gaśnie?

Wyjaśnienie: Dwutlenek węgla powstaje na skutek spalania – nie jest już zatem palny. Jego wysokie stężenie gasi płomień zapałki.

Doświadczenie 4

Znajdź wysokie szklane naczynie – np. wazon. Na dno garnka wlej wodę tak, by je przykryła. Umieść tam wysoki przedmiot, np. plastikową tubkę po tabletkach musujących. Na opakowaniu oraz tuż obok niego połóż po świeczce-
podgrzewaczu. Zapal obie i nakryj szklanym naczyniem, ustawionym do góry dnem. Czy zgasły w tym samym momencie?

Wyjaśnienie: Paląc się, świeca wytwarza dwutlenek węgla, który jako cięższy od powietrza opada na dno. Gromadząc się przy dnie, wypiera powietrze i zawarty w nim tlen, przez co dolna świeczka gaśnie, podczas gdy górna jeszcze płonie. Zatem wbrew obiegowej opinii to nie brak tlenu, ale nadmiar dwutlenku węgla gasi płomień. Wypełniający naczynie dwutlenek węgla zgasi także górną świecę, zostawiając w powietrzu nawet 17–19% tlenu! Znajduje to zastosowanie w ochronie przeciwpożarowej – gaśnice CO₂ (śniegowe) zawierają sprężony skroplony dwutlenek węgla, który uniemożliwia efektywne spalanie i odcina dostęp tlenu, pozwalając na ugaszenie niewielkiego pożaru.

Doświadczenie 5

Dwie nakrętki butelek przekłuj rozgrzaną w płomieniu palnika igłą. Przez otwory przewlecz gumowy wężyk akwarystyczny. Uszczelnij klejem szybkoschnącym. Do jednej butelki po wodzie mineralnej wlej szklankę wody kranowej z dodatkiem wody po gotowaniu czerwonej kapusty dla uzyskania intensywnego koloru. „Zgnieć” ją, starając się usunąć jak najwięcej powietrza. Zakręć na tej butelce jedną z nakrętek, a drugą zakręć na butelce z mocno gazowanym, schłodzonym napojem, np. colą (usuń trochę napoju, by nie przelał się do butelki). Obserwuj barwę płynu w temperaturze pokojowej.

Wyjaśnienie: Napoje gazowane są najczęściej nasycane dwutlenkiem węgla. Będzie go w roztworze tym więcej, im wyższe będzie ciśnienie panujące w butelce. Odkręcenie nakrętki powoduje spadek ciśnienia, przez co dwutlenek węgla może uwolnić się z roztworu. Wydostający się dwutlenek węgla przepływa przez wężyk, rozprężając drugą butelkę. Powoli nasyca także wodę z barwnikiem, a tworzący się kwas węglowy obniża pH roztworu, powodując zmianę koloru barwnika z czerwonej kapusty z fioletowego na różowofioletowy.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

butelka napoju typu cola, butelka po wodzie mineralnej, czerwona kapusta, wężyk akwarystyczny, klej szybkoschnący, płyn do mycia naczyń, drut, opakowanie tabletek musujących, świeczki-podgrzewacze

Niewliczone w cenę: garnek, szklany wazon, kubek, zapalniczka, kuchenka, lodówka

Czas przygotowania: 1,5 godz.

Koszt: 60 zł

***

Wiedza w pigułce

Dwutlenek węgla to produkt spalania węgla lub jego związków. Do CO₂ można spalić nawet diament. Utleniane w naszym ciele cukry czy tłuszcze ostatecznie zostają rozłożone do wody i dwutlenku węgla, który jako gaz opuszcza nasz organizm z każdym wydechem. Różnica jest kolosalna – w powietrzu jest go zaledwie ok. 0,04%, natomiast w wydychanym powietrzu – mniej więcej 5% (jednocześnie zawartość tlenu także jest niższa o jakieś 5%). Paradoksalnie, gdy nakryjemy świeczkę słoikiem, rzadko kiedy uzyskamy tak dobrą produkcję tego gazu, najczęściej osiągniemy ledwie 2%.

Dwutlenek węgla reguluje nasze procesy fizjologiczne – to właśnie nadmiar CO₂, a nie brak tlenu odpowiada za wzmożenie częstości oddechów i uczucie „duszenia się”. Bijąc rekordy wstrzymywania oddechu, zawodnicy wspomagają się aparatami pozwalającymi nie tylko skutecznie się „natlenić”, ale i usunąć z krwi związany dwutlenek węgla, dzięki czemu nie odczuwają potrzeby nabierania tchu nawet przez 15 min. Niebezpieczne jest także branie wielu głębokich oddechów tuż przed nurkowaniem. Może to prowadzić do omdlenia na skutek spadku zawartości tlenu, zanim nagromadzi się tyle dwutlenku węgla, aby nam dać znać, że coś złego dzieje się z naszym organizmem (tzw. shallow water blackout).

Dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza i dość dobrze rozpuszcza się w wodzie. Reaguje z nią, tworząc słaby kwas węglowy. Dlatego np. bitej śmietany w sprayu nie spulchnia się dwutlenkiem węgla – nabrałaby kwaśnego posmaku. To właśnie ten kwas tworzy się też w kropelkach deszczu, które „zabierają” część CO₂ podczas przechodzenia przez atmosferę. Taki opad może następnie rozkładać skały węglanowe, przyczyniając się do powstawania zjawisk krasowych, szczególnie widowiskowych w miejscach, gdzie często padają deszcze. Nic więc dziwnego, że największe jaskinie odkryto w rejonach tropikalnych. Kwaśne węglany są nietrwałe, łatwo uwalniają „nadmiarowy” dwutlenek węgla, wytrącają się i tworzą niezwykłe nacieki, np. stalagmity czy stalaktyty. Dwutlenek węgla pochłania także promieniowanie podczerwone, łatwo więc się nagrzewa. Jest przez to jednym z najważniejszych gazów odpowiadających za efekt cieplarniany.