2011. április 22., péntek
2011. április 19., kedd
Kémia- Lángfestés
1., KlorindaLángfestés fém vegyjel a láng színe: bárium Ba sárgászöld kalcium Ca téglavörös réz Cu zöld ólom Pb kék lítium Li bíborvörös kálium K fakóibolya nátrium Na sárgaitt egy videó is:http://videa.hu/videok/tudomany-technika/rez-klorid-langfestese-kiserlet-u1VECdKJIwEnRQNs2., AlizKémia:
http://www.sulinet.hu/tart/fncikk/Kidb/0/25755/index.htm
Lángfestés
A tűzijáték hangjára mindenki az égre emeli a tekintetét. A színek és formák játéka lenyűgöző és mint minden látványos jelenség, sokat elárul a szereplőkről. Szilveszterkor vagy valamilyen ünneplés közepette ki gondolná, hogy a kémiai nyomkeresés egyik legismertebb technikája tart égi bemutatót.
A jelenség
A kémiai elemek atomjaiban az elektronok jól meghatározott energiájú állapotban vannak. Az elektronok csak bizonyosenergiaszinteken létezhetnek. Egy adott energiaszintről az elektron csak úgy kerülhet valamelyik magasabb szintre, hogy a különbségnek megfelelő energiát felveszi fény (foton) formájában vagy hőátadással. Ez a folyamat a gerjesztés.
Az elektronok igyekeznek a lehető legkisebb energiájú szintre kerülni, ezért a gerjesztés után az energiaszinteknek megfelelő különség kisugárzása közben visszakerülnek egy alacsonyabb energiaszintre. A kisugárzott energia foton formájában is távozhat az atomból. Ha a foton hullámhossza a látható fény tartományába esik, a szemlélő az adott atomra jellemző színeket vesz észre.
A fémek egy részének atomjait a látható fény fotonjai gerjesztik, így az instabil magasabb energiaszintről visszaérkezve az atomok a látható fény tartományában sugároznak. Ez a lángfestés.
Nyomozás
Mivel a gerjesztés nyomán kisugárzott foton hullámhossza jellemző az adott fémre, ezért ezt a módszert kimutatásra (minőségi analízis) is lehet alkalmazni. A kísérletek és a tűzijáték során is fémsók kerülnek a lángba és a 800-1000 °C-os hőmérsékleten a fématomok elektronjai gerjesztődnek.
Ezen a jelenségen alapszik a lángfotometria, amely mennyiségi meghatározást is lehetővé tevő műszeres analitikai módszer.
A kísérlet
A lángfestést elsősorban az alkálifémek, illetve alkáliföldfémek vegyületeivel figyelhetjük meg.
Anyagok: kalcium-klorid (CaCl2), nátrium-klorid (NaCl), stroncium-klorid (SrCl2), lítium-klorid (LiCl), bárium-klorid (BaCl2), illetve sósav (HCl) és cink (Zn).
Eszközök: Bunsen-égő, porcelántégely (a klasszikus kísérlethez), porlasztó vagy csavarhúzó (alternatív kísérletekhez).a cinkből és sósavból fejlődő H2 porlasztja a tégelyben levő sóoldat cseppjeit .használhatunk porlasztót is az oldat lángba juttatásához.egyszerű módszer a csavarhúzóra tett néhány kristályt a lángba tartaninem a láng magja a legforróbb, hanem a felette levő világos rész
http://hu.wikipedia.org/wiki/T%C5%B1zij%C3%A1t%C3%A9k
Története
Kínában az i. sz. 900 körül fekete lőporral töltött bambusz rudakat meggyújtva a tűzzel, füsttel és durranással űzték el a rossz szellemeket. A feljegyzések szerint az első - maihoz hasonló - tűzijátékot Kínában tartották a XII. században, ahol később azok az egyházi szertartások, ünnepek, vagy például a császár születésnapjának kísérő eseményei lettek, melyekhez már tűzijátékanyag-gyárat is építettek. Kína mellett később Japánban is létesült gyár. Az első európai gyárak Münchenben (Németország), Velencében (Olaszország) majd Angliában jelentek meg. A mediterrán országok, főkéntSpanyolország, Olaszország és Málta ma is nagy gyártói hagyománnyal rendelkeznek, de Franciaország is kiemelkedő.Hazánkban az első üzemet a XX. század elején Emmerling Adolf alapította Pesterzsébeten, melyet 1946-ban államosítottak és később Balatonfűzfő-re költöztettek. Mivel a gyártásnak még ma is csak elenyésző fázisa gépesíthető, így nagy az élő munka igénye a tűzijáték gyártásnak. Ezért elsősorban az olcsó munkaerő miatt, és csak másodsorban az évezredes tapasztalat miatt a tűzijátékok zömét ma is Kínában készítik, de meg kell még említeni a következő országokat is, ahol jelentős volumenű gyártás van: Japán, Dél-Korea, India, Mexikó.
Tűzijáték szolgáltatás
Európában a reneszánsz idején jelent meg a tűzijáték, és eleinte csak egyházi személyek kiváltsága volt. A feljegyzések szerint Magyarországon először Mátyás király esküvőjén tartottak tűzijátékot 1476-ban, majd 1686-ban Budavár visszafoglalását ünnepelték meg tűzijátékkal. A XVII. századtól már a gazdagabb polgárok is tűzijátékozhattak. Azonban a II. világháború után Magyarországon a tűzijáték is állami monopóliummá vált, az emberek évente néhány alkalommal (például április 4-én vagy augusztus 20-án) láthattak csak tűzijátékot. Szórakoztatási célból, ünnepek, kiemelkedő események emlékezetessé tétele, hangulatának fokozása végett különféle pirotechnikai (tűzijáték) termékek művészi elműködtetése pirotechnikus szakember irányítása mellett.
Néhány videó:
http://www.youtube.com/watch?v=EvLFIxsiOlI&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=QNojS6ZZ4og&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=SHRPf3TOlGw
3., Viki
A lángfestés egy majd később az analitikai kémiában is előkerülő atomspektroszkópiai módszer könnyen elvégezhető formája. Az elve ugyanaz.
Elv:
1, A só elpárolog, a molekula elbomlik összetevőire. A kloridok a legillékonyabbak.
2, Atomizálódik, fématom keletkezik, melynek külső vegyértékelektronjai gerjesztődnek.
3, Ahogy a gerjesztett állapotból visszakerülnek alapállapotba az elektronok, fény formájában adják le a gerjesztett energiát. / E= hn = hc/l/
Tehát, a gerjesztés a Bunsen égő lángjának magas hőmérsékletére jön létre, az elemnek megfelelő energiakülönbséggel. Így ahány atom annyi lángfestés, de a Bunsen által adott energiatartományba (800-1200 °C) szerencsére csak néhány esik:
Elem Szín Megjegyzés Hullámhossz (nm) kézi spektrométer Lítium kárminvörös 671erős vörös Stroncium kárminvörös
663,675 két vörös vonal Kalcium sárgásvörös a stroncium lángfestése elfedheti 620narancsvörös,554(zöld), Réz zöld sok vonal Bór (BF3) zöld Bárium halványzöld sok narancssárga, 487 kék, 514,524,535 zöld Nátrium aranysárga mindent elfed 589 (erős) Kálium fakóibolya 768 vörös és 404 ibolya Rubídium sötétvörös Cézium kék
Kivitelezése:
1, Meggyújtjuk a Bunsen égőt és megvárjuk míg színtelen lánggal ég( magas hőmérséklet elérésére fúvólángot használunk). Készítsünk ki tégelyfogót.
(Bunsen égő meggyújtása(video):Óvatosan, figyeljünk, hogy sehol se legyen nyitott csap; kinyitjuk a főcsapot, majd a mi csonkunknál. Elzárjuk a Bunsen égőt és feltekerjük a "tárcsaszelepet", hogy ne fúvó láng legyen, hanem világító (sárga). Kinyitjuk a mi csonkunkat, meggyújtjuk a gyufát. Nyitjuk a Bunsen égőn a csavarót, és oldalról, alacsonyan odatartjuk a gyufát. Letekerjük a "tárcsaszelepet", így fúvóláng lesz)
2, Porcelántégelybe szórunk a vizsgálandó minta szilárd részéből, ha van akkor lehetőleg egy jó spatula hegynyit.
3, Sósavat adunk hozzá (jó a 1:1-es is, nem kell tömény) végül cinkforgácsot szórunk hozzá. Ettől hidrogéngáz fejlődik és gáz formába viszi a vizsgálandó anyagot is. A csésze föl tartjuk az asztal lapjával párhuzamosan a Bunsen-égőt. A csésze felett figyeljük a láng színének változását. A tégelyt csak a tégelyfogóval fogjuk meg mert forró!
4., Eszti:Az alkálifémek a periódusos rendszer I-es főcsoportjában, (IUPAC szerinti 1-es csoportjában) található elemek, a hidrogén kivételével (bár bizonyos esetekben a hidrogén is ide sorolható). Az alkálifémek közé a következő elemek tartoznak: lítium (Li), nátrium (Na), kálium (K), rubídium (Rb), cézium (Cs) és a francium (Fr). Az alkálifémek nagyon reakcióképesek, ezért elemi állapotban nem találhatóak meg a természetben.
Jellegzetes tulajdonságuk a lángfestés, ezt a pirotechnikában használják ki:
- Lítium: bíborvörös
- Nátrium: sárga
- Kálium: fakó ibolya
- Rubídium: fakó vörös
- Cézium: halványkék
pl.: tüzijáték ** Az atomok elektronjai különböző energiatartalmú pályákon vannak. Hő vagy fény hatására az elektronok egy magasabb energiatartalmú pályára kerülnek, vagyis gerjesztődnek. Az elektronok azonban a lehető legkisebb energiatartalmú pályákra törekszenek, ezért a két szint közötti energiakülönbséget kisugározzák. Ez lehet foton is, amely ha a fény látható hullámhosszán van, akkor valamilyen színként érzékeljük.
A tűzijátékoknál meggyújtják a robbanóanyagot, ez biztosítja az égéshez és a gerjesztéshez szükséges hőt (kb. 800-1000 °C). Az égen a fémsók elégnek, összetevőikre bomlanak [pl.: NaCl -> Na + Cl], a fématomok gerjesztődnek [a vegyértékelektronpárok termikus ütközése során, pl.: Na -> Na*] végül a gerjesztés során kapott energia kisugárzódik fényként [fotoemissszió, pl.: Na* -> Na + hv] és megjelennek a színek. A lángfestést [lángfotometria] használják a vegyészek különböző anyagok kimutatására [minőségi analízis] is, vagy akár mennyiségének meghatározására [mennyiségi analízis] is.
A lámpák fényének a sokféleségéért is a különböző anyagok eltérő fénykibocsátása a felelős.
Kisértlet: 
A kísérlet során óraüvegeket töltöttek meg alkohollal (etanol, de a metanol is hasonlóan alkalmas a célra), majd különböző sókat szórtak beléjük. Jobbról balra sorolja őket a narrátor, hát én is ilyen sorrendben adom meg őket:
- tiszta alkohol - kék láng
- bárium só - piszkossárga láng
- bór - zöld láng (gyakorlatilag valószínűleg bórsavról lehet itt szó)
- stroncium só - karmazsinvörös
- kálcium só - nem látszik túl jól a felvételen, de narancs színű láng
- lítium só - piros láng
- nátrium só - jellegzetes sárga láng
- réz (II) só - zöld láng
- kálium só - bíbor színű láng (ez sem látszik itt túl jól)
A lángfestés kémiai magyarázata abban rejlik, hogy hő hatására az atomok külső pályáin lévő elektronok gerjesztődnek, magasabb energiaszintre jutnak. Ezen a szinten azonban nem tudnak tarósan megmaradni, és a felvett energiát fény formájában adják vissza a környezetüknek.
Az, hogy az egyes atomok különböző színű fényt emittálnak, annak köszönhető hogy a felvehető- illetve a kisugározható energia mennyisége kvantált (tehát csak egy meghatározott, diszkrét érték lehet), és az egyes atomok esetében különböző. A fény energiája pedig a hullámhosszától függ, ami pedig a színét határozza meg.
Amely atomok - mint pl. a fentebb felsorolt vegyületekben lévők - a látható hullámhossz-tartományban bocsájtanak ki fényt, lángfestő tulajdonságúak.
A jelenségnek két gyakorlati hasznát tudnám most hírtelen felsorolni.
Az egyik, és a köznapi életben leghasznosabb alkalmazási terület a showbusiness, azon belül természetesen a már két alkalommal is említett tüzijátékokban történő felhasználás.
A másik mód, amivel ki lehet használni a természet eme érdekességét, hogy segítségével megállapítható, megtalálható e egy bizonyos lángfestésre hajlamos komponens egy anyagkeverékben, vagy sem. Egyszerűen annyit kell tennünk, hogy az anyagot lángba juttatjuk, és megfigyeljük annak színét.
Ha szabad szemmel nem lenne egyértelmű, milyen anyag lángfestését látjuk éppen, használhatunk kézi spektroszkópot (lsd. kép)
mely a fényt egy speciális prizma segítségével képes különböző hullámhosszú alkotóira bontani, így eldönthető vele a kérdés.
Egyébként a jelenség nemcsak minőségi, hanem mennyiségi meghatározásra is alkalmas, de ehhez már komolyabb műszerezettségre van szükség, mivel nemcsak a fény hullámhosszát, hanem annak intenzitását is meg kell mérnünk.
videó: http://www.youtube.com/watch?v=jJvS4uc4TbU&feature=player_embedded
Ez volt mellékelve a forrásomban, sajnos angol, de tulajdonképpen csak felsorolja a kisérletéhez használt anyagokat (pl sók-kloridok)
2011. április 18., hétfő
Fizika
Robert Hooke:
*(1635. júl. 18 - 1703. márc 3) angol tudós, polihisztor, a Royal Society tagja, fontos szerepet játszott a tudományos forradalomban mind kísérleti, mind elméleti munkásságával.
*1660-ban felfedezte a rugalmasságtanban alapvető fontosságú Hooke-törvényt, mely a rugóterhelése és megnyúlása közötti lineáris összefüggést írja le. 1662-ben Hooke-ot nevezte ki az újonnan alakult Royal Society a Kísérletek kurátora tisztségre, és így felelős lett a társaság gyűlésein bemutatott kísérletekért.
http://erettsegi.com/fizika/a-mozgasi-es-helyzeti-energia-az-energia-megmaradas-torvenye-rugalmassag/
Fizika
Robert Hooke:
*(1635. júl. 18 - 1703. márc 3) angol tudós, polihisztor, a Royal Society tagja, fontos szerepet játszott a tudományos forradalomban mind kísérleti, mind elméleti munkásságával.
*1660-ban felfedezte a rugalmasságtanban alapvető fontosságú Hooke-törvényt, mely a rugóterhelése és megnyúlása közötti lineáris összefüggést írja le. 1662-ben Hooke-ot nevezte ki az újonnan alakult Royal Society a Kísérletek kurátora tisztségre, és így felelős lett a társaság gyűlésein bemutatott kísérletekért.
http://erettsegi.com/fizika/a-mozgasi-es-helyzeti-energia-az-energia-megmaradas-torvenye-rugalmassag/
A folyékony anyagok térfogata szintén állandó, alakjuk viszont könnyen változik, attól függően, hogy milyen edénybe tesszük őket. A folyadékok térfogata állandó, de alakja nem.
A légnemű anyagoknak sem az alakja, sem a térfogata nem állandó.
A szilárd anyagok egy részénél az alakváltoztató erő megszűnte után a test rövid idő alatt visszanyeri eredeti alakját, ilyenkor rugalmas alakváltoztatásról beszélünk, minden egyéb esetben az alakváltoztatás rugalmatlan.
A rugalmas alakváltoztatásokkal foglalkozott Robert Hook angol fizikus, akinek a vizsgálatai arra vezettek, hogy az alakváltozás egyenesen arányos az alakváltoztató erővel, ha a deformáció elég kicsi, az úgynevezett arányossági határ alatt marad. Ezt a törvényt azóta is Hook törvényének hívjuk. Az alakváltozás többféle is lehet: nyújtás, összenyomás, hajlítás, nyírás, csavarás.
Fontos arányosságok: a megnyúlás egyenesen arányos a feszítőerővel, a megnyúlás egyenesen arányos a kezdeti hosszúsággal, a megnyúlás fordítottan arányos a huzal keresztmetszetével. Ebből következik, hogy l=1/E*{(F*l)/A}, ahol E az anyagra jellemző állandó, neve Young modulus. E mértékegysége N/négyzetméter. A Young modulus azt adja meg, hogy egy egységnyi hosszúságú és keresztmetszetű anyag egységnyi megnyújtásához mekkora erőt kell alkalmazni. Az erőnek pedig azt a legkisebb értékét, melynél a huzal elszakad, az adott anyag szakítási szilárdságának nevezzük.
Ha két rugó közvetítésével rögzítünk egy könnyen mozgó kiskocsit, és kimozdítjuk egyensúlyi helyzetéből, a kocsi egy darabig ide-oda rezeg. A rezgőmozgás során a rugalmas erőknek a kocsin végzett munkája alakul át mozgási energiává, és viszont.
A folyékony anyagok térfogata szintén állandó, alakjuk viszont könnyen változik, attól függően, hogy milyen edénybe tesszük őket. A folyadékok térfogata állandó, de alakja nem.
A légnemű anyagoknak sem az alakja, sem a térfogata nem állandó.
A szilárd anyagok egy részénél az alakváltoztató erő megszűnte után a test rövid idő alatt visszanyeri eredeti alakját, ilyenkor rugalmas alakváltoztatásról beszélünk, minden egyéb esetben az alakváltoztatás rugalmatlan.
A rugalmas alakváltoztatásokkal foglalkozott Robert Hook angol fizikus, akinek a vizsgálatai arra vezettek, hogy az alakváltozás egyenesen arányos az alakváltoztató erővel, ha a deformáció elég kicsi, az úgynevezett arányossági határ alatt marad. Ezt a törvényt azóta is Hook törvényének hívjuk. Az alakváltozás többféle is lehet: nyújtás, összenyomás, hajlítás, nyírás, csavarás.
Fontos arányosságok: a megnyúlás egyenesen arányos a feszítőerővel, a megnyúlás egyenesen arányos a kezdeti hosszúsággal, a megnyúlás fordítottan arányos a huzal keresztmetszetével. Ebből következik, hogy l=1/E*{(F*l)/A}, ahol E az anyagra jellemző állandó, neve Young modulus. E mértékegysége N/négyzetméter. A Young modulus azt adja meg, hogy egy egységnyi hosszúságú és keresztmetszetű anyag egységnyi megnyújtásához mekkora erőt kell alkalmazni. Az erőnek pedig azt a legkisebb értékét, melynél a huzal elszakad, az adott anyag szakítási szilárdságának nevezzük.
Ha két rugó közvetítésével rögzítünk egy könnyen mozgó kiskocsit, és kimozdítjuk egyensúlyi helyzetéből, a kocsi egy darabig ide-oda rezeg. A rezgőmozgás során a rugalmas erőknek a kocsin végzett munkája alakul át mozgási energiává, és viszont.