Στο πλαίσιο μιας σειράς επιμορφωτικών συναντήσεων με θέμα την εργαστηριακή διδασκαλία του μαθήματος της Χημείας στη βαθμίδα του Γυμνασίου και του Λυκείου, στο Ε.Κ.Φ.Ε Κορινθίας υλοποιήθηκε ένα σύνολο εργαστηριακών δραστηριοτήτων που περιγράφονται αναλυτικά στη συνέχεια.
Ι. Πυριτικός κήπος από “άμμο γάτας”
Οι πυριτικοί ή χημικοί κήποι είναι εντυπωσιακές δομές που σχηματίζονται όταν κρύσταλλοι από διάφορα άλατα μετάλλων προστεθούν σε διάλυμα πυριτικού νατρίου. Οι δομές αυτές οφείλονται τόσο σε χημικές αντιδράσεις, όσο και σε ωσμωτικά φαινόμενα και φαινόμενα άνωσης. Συγκεκριμένα, καθώς κάθε κρύσταλλος άλατος διαλύεται στο διάλυμα πυριτικού νατρίου, τα μεταλλικά κατιόντα του κρυστάλλου ενώνονται με τα πυριτικά ανιόντα δομώντας μεμβράνες ένυδρων πυριτικών μετάλλων. Οι μεμβράνες αυτές είναι ημιπερατές και επιτρέπουν στο νερό να περνά από το εξωτερικό διάλυμα στο εσωτερικό τους, λόγω ώσμωσης. Αυτό όμως έχει ως συνέπεια οι μεμβράνες να σπάνε και νέα μεταλλικά κατιόντα να εκτοξεύονται κατακόρυφα προς τα πάνω, λόγω χαμηλότερης πυκνότητας. Τα κατιόντα αυτά ενώνονται ξανά με τα πυριτικά ανιόντα του διαλύματος, σχηματίζοντας νέες δομές. Αυτές οι επαναλαμβανόμενες ρήξεις και επανασυστάσεις των μεμβρανών οδηγούν στο σχηματισμό εντυπωσιακών χρωματιστών δομών που θυμίζουν υδρόβια φυτά (Εικόνα 1).
Εικόνα 1: Σχηματισμένος πυριτικός κήπο
Στην προτεινόμενη εργαστηριακή δραστηριότητα το απαιτούμενο διάλυμα πυριτικού νατρίου παρασκευάστηκε με πρώτη ύλη πυριτική άμμο γάτας (Εικόνα 2).
Εικόνα 2: Πυριτική άμμος γάτας
Η διαδικασία που ακολουθήθηκε περιγράφεται αναλυτικά στη συνέχεια:
Σε ένα ογκομετρικό δοχείο ρίχνουμε 60g SiO2 (πυριτική άμμος γάτας), αφού πρώτα αφαιρέσουμε τους χρωματιστούς κρυστάλλους (Εικόνα 3).
Εικόνα 3: Πυριτική άμμος γάτας όπου διακρίνονται οι χρωματιστοί κρύσταλλοι
Στη συνέχεια προσθέτουμε 30g στερεό ΝαΟΗ και 100ml νερό. Το στερεό ΝαΟΗ διαλύεται στο νερό και το διάλυμα που προκύπτει αντιδρά με το SiO2 παράγοντας Na2SiO3, σύμφωνα με την αντίδραση:
2 ΝαΟΗ (aq) + SiO2 (aq)→ Na2SiO3 (aq) + H2O (l)
Η αντίδραση είναι ισχυρά εξώθερμη και μπορεί να προκαλέσει ακόμη και βρασμό του διαλύματος. Προσπαθούμε να διαλύσουμε όσο το δυνατόν περισσότερη ποσότητα στερεού αναδεύοντας συνεχώς, είναι όμως αποδεκτό ακόμη και αν τελικά απομείνει μια μικρή ποσότητα αδιάλυτου στερεού. Όταν το στερεό διαλυθεί επαρκώς αραιώνουμε το διάλυμα προσθέτοντας 800mL νερό. Αφήνουμε το διάλυμα μέχρι να γίνει διαυγές. Τέλος, προσθέτουμε τους κρυστάλλους των μετάλλων που επιθυμούμε.
Προτεινόμενα άλατα κρυστάλλων:
CoCl2 (μωβ σχηματισμός)
MnCl2 ή MnSO4 (ροζ σχηματισμός)
CaCl2 (λευκός σχηματισμός)
CuSO4 (μπλε σχηματισμός)
FeCl3 (καφέ σχηματισμός).