Alkemija kovanica
Uvod u temu: Učenici u vježbi pomoću kovanica proučavaju nekoliko područja kemije u kojima dolazi do redoks reakcija – korozija, galvanski članci, reaktivnost metala, sinteza novih spojeva iz elementarnih tvari… Na kraju vježbe se upoznaju i s pomalo zaboravljenom vrstom kemije – alkemijom, pretvarajući bakar u „zlato“.
Cilj teme je da učenici kroz niz pokusa povezanih sa svakodnevnim životom usvoje osnovne koncepte elektrokemije i redoks reakcija.
Ishodi:
- procijeniti moguće reakcije metala s kiselinama i s vodenim otopinama soli
- odrediti oksidacijsko i redukcijsko sredstvo • napisati jednadžbe polureakcija za oksidaciju i redukciju
- izračunati napon galvanskog članka na temelju vrijednosti standardnih redukcijskih potencijala polučlanaka
- navesti uvjete iz svakodnevnog života pri kojima dolazi do korozije
Aktivnost nastavnika:
Prije sata:
1. Nabavite novčiće koje na površini imaju bakar. Hrvatske lipe nemaju čisti bakar na površini, ali možete koristiti euro cente u apoenima 1, 2 ili 5 centi. Isto tako možete koristiti kovanicu od jednog američkog centa ili kovanice od 10, 20 ili 50 konvertibilninh feninga. U željezari (ili trgovini elektroničkom opremom) nabavite platne od cinka. Pripremite i LED diodu ili voltmetar i sve ostale kemikalije koje su vam potrebne. Također, pripremite jednu tablicu s vrijednostima standardnih redukcijskih potencijala. Trebat će za dio vježbe „Struja za male pare!“.
Za vrijeme sata:
Uvodni dio
1. Dajte učenicima radni listić i uputite da počnu s pokusima.
Glavni dio
2. Pratite kako učenici provode pokus i bilježite njihove rezultate u evidenciju. Ukoliko se oboji klorovodična kiselina prilikom čišćenja kovanica, treba napomenuti da ioni bakra u otopini nisu nastali oksidacijom elementarnog bakra, nego reakcijom oksida s površine kovanice s kiselinom.
3. Kada su učenici gotovi s pokusima, uputite ih na pranje pribora i čišćenje svog radnog mjesta.
Završni dio
4. Analizirajte zajedno s učenicima radne listiće. Uputite učenike da izračunaju ukupni napon baterije koju su napravili i neka ga usporede s naponom koji daju današnje baterije u baterijskim lampama. Koje su prednosti a koje su mane baterije od kovanica? Vrlo je bitno naglasiti da se u 2. koraku izlučuje cink, a ne srebro. Iako neočekivano, taj je proces energetski povoljniji nego da se reduciraju neki drugi ioni. Dodatne upute i objašnjenje možete vidjeti na literaturnom izvoru br. 4.
Aktivnost za poduzetnike:
Dizajnirati bateriju na kovanice koja bi imala napon struje 12 V, dovoljan da pokrene auto-radio. Pri tome trebaju paziti da cijena takve baterije (zbroj vrijednosti kovanica) bude što niža.
Bonus aktivnost:
Predložite kako biste napravili zeleni novčić počevši s kovanicom od bakra.
- a) Gjde se u Hrvatskoj mogu uočiti predmeti od bakra presvučeni zelenom bojom?
- b) Napišite jednadžbu kemijske reakcije u kojoj nastaje zeleni sloj na bakru.
- c) Kako se može spriječiti nastajanje zelenog sloja?
Domaća zadaća uz bonus aktivnost:
Istražite kako su se kretale cijene bakra, cinka, čelika i nikla u zadnjih 30 godina i kako je to utjecalo na sastav kovanica.
Bonus pitanja:
Za provjeru usvojenosti sadržaja možete dodatno izraditi kviz u Kahootu ili Socrative aplikaciji. Pitanja su u prilogu.
Literatura:
5. www.capital.ba/kovanice-vrednije-od-cijene-proizvodnje/ (14.6.2016.)
6. emj.bmj.com/content/21/5/553.full (14.6.2016.)
7. selfsustainablelife.com/how-to-build-a-battery-with-pennies.html (14.6.2016.)
8. genchem.rutgers.edu/Alchemy.html (14.6.2016.)
9. www.fkit.unizg.hr/_download/repository/07_Predavanje_(AK_I_2012-13)_-_Redoks_reakcije. pdf (14.6.2016.)
Prilog 1.
Pitanja za provjeru znanja uz vježbu
1. Koja od navedenih tvrdnja je točna za galvanski članak sastavljen od polučlanaka
Mg2+/ Mg0 = −2,363 V i Sn2+ /Sn0 = −0,136 V?
a) magnezijevi ioni su jači oksidans od iona kositra
b) kositar se lakše oksidira od magnezija
c) metalni ioni metala negativnijeg redukcijskog potencijala, teže se reduciraju
d) kositar je jače redukcijsko sredstvo od magnezija
2. Koja od navedenih tvrdnja je točna za galvanski članak sastavljen od polučlanaka
Zn2+/ Zn0 = − 0,76 V Cu2+/ Cu =0,337 V i Ag+ / Ag0 = 0,799 V ?
a) cink je jače oksidacijsko sredstvo od bakra i srebra
b) srebro je najjače redukcijsko sredstvo jer ima najpozitivniji potencijal
c) cink najlakše oksidira
d) bakar i srebro iz kiseline istiskuju elementarni vodik
3. Trovalentni metal X ima negativni redukcijski potencijal, a jednovalentni metal Z ima pozitivan redukcijski
potencijal. Koja od navedenih jednadžba kemijskih reakcija opisuje moguću reakciju?
a) X3+(aq) + Z(s) → X(s) + Z+(aq)
b) X3+(aq) + Z(s) → X(s) + 3 Z+(aq)
c) X(s) + Z3+(aq) →X3+(aq) + Z(s)
d) X(s) +3 Z+(aq) →X3+(aq) + 3 Z(s)
4. Na temelju elektrokemijskog niza elemenata:
Li Na Mg Zn Fe H2 Cu I2 Ag Br2 F2
izdvoji točnu tvrdnju:
a) otapanjem bakra u sumpornoj kiselini nastaje bakrov(II) sulfat i vodik
b) magnezij je reaktivniji od litija i natrija
c) reakcijom metalnog cinka i vodene otopine modre galice izluči se bakar i elementarni sumpor
d) uvođenjem fluora u vodenu otopinu kalijevog jodida izluči se jod
5. Prema rastućem redukcijskom djelovanju točno zapisani niz je:
a) Na >Al >Fe>H2>Cu
b) Cu>H2>Fe>Al >Na
c) Na >Al >Fe>Cu>H2
d) H2>Cu>Fe>Al >Na
6. Koja od navedenih tvrdnja je ispravna za reakciju
Fe(s) + 2 AgNO3(aq) → Fe(NO3)2(aq) + 2 Ag(s) ?
a) željezo se reducira
b) ioni srebra se oksidiraju
c) srebro je jači reducens od željeza
d) željezo je negativnijeg redukcijskog potencijala od srebra
7. Vodik se laboratorijski može proizvesti reakcijom metala i kiseline. Koji metal ne može reducirati vodik
iz kiseline?
a) aluminij
b) bakar
c) cink
d) magnezij
8. Korozijom željeza nastaje hidratizirani željezov(III) oksid .U navedenoj kemijskoj promjeni dolazi do:
a) redukcije željeza i oksidacije vode
b) oksidacije željeza i redukcije vode
c) redukcije kisika iz vode
d) oksidacije željeza i redukcije elementarnog kisika
9. Željezni lim može se zaštiti od korozije prevlakom od kositra ili od cinka. Limenke za konzerviranje hrane izrađuju se od pokositrenog lima. Željezni limovi koji se koriste u građevinarstvu najčešće se zaštićuju cinčanom prevlakom. Redukcijski potencijali navedenih metala iznose:
E( Fe2+ /Fe)= −0,44 V E( Zn 2+ /Zn) = −0,76 V E( Sn 2+ /Sn) = −0,14 V
Koja od navedenih tvrdnja je točna za opisani sustav?
a) u oštećenom pokositrenom željeznom limu kositar će se oksidirati
b) pokositreni željezni lim primjer je anodne zaštite od korozije
c) u pocinčanom limu željezo se oksidira
d) pocinčani željezni lim primjer je anodne zaštite od korozije
Ishode i pitanja za provjeru znanja u ovoj temi, kao i niz vrlo konstruktivnih savjeta u ostalim temama osmislila je Natalija Jutriša, prof. (Gornjogradska gimnazija, Zagreb).