Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Machen: Projekte - Pneumatische Wanne, Teil II

Letzte Woche habe ich darüber geschrieben, wie man eine einfache "Brücke aus Blech" baut, die in Kombination mit einem Eiswürfelbehälter und einem Olivengefäß einen wirksamen pneumatischen Trog für die Entnahme von Gasproben über Wasser bildet. Diese Woche werde ich Ihnen zeigen, wie man mit diesem Gerät reinen Sauerstoff erzeugt und sammelt und wie man diesen Sauerstoff verwendet, um die strahlend blaue Flamme der Schwefeloxidation zu beobachten.

VORSICHT

Grundsätzlich dürfen brennbare Fette wie Vaseline keinem reinen Sauerstoff ausgesetzt werden. Bei diesem Experiment besteht keine nennenswerte Gefahr, da bei Atmosphärendruck nur ein kleines Volumen Sauerstoff in einem Behälter mit freiem Deckel vorhanden ist. Wenn Sie jedoch mit größeren Volumina Sauerstoff arbeiten, wird Sauerstoff unter höherem Druck (wie in einem Zylinder) oder (am stärksten nachdrücklich) flüssigen Sauerstoff, verwenden Sie bei der Herstellung von Apparaten kein Fett oder andere leicht oxidierbare Materialien.

Werkzeuge:

  • Pneumatische Wannenvorrichtung aus Teil I
  • Kleines Stück Tellerglas (ich habe den Spiegel von einem Make-up-Kompakt verwendet)
  • Leichter
  • Verdrehte Drahtprobenschleife
  • 250 ml Erlenmeyerkolben (ich habe meinen von The Maker Shed erhalten)
  • Zwei-Loch-Gummistopfen Nr. 7 für Erlenmeyer (meines stammt aus diesem Sortiment)
  • Zwei 80 mm lange 5 mm Glasröhrchen für Stopper (wie dieser)
  • Ungefähr 18 "Länge eines 5/16" OD x 3/16 "ID-PVC-Schlauchs für Glasröhrchen (allgemeiner Baumarktartikel)

Materialien:

  • Wasser zum Füllen des Eimers
  • Elementares Schwefelpulver (auch als "Blumen des Schwefels" bezeichnet, in einigen Drogeriemärkten und hier erhältlich.)
  • 3% Wasserstoffperoxid (Drogerieeinzelteile)
  • Mangandioxid (kann aus einer alkalischen Trockenzellenbatterie gewonnen oder hier erworben werden)
  • Vaseline (Apotheke)

Schritt 1: Tragen Sie Vaseline auf den Rand des Gefäßes auf

Eine Perle Vaseline rund um den Rand des Gefäßes, die ich fortan als "Säule" bezeichnen werde, wird nach dem Sammeln des Gases eine gute Abdichtung gegen den Glasdeckel gewährleisten.


Schritt 2: Bereiten Sie den Stopper vor

Führen Sie einen Glasröhrchenabschnitt in jede der Öffnungen in einem Zwei-Loch-Gummistopfen ein. Das Schmieren der Außenseite der Schlauchstücke mit einem Vaselinefilm kann diesen Prozess erleichtern. Fassen Sie den Schlauch sicherheitshalber durch ein Handtuch, wenn Sie ihn sehr fest drücken müssen. Schneiden Sie dann zwei Vinylröhrchen ab, von denen einer etwa drei Zoll lang und einer etwa 15 Zoll lang ist, und bringen Sie sie wie gezeigt über die vorstehenden Enden der Glasrohrabschnitte. Der kurze Vinylschlauch dient als Ventil, das Sie nach Bedarf öffnen oder schließen können, um den Gasstrom aus dem längeren Vinylschlauch zu steuern.


Schritt 3: Füllen Sie die Säule mit Wasser

Das Tablett sollte fast bis zum Rand mit Wasser gefüllt sein. Zuerst tauchen Sie die Säule in das freie Ende des Bodens ein, indem Sie sie nach oben drücken, um sie vollständig mit Wasser zu füllen und alle Luftblasen von innen zu lösen.

Zweitens drehen Sie die Säule unter Wasser, so dass sich ihr offenes Ende befindet nach unten heben Sie ihn dann an, bis das offene Ende gerade noch unter der Wasseroberfläche liegt.

Bewegen Sie die Säule zum dritten Mal über die Brücke und schrauben Sie das Gewinde in die Öffnung der Brücke. Die Säule sollte vollständig mit Wasser gefüllt sein, ohne Luftblasen.


Schritt 4: Bereiten Sie die Sauerstofferzeugungsreaktion vor

Gießen Sie zunächst etwa 150 ml 3% iges Wasserstoffperoxid in den Erlenmeyer-Kolben. Genaue Messungen sind nicht wichtig.

Zweitens fügen Sie etwa 1/4 Teelöffel Mangandioxid hinzu (etwa die Hälfte der auf dem Foto gezeigten Menge ist reichlich). Auch hier sind genaue Messungen nicht wichtig. Wenn Sie jedoch das Mangandioxid übertreiben, kann die Reaktion zu schnell ablaufen und möglicherweise überkochen. Die Reaktion beginnt sofort und erzeugt etwas Wärme.

Setzen Sie den wie oben vorbereiteten Zwei-Loch-Stopfen in den Hals des Erlenmeyer-Kolbens ein. Bekommen Sie ein gutes Siegel, aber drücken Sie es nicht zu fest.


Schritt 5: Füllen Sie die Säule mit Sauerstoff

Lassen Sie die Reaktion einige Sekunden laufen, um restliche atmosphärische Gase aus dem Luftraum im Kolben und aus dem Schlauch zu entfernen, und klemmen Sie dann die kurze Länge des Schlauchs ab, indem Sie ihn zwischen Ihren Fingern umklappen. Richten Sie das offene Ende der längeren Schlauchlänge in das Wasser unterhalb der Säule, so dass die Blasen in das Volumen der Säule selbst steigen und das darin befindliche Wasser verdrängen. Fahren Sie fort, bis die Blasen am Boden der Säule austreten. Lösen Sie das kurze Ende des Schlauchs und legen Sie den Kolben beiseite, damit die Reaktion vollständig ablaufen kann. Der überschüssige Sauerstoff kann sicher in die Atmosphäre freigesetzt werden.


Schritt 6: Versiegeln und entfernen Sie die Säule

Setzen Sie die Glasabdeckung in das Wasserbad ein und positionieren Sie sie gegen den eingetauchten Rand des Glases. Hier macht die Vaseline ihr Ding und dichtet den Rand des Gefäßes gegen die Oberfläche des Glases ab.

Heben Sie das Glas, die Brücke und die Säule zusammen aus dem Wasser, kippen Sie sie aus, um alle Pfützen abzulassen, drehen Sie sie um und stellen Sie sie aufrecht auf die Bank. Sie haben jetzt ein Gefäß mit reinem Sauerstoff.


Schritt 7: Bestätigen Sie die Anwesenheit von Sauerstoff

Ich habe die Verbrennung von elementarem Schwefel verwendet, um das Vorhandensein einer angereicherten Sauerstoffatmosphäre zu bestätigen, da die brillante blaue Verbrennung ziemlich schön ist. Sie können auch einen schwelenden Besenstreif verwenden, der unter diesen Bedingungen immer noch beeindruckend brennt. Wenn Sie Schwefel verwenden, stellen Sie sicher, dass Ihr Arbeitsbereich gut belüftet ist, da das dabei entstehende Schwefeldioxid ziemlich scharf ist. Ein Sicherheitsdatenblatt für Schwefeldioxid finden Sie hier.

Laden Sie eine Prise Schwefelpulver in Ihre Drahtschleife. Das Befeuchten der Schlaufe kann hilfreich sein, wenn Sie Probleme haben, eine gute Menge aus der Flasche zu gewinnen.

Erwärmen Sie die Schwefelprobe in der Flamme eines Butanfeuerzeugs. Der Schwefel wird schwarz und glüht, kann sich jedoch nicht wirklich entzünden. Entfernen Sie nun schnell die Glasabdeckung der Gassäule und setzen Sie das glimmende Ende der Drahtschlaufe ein. Wenn Sie alles richtig gemacht haben, werden Sie mit einem schönen blauen Aufflackern behandelt. Stellen Sie sicher, dass Ihr Arbeitsbereich gut belüftet ist, und atmen Sie den entstehenden Schwefeldioxidrauch nicht ein.


Notizen und Ideen

Tragen Sie ab Schritt 4 Handschuhe und Schutzbrillen. Machen Sie sich mit dem Sicherheitsprofil von Mangandioxid vertraut, indem Sie hier das Sicherheitsdatenblatt lesen.

Die Sauerstofferzeugungsreaktion ist wie folgt:

Die einzigen Produkte sind Wasser und Sauerstoff. Mangandioxid ist als Katalysator vorhanden, d. H. Es wird im Verlauf der Reaktion weder verbraucht noch erzeugt und nur zugegeben, um die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu beschleunigen. Das bedeutet, dass es auf unbestimmte Zeit erhalten und wiederverwendet werden kann. Um es wiederzugewinnen, gießen Sie den Inhalt des Erlenmeyerkolbens und alle Spülungen, die das schwarze Mangandioxidpulver enthalten, in eine Verdampfungsschale oder ein flaches Weithalsgefäß. Dann legen Sie es einfach in ein Fenster und / oder vor ein Gebläse und lassen Sie das Wasser verdunsten. Das verbleibende trockene Mangandioxid kann mehr oder weniger unbegrenzt wiederverwendet werden. Wenn Sie ungeduldig sind, können Sie das Mangandioxid mithilfe eines Kaffeefilters aus dem Wasser filtern, um den gesamten Prozess zu beschleunigen.

Mehr: Weitere Tutorials und Projekte für Wissenschaft finden Sie im Make: Science Room

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