Pokud si přečtete soupis pomůcek a chemikálií na následující experiment, asi se v první chvíli poněkud zarazíte. Především kombinace slov „zápalky a aceton“ nebude působit na první pohled zcela bezpečně. Proč? Aceton je totiž silně hořlavá látka, kterou lze přirovnat třeba k benzinu…
Právě proto je hned na začátku nutné zdůraznit, že pokus, který vás čeká, vyžaduje maximální obezřetnost a přesné dodržení pracovního postupu! Výsledkem a zároveň i odměnou za precizní práci bude tajemná, zářící spirála.
Vysoká teplota přesahující pět set stupňů Celsia má na různé látky zcela odlišný účinek. Velmi specificky reagují například kovy, které měknou, žhaví se a začínají zářit.
Silně zahřátý kov se totiž zbavuje přebytečné energie a předává ji do svého okolí právě v podobě záření. Zpočátku jde pouze o záření infračervené, které je pro lidské oči nepostřehnutelné. Posléze se ale přidá také viditelné záření, jehož barva závisí právě na teplotě.
Temně rudé odstíny se objeví při sedmi stech stupních Celsia, jakmile je překročena hranice tisíce stupňů Celsia, získá kov spíše oranžové až žluté zabarvení a nad třináct set stupňů Celsia začínají kovy zářit bíle. Jakmile však zmizí zdroj tepla, který kov zahřívá, ztratí kovový předmět velice rychle přebytečnou energii a zářit přestane.
Změnu barvy záření si můžete otestovat například na tenkém měděném drátu. Vytvořte z něj jednoduchou, několik centimetrů dlouhou spirálku tak, že drát omotáte kolem tužky. Uchopte konec drátu do kleští a spirálku opatrně vložte do plamene hořáku plynového sporáku (plamen svíčky bohužel nemá dostatečnou teplotu). Během několika vteřin můžete sledovat postupnou proměnu záření vydávaného drátem z rudého až na žlutooranžové.
Když drát z plamene vytáhnete, záření rychle zmizí. Můžete si však vypomoci malým trikem – chemickou reakcí, při které vzroste teplota drátu natolik, že se rozzáří i bez plamene, který by ho zahříval. A navíc vydrží zářit i pět minut v kuse.
Kromě kleští, měděného drátu a plynového hořáku si ještě připravte vysokou a úzkou sklenici o objemu přibližně půl litru a již zmíněný aceton. Tuto látku zakoupíte v drogerii. Používá se například k ředění barev a laků a v minulosti byla součástí odlakovačů na nehty. Nyní jsou však již běžnější odlakovače bez acetonu, a tak je jistější zakoupit si rovnou čistý aceton.
Protože je aceton extrémně těkavá látka, která se snadno vypařuje, je vhodné pracovat v dobře větrané místnosti. Před pokusem nezapomeňte z pracovního prostoru odstranit všechny hořlavé látky. Páry acetonu se vzduchem totiž vytvářejí výbušnou směs!
Na dno vyšší, úzké sklenice nalijte několik mililitrů acetonu (aby vznikla asi půl centimetru vysoká vrstva) a sklenici na chvíli uzavřete víčkem. Láhev, ze které jste aceton nalévali, pečlivě uzavřete a pro jistotu ji odneste do bezpečné vzdálenosti od plynového hořáku. Také láhev s několika mililitry acetonu postavte dostatečně daleko od zdroje ohně na nehořlavý podklad.
Nasaďte si ochranné brýle i rukavice, uchyťte drát do kleští a spirálku opět rozžhavte v plameni plynového hořáku. Nyní přeneste ještě žhavou spirálku ke skleněné láhvi a opatrně ji vsuňte do láhve takovým způsobem, aby se ocitla asi pět centimetrů nad hladinou acetonu. Dávejte přitom pozor, abyste se spirálkou nedotkli přímo hladiny.
Konec drátu můžete ohnout a drát pak zavěsit za okraj láhve (pozor, láhev se zahřívá). Vprostředí acetonových par se spirálka po několika desítkách vteřin silně rozzáří a zářit bude mnoho minut. To vše se přitom odehraje bez přímého plamene, který by ji zahříval! Jak je to možné?
Při zahřívání měděného drátu v plameni plynového hořáku se na povrchu drátu vytvoří tmavší vrstvička tvořená oxidy mědi. Jakmile vložíte ještě žhavou spirálku do par acetonu, začne na jejím povrchu probíhat chemická reakce, při které dochází k prudké oxidaci acetonu, který se slučuje s kyslíkem. Zároveň se uvolňuje velké množství tepla, které žhaví do spirály stočený měděný drát.
Oxidy mědi v celém experimentu fungují jako katalyzátory a v pozitivním slova smyslu významně ovlivňují průběh celé reakce. Bez nich by oxidace acetonu rozhodně neprobíhala tak snadno a drát by se nerozžhavil. Konec reakce nastane v okamžiku, kdy už nebude v láhvi dostatek kyslíku k oxidaci acetonu a spirálka přestane zářit. V takovém případě vytáhněte spirálku ven, do láhve opatrně nažeňte další kyslík jemným fouknutím a na chvíli ji opět uzavřete víčkem. Poté můžete celý experiment zase zopakovat.
Pokud by se páry acetonu v láhvi v průběhu experimentu přece jen vznítily, vytáhněte spirálku ven a zakryjte hrdlo láhve víčkem. Nedostatek kyslíku hoření v láhvi rychle zamezí.
***
Autor je chemik a pracuje ve Hvězdárně a planetáriu Mikuláše Koperníka v Brně
Trik s chemickou reakcí Kov při teplotě nad 500 stupňů Celsia měkne, žhaví se a začne svítit. Krátce poté, co je kovový předmět vytažen z plamene, ale zářit přestane. Zkuste si chemickou reakci, při které vzroste teplota drátu natolik, že se rozzáří i bez plamene, který by ho zahříval. A navíc vydrží zářit i pět minut.
Pomůcky k experimentu vysoká úzká sklenice měděný drát kleště tužka ochranné brýle a rukavice plynový sporák zápalky aceton
