Předvánoční chemická zábava

Dlouhé předvánoční večery nemusíte strávit jen výrobou cukroví. Zpestřit se dají také malými chemickými experimenty. Trocha zábavy s vodním sklem. (délka blogu 3 min.)

Vodní sklo - víc než jen konzervační prostředek pro vajíčka

Vodní sklo je vodný alkalický roztok křemičitanů sodíku a (nebo) draslíku. Vzácnější je vodní sklo s křemičitany lithia, které se používá například k výrobě elektrodových povlaků. Vodní sklo možná také znáte pod jménem silikátové lepidlo.

Sloučenina je rozpustná ve vodě. V roztoku probíhá částečná hydrolýza křemičitanového aniontu, která způsobuje alkalické pH roztoku (obvykle 10–13). V závislosti na koncentraci roztoku se jeho hodnota pohybuje mezi 10 a 13. Hustota a viskozita roztoků vodního skla závisí na koncentraci roztoku, teplotě a přesnějšímu chemickému složení.

Běžné sodné vodní sklo se taví při teplotě 590–670 °C. Pokud má složení s vyšším obsahem SiO2, taví se při vyšších teplotách (až okolo 900 °C).

Ztvrdlý film vodního skla je rozpustný ve vodě. Při reakci s ionty kovů vznikají nerozpustné křemičitany. Při neutralizaci kyselinou vzniká nerozpustný gel kyseliny křemičité. Při chemické reakci vodního skla s kovovými ionty nebo jejich oxidy vznikají obtížně rozpustné křemičitany ve směsi s křemičitým gelem. Ztvrdlý film vlivem vlhkosti a oxidu uhličitého ze vzduchu ztrácí své vlastnosti a tvoří se bílá sraženina alkalického uhličitanu. Roztoky alkoholů, aldehydů, ketonů, amoniaku a solné roztoky vyvolávají efekt vysolování.

Vodní sklo bylo poprvé vyrobeno v roce 1818 německým chemikem a mineralogem Johannem Nepomukem von Fuchsem - a to působením zásad na kyselinu křemičitou.

Dnes se vodní sklo získává zpracováním surovin, které obsahují křemík, v autoklávu koncentrovanými roztoky hydroxidu sodného nebo tavením křemenného písku se sodou. Jsou známy i metody získávání vodního skla založené na přímém rozpouštění křemičitých surovin (opuky, trepely, diatomity a další) v roztocích zásad při atmosférickém tlaku a relativně nízké teplotě (teplota varu roztoku zásady).

Kvalita vodního skla

Charakteristikou chemického složení vodního skla je tzv. silikátový modul. Modul udává poměr oxidu křemičitého k oxidu sodnému nebo draselnému obsaženému ve vodním skle a charakterizuje výtěžnost oxidu křemičitého z roztoku.

Hodnota silikátového modulu normálního uživatele ovšem moc nezajímá. Jen v některých technologických předpisech jsou uvedeny pokyny k použití konkrétního modulu, pokud konečný produkt přímo závisí na poměru těchto oxidů. Typické hodnoty modulu pro komerční sodné sklo jsou v rozmezí 2,0–3,5.

Použití vodního skla

Vodní sklo se používá ve velkém množství oborů - například k výrobě kyselinovzdorného a hydroizolačního cementu a betonu, k impregnaci tkanin, k přípravě ohnivzdorných barev a nátěrů na dřevo, jako lepidlo pro lepení celulózových materiálů, při výrobě elektrod, při čištění rostlinných a motorových olejů atd.

My ho použijeme při nenáročných chemických experimentech. Budete potřebovat: sklenici, křemičitan sodný, aceton, vodu a modrou skalici.

Pokus č. 1, obživlá modrá skalice

Vezměte velkou sklenici a nalijte do ní křemičitan sodný. Dále náš křemičitan sodný zředíte vodou v poměru jedna ku jedné. Poté hodíte na dno sklenice několik krystalů modré skalice. Pak už stačí jen trochu počkat.

Časem začnou z modré skalice růst krystaly připomínající malé větvičky. Při styku modré skalice s křemičitanem sodným totiž vzniká nerozpustný křemičitan měďnatý (lépe řečeno nerozpustný křemičitý gel obsahující ionty kovu, protože vzniklé látky často nejsou stechiometricky jednoduché soli), který dělá dojem, že modrá skalice obživla a začala obrůstat výhonky.

Experiment bude vypadat ještě působivěji, pokud kromě modré skalice přidáte do sklenice i jiné barevné soli různých kovů. Experiment bude ovšem fungovat i bez nich.

Pokus č. 2, míček z nepravé gumy

Znovu vezměte skleničku a nalijte do ní malé množství vodního skla. Přidejte do sklenice trochu acetonu a začněte obsah sklenice míchat.

Po styku těchto dvou látek vzniká při vysolování koloidní křemičitý gel s gumovitou konzistencí. Získáte tak materiál, který se docela dobře odráží od povrchu, na který je hozen, takže z něj můžete s trochou šikovnosti vyrobit míček. Je ale dobře vědět, že časem vysychá a ztrácí pružnost, takže bývá elastický jen krátkodobě.