35. Ég vagy nem ég, pezseg vagy nem pezseg?

A cukor égésének és a hidrogén-peroxid katalitikus bomlásának vizsgálata.

Anyagok: kockacukor, víz, cigarettahamu, 5%-os (m/v) hidrogén-peroxid-oldat, mangán-dioxid, 0,01 mol/dm³ koncentrációjú kálium-permanganát-oldat, 2 mol/dm³ koncentrációjú kénsav, telített oxálsavoldat, 0,1 mol/dm³ koncentrációjú mangán(II)-szulfát-oldat.

Eszközök: Bunsen-égő, fémcsipesz, porcelántál, óraüveg, 2 db kémcső, 3 db cseppentő, vegyszeres kanál, gyújtópálca.

A kísérlet végrehajtása: a) Egy kockacukor egyik sarkát fogjuk be a fémcsipeszbe, és próbáljuk a gázégő lángjában meggyújtani a cukrot. A cukor alá helyezzük el a porcelántálat, hogy abba csöpögjön a megolvadó cukor. b) Vegyünk egy másik kockacukrot, az egyik sarkát 1-2 csepp vízzel nedvesítsük meg, majd mártsuk bele az óraüvegen lévő cigarettahamuba. Fogjuk meg fémcsipesszel a cukor másik sarkát, és a hamus végét tartsuk a gázégő lángjába. A meggyulladó cukrot most is helyezzük a porcelántál fölé, abba csöpögjön. c) Egy kémcsőbe töltsünk 2 ujjnyi 5%-os (m/v) hidrogén-peroxid-oldatot. Készítsünk parázsló gyújtópálcát, és helyezzük azt be a kémcső légterébe. Ezután szórjunk kis kanálhegynyi mangán-dioxidot a hidrogén-peroxidba, és ismét mártsuk a parázsló gyújtópálcát a kémcső légterébe. d) Egy kémcsőbe öntsünk 2 ujjnyi 0,01 mol/dm³ koncentrációjú kálium-permanganát-oldatot. Cseppentsünk hozzá 3 csepp 2 mol/dm³ koncentrációjú kénsavoldatot és 2-3 csepp oxálsavoldatot. Adjunk 5-6 csepp mangán(II)szulfát-oldatot a kémcső tartalmához.

Tapasztalat:a) A cukor nem gyullad meg, csak megolvad és karamellizálódik. b) A cigarettahamus cukor meggyullad és halványkék lánggal ég. Közben olvad is, és lecsepeg a megolvadt cukor. c) Első bemártáskor nincs változás. A mangán-dioxid hatására erősen pezseg az oldat, a parázsló gyújtópálca lángra lobban a kémcsőben. d) A kiindulási kálium-permanganát-oldat sötétlila színű. A kénsav- és az oxálsavoldat csöpögtetés után nem észlelünk változást. A mangán(II)-szulfát-oldat hozzáadása után pezsgés indul meg, és az oldat gyorsan elszíntelenedik.

Magyarázat: a) és b) A hamuban lévő káliumvegyületek és más fém-oxidok katalizálják (elősegítik) a répacukor égését. A tökéletes égés reakcióegyenlete: C₁₂H₂₂O₁₁ + 12 O₂ = 12 CO₂ + 11 H₂O. Az általános iskolás tananyagban nem szerepel a katalízis, de a mindennapi élet kérdéseként, különös tekintettel az egyre elterjedtebb katalizátoros autókra, felmerülhet az az igény, hogy megmagyarázzuk a katalizátorok szerepét, működését. Ekkor jól jöhet ez az otthon is elvégezhető demonstráció. c) A hidrogén-peroxid állás közben csak nagyon lassan bomlik. A mangán-dioxid katalizálja a hidrogén-peroxid bomlását, a fejlődő oxigénben felgyorsul a gyújtópálca égése, izzás helyett lángra lobban. A hidrogén-peroxid bomlása: 2 H₂O₂ = 2 H₂O + O₂↑. A fejlődés pillanatában atomos állapotú, nagyon reakcióképes, ún. naszcensz oxigénnel magyarázható a hidrogén-peroxid színtelenítő, fertőtlenítő hatása. d) A permanganát savas közegben oxidálja az oxálsavat, de a reakció csak nagyon lassan indul meg: 2 MnO₄^- + 5 C₂O₄^2- + 16 H⁺ = 10 CO₂ + 2 Mn²⁺ + 8 H₂O. A Mn²⁺-ionok katalizálják a reakciót. A kísérlet példa az autokatalízisre, mert a reakcióegyenletből látjuk, hogy a folyamatban termelődnek a Mn²⁺-ionok, vagyis a felszaporodásuk után már gyorsan végbemegy az átalakulás. Az égő cukor halványkék lángja messzebbről nem jól látható, de meggyújthatunk vele egy papírcsíkot. Hidrogén-peroxid helyett használhatunk gyógyszertárban kapható Hyperol tablettát is. Ez hidrogén-peroxid és karbamid keveréke, vízben feloldva használható hidrogén-peroxid-oldatként. A hidrogén-peroxid bomlását bizonyos enzimek is katalizálják, például ha lereszelt krumplit mozsárban eldörzsölünk kevés vízzel, az így kinyert kataláz nevű enzimmel is gyorsíthatjuk a bomlást.

Biztonsági tudnivalók és hulladékkezelés: A lecsöpögő olvadt cukor forró. A lehűlt kockacukor maradékot ki lehet dobni a szemétkosárba. A kémcső tartalmát a „Szervetlen hulladékok” feliratú gyűjtőedénybe öntsük. Az oxálsav szájon át mérgező hatású.