W zasadzie naukę chemii należałoby zacząć od polecenia: …to na jutro nauczcie się układu okresowego pierwiastków z podziałem na grupy, na pamięć. Ponieważ jednak jesteśmy już duzi to oczywiście nikt takich głupot od nas, na szczęście żądał nie będzie… Dla odmiany zaczniemy gdzieś w trakcie…. Postaram się Wam opowiedzieć o reakcjach typu redox tak, aby już nikt się tego słowa nie bał i nie brzydził…
Ponieważ ostatnio trochę, z konieczności musiałem pogrzebać się w szkliwach z dodatkami związków miedzi to te związki będą mi towarzyszyły w rozważaniach. Nie jest to może najlepszy przykład, gdyż związki miedzi czasem potrafią zachować się w sposób nieprzewidywalny. Tematu ich nieprzewidywalności tu nie rozwinę gdyż jest rzadko spotykany i trudny do opisania ( niemniej warto pamiętać, że jest) Przykład związków miedzi jest jednak spektakularny ze względu na atrakcyjność kolorów i popularność zastosowania.
Najczęściej wykorzystywane w ceramice tlenki i sole miedzi to Cu2O – tzw. czerwony tlenek miedzi (tlenek miedzi I), CuO – czarny tlenek miedzi ( tlenek miedzi II), CuCO3 – węglan miedzi zielony, CuSO4 – siarczan miedzi – ( bezwodny- biały, CuSO4*5H2O – uwodniony-niebieski ). CuCl2 -chlorek miedzi ( bezwodny – żółto-brązowy, CuCl2*2H2O – uwodniony – zielony )
Oznaczenia chyba pamiętacie?
Cu – Cuprum – miedź
O – Oxygenium – tlen
C – Carboneum – węgiel
S – Sulphur – siarka
Cl -Chlorum – chlor
Sama, czysta miedź ma oczywiście kolor miedziany 🙂 .
Zaczynamy. Różne konfiguracje atomów miedzi i jej jonów z różnymi związkami dają różne efekty barwne. Co to jest barwa i inne takie historie opisałem w artykule: kolorowanie wyrobów z gliny.
Nie będę się tu zatem powtarzał. Powiem tylko, iż reakcje redox, dzięki którym powstają w sposób sztuczny lub naturalny odpowiednie związki chemiczne to właśnie element powstawania i nadawania barwy – w tym nadawania barwy wyrobom ceramicznym podczas procesu wypału szkliwa.
Ogłaszam krótką przerwę. Jeśli ktoś z Was doczytał do tego momentu to podziwiam desperację i determinację. Ja jeszcze nic nie napisałem a już się zmęczyłem. Co dopiero Wy! Jako przerywnik pozwólcie na krótkie spostrzeżenie. Otóż całe nieszczęście nauczania polega na tym, że w szkole na podstawowym poziomie ( później zresztą również ) uczymy się fizyki i chemii oddzielnie. W obecnych czasach większość z nas nie kojarzy, że zjawiska fizyczne w obszarze budowy atomu, cząstek elementarnych i ich wzajemnych oddziaływań dotyczą dokładnie tych samych atomów, cząstek itp. o których uczymy się na lekcjach chemii w obszarze reakcji chemicznych!!! Dlatego uwaga!!! Jeśli ktoś powie, że to miało być o chemii a ja tu piszę o jakiś aspektach fizycznych – to się niestety nie da rozłączyć!!! I choć w obecnych czasach „wielkie umysły” próbują nawet podzielić ludzi na tych z próbówki i tych z naturalnego wytrysku to to po prostu nie działa!!!
to proces, podczas którego następuje równoczesna wymiana elektronów pomiędzy przynajmniej (najczęściej) dwiema substancjami. Nazwa redox składa się z dwu członów „red”- od reduction – redukcja i „ox” – oxidation – utlenianie. Te dwie reakcje zachodzą równocześnie!!! Czym zatem są reakcje utleniania i redukcji?
to proces, w którym atom lub cząsteczka oddaje elektrony. Proces związany jest zawsze ze zwiększeniem stopnia utlenienia…Czyli bardziej i bardziej się utlenia..
to proces, w którym atom w stanie wolnym lub w cząsteczce odbiera elektrony co powoduje zmniejszenie jego stanu utlenienia…Czyli jakby redukuje swoje utlenienie częściowo lub całkowicie…Jest coraz mniej utleniony…
Właśnie dlatego reakcję nazywamy redox. Ten co oddaje elektrony to oddaje te elektrony temu co je odbiera i tylko w takiej ilości jaką jeden może oddać a drugi odebrać!!!
Nie wiem czy dałem radę wytłumaczyć….
Wiem, że ktoś może mnie za to skopać ale powiedzmy dla celów poglądowych. Spalanie miedzi w tlenie:
2Cu + O2 → 2 CuO
spalamy miedź w atmosferze tlenu powstaje tlenek miedzi.
Teraz reakcje połówkowe – pozwalają zrozumieć mechanizm z tymi elektronami….
Cu0 → Cu+II + 2e-
Żeby wyjaśnić zapis. Cu0 to miedź metaliczna , której ani nie brakuje elektronów ani nie ma ich do oddania – dlatego ma zero przy swojej główce. W momencie kiedy stworzy się odpowiednie warunki to miedź oddaje dwa elektrony przechodząc w stan Cu+II .
O0 + 2 e-→ O-II
Tlen, taki sobie fruwający to też nie ma elektronów do oddania ani mu ich nie brakuje ale w odpowiednich warunkach przyjmie te dwa elektrony.
Jak widać w tych równaniach miedź jest reduktorem a tlen utleniaczem. Klasycznie zaprezentowane reakcje redox.
I żeby było jasne. W naturze jest jak w życiu. Coś co znajduje się w stanie równowagi nie ma tendencji do zmiany stanu. Zmianę wywołują czynniki zewnętrzne. W ceramice najczęściej jest to temperatura. W życiu – a to już różnie. Stan niedoboru lub nadmiaru ( np. elektronów na powłokach walencyjnych ) powoduje konfrontację a w efekcie zwarcie się cząsteczek lub jonów i utworzenie nowego bytu.
Jeśli, ktoś z Was uczciwie dotarł do tego momentu to ja naprawdę jestem pod wrażeniem. To teraz postaram się pokazać praktyczny wymiar tych reakcji. Jak to jest w ceramice. Wyobraźmy sobie, że robimy wypał raku metodą amerykańską ( to ta metoda jaką najczęściej wykonuje się raku w Polsce). Robimy sobie szkliwo do raku. Dodajemy węglanu miedzi. Może być tlenek miedzi – obojętnie jaki – niedługo wyjaśnię jak to zrobić i przeliczyć w recepturach. Szkliwimy. Suszymy. Wypalamy. W odpowiednim momencie wkładamy „do redukcji”. Przeważnie do kubła z gazetami, trocinami, wiórami lub z tym z co kto lubi. Szczelnie zamykamy kubeł. Czekamy Co teraz się dzieje.
Ze spalanych papierów, trocin etc. tworzy się dym a płonący w pojemniku ogień wypala resztki tlenu. W dymie znajduje się dużo węgla w różnych postaciach. Węgiel jest dobrym reduktorem. Przyłącza cząsteczki tlenu tworząc dwutlenek i tlenek węgla. Wewnątrz zachodzi reakcja redox. Węgiel odbiera tlen od tlenku miedzi. Pozostaje nam błyszcząca miedziana warstwa na szkliwionym naczyniu ( ładniejsza lub brzydsza ). Chemia zadziałała!!! Po prostu reakcje redox 🙂
…ale zaraz, chwila. Nie ma nic złoto miedzianego. Wszystko jest zielone!!! – Znaczy nieszczęście się stało. Wiadro było nieszczelne, zbyt duże? Nie wypalił się tlen lub wypalił się w stopniu niewystarczającym. Nie zaszła reakcja redukcji lub zaszła reakcja ponownego utlenienia miedzi tym razem z częściowym udziałem węgla do węglanu miedzi ( tego zielonego ). Zgadza się?
Dlaczego podczas redukcji podczas wypału raku wsadzamy rozgrzane naczynia do zamkniętego wiadra z gazetami, wiórami, etc. – już wiemy! Ale po co wrzucać naczynia po redukcji do wody. Czy to potrzebne? Czy chodzi o to żeby je szybciej obejrzeć? Gdzie tu reakcje redox? Otóż jak powiedzieliśmy ale może nie było to wystarczająco wyraźne w normalnych warunkach substancje typu metale, tlenki sole są zazwyczaj dość stabilne. Nie tracą czy nie odbierają tych elektronów. To wysoka temperatura jest czynnikiem powodującym i przyśpieszającym reakcje. Szybkie chłodzenie ( wrzucanie do wiadra z wodą ) ma na celu przerwanie reakcji na etapie, na którym chodzi nam aby ona już dalej nie przebiegała lub nie pojawiła się inna reakcja niepożądana ( np. ponowne utlenienie – oczywiście też reakcje redox 🙂 ).
Już tyle wytrzymaliście to polecę Covey’em. Pewnie wiecie co to paradygmat. Jeśli nie to podam bliskie synonimy: wyobrażenie, szablon, stereotyp, światopogląd, punkt widzenia. Jest takie pojęcie przesunięcia paradygmatu ( paradigm shift ). Odnosi się ono do trwałej zmiany postrzegania. Zastanawiacie się po co Wam opowiadam te „pierdoły”. Podam przykład a potem już lecimy do końca. Pan Stephen Covey napisał kiedyś coś takiego co odtworzę z pamięci. Wyobraźcie sobie, że jedziecie pociągiem i obok was siedzi ojciec z dwójką małych dzieci. Gnojki zaczynają szaleć, coraz bardziej wrzeszczą, zaczynają się wreszcie tłuc. Ojciec jak kamień. Siedzi i nie reaguje. Wrzawa narasta. Wreszcie ktoś nie wytrzymał i zwraca się do ojca, żeby może trochę opanował swoje dzieci. Ojciec jakby wyrwany z letargu zaczyna przepraszać i mówi. „Właśnie wracamy ze szpitala. Dowiedzieliśmy się, że umarła ich matka a moja żona. One nie potrafią sobie z tym poradzić. Zresztą i ja mam problem. Przepraszam.” Kawałek jest stary ale jeśli go nie znaliście to co teraz czujecie? Jak postrzegacie ojca i te dzieci? To to jest właśnie przesunięcie paradygmatu. Już zawsze zmieni to wasz sposób postrzegania.
Wiem. Poleciałem ostro. Ale chciałbym abyście na chemię i fizykę, w tym reakcje redox patrzyli podobnie. Z nowej, trwałej perspektywy.
Może nie było tu za dużo o samej ceramice i chemii w ceramice ale jeśli zrozumieliście reakcje redox, jeśli zrozumieliście proces to jesteśmy w domu!!! Mało powiedzieć. Nie wiem czy myśleliście o tym w ten sposób ale powstanie życia na ziemi to reakcje redox. Połączenie wodoru z tlenem, które dało nam wodę to reakcje redox. Wytwarzanie tlenu przez rośliny to reakcje redox tlenu z chlorofilem. To, że oddychamy to reakcje redox tlenu z hemoglobiną. Nasze trawienie to jeden wielki redox. Myśleliście tak o tym kiedyś? Jeśli nie to właśnie dokonaliście przesunięcia paradygmatu.
Dla dociekliwych – nieceramiczny super prosto napisany artykuł opisujące reakcje redox
…jeśli będzie, to pewnie wzory Segera i obliczanie składu szkliw ceramicznych i reakcje redox też 🙂
Estrady 76A
01-931, Warszawa Bielany
© Ceramicznawyspa.pl 2018-2024 Wszystkie prawa zastrzeżone