Świecenie tlenu singletowego

Na temat tego co to jest tlen singletowy i trypletowy przeczytasz w materiale dodatkowym: Budowa elektronowa cząsteczki O₂.

W tym doświadczeniu będziemy obserwować przemianę:

O=O → •O−O• + hν

Do wytwarzania tlenu singletowego posłuży nam prosta aparatura i kilka odczynników. Na początek trzeba uzyskać gazowy chlor. Można to zrobić na kilka sposobów. Opiszę dwa.

Wywiązywanie chloru ver. 1

kwas solny (najlepiej), cytrynowy (kwasek) lub octowy (ocet)
chloran(I) sodu (podchloryn sodowy, np. "Flash", "Ace")
dwie strzykawki 20 ml
gumowa rurka (do strzykawek pasują rurki ze sklepów akwarystycznych)

Przygotowujemy korki do strzykawek: z rurki odcinamy ok 1 cm i rozgrzewamy nad płomieniem po czym tępym brzegiem noża dociskamy końcówkę do płaskiej powierzchni, aby zamknąć rurkę z jednej strony. Wykonujemy przynajmniej dwa takie korki (jeśli chcemy więcej chloru, to potrzeba więcej strzykawek i więcej korków). Z rurki odcinamy także łącznik o długości ok. 3 cm.

Do jednej ze strzykawek naciągamy ok. 5 ml kwasu solnego (lub odpowiednio więcej innych kwasów zależnie od stężenia), do drugiej zaś roztworu podchlorynu sodu. Strzykawki łączymy łącznikiem (upewnić się czy układ jest szczelny!).

Szbko wstrzykujemy zawartość jednej strzykawki do drugiej i puszczamy tłok, aby w strzykawkach nie wytworzyło się nadmierne ciśnienie. Po chwili tłoki powinny się rozsunąć, a strzykawki wypełnić zielonkawym gazem. Jest to chlor (gr. chlōrós 'zielono-żółty').

NaOCl + 2 HCl → Cl₂ ↑ + NaCl + H₂O

Ze strzykawek należy usunąć pozostałości po reagentach (oprócz chloru oczywiście). Uwaga przy zdejmowaniu łącznika: zawartość strzykawek może być pod zwiększonym ciśnieniem, należy zatem uważać by nic nie wyprysnęło na nas. Pomieszczenie, w którym pracujemy powinno być wietrzone ponieważ chlor jest trujący i pachnie bardzo nieprzyjemnie. Jeśli wszstko wykonasz sprawnie chlor nie powinien wydostać się z żadnej ze strzykawek. Zabezpiecz strzykawki przygotowanymi korkami.

Wywiązywanie chloru ver. 2

kwas solny
tlenek manganu(IV) [źródło]
strzykawka 20 ml
gumowa rurka (do strzykawek pasują rurki ze sklepów akwarystycznych)
probówka
korek z otworem

Do probówki wsypujemy na wysokość 5 mm MnO₂ i zalewamy kilkoma cm kwasu solnego. Zatykamy korkiem z osadzoną rurką, na której drugim końcu znajduje się strzykawka. Pozwalamy tłokowi swobodnie przesuwać się w tył strzykawki.

MnO₂ + 4 HCl → MnCl₂ + Cl₂ ↑ + 2 H₂O

Kiedy cała wypełni się chlorem można założyć następną, a tą zatkać przygotowanym korkiem.

Doświadczenie

Cl₂ chlor - (przynajmniej jedna strzykawka 20 ml)
H₂O₂ woda utleniona min. 3%
NaOH lub inna zasada
fluoresceina - opcjonalnie
probówka
rurka gumowa (taka jak poprzednio)
szklana pipeta - opcjonalnie

Przygotuj zasadowy roztwór nadtlenku wodoru. W tym celu nalej do probówki na wysokość 2 cm 3%-owej wody utlenionej i 1 cm dowolnej zasady. Dla polepszenia efektu można dodać fluoresceiny. W przypadku braku NaOH można próbować z "Kretem" albo otrzymać ten związek samemu np. przez elektrolizę NaCl (jest to też kolejna metoda otrzymywania chloru).

Ryc. 3. Zestaw doświadczalny

Złóż zestaw tak, jak na Ryc. 3 i przenieś go w ciemne miejsce, potem zacznij szybko wtłaczać chlor do probówki. Wstrzyknięcie 20 ml powinno Ci zająć 3-4 sekund. W czasie wtłaczania zawartość probówki rozbłyskuje czerwonym światłem. Użycie fluoresceiny potęguje efekt. W przypadku braku pipety można użyć np. cienkiej słomki.

Cl₂ + 2 NaOH + H₂O₂ → O=O + 2 NaCl + 2 H₂O

O=O → •O−O• + hν