Proef 41   Hart van een robot.

januari 2013

Benodigde chemicaliën en spullen:

Proef41a.gif
Het kloppend robothart.
Ged. water (H2O):ca 10 mL
Zwavelzuur 96% (H2SO4): ca 1 mL
Ammoniumdichromaat ((NH4)2Cr2O7): 0,18 g
Gallium (Ga): ca 1 g
Schoteltje of horlogeglas Ø 7,5 cm:1
Bekerglaasje 50 mL:2
Druppelpipet:2
Warmhoudplaatje, pincet, bakje, ijswater, soda.

Voorbereiding:

Schakel het warmhoudplaatje in. Schenk voorzichtig een beetje geconcentreerd zwavelzuur in een klein bekerglas. Los het kalium- of ammoniumdichromaat (carcinogeen, zie proef 27) op in 5 mL warm water in een ander klein bekerglas. Plaats het horlogeglas op het warmhoudplaatje en schenk er een paar milliliter water op, zodat het horlogeglas voor ongeveer de helft van het oppervlak bedekt is. Leg daarna met een pincet een stukje gallium in het midden. Wacht totdat het is gesmolten.

Uitvoering van de proef:

Voeg met een druppelpipet een druppel geconcentreerd zwavelzuur toe. Nu vormt het gallium een blinkende, bolle druppel. Doe er nog een paar druppels zwavelzuur bij.
Voeg dan met een druppelpipet enige druppels van de dichromaatoplossing toe. Het gallium zal uitvloeien, weer samentrekken, weer uitvloeien et cetera, als het kloppend hart van een metalen robot. Het tempo daarvan gaat omhoog met wat meer zwavelzuur. Als het stopt, kan er weer dichromaat bij.

Verklaring:

Het metaal gallium smelt al bij 29,77° en vormt dan een plat plasje.
In een sterk zure omgeving verliest gallium elektronen aan waterstofionen waarbij ongeladen waterstof wordt gevormd (water weggelaten hieronder):
2 Ga (l) + 6 H+ (aq) → 2 Ga3+ (aq) + 3 H2 (g)
Die galliumionen komen enigszins vertraagd in oplossing, dus het gallium als geheel wordt positief geladen zolang er nog zuur beschikbaar is. Voor zover niet tegengewerkt door zwaarte- en andere krachten, neemt elke elektrisch geladen vloeistof de bolvorm aan. Immers, door afstoting gaan ladingen zo ver mogelijk van elkaar af zitten. Een plasje is niet overal even gekromd. Aan de kanten is de kromming het grootst. In zo'n kromming zitten de ladingen relatief dicht bij elkaar. Daarom bolt het gallium op: dan zitten de Ga3+-ionen zo ver mogelijk van elkaar.
De oorzaak van het achterblijven van de Ga3+-ionen in het gallium moet gezocht worden in een laagje waterstofgas dat aan het oppervlak geadsorbeerd blijft, net zoals bij platina dat als katalysator werkt bij reacties met waterstof. Deze waterstofmantel wordt afgebroken door dichromaat (dat hierbij als oxidator werkt terwijl H2 de reductor is). De galliumionen kunnen dan weg, uit het gallium de oplossing in, en het gallium ontspant zich tot een plasje. De waterstofmantel wordt vervolgens door de reactie tussen H+ en gallium hersteld, en daardoor de lading en de bolling. Enzovoort. Dit gaat door totdat het oranje dichromaat is verbruikt en omgezet in groen chroom(III).
Conclusie. Het gallium wordt positief geladen bij de vorming van waterstof door de inwerking van (zwavel)zuur. Zie ook proef 41-A en proef 70. Met deze proeven is onomstotelijk vastgesteld dat, anders dan vele deskundigen beweren, galliumsulfaat geenszins de opbolling veroorzaakt.

Na afloop van de proef: 

Zet, met rubberen handschoenen aan, het horlogeglas in een bakje met ijswater. Het resterende gallium zal stollen en kan eruit worden gehaald voor later gebruik. Voeg nu soda toe totdat het niet meer schuimt. Dan is het zuur geneutraliseerd. Schenk alles in een oude fles die je later naar de milieustraat brengt. Label: chroomhoudend anorganisch afval.

Klik hier voor een filmpje .WMV of hier .MP4    (4'25").

Op YOUTUBE is ook een filmpje te vinden van Nottingham University waar in menige website over dit onderwerp naar verwezen wordt. Het bespreekt meer eigenschappen van gallium dan alleen het kloppend hart. Echter, de in deze film genoemde verklaring is onjuist. Klik hier:

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=N6ccRvKKwZQ    (7'12")

Voor uitgebreide discussie: zie de bijlage.

Voor Engelstalige versie: klik op de vlag  Vlag_UK.JPG