Proef 48   Gasfabriekje.

februari 2013



Benodigde chemicaliën en spullen:

Proef48a.jpg
Jeugdbeeld uit Breda: achteraan de gashouder.
Het witte gebouw was de chocoladefabriek.
Geconc. zwavelzuur 96% (H2SO4): 25 g
Mierenzuur 85% (HCOOH):12 g
Kristalsoda (Na2CO3·10H2O): ca 100 g
Erlenmeyer: 250 mL
Erlenmeyertje met doorboorde stop:50 mL
Gehoekt gebogen glazen buis Ø 4 mm.
Trechter, bekerglaasje 50 à 100 mL.


Voorbereiding:

Voorzichtig! Koolmonoxidegas is giftig en reukloos. Voer de proef daarom buiten uit of in een zuurkast. Geconcentreerd zwavelzuur is erg bijtend. Gebruik handschoenen en een schort!
Doe de gebogen buis door de stop zoals op de foto linksonder.
Zet ca. 12 gram mierenzuur klaar in het bekerglaasje. Weeg 0,6 gram kristalsoda af op een papiertje. Maar indien je erlenmeyertje 100 mL is i.p.v. 50 mL, neem dan het dubbele, t.w. 1,2 gram kristalsoda. Zet het erlenmeyertje op de weegschaal en schenk er ca. 25 gram geconcentreerd zwavelzuur in.

Uitvoering van de proef:

Doe de soda op het papiertje in de erlenmeyer. Wacht totdat het schuimen ophoudt. Schenk vervolgens het mierenzuur ook in de erlenmeyer en doe snel de stop met de gebogen buis erop. Er ontstaan belletjes. Wacht even en houd dan pas een brandende lucifer bij het eind van het buisje waaruit het gas stroomt. Het gas brandt met blauwe vlam.

Proef48b.jpg
Brandend koolmonoxide.

Verklaring:

Zwavelzuur is hygroscopisch d.w.z. het trekt water aan. En wel zó sterk dat het het mierenzuur ertoe aanzet als volgt uiteen te vallen:
HCOOH → H2O + CO (g)
Koolmonoxide is brandbaar en vormt met zuurstof onschadelijk kooldioxide. Koolmonoxide was vroeger in de periode vóór de vondst van het aardgas één van de componenten van het toen­ma­lige stadsgas. Dat werd in gasfabrieken geproduceerd uit verhitte steenkool en waterdamp volgens een procedé dat is uit­ge­von­den door de Maastrichtenaar Jan Pieter Minckelers (1748-1824):
C + H2O →  H2 + CO
Het stads- of lichtgas was niet alleen zeer brandbaar, maar door de koolmonoxidecomponent ook zeer giftig. En tevens reukloos. Daarom werd een vies geurtje toegevoegd aan stadsgas: dan ruik je tenminste iets als de gaskraan per ongeluk open blijft staan en het vuur uit is. Tegenwoordig heeft het kookgas een niet-giftige samen­stel­ling en wordt het geurtje toegevoegd om explosies te voorkomen.
Koolmonoxide kan echter ook ongemerkt ontstaan door onvolledige verbranding in slecht onder­houden gasinstallaties zoals oude geysers of boilers. Dat kan leiden tot dodelijke ongelukken.

Na afloop van de proef:

Giet de resten van de kleine erlenmeyer in de grotere. Breng nu schepje voor schepje kristalsoda in de grote erlenmeyer totdat er geen schuim meer ontstaat. Spoel bekerglaasje en erlenmeyertje met kraan­water en doe dit water ook in de grote erlenmeyer. Daarna kan alles door de gootsteen.

Nadere beschouwingen van de M.S.

Als er nog lucht in de erlenmeyer zit, is het gevaarlijk om het uitstromende gas aan te steken: de vlam zou naar binnen kunnen slaan. Dat houdt in dat CO niet alleen aan de buitenkant van het gebogen glasbuisje gaat branden maar ook in de erlenmeyer. En wel alles tegelijk: een explosie! Daarbij kan niet alleen de stop van de erlenmeyer springen, maar ook de erlenmeyer zelf kan breken en het geconcentreerde zwavelzuur kan in het rond gaan vliegen en als je daardoor geraakt wordt, gebeurt er moet jouw huid hetzelfde als met het mierenzuur, waarbij geen CO(g) ontstaat maar C(s): je huid verkoolt! Daarom heb je alle lucht uit de erlenmeyer laten drijven door zoveel kooldioxide uit zwavelzuur en een brokje soda te laten ontstaan dat de erlenmeyer daardoor gevuld wordt. Handig daarbij is het dat kooldioxide zwaarder is dan lucht: de lucht wordt dus letterlijk door het zware gas verdreven. De hoeveelheid soda die je nodig hebt om de erlenmeyer van 50 mL precies te vullen, kun je uitrekenen: 50 mL gas is 2,0 mmol. Immers, onafhankelijk van de soort gas heeft een gas bij 25°C een volume van 24,5 dm³/mol (zie Binas, tabel 7). Voor die 2,0 mmol kooldioxide heb je ook 2,0 mmol zwavelzuur nodig. Want die reageren 1 op 1 volgens de (vereenvoudigde) reactievergelijking:
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2
Dus: 212 mg watervrije soda (molaire massa 106) ofwel 562 mg kristalsoda (molaire massa 286), afgerond 0,6 gram om het erlenmeyertje van 50 mL geheel te vullen met CO2.