Proef 66   Knalschuim.
juni 2013

Benodigde chemicaliën en spullen:
Proef66a.jpg
De opstelling schematisch.
Ged. water (H2O):120 mL
Natriumwaterstofcarbonaat (NaHCO3):0,5 gram
Badschuim of afwasmiddel:ca 1 mL
Koolstaaf- (C) of platina-elektrode (Pt):1
Koperdraadelektrode (Cu) (of Pt):1
Erlenmeyer 100 mL:1
Stop met gaten:1
Glasbuis:1
Plastic beker 100 mL:1
Batterij 9 V (of DC oplader):1
Draden met krokodillenklemmen:2
Houten satéprikker of stokje:1

Voorbereiding:

De stop moet gaten hebben waar precies doorheen passen de koolstaaf (Ø 5 mm) of platinadraad, de glazen buis (Ø 5mm) en de koperdraad (Ø 1 mm). De glazen buis moet op een gasvlam gebogen worden in een U-vorm zoals op de tekening. Nadat je dat gedaan hebt, steek je de koolstaaf (of platinadraad), de koperdraad en de U-buis door de stop. Als je kopergaas hebt, kun je aan het koperdraad parallel aan de koolstaaf wat gaas solderen om het contactoppervlak te vergroten.
Doe vervolgens 0,5 gram natriumwaterstofcarbonaat in de erlenmeyer en vul aan met ged. water tot waar de onderkant van de stop zal komen. Schenk in een beker van 100 mL, liefst van plastic, 1 mL badschuim of afwasmiddel. Vul de beker verder met kraanwater. Roer goed om.
Plaats de stop op de erlenmeyer zó dat de koolstaaf c.q. platinadraad en het koper - zonder elkaar te raken - diep in het water steken; de buis echter helemaal niet. Het andere einde van de buis steekt diep in de beker met badschuimwater. Bevestig stroomdraden aan de elektroden.

Proef66b.gif
...een vlammetje erbij...
Uitvoering van de proef:

Sluit de stroomdraden aan de batterij aan. De draad die naar het koper leidt, aan de minpool (kathode), en die vanaf het koolstof/platina aan de pluspool (anode). Nu ontstaan belletjes in de erlenmeyer en even later bubbelt het ook in de beker. Dat leidt tot schuimbellen in en op de beker.
Steek een satéprikker aan en raak met de vlam het gevormde schuim. Met een flinke knal is het schuim in één keer weg. Er vormt zich nieuw schuim, en ook dat knalt weg met de brandende prikker. Als je genoeg hebt geknald, maak je de draden los, en het schuimen houdt op.

Verklaring:

Het opgeloste natriumwaterstofcarbonaat maakt water ge­lei­dend. De stroom die door het water loopt, zorgt dat aan de anode zuurstof ontstaat en aan de kathode water­stof:
2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g)
De gassen - in de verhouding 2:1 - vormen een explosief mengsel, knalgas genaamd, dat opborrelt in de beker en bellen maakt. Met een vlammetje ontsteek je het knalgas dat weer water(damp) wordt.

Na afloop van de proef:

Alle water - ook dat wat eventueel zwart is geworden van koolstof - kan door de gootsteen.

Nadere beschouwingen van de M.S.

  • De positieve pool wil elektronen opnemen, is oxidator, wil reageren met water als enige aanwezige reductor.
    Water kan (zie Binas, tabel 48) als reductor reageren met een s.e.p. van +1,77 of +1,23. Deze laatste is de sterkste reductor, dus de halfreactie luidt:
    2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e¯
    De elektronen gaan naar de pluspool en verdwijnen daar uit de oplossing.

  • De negatieve pool wil elektronen afstaan. Hij reageert met een oxidator. Als oxidators zijn aanwezig Na+, H2O en CO32¯ waarbij CO32¯ de sterkste is. Je zou dus verwachten dat CO32¯ zou reageren. Maar CO32¯ wordt door zijn lading door de minpool afgestoten. Aldus blijft er water over als sterkste (-0,83) oxidator. Het reageert als volgt:
    2 H2O + 2 e¯ → H2 + 2 OH¯
    De elektronen worden geleverd door de minpool.

  • Al met al is de totale reactie:
    2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g)
    De gassen worden gemengd; precies in de juiste verhouding om de omgekeerde, zeer exo­therme reactie te laten gebeuren zodra ze zodanig verhit worden dat de reactie­tempe­ratuur wordt bereikt. Dan gebeurt dus:
    2 H2 + O2 → 2 H2O (g)
    Door de grote warmteproduktie verloopt deze reactie stormachtig. Dat betekent: een flinke knal.

  • Waarschuwing.
    Vul de erlenmeyer zo ver mogelijk met water en laat het buisje waar het gas doorheen zal gaan, zo hoog mogelijk in de stop. Dat om te vermijden dat zich gas verzamelt in de erlenmeyer. En laat het buisje zo diep mogelijk in de beker met badschuim steken zodat bij de ontploffing van de belletjes, de explosie zich niet kan uitbreiden tot binnen het buisje.

    Doof alle vuur zodra je gaat stoppen. Haal dan de stop van de erlenmeyer zodat het nog aanwezige knalgas kan ontsnappen. Als je deze voorzorgsmaatregelen niet neemt, kan de erlenmeyer exploderen!
Klik hier voor een filmpje .MPG of hier .MP4    (4'44").

En hier voor een film op YouTube.