Dlaczego sód i potas eksplodują w wodzie?

Przez dekady entuzjaści nauki rozpływali się nad osławioną gwałtowną reakcją sodu i potasu po kontakcie z wodą. Naukowcy w Europie pokazują teraz, że od dawna akceptowane wyjaśnienie tego procesu jest niekompletne.

Sodium_and_Water

Rys. 1 Reakcja metalicznego sodu z wodą

Chemicy długo myśleli, że wrzucenie bryłki metalu alkalicznego, co jest tradycyjnie praktykowane przez niektórych wykładowców i wielu poszukiwaczy chemicznego dreszczyku, wywołuje eksplozję, ponieważ metal rozpuszcza się, generując wielkie ilości ciepła i uwalniając elektrony do wody. Etap rozpuszczania wyzwala także duże ilości pary i w jego trakcie wytwarzane są jony wodorotlenowe i wodór, który może zostać zapalony, czyniąc proces jeszcze bardziej gwałtownym.

Niektórzy naukowcy wpadli na to jak proces może zachodzić tak szybko. Skojarzyli, że para i wodór wytwarzane na wczesnym etapie reakcji powinny wytwarzać buforową warstwę na metalu i utrudniać dalszą reakcje metalu z wodą. By rozwiązać zagadkę, chemicy Philip E. Mason, Pavel Jungwirth i ich współpracownicy na Akademii Nauki Republiki Czeskiej w Pradze, wraz z kolegami Uniwersytecie Technologii w Braunschweig w Niemczech, zbadali proces za pomocą superszybkiej fotografii i technik obliczeniowych.

Wiele czynników, uwzględniając czystość powierzchni próbki i temperaturę, może zapobiec eksplozji bryłki metalu po kontakcie z wodą. Zespół wyeliminował te i inne zmienne poprzez zastosowanie stopu sodu i potasu, który pozostawał cieczą w temperaturze pokojowej i układu dostarczającego kroplę, wykorzystujący skalibrowaną strzykawkę.

Zespół zaobserwował, że w ciągu ułamka milisekund powstawania kontaktu z wodą, krople Na/K formują liczne kolce, które sterczą w kierunku wody. Analizy z zastosowaniem dynamiki molekularnej wskazały, że prawie natychmiastowe przeniesienie elektronów z kolców do wody gwałtowni generuje dodatnie jony zasadowe, które energicznie odpychają i wywołują tzw. eksplozję Coulombowską. Jest to szybki sposób, w który ten proces propaguje i generuje reaktywne powierzchnie metali, które uwalniają całkowitą eksplozję.

Naukowcy wymyślili wiele kluczowych aspektów, który umożliwiają tej super egzotermicznej reakcji stanie się wybuchową, bardziej niż szybkie odprowadzanie ciepła, pwiedział Stephen E. Bradforth, profesor chemii na Uniwersytecie w Południowej Kalifornii. Dodał, że „piękna” szybka fotografia, ukazując ekstremalnie gwałtowny rozwój długich metalicznych kolców i rolę Coulombowskiej eksplozji na powierzchni styku jest „całkiem prowokacyjne”.

Emerytowany profesor chemii ze Stanowego Uniwersytetu w Michigan James L. Dye zauważa, że eksplozja przeładowanych kropli w fazie gazowej była znana od czasów pracy Lorda Rayleigha z 1882 roku. Twierdzi, że każdy kto zrobił lub widział tę klasyczna prezentację doceni „detale wizualne” mechanizmu reakcji i obrazy dostarczane przez badanie.

1. http://cen.acs.org/articles/93/web/2015/01/Sodium-Potassium-Really-Explode-Water.html

Opracowała: Emilia Strzałka

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*