Chemical garden (chemische tuin)

Link Filmfragment

1. Onderzoeksvraag

Hoe kunnen we een chemische tuin maken met enkele metaalzouten in waterglas?

2. Voorbereiding

Materiaal + stoffen

• Doorzichtige bak of grote glazen pot (1 L)
• Lepeltje
• Roerstaaf
• 1 l natriumsilicaatoplossing (aangekocht bij VWR)
• 1 g koper(II)sulfaatpen­tahy­draat
• 1 g koper(II)chlo­ride di­hy­draat
• 1 g man­gaan(II)sul­faat
• 1 g kobalt(II)ni­traat hex­ahy­draat
• 1 g ijzer(III)chlo­ride
• Water

Bereiding oplossingen

Voor 1 l natriumsilicaatoplossing (50%v):

Meng een halve liter water met en een halve liter aan natriumsilicaat.

Opstelling (foto)

Waarneming (+ foto’s)

Uit de korrels groeien lange kleurrijke draden/torentjes naar boven.

Verklaring:

De metaalzouten dissociëren tot ionen in de natriumsilicaatoplossing. In de natriumsilicaatoplossing zijn negatief geladen silicaationen die gaan reageren met de positief geladen metaalionen. Aan de buitenkant van de metaalzoutkorrel vormt er dan metaalsilicaatlaagje. Dit laagje laat wel nog water door (semipermeabel) waardoor het metaalzout binnenin de korrel in hoge concentratie naar buiten komt (osmose) wat vervolgens weer reageert met de silicaationen. De dichtheid van de vloeistof in de huid is lager dan de natriumsilicaatoplossing, daarom groeien de metaalsilicaten naar boven.

4. Reflecteren

Optredende reacties

CuSO₄ · 5 H₂O + Na₂SiO₃ –> Na₂SO₄ + CuSiO₃ + 5 H₂O

CuCl₂ · 2 H₂O + Na₂SiO₃ –> 2 NaCl + CuSiO₃ + 2 H₂O

MnSO₄ + Na₂SiO₃ –> Na₂SO₄ + MnSiO₃

Co(NO₃)₂ · 6 H₂O + Na₂SiO₃ –> 2 NaNO₃ + CoSiO₃ + 6 H₂O

2 FeCl₃ + 3 Na₂SiO₃ –> 6 NaCl + Fe₂(SiO₃)₃

Besluit

We kunnen een soort chemische tuin maken door de metaalzouten in korrels op de bodem van een natriumsilicaatoplossing te leggen.

Er ontstaat dan rond de korrel  een kleine laag metaalsilicaat. Dit materiaal verhindert de uitstroming van metaal- en zuurrestionen de oplossing in. Een dergelijk semipermeabel materiaal verhindert echter niet dat de watermoleculen de andere kant op bewegen. Binnen de silicaathuid lost meer zout op en er ontstaat daar een geconcentreerde oplossing. Door osmose dringt er steeds meer water de silicaathuid binnen tot de druk binnen de huid zo groot wordt dat deze knapt en de kopernitraat-oplossing in direct contact komt met de waterglasoplossing. Dan ontstaat er een nieuwe huid en het proces herhaalt zich. Omdat de vloeistof binnenin de laag net iets minder dicht is dan de omliggende silicaatoplossing, groeit de laag naar boven toe, zodat lange vertakkingen ontstaan.

 

Bronnen

Literatuur KLIK- KLIK–KLIK

Film KLIK – KLIK – KLIK

5. Tips and tricks

Zorg er zeker voor dat kleine korrels goed tot op de bodem geduwd worden met een spatel, aangezien de groeirichting naar boven is. Indien je grotere stukken gebruikt zakken ze meestal vanzelf naar de bodem.

Het is mogelijk om eerst de metaalzouten in de pot te doen en dan een laag zand of dergelijk erover om als laatste de natriumsilicaatoplossing erover te doen. Het resultaat: het groeien van de metaalsilicaten zal doorheen het zand gebeuren zoals een echte tuin.

Test zeker of het natriumsilicaat nog voldoende werkzaam is, dit kan minderen met de ouderdom van de stof.