Passivering ijzeren nagels met geconcentreerd salpeterzuur

1.Onderzoeksvraag

Wat gebeurt er als we ijzeren nagels in geconcentreerd salpeterzuur brengen?

2.Voorbereiding

a.Begrippen als achtergrond voor experiment

• Gasontwikkelingsreactie: een chemische reactie waarbij een gas vrijkomt.
• Chemische reactie: Een chemische reactie is een proces waarbij bepaalde verbindingen (moleculen) of atomen via niet-fysische weg worden omgezet in andere verbindingen via het vormen dan wel breken van chemische bindingen.
• Zuur: Een zuur is in de scheikunde een stof die protonen (H⁺–ionen) af kan staan. Wat er overblijft is de negatieve zuurrest.

b.Materiaal + stoffen

• 3 kleine petrischalen
• Salpeterzuur
• 3 ijzeren nagels
• Pincet uit chroomnikkel

c.Opstelling (foto)

e.Etiketten

 

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

1. Breng in de 3 kleine petrischalen:1 geconcentreerd salpeterzuur, 2 en 3: mengsel van 10 ml salpeterzuur met 5 ml water.
2. Breng in 1 en 2 een kleine ijzeren nagel zonder schuren. In de eerste schaal ontstaat er een bruin gas en nadien geen reactie. In de tweede ontstaat een hevige reactie.
3. Breng de nagel met een pincet van 1 in 3. Er gebeurt geen reactie.
4. Neemt men de nagel uit de schaal met een pincet.
5. Schuurt men met een mes een tijd en legt men de nagel terug, dan ontstaat een heftige reactie.

b.Waarneming (+ foto’s)

Waarnemingen voor de proef

2 kleurloze oplossingen, water en salpeterzuur

Waarnemingen tijdens de proef

Petrischaal 1

Er gebeurt niets

Petrischaal 2

Eerst gebeurt er niets, na verloop van tijd treedt er ineens een hevige exotherme reactie op waarbij er bruine dampen ontstaan en de nagel oplost

Petrischaal 3

De exotherme reactie treedt direct op. Er ontstaan bruine dampen en de nagel lost op.

4.Reflecteren

a.Optredende reacties

Ijzer lost niet op in geconcentreerd salpeterzuur maar wel in verdund salpeterzuur. Dit komt doordat de metalen hun oppervlak beschermen door een passiverende laag van de overeenkomstige nitraten te vormen. Wanneer water wordt toegevoegd om het mengsel te verdunnen verloopt de reactie plots zeer snel en ontstaan de bekende bruine nitreuze dampen. Wanneer we de nagel eerst schuren, verwijderen we deze passiverende laag en zal de reactie direct plaatsvinden.

Het stikstofmonoxide reageert vervolgens weer met dizuurstof uit de lucht tot stikstofdioxide (NO₂). Dit is zichtbaar als bruinrode nitreuze dampen

5. Aanvullingen

• Werk onder de zuurkast
• Gebruik handschoenen, veiligheidsbril en labojas
• Laat deze proef niet uitvoeren door de leerlingen
• Let op, want de reactie is nogal hevig
• Schuur de nagel eventueel lichtjes op, dan zal de reactie iets sneller verlopen
• Zorg voor een duidelijk onderscheid qua concentratie tussen de geconcentreerde en verdunde oplossing
• Laat de leerlingen de waarnemingen doen

Bronnen

KLIK – KLIK – KLIK