Zagadki chemiczne // Proszę o szklankę wody!

Nikt nie ma wątpliwości, że proszący ma na myśli wodę do picia. Związek o wzorze H₂O czyli tlenek diwodoru, zawierający rozpuszczone w sobie gazy lub sole mineralne. I nawet chemik nie żądałby sprecyzowania terminu, choć wie dobrze, że nie każda woda to H₂O . Ale mógłby- ot tak, z przekory – zaoferować szklankę jednej z 10 niżej podanych „wód”. Ale, że nierzadko wypicie jej mogłoby skończyć się tragicznie, sprawdźmy lepiej, czy aby na pewno dobrze wiemy, co to jest:

1. woda królewska

2. woda sodowa

3. woda utleniona

4. woda wapienna

5. woda ciężka

6. woda amoniakalna

Ad. 1

Woda królewska to mieszanina stężonego kwasu solnego i stężonego kwasu azotowego w stosunku objętościowym 3:1. Woda królewska rozpuszcza metale szlachetne, jak złoto i platynę, na które nie działa kwas azotowy. Z tej właściwości wody królewskiej skorzystał w czasie ostatniej wojny uczony duński Niels Bohr. Zmuszony nocą do ucieczki w Danii, wrzucił do butelki z wodą królewską swój złoty medal przyznany mu przez fundację Nobla; po powrocie do Danii zastał w laboratorium butelkę nietkniętą, wytrącił więc złoto i kazał ponownie odlać metal.

Rys. 1 Początek rozpuszczania się platynowej monety w wodzie królewskiej; kolby z wodą królewską

Woda królewska może rozpuszczać złoto dzięki swoim dwóm składowym kwasom, mających różne funkcje. Kwas azotowy jest mocnym utleniaczem. Jony chlorkowe, pochodzące z HCl tworzą kompleksy koordynacyjne z jonami złota, tym samym wydzielając je z roztworu.

Ad. 2

Woda sodowa jest roztworem kwasu węglowego H₂CO₃. Produkuje się ją nasycając wodę dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem. „Wymyślił” ją Joseph Priestley, który również był odkrywcą tlenu.

Rys. 2 Joseph Priestley – angielski chemik, filozof i duchowny. Odkrywca m.in. amoniaku, tlenku węgla, chlorowodoru i kwasu siarkowego; bąbelki obecne w wodzie gazowanej; syfony, które umożliwiają saturację – czyli nasycenie wody gazem

Ad. 3

Woda utleniona to nazwa zwyczajowa 3% roztworu wodnego nadtlenku wodoru H₂O₂. Związek ten rozkłada się łatwo, wydzielając aktywny tlen – piana na wydzielającej się krwi to właśnie banieczki tlenu! Ma słabe własności bielące, ale można je łatwo polepszyć zwiększając stężenie nadtlenku wodoru do 30% – otrzymamy wtedy perhydrol. Używać się go do rozjaśniania włosów. Prawie całą produkcję nadtlenku wodoru używa się jako utleniacza paliw rakietowych jako że stężony roztwór jest środkiem wybuchowym.

Rys. 3 Roztwór wody utlenionej, w specjalnym pojemniku, pełniący funkcję płynu do soczewek- w czasie procesu dezynfekcjacji dochodzi do niszczenia osadów białkowych; palce, krótko po kontakcie z perhydrolem

Ad. 4

Woda wapienna to nasycony wodny roztwór wodorotlenku wapniowego Ca(OH)₂, dość mocnej zasady. Stosowana do wykrywania dwutlenku węgla. Wydmuchując powietrze do zlewki wypełnionej wodą wapienną, pojawia się białe jak mleko zmętnienie. Wytrąca się bowiem ciemnokrystaliczny biały osad węglanu wapniowego.

Rys. 4 Prosta aparatura, umożliwiająca przeprowadzenie próby na obecność dwutlenku węgla; rezultat pozytywnego wyniku próby

Ad. 5

Woda ciężka to tlenek jednego z izotopów pierwiastka wodoru – deuteru. Jej małe ilości są w zwykłej wodzie. Ciężka woda stosowana jest jako moderator w reaktorach jądrowych do spowalniania szybkich neutronów. Z tego powodu, w czasie ostatniej wojny odegrała ważną rolę strategiczną. Znalazło to swoje odbicie w filmie pt. „Bitwa o ciężką wodę”. Ta „bitwa” był to całokształt akcji podejmowanych w celu opóźnienia prowadzonych prze hitlerowskie Niemcy prac nad bronią atomową. Dowództwo alianckie z tego powodu zdecydowało się zniszczyć zakład chemiczny Norsk Hydro, który ówcześnie produkował ciężką wodę na skale przemysłową. Oprócz filmu, na podstawie tej historii w 2015 roku powstał norweski serial telewizyjny o tym samym tytule.

Rys. 5 Hydroelektrownia Norsk Hydro- przykłady wyposażenia, które zostało zniszczone podczas II wojny światowej; reaktor ciężkowodny w Iranie.

Ad. 6

Woda amoniakalna jest to wodny roztwór amoniaku o stężeniu od 10% do 25%. Wydziela ostry, nieprzyjemny zapach amoniaku. Wykorzystywana w wielu gałęziach przemysłu.

Rys. 6 Kryształy dichromianu amonu (NH₄)₂Cr₂O₇; zakłady azotowe „Puławy”-największy w Polsce zakład w branży wielkiej syntezy chemicznej, produkcja samej tylko saletry amonowej wynosi ok. 1 100 00 ton na rok.