Twee maanden geleden, toen ik mijn broer hielp zijn kamer op te ruimen, vond ik een boek met experimenten voor kinderen. Ik verwachtte dingen als "wat gebeurt er als je zout in water doet", en hoewel dat soort dingen zeker waren inbegrepen, was er één experiment dat mijn aandacht trok. Er werd beweerd dat als je koperdraad in azijn doet, de oplossing blauw zou worden.
Hoe de reactie werkt
Na wat onderzoek ontdekte ik dat deze reactie een redoxreactie was met het koperdraad als reductor en het zuur in azijn als oxidator. Het verschil tussen de standaard elektronenpotentiaal van de oxidator en de standaard elektronenpotentiaal van de reductor bleek kleiner dan -0,3. Dit betekent dat de reacties waarschijnlijk niet zullen plaatsvinden zonder toevoeging van een sterkere oxidator zoals waterstofperoxide. In feite zal de reactie plaatsvinden, maar dit zal lang duren zonder waterstofperoxide. Het toevoegen hiervan is nodig om het proces te versnellen, maar met veel geduld zou het mogelijk moeten zijn om dit experiment zonder te doen. Ik dacht dat het leuk zou zijn om dit te testen en dit is waar mijn project begon.
Starting my experiment
Ik besloot op kleine schaal te beginnen omdat ik niet zeker wist of het zou werken. Ik nam een paar stukjes koperdraad en een kleine hoeveelheid azijn en liet het in een bekerglas staan. Na een paar dagen had de oplossing een lichtblauwe kleur, maar helaas lang niet zo blauw als op de foto in het boek.
Het proces bleek zelfs langzamer dan verwacht, dus die paar dagen waren niet genoeg om de reactie te voltooien. Ik dacht dat de oorzaak de azijn was die ik gebruikte. Azijn is een oplossing van azijnzuur in water. Dit azijnzuur reageert alleen met het koper als de concentratie hoog genoeg is. De azijn die ik gebruikte was een 7% oplossing en was veel te verdund en daardoor te zwak om met het koper te reageren. Dit probleem verhelpen was niet moeilijk. Het enige dat nodig was, was de beker (met azijn) en het koperdraad een paar dagen buiten laten staan als het warm en zonnig was. Het water verdampte langzaam en terwijl de concentratie azijnzuur hoger werd, werd de kleur van de oplossing donkerder. Deze donkerblauwe kleur toonde aan dat de azijnzuur oplossing nu sterk genoeg was om met de koperdraad te reageren.
Toen het erop leek dat de reactie was afgelopen, haalde ik de overgebleven stukjes koperdraad uit de oplossing en zette ik het bekerglas met de helderblauwe oplossing op een warmteplaat. Het water verdampte en er bleef een donkergroene vaste stof achter in het glas. Dit was het gewenste koper(II)acetaat.
Per ongeluk koper(II)carbonaathydroxide maken
Het indampen werd alleen gebruikt om te kijken of het mogelijk was om vast koper(II)acetaat te maken, maar omdat ik wat andere neerslagen wilde maken, heb ik alles weer opgelost met water. Ik probeerde koperchloride te maken door wat natriumchloride-oplossing te mengen met de koper(II)acetaatoplossing, maar helaas vergat ik even het verschil tussen Cu+ en Cu2+ -ionen. Cu+-ionen zullen met de chloride-ionen neerslaan en het onoplosbare koper(I)chloride vormen. Cu2+ -ionen vormen het in water oplosbare koper(II)chloride, dat natuurlijk niet neerslaat. Omdat mijn koper(II)acetaatoplossing alleen Cu2+-ionen bevatte, was het niet mogelijk om het neerslag met chloride-ionen te maken. Dus het bleef een groen / blauwe oplossing, maar op dit moment was ik me nog niet bewust van mijn fout.
Ik besloot het nog een keer in te dampen, gewoon om te zien wat er zou gebeuren. Het duurde lang om dit te doen omdat het volume van de oplossing veel was toegenomen door de toevoeging van natriumchloride-oplossing, maar na een tijdje zag ik dat er zich wat vaste stoffen begonnen te vormen. De vaste stof vormde in een vreemd patroon en op een gegeven moment leek het zelfs alsof er kristallen in de beker groeiden. Tijdens het indampen veranderde de kleur langzaam van blauw/groen naar lichtgroen. Beide waarnemingen maakten duidelijk dat er een ander product was ontstaan dan koper(II)acetaat. Ik had letterlijk geen idee wat dit zou kunnen zijn, maar ik vond het wel leuk.
Een paar dagen aan theoretisch onderzoek gingen voorbij. Ik zocht naar foto's van alle mogelijke zouten met de ionen die ik had, maar geen enkele had een kleur die leek op mijn product. Na een tijdje realiseerde ik me dat ik kraanwater had gebruikt om zowel het koper(II)acetaat op te lossen als de natriumchloride-oplossing te maken. Ik wist dat kraanwater kalk bevatte, maar ik heb me nooit gerealiseerd dat het zo veel was dat het een eenvoudig experiment als dit zou beïnvloeden. Nadat ik Ca2+ en CO3 2- -ionen in mijn onderzoek had meegenomen, kwam ik erachter dat mijn product het meest leek op basisch kopercarbonaat, ook wel bekend als koper(II)carbonaathydroxide. Ik was blij dat ik eindelijk mijn onbekende creatie kon identificeren, maar ik wist niet wat ik ermee aan moest, en dat weet ik nog steeds niet. De kleur ziet er mooi uit, dus voor nu heb ik besloten om het in een glazen pot te bewaren. Misschien kan ik er in de toekomst iets mee.
Opnieuw koper(II)acetaat maken
Doordat ik (per ongeluk) basisch kopercarbonaat maakte, had ik geen koper(II)acetaat meer. Ik besloot het nog een keer te maken, dit keer op grotere schaal, omdat het goed bleek te werken. Ik begon met 20 gram koperdraad en 50 milliliter azijn. Telkens als er door verdamping bijna geen azijn meer over was, vulde ik het bekerglas opnieuw. Na drie weken was de oplossing helderblauw geworden, maar helaas waren er ook wat onzuiverheden. De beker had buitengestaan en was de hele tijd onbedekt, wat betekende dat er wat zand en kleine vliegjes waren ingevallen. Om dit te verhelpen, besloot ik een zwaartekrachtfiltratie-opstelling te bouwen.
Voor de zwaartekrachtfiltraties heb ik een trechter, een koffiefilter en een bekerglas gebruikt. Ik goot alles in het filter, inclusief alle stukjes koperdraad en waste het een paar keer met gedestilleerd water. Nadat de filtratie was voltooid, bleef er een zuivere oplossing achter en waren alle stukjes koperdraad verwijderd. Ik heb het hele filtratieproces gefilmd en omgezet in een time-lapse, die te zien is op mijn Instagram-pagina.
Ik liet de oplossing nog een week buiten in de zon staan zodat al het water kon verdampen. In de tussentijd heb ik een manier gevonden om een eenvoudig vacuümfilter te bouwen. Ik dacht dat het leuk zou zijn om dit voor de volgende filtratie te gebruiken, omdat het zwaartekrachtfiltratie proces vrij traag was. Ik heb het vacuümfilter gebruikt om wat nieuwe onzuiverheden na de indamping te verwijderen.
Oorspronkelijk was ik van plan het verdampingsproces te versnellen door de suspensie die zich tijdens de verdamping had gevormd te filtreren. De vaste deeltjes waren helaas zo klein dat ze allemaal door het filter gingen. Hoewel dit een beetje tegenviel, was ik toch blij met mijn zelfgebouwde filter omdat het de filtratie zeker versnelde. Als het me lukt om een filtratie uit te voeren die echt werkt, zal ik dat delen. Voor nu denk ik dat het nog niet interessant genoeg is om het te delen.
Nu mijn oplossing weer vrij was van onzuiverheden, had ik twee keuzes. Ik zou een warmteplaat kunnen gebruiken om al het water te verdampen en het vaste koper(II)acetaat uit te drogen, of ik kon even wachten tot de warmte buiten zijn werk deed. Ik besloot voor de laatste optie te gaan, omdat het gebruik van de warmteplaat niet erg veilig was. Gelukkig was het mooi weer, dus het duurde maar een week voordat het koper(II)acetaat volledig droog was. Toen dit eenmaal gedaan was, waren alle koper(II)acetaat kristallen een geheel geworden, maar het was zo zwak dat het brak toen ik het uit het bekerglas probeerde te halen. Ik besloot het koperacetaat in kleine stukjes te breken en ontdekte dat de binnenkant van het grote stuk nog niet helemaal droog was. Om deze reden heb ik alle kleine kristallen nog een paar dagen in de zon in een petrischaaltje laten liggen.
Na die paar dagen was mijn koper(II)acetaat eindelijk klaar! De kristallen waren klein maar zagen er geweldig uit. Toen ik een computermicroscoop gebruikte om die kristallen beter te kunnen bekijken, ontdekte ik dat de kristallen behoorlijk interessant waren gevormd en dat er toch nog wat suspensie omheen zat. De droge kristallen zagen er naar mijn mening waanzinnig uit.
Onder deze tekst zie je de foto's die ik heb gemaakt.
Ik denk dat het gebruik van de computermicroscoop en het daarmee maken van foto's een coole toevoeging is aan mijn experimenten, omdat dat het mogelijk maakt om een beter zicht op de resultaten te hebben. Ik denk dat ik dit vaker ga doen!
Terugkijkend op dit project heb ik er veel plezier aan beleefd. Ik weet nog steeds niet wat ik met het koper(II)carbonaathydroxide en het koper(II)acetaat moet doen, dus ik zal het bewaren en misschien kan ik er in de toekomst iets mee doen. Voor nu is het belangrijkste het plezier dat ik heb gehad en de nieuwe dingen die ik heb geleerd!
Comments