Alchemiczne złoto (2-2011r.).pdf

Kształcenie nauczycieli chemii

„Alchemiczne złoto”

na lekcji chemii

KRZYSZTOF ORLIŃSKI

wiele zależy od pierwszych lekcji

prowadzonego przez siebie przed-

miotu. To właśnie tych kilka wrześniowych

godzin w pierwszej klasie gimnazjum lub

szkoły ponadgimnazjalnej w dużej mierze

decyduje o zainteresowaniu uczniów che-

mią (nawet absolwentów gimnazjum, któ-

rzy zdążyli się już zniechęcić do przedmio-

tu…), a w konsekwencji – o szansach

na pedagogiczny sukces. Z praktyki wiado-

mo, że nic tak nie wzbudza zaciekawienia,

jak atrakcyjny eksperyment (w dodatku po-

łączony z interesującą opowieścią). Na jed-

nej z pierwszych lekcji chemii wspomina się

o wielowiekowej historii jej rozwoju, może

zatem…

nas otacza. Pogląd ten utrwalił się (i to

na wiele wieków) dzięki autorytetowi A RY -

STOTELESA (IV wiek p.n.e.). Według niego

o własnościach materii decydowały cechy

czterech pierwiastków: ogień był gorący

i suchy, woda – zimna i wilgotna, powietrze

–gorące i wilgotne, a ziemia – zimna i su-

cha. Ponadto, zmieniając tylko te obserwo-

wane własności, można było przekształcać

jeden żywioł w drugi. Stwierdzenie to zga-

dzało się z doświadczeniem: np. ogrzewa-

jąc zimną i wilgotną wodę otrzymywano

parę (gorące i wilgotne powietrze) oraz

nieco osadu na dnie naczynia (zimną i su-

chą ziemię), a brakujących cech dostarczał

ogień użyty do podgrzania wody. Otwarto

drogę do prób dokonania przemian innych

substancji, w tym i pospolitych metali

w upragnione złoto. Narodziła się alche-

mia. [1, 2]

Autorytet A RYSTOTELESA był tak wielki,

że jego teoria budowy materii „obowiązy-

wała” przez ponad dwa tysiące lat. Alche-

Alchemia

Przez tysiąclecia istniała tylko chemia

praktyczna, związana z otrzymywaniem

użytecznych dla człowieka substancji – le-

ków, barwników, metali oraz ich stopów.

Jednak już w VII wieku p.n.e. filozofowie

greccy zauważyli potrzebę uporządkowania

zdobytej wiedzy o świecie. Wtedy to T ALES

z Miletu stwierdził, że cały Wszechświat

zbudowany jest z jednej pierwotnej sub-

stancji. Tym „elementem” lub „żywiołem”

miała być woda, a przez jej przemiany – po-

wstać cała istniejąca materia. W następnym

wieku podstawowego pierwiastka przyrody

upatrywano w powietrzu (A NAKSYMENES )

lub w ogniu (H ERAKLIT ).

Filozofów tych pogodził E MPEDOKLES

(V wiek p.n.e.), który stwierdził, że materia

składa się nie z jednego, a z czterech żywio-

łów: ognia, wody, powietrza i ziemi, nato-

miast ich mieszaniny tworzą wszystko, co

Michał Sędziwój dokonuje transmutacji w obecności kró-

la Zygmunta III (obraz Jana Matejki)

Źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Al-

chemik_Sedziwoj_Matejko.JPG

2/2011

D oświadczony nauczyciel wie, jak

Kształcenie nauczycieli chemii

micy wyciągnęli z niej praktyczne wnioski,

przystępując do otrzymywania złota z po-

spolitych metali. Przodkowie dzisiejszych

chemików przetestowali chyba wszystkie

dostępne substancje, najczęściej jednak

używając rtęci i ołowiu (i nie mylili się, co

wykazały XX-wieczne eksperymenty prze-

prowadzone w reaktorach jądrowych i ak-

celeratorach cząstek). Wśród całej plejady

alchemików mamy mocny polski akcent

– sławnego w całej XVII-wiecznej Europie

M ICHAŁA S ĘDZIWOJA . Dopiero nowocze-

sna chemia, oparta na naukowych podsta-

wach, położyła kres alchemicznym marze-

niom o transmutacji pierwiastków na

drodze przemian chemicznych.

Wyposażeni w teorię przemiany materii

alchemicy przystąpili do dzieła, a raczej

do Wielkiego Dzieła, jak nazywano trans-

mutację nieszlachetnego metalu w złoto.

W ciągu wieków otrzymali i przebadali

mnóstwo substancji oraz udoskonalili tech-

nikę laboratoryjną, bez której nie mogłaby

święcić triumfów nowoczesna chemia. Suk-

ces jednak nie nadchodził. Pojawiły się po-

glądy, że metale złożone są z tzw. „zasad”

– siarki, mającej nadawać cechę palności

oraz rtęci – nośniku metalicznego połysku.

Oczywiście nie były to pierwiastki w dzisiej-

szym tego słowa znaczeniu ani nawet rze-

czywista rtęć i siarka, a jedynie symbole

pewnych własności metalu. Wystarczyło

więc znaleźć odpowiednią proporcję,

w której połączone były „zasady”, a sukces

miałby przyjść sam. Współcześnie mogą

nas śmieszyć takie poglądy, ale nie osądzaj-

my zbyt pochopnie przodków dzisiejszych

chemików. Opierali się oni na powszechnie

wówczas uznanej teorii budowy materii

iwyciągnęli z niej właściwe wnioski – prze-

miany substancji były możliwe.

Jak w każdej sferze działalności człowie-

ka, tak i wśród alchemików znaleźli się

oszuści, którzy kuglarskimi sztuczkami do-

wodzili możliwości transmutacji. Nie trze-

ba dodawać, że po otrzymaniu zaliczki

od bogatego (i żądnego jeszcze większych

skarbów) protektora odchodzili „w siną

dal”. Smutny był jednak los alchemików,

którzy zawiedli pokładane w nich nadzieje

– tortury, więzienie, a i nierzadko śmierć

na pozłacanej szubienicy!

Katalog alchemicznych sztuczek był bo-

gaty. Wytwarzano stopy metali podobne

zwyglądu do prawdziwego złota, np. tom-

bak, na który i dzisiaj znajdują się amatorzy

skuszeni nadarzającą się okazją zakupu bi-

żuterii po niewiarygodnie niskiej cenie.

Często ukrywano w tyglu grudki złota, któ-

re następnie „ujawniało się” podczas

ogrzewania. Innym sposobem było użycie

amalgamatu złota, którym pokrywano

przedmiot z nieszlachetnego metalu. Po

ogrzaniu rtęć odparowywała, pozostawia-

jąc złotą powłokę [3].

„Szkolna transmutacja”

Oczywiście, w szkolnym laboratorium

wykluczone jest użycie amalgamatu, ale

i my możemy pokazać na poły magiczną

przemianę miedzianej monety w „złoto”.

Doświadczenie nadaje się również do prze-

prowadzenia podczas pokazu typu „wie-

czoru ciekawej chemii”. Wtedy warto za-

dbać także o odpowiednią inscenizację

alchemicznej pracowni.

Do eksperymentu [4, 5, 6] potrzebne

będą miedziane monety (np. stare amery-

kańskie jednocentówki) lub, w wypadku

ich braku, krążki z miedzianej blachy (uży-

cie bilonu nada jednak doświadczeniu

większego autentyzmu). Pozostałe odczyn-

niki to wodorotlenek sodu NaOH i meta-

liczny cynk.

Sporządzamy ok. 5% roztwór wodoro-

tlenku sodu. Napełniamy nim zlewkę i roz-

poczynamy ogrzewanie. Równocześnie na

dnie naczynia kładziemy kilka granulek cyn-

ku lub skrawków cynkowej blachy ze zużyte-

go ogniwa. W zlewce umieszczamy także

miedzianą monetę (dokładnie oczyszczoną

z powierzchniowych nalotów) tak, aby pozo-

stawały w kontakcie z cynkiem.

Ogrzewanie przyspiesza reakcję (zacho-

dzi ona także na zimno, ale wtedy na rezul-

taty trzeba czekać parę godzin) i już po kil-

ku minutach za pomocą pęsety wyjmujemy

monetę ze zlewki, następnie opłukujemy ją

Chemia w Szkole

Kształcenie nauczycieli chemii

wwodzie i pokazujemy widzom. Moneta

przybrała srebrzysty, metaliczny kolor.

Oczywiście komentujemy zakończenie

pierwszego etapu eksperymentu, stwier-

dzając, że właśnie otrzymaliśmy „srebro”!

Teraz ujmujemy monetę w szczypce

i krótko ogrzewamy w płomieniu palnika.

Po chwili srebrzysta moneta zamienia się

w błyszczący, żółty krążek – alchemiczne

„złoto”!

Mechanizm doświadczenia

Wytłumaczenie dokonanej „transmuta-

cji” nie jest skomplikowane. W pierwszym

etapie następuje częściowe roztworzenie

metalicznego cynku (metalu amfoteryczne-

go) pod wpływem mocnej zasady:

Fot. 1. Miedziana moneta na granulkach cynku w zlewce

wypełnionej roztworem NaOH, fot. autor

Zn + 2NaOH + 2H 2 O

Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2 ↑

Zn 0 + 4OH –

Proces osadzania cynku na powierzchni

miedzi zachodzi szybciej niż na powierzch-

ni cynku, dlatego moneta pokrywa się

błyszczącą powłoką imitującą srebro. Z ko-

lei podczas ogrzewania w temperaturze

ok. 200°C, na skutek dyfuzji atomów do-

chodzi do powstania w powierzchniowej

warstwie stopu miedzi z cynkiem – złociste-

go mosiądzu. I to jest nasze alchemiczne

„złoto”.

⇔

Fot. 2. Miedziana moneta pokryta warstwą cynku, fot.

autor

Dalsze możliwości dydaktyczne

przeprowadzonej „transmutacji”

Oprócz zaciekawienia, które niezmien-

nie wzbudza opisany eksperyment, jego

mechanizm można wykorzystać podczas

omawiania zagadnień związanych z chemią

cynku (amfoteryczność metalu) oraz elek-

trochemicznych (ogniwa galwaniczne).

Fot. 3. Moneta po wyjęciu z płomienia palnika, fot. autor

2/2011

Po zetknięciu cynku i miedzi możliwy

jest przepływ elektronów powstałych pod-

czas utleniania cynku. Tworzy się ogniwo

o zwartych elektrodach. Na granicy faz ist-

nieje dynamiczny stan równowagi pomię-

dzy roztwarzającym się i ponownie osadza-

jącym cynkiem:

[Zn(OH) 4 ] 2– +2e –

Kształcenie nauczycieli chemii

Fot. 4. Poszczególne stadia „transmutacji”, fot. autor

Także podczas zajęć poświęconych sztucz-

nym przemianom promieniotwórczym war-

to wspomnieć o faktycznie przeprowadzo-

nych transmutacjach rtęci w złoto (zatem

alchemicy mieli jednak w pewnym sensie

rację, w rtęci właśnie upatrując wyjściowe-

go surowca do produkcji „króla metali”).

[2] „Magiczna” formuła, której poszukiwa-

no przez wieki, jest następująca:

Sztuczne złoto otrzymane w taki sposób

po raz pierwszy pokazano w 1955 roku na

Konferencji Atomowej w Genewie. Wieść

o osiągnięciu fizyków spowodowała nawet

krótkie zawirowania na giełdach świato-

wych, ale sensacyjne doniesienia prasowe

zdementowała informacja o cenie tak uzy-

skanego kruszcu – jest on wielokrotnie

droższy od naturalnego złota.

Mimo naukowego wytłumaczenia po-

zornie niezrozumiałej przemiany miedzia-

nej monety w „złoto” nie tylko uczniowie,

ale i nauczyciele zgodzą się chyba z auto-

rem: w chemicznych eksperymentach na-

dal jest magia!

196 Hg(n,

) 197 Hg

197 Au

Wwyniku naświetlenia neutronami

w reaktorze, z jednego z naturalnie wystę-

pujących izotopów rtęci powstaje izotop

promieniotwórczy tego pierwiastka (zapis

w nawiasie oznacza kolejno: cząstkę wnika-

jącą do jądra – n = neutron, oraz opuszcza-

jącą je –

= kwant gamma). Poprzez wy-

chwyt elektronu z najbliższej jądra powłoki

(wychwyt K zachodzi z okresem połowicz-

nego rozpadu ok. 64 godzin) tworzy się sta-

bilny izotop złota. Także zastosowanie ak-

celeratorów cząstek pozwoliło uzyskać

próbki szlachetnego kruszcu:

198 Hg(

mgr KRZYSZTOF ORLIŃSKI

Ze spół Szkół Po nad gim na zjal nych Nr 3 w Koń skich.

, p) 197 Au

199 Hg(d,

L ITERATURA

[1] Mierzecki R.: Czym była alchemia? , Chemia w Szkole 6/2009 s. 13–23.

[2] Rowicka M.: Czy alchemicy się mylili? , Kurier chemiczny nr 2 (20),

1994.

[3] Rowicka M.: Spadkobiercy alchemików , Kurier chemiczny nr 5 (17),

1993.

[4] Pluciński T.: Doświadczenia chemiczne , Wydawnictwo Adamantan,

Warszawa 1997 s. 147–148.

[5] http://www.chem.univ.gda.pl/~tomek/zloto.htm

[6] Filmy z serwisu YouTube. Przykładowe adresy to:

– http://www.youtube.com/watch?v=q4puQhfJg-o

– http://www.youtube.com/watch?v=_g_ml8tAnWE

– http://www.youtube.com/watch?v=0th1OjgD64Q

– http://www.youtube.com/watch?v=YR5iE3eBdeY

) 197 Au

p = proton

d = deuteron, jądro 2 H;

= helion, jądro 4 He

Chemia w Szkole

200 Hg(p,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: