Sự cháy trong môi trường oxi tinh khiết

Un article du site scienceamusante.net.

Thực chất trong thực nghiệm này muốn chứng minh sự khác nhau của sự cháy trong không khí và trong oxi tinh khiết O2. Và cũng muốn minh chứng rằng oxi là một yếu tố không thể thiếu cho sự sống nhưng nó cũng là chất độc nếu như chúng ta chỉ hít thở oxi tinh khiết.

Sommaire

1 Dụng cụ và hóa chất

  • Bình cầu Pyrex® lớn loại 2 lít
  • 2 nút bần to hơn miệng bình cầu
  • Dây sắt mỏng
  • Tờ giấy
  • Một mẩu than củi
  • Nước oxi già H2O2 đặc SGH05
  • Natri hidrocacbonat NaHCO3 hoặc sắt (II) sunphat FeSO4
  • Đèn đốt Bunsen hoặc đèn đốt bằng ga
  • Que lạt bằng củi (que đóm)
  • Một chậu nước lạnh
  • Một mẩu táo, chuối hay khoai tây

2 Quy trình tiến hành thực nghiệm

Combustion d'un bout de charbon de bois dans le dioxygène pur. © O. Got, Université de Bordeaux 1.
  • Điều chế oxi tinh khiết :
    • Đổ 10 mL nước oxi già đặc vào bình cầu.
    • Pha loãng bằng 10 mL nước.
    • Thêm tiếp vào một thìa café NaHCO3 hoặc một ít FeSO4.
    • Dùng nút bần đặt lên miệng bình nhưng không đóng miệng bìn quá kín.
    • Quan sát sự thoát khí trong bình (có thể bắt đầu với bằng NaHCO3).
    • Nếu sự thoát khí quá mãnh liệt, có thể thêm vào một ít nước để làm giảm tốc độ thoát khí.
  • Trong quá trình thoát khí, cắm một đoạn dây thép mỏng (khoảng 15 cm) vào nút bần thứ hai, uốn cong đầu còn lại của dây thép sao cho nó có thể giữ được một mẩu than củi.
  • Kiểm tra sự có mặt của khí oxi trong bình cầu :
    • Đốt một đầu que đóm, sau đó dập tắt ngọn lửa nhưng vẫn giữ lại đốm lửa.
    • Mở nút bình cầu và đưa que đóm cháy dở vào trong bình.
    • Nếu que củi bùng cháy và tạo nên ngọn lửa, có nghĩa trong bình chứa một lượng lớn khí oxi.
    • Nếu không, đợi thêm một vài phút và làm lại thí nghiệm.
  • Khi bình đã đầy khí oxi :
    • Gá cố định mẩu than củi vào một đấu dây thép (mẩu than củi phải nhỏ hơn miệng bình).
    • Đốt nóng mẩu than củi để tạo điểm nóng sáng bằng đèn Bunsen.
    • Đưa mẩu than củi cháy dở vào trong bình cầu và quan sát sự cháy, tất nhiên sẽ cháy nhanh và sáng hơn khi đốt trong không khí.
    • Nếu vẫn còn khí oxi trong bình (thử bằng que đóm), có thể tiến hành giống hệt thí nghiệm trên với mẩu giấy đang cháy dở. Quá trình này chỉ xảy ra trong một giây.
    • Thỉnh thoảng chúng ta có thể quan sát thấy dây sắt nóng đỏ và rực cháy trong oxi tinh khiết. Các viên bi sắt nóng chảy khi rơi vào đáy bình. Và nó có thể bị đốt cháy hoàn toàn.

3 Giải thích hiện tượng

  • Nước oxi già H2O2 SGH05 có thể giải phóng một nguyên tử oxi khi bị khử bởi một chất khác hoặc khi bị chiếu bởi tia cực tím hay đun nóng. Nó là một phân tử kém bền rất hoạt động. Tính chất này của nước oxy già sẽ tiếp tục được minh chứng trong các thí nghiệm khác (ví dụ trong thực nghiệm hỏa mù nhân tạo).
  • Sự thoát khí ban đầu là khí oxi tinh khiết. Trong thực tế, lượng khí ban đầu rất hoạt động hóa và nó cho phép làm hồi sinh lại ngọn lửa đã bị tắt, ví dụ như mẩu tàn đóm. Không khí chứa khoảng 21% khí oxi, nó đủ để cho chúng ta hít thở. Nếu nhiều hơn, thì lá phổi sẽ bị ảnh hưởng.
  • Bằng cách chiếm thể tích trong bình cầu, khí oxi thay thế khí nitơ trong bình (khoảng 78% khí nitơ chiếm trong thể tích bình) và chúng ta sẽ thu được khoảng 100% thể tích oxi trong bình.
  • Mẩu than củi sẽ tự bốc cháy rất nhanh khi có đủ khí oxi trong bình. Quá trình cháy sẽ giải phóng ra khí cacbonic CO2, khí này không phải là một loại khí gây cháy và cuối cùng nó sẽ dập tắt ngọn lửa. (xem thực nghiệm ; sự cháy và ba yếu tố cơ bản của sự cháy).
  • Trong trường hợp dây thép, là một kim loại có khối lượng, nó có thể hình thành sự cháy. Trong thực nghiệm những tia lửa, chúng ta đã thấy rằng ít nhất cần phải chuyển thành bột để có thể đốt cháy trong không khí. Trong oxi tinh khiết 100%, thì sự bốc cháy có thể xảy ra trong trường hợp này ngay cả với sợi dây sắt.
  • Cũng như đối với tờ giấy, sự cháy diễn ra mãnh liệt và diễn ra nhanh chóng.
  • Cần phải biết rằng nếu như hàm lượng khí oxi trong không khí lớn hơn 21%, sẽ xảy ra nhiều hơn các đám cháy rừng và sự tàn phá rừng hơn. Khí oxi không thể thiếu được trong cuộc sống của nhân loại trên Trái đất, ít nhất nó là một khí rất hoạt động bởi khả năng oxi hóa của nó. Phân tử O2 được xếp vào một trong những loại cơ bản : hai electron của phân tử này ở trạng thái tự do (lớp điện tử tự do) giải thích khả năng hoạt động hóa của nó.

Chúng ta có thể nhận thấy điều này khi quan sát các hiện tượng diễn ra xung quanh mẩu táo, chuối hay khoai tây khi để chúng ngoài không khí. Lớp vỏ ngoài cùng sẽ chuyển dần thành màu đen do sự có mặt của oxi trong không khí. Nhúng ngập chúng vào trong bình cầu chứa oxi ở trên, sẽ thấy chúng bị chuyển màu đen rất nhanh chóng ! Dầu thực vật hay bơ cũng thế. Khi để lâu trong không khí chúng sẽ bị ôi do hoạt động của oxi (có mùi khó chịu, và bị chuyển màu). Sự hoạt động những loại hóa chất rất hoạt động có thể gây kích thích của chúng trên da dẫn đến sự hình thành các tế bào chết,. Để chống lại sự oxi hóa, các thực phẩm thường chứa các tác nhân chống oxi hóa (axit ascorbic, citric : một lát mỏng của quả chanh, hay cam cản trở quá trình đen hóa trái cây). Các loại mỹ phẩm cũng chứa các hợp chất chống oxi hóa để bảo vệ các tế bào…

  • Chú ý : Oxi cũng có thể tồn tại ở một dạng khác : Ozon. Đây cũng là một chất khí với công thức hóa học O3. Chất này là một khí rất hoạt động ở nồng độ cao theo hướng gây kích thích và gây hại cho động vật (không loại trừ cả chúng ta !) và thảm thực vật, trừ khi chúng ở trên tầng cao của khí quyển ...

4 Những điều cần ́lưu ý

Cần mang kính bảo vệ mắt khi thực nghiệm để tránh nước oxi già SGH05 bắn vào mắt. Nếu phản ứng xảy ra mãnh liệt (lớp bọt khí dâng lên trong bình), thêm vào một ít nước lạnh để giảm bớt phản ứng hóa học.

Outils personnels
Autres langues