Water, rosé, Fristi of bier

Een kwik kloppend hart
Een druppel kwikmetaal in een horlogeglas wordt bedekt met een oplossing van
kaliumchromaat in geconcentreerd zwavelzuur ( in zuur midden wordt CrO42- omgezet tot
dichromaat Cr2O72-). De nagel wordt dicht bij de kwikdruppel gehouden. De kwikdruppel
begint uiteindelijk ritmisch te kloppen zoals een hart.
Gebruik
- Als illustrerend experiment bij het schrijven van redoxvergelijkingen
- Als blikopener bij de aanvang van een les over galvanische cel
- Als toepassing van redoxreacties
Benodigdheden
Chromaatoplossing in zwavelzuur of dichromaatoplossing in zwavelzuur
Kwik
Horlogeglas diameter 8 cm
Ijzeren nagel
Plastieken pipetjes 3 ml
Uitvoering
Breng een dikke druppel kwik in een horlogeglas.
Bedek de druppel met ongeveer 3 ml dichromaatoplossing
Houd een ijzeren nagel zodanig dat hij nagenoeg het kwik raakt
Toelichting
Het kwikmetaal wordt door dichromaat geoxideerd tot Hg1+-ionen waarbij Hg2SO4 wordt
gevormd die als een film de kwikdruppel bedekt. Deze film verlaagt de
oppervlaktespanning van de kwikdruppel waardoor de druppel platter wordt. Uiteindelijk
raakt de kwikdruppel de ijzeren nagel en vloeien er elektronen van het ijzer naar de
kwikdruppel. Hierbij worden de Hg1+-ionen gereduceerd tot kwikmetaal met als gevolg
dat de oppervlaktespanning opnieuw toeneemt, de kwikdruppel boller wordt en niet
langer de nagel raakt. Vanaf dan herhaalt het proces zich wat resulteert in een ritmische
beweging zoals een kloppend hart.
Chemische achtergrond
Het kwikmetaal, de ijzeren nagel en de waterige oplossing van dichromaat vormen een
galvanische cel met kwik als kathode en ijzer als anode. Tussen beide elektroden heerst
een spanningsverschil. Gedurende de tijd dat er geen elektrisch contact is tussen kwik en
ijzer wordt wordt Hg(l ) geoxideerd tot Hg2SO4(s ), die een dun laagje vormt op de
Bouwstenen voor actueel chemieonderwijs 2008 – M.-J.Janssens
1
kwikdruppel. Deze film verlaagt de oppervlaktespanning van de kwikdruppel waardoor de
druppel platter wordt. Uiteindelijk raakt de kwikdruppel de ijzeren nagel en wordt de cel
kort gesloten. Er vindt een elektronentransfer plaats van het ijzer naar het kwik en de
film van Hg2SO4(s ) waarbij het Hg2SO4(s ) gereduceerd wordt tot kwikmetaal. Hierdoor
neemt de oppervlaktespanning opnieuw toe en wordt de druppel boller. De druppel
verwijdert zich van de nagel en het elektrisch circuit wordt onderbroken. De film bouwt
zich opnieuw op en het proces herhaalt zich.
Volgende reacties treden op:
Geen contact met de ijzeren nagel = vorming van de film
2 Hg(l ) + SO42-(aq ) --> Hg2SO4(film ) + 2 eCr2O72-(aq ) + 14 H+(aq ) + 6 e- --> 2 Cr3+(aq ) + 7 H2O(l )
Contact met de ijzeren nagel = verwijdering van de film
Hg2SO4(film ) + 2 e- --> 2 Hg(l ) + SO42-(aq )
Fe(s ) --> Fe2+(aq ) + 2 eDe totale reactie is een redoxreactie tussen ijzer en dichromaat:
Cr2O72-(aq ) + 14 H+(aq ) + 3 Fe(s ) --> 2 Cr3+(aq ) + 7 H2O(l ) + 3 Fe2+(aq )
Bron
Keizer, J.; Rock, P. A.; Lin, Shu-Wai J. Amer. Chem. Soc. 1979, 101, 5637-5649.
Shakhashiri, B.Z. Chemical Demonstration: A Handbook for Teachers of Chemistry, The
Wisconsin University Press: Madison, 1992; Vol.4, pp 260-262
Filmpje: zie cd-rom Kwik kloppend hart
Bouwstenen voor actueel chemieonderwijs 2008 – M.-J.Janssens
2