Urychlení a zpomalení rezivění oceli

Dnešním pokusem se pokusíme podrobněji podívat na proces rezivění. Ukážeme si, jak chemické reakce octa, vody a bělidla dokáží urychlit korozi oceli.

Rez je červenohnědý povlak, který se tvoří na povrchu železných předmětů. Povlakem je oxid železitý, který vzniká účinkem vlhkého prostředí a kyslíku. Tento povlak netvoří souvislou vrstvu. Rez postupně odpadává, odkrývá spodní vrstvy a tak umožňuje další korozi materiálu. 

Rezivění je děj, při kterém reakcí oceli s vodou a kyslíkem vzniká řada červených oxidů. Jedná se o elektrochemický děj. To znamená, že reakce mezi uvedenými látkami probíhají v roztocích a jejich podstatou je výměna elektronů mezi elektrodami a roztoky kapalných látek či látkami v kapalinách rozpuštěných. U oceli proces rezivění začíná v okamžiku, kdy dojde k přesunu prvních elektronů mezi ocelí a kyslíkem. Proces koroze je značně urychlen přítomností vody. Proto ocel na vzduchu reziví výrazně pomaleji, proto podvozky aut trpí daleko více než karoserie. Zvláště v zimním období, kdy rezivění navíc urychluje sůl přítomná a rozpuštěná ve vodě.  Pokud zabráníme kontaktu oceli s vlhkem a kyslíkem, dokážeme korozi když ne zcela zastavit, tak určitě zpomalit její postup.

K provedení pozorování procesu rezivění budeme potřebovat ocelovou drátěnku, dvě středně velké zavařovací sklenice, vodu, ocet a bělidlo.  Bělidlo je látka, která slouží k bělení prádla, čištění umyvadel a odpadů, umývání velmi znečištěného nádobí, úpravě vody v bazénu atd. V obchodech ho můžete koupit pod názvem perkarbonát sodný.

Pokus není náročný na přípravu. Ta trvá jen několik minut. Podstata pokusu spočívá v několikahodinovém pozorování toho, co se děje s ocelovým předmětem vloženým do připravených kapalin a roztoků.  Drátěnku rozdělte na dvě stejné části a postupně je vhoďte do připravených sklenic. Do sklenic nalijte vodu tak, aby se drátěnka ponořila. Do jedné sklenice pak přidejte trochu octa a do druhé přibližně stejné množství bělidla. Sklenice kontrolujte pravidelně v půlhodinových až hodinových intervalech a sledujte, co se děje. Pokus si nechejte na víkend, abyste měli k pozorování dostatek času a mohli si ho dobře rozplánovat.

Buďte velmi opatrní při práci s bělidlem. Vůbec nebude na škodu, když poprosíte o spolupráci rodiče, dejte pozor také na kolem se motající menší sourozence. Bělidlo je látka, která může při nepozornosti nebo zanedbání zásad bezpečnosti při práci s chemikáliemi způsobit újmu na zdraví! Rozhodně také doporučuji použít latexové rukavice, které se používají při práci s nebezpečnými chemikáliemi.

Pozorujte rychlost rezivění drátěnky v jednotlivých sklenicích. Máte-li možnost, připravte si do dvou dalších sklenic ještě dva kontrolní vzorky drátěnky. V jedné sklenici nechejte drátěnku zalitou čistou vodou, drátěnku ve druhé sklenici nechejte na suchu, bez přítomnosti jakékoliv kapaliny. Probíhá rezivění drátěnky ve všech sklenicích stejně rychle? Všímáte si rozdílu ve změnách povrchu drátěnek v jednotlivých sklenicích?  Při pozorování se také pokuste přijít na způsob, kterým by šlo rezivění oceli zabránit. Přemýšlejte, co rezivění způsobuje a jak probíhá. Možná vám řešení problému naskočí samo od sebe.

Jak už jsme si řekli, rezivění nastává, když je ocel v kontaktu s vodou a kyslíkem. Probíhající chemická reakce mezi těmito třemi látkami uvolňuje teplo. Takže pokud máte po ruce laboratorní teploměr, ponořte jej do chomáče drátěnky a pozorujte nárůst teploty.

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Něco málo o kmitání a zvucích

Dnes se pokusíme nechat do sebe narážet miniaturní a prostým okem neviditelné částice vzduchu a vyrábět tak zvuk. Na úvod trochu nezbytné teorie. Kmitavý pohyb těles je takový pohyb, kdy se těleso nebo jeho část opakovaně vrací do výchozí polohy. Tyto pohyby bychom mohli rozdělit na vynucené kmitání (to je jak název napovídá takový pohyb, ke kterému musíte těleso nějakým způsobem stále nutit) a volné kmitání. Volné kmity těleso koná v případě, že ho nějakým způsobem uvedete do pohybu a ve zbytku času těleso tento pohyb opakovaně vykonává. Příkladem volného kmitání je úder do volně zavěšeného kovového tělesa – těleso se úderem rozezvoní a poté po určitou dobu vydává zvuk bez dalších silových pobídek, dokud jeho kmitání odpor okolního prostředí neutlumí. Příkladem vynucených kmitů je chování pračky, která nestojí přesně vodorovně. Tehdy dochází k jejímu pravidelnému „viklání se“. To, jak pračka „lítá ze strany na stranu“, je vynucené právě jejím špatným postavením na podlaze. Z donucení mohou třeba kmitat také stavby při zemětřesení.

Zvuk a kmity spolu velice úzce souvisí.  Ke vzniku tělesa je třeba kmitající těleso. A pokud chcete libovolný zvuk slyšet, je nutné, aby dokázal dostatečně rozkmitat „součástky“ ve vašem uchu. Podrobným popisem zvuku se zabývat nebudeme, to je na delší povídání. Museli bychom si postupně vysvětlovat o to je frekvence, vlnová délka, perioda, amplituda, intenzita, rychlost a další pojmy.

K dnešnímu pokusu budete potřebovat plastové nebo kovové pravítku a desku stolu.  Pravítko položte na stůl – jedna polovina leží na stole a druhá přečnívá přes okraj stolu. Pravítko pevně rukou přitlačte ke stolu a druhou rukou opačný konec pravítka zvedněte pravítko do výšky (opatrně, pokud se vám pravítko zlomí, je po pokusování). V nejvyšším možném bodě pravítko uvolněte a poslouchejte zvuk, který jeho kmitáním vzniká. Pokus několikrát zopakujte a vznikající zvuky porovnávejte. Jsou stejné, nebo se liší? Teď podmínky pokusu změňte. Vytáhněte pravítko více mimo stůl a pokus stejným způsobem několikrát zopakujte. Jak bude zvuk vydávaný pravítkem znít, když bude na stole položený větší částí? A teď přichází čas na otázky a zajímavější úkoly. Dokážete měnit výšku zvuku? Jak to budete dělat a jak se bude výška měnit? Pokuste se posouváním pravítka zahrát nějakou jednoduchou písničku – třeba Ovčáci, čtveráci. Vytvořte si hudební nástroj z více pravítek více či méně zasunutých. Pravítka vám mohou držet kamarádi, nebo si je ke stolu přilepte pravítkem a drnkejte na ně vybranou melodii. Nebo složte vlastní skladbu. Napište na pár řádcích, jak se vám dařilo, doplňte nákresem, případně svými postřehy a pošlete na naši debrujárskou emailovou adresu.

Jak je možné, že slyšíme, jak pravítko kmitá? Pohybující se volný konce pravítka naráží na molekuly vzduchu a rozkmitává je. Pravidelnými pohyby nahoru a dolů pravítko molekuly vzduchu buď stláčí k sobě (zahušťuje je), nebo rozhání od sebe (zřeďuje je). Takto se vytváří zvláštní zvukové vlny, které vniknou do vašeho ucha a rozkmitají v něm bubínek a středoušní kůstky. Ve speciálních orgánech se přemění mechanické kmity na elektrické impulsy, které nám mozek předá jako zvukový vjem.  

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Kolik váží dřevo stromu?

Nudíte se? Nabízím vám zajímavý experiment, ve kterém si budeme tak trochu hrát se živou přírodou. Budete potřebovat rostlinu či nějaká semínka, nějakou vhodnou nádobu (plastový květináč apod. – něco, co moc neváží), ve které vaše rostlinka nebude mít potíže přežít, vodu na zalévání, váhu k měření hmotnosti květináče, rostliny a půdy. Vhodnou rostlinku můžete použít rostlinu z vaší zahrádky nebo zakoupit v obchodě, ale můžete si také zasadit semínka z nějaké své oblíbené nebo úplně obyčejné rostliny.

Pozorování začneme zvážením květináče. Květináč poté naplňte zeminou a opět zvažte – určíme tím hmotnost použité zeminy. Nakonec zasadíme rostlinku nebo zasejeme semínka a opět zvážíme. Všechny hodnoty si přehledně zapište do badatelského deníku – budeme s nimi dále pracovat. Dál nám musí pomoci příroda sama a její zákonitosti – potřebujeme, aby rostlinka rostla, případně vyrostla ze semínek. Zeminu v květináči přiměřeně zalévejte vodou a dopřávejte hodně slunečního svitu. Pokud rostlina viditelně poroste, znovu ji zvažte. Případně si stanovte určité pravidelné termíny pro převažování. Uvědomte si, že přírůstky nebudou v řádu kilogramů a že tedy bude nutné použít nějaké jemnější váhy, třeba kuchyňské. Pravděpodobně váha ukáže víc než na začátku. Jak je to možné, když jste žádnou další zeminu (doufám) nepřidávali?

K odpovědi se dostaneme trochu oklikou. Podívejte se pozorně po stromech ve svém okolí. Ale nepřemýšlejte o nich. Možná stačí jen podívat se z okna, možná bude příjemnější, udělat si malou procházku. Všimněte si zejména toho, jak jsou stromy velké, a uvědomte si, že také ony vyrostly z malých semínek. Kolik asi dřeva jeden strom obsahuje? Napadlo by vás, jak to změřit? Odhadnout? Podívejte se, kolik jen je na stromech listů – hrabali jste někdy na podzim spadané listí? Zkoušeli ho odklidit? Kolik asi váží všechno listí spadané z jednoho stromu? Je ho neuvěřitelná spousta. Napadlo vás někdy, z čeho strom všechny ty listy vyrobí? „To je ale otázka“ možná si řeknete. Z půdy přece, stromy čerpají prostřednictvím kořenů živiny z půdy. No to by ale asi kolem stromu musela být v zemi díra jako hrom! Nemyslíte? A co vaše pokojová květina? Máte doma třeba fíkus? To je poměrně velká rostlina. Všechny její buňky přeci nemohly vyrůst jen z půdy.

Rostliny nejsou jako my. Rostliny nepřijímají potravu. Ony si totiž samy vyrábí jídlo prostřednictvím procesu, který se jmenuje fotosyntéza. Aby si mohly vyrobit dostatečný počet živin k růstu, potřebují spoustu energie, kterou získávají ze slunečního světla. K vytvoření stavebních bloků k výstavbě své struktury potřebují také kyslík, vodík a uhlík. Tyto chemické látky získávají rostliny z vody (kyslík a vodík) a z oxidu uhličitého (uhlík a kyslík). V průběhu fotosyntézy se tyto chemické prvky znovu sloučí a vytvoří cukr.  Cukr to je hlavně spousta energie, kterou rostliny ke svému růstu samozřejmě velmi efektivně využijí, případně jej využijí k výrobě škrobu nebo celulózy, které jsou nutné k tvorbě kořenů, kmenů, větví, listů. Téměř celý strom je vytvořený pouze z látek a prvků, obsažených ve vodě a ve vzduchu! To samé platí pro vaši rostlinku v květináči. To, co jí pouze dáváte, je voda. Zbytek potřebného si sama odebírá ze vzduchu. Vážením snadno zjistíte, že hmotnost zeminy se nijak výrazně nezměnila, přestože rostlinka, pokud se o ni dobře staráte, roste velmi dobře. Vždyť se také říká „roste jako z vody“ a nyní už víte, proč tohle rčení vzniklo. Nakonec jeden ze způsobů pěstování rostlin se jmenuje hydroponie a první informace o jejím použití se objevují již ve starém Egyptě.

Tak mě teď napadá, že už jsme si dlouho nepovídali nic o sladkostech a dobrotách. Co třeba taková čokoláda? Ta je vlastně také vyrobená rostlinami „z ničeho“ – jen ze slunce, vody a vzduchu. K výrobě čokolády jsou totiž potřebné pražená zrnka kakaovníku. Taková dobrota a vyrobená skoro z ničeho. To tak umět…

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.