Dusík
Meissnerův jev
Supravodiče jsou speciální materiály, které nemají žádný vnitřní odpor. Do supravodivého stavu se může dostat poměrně velké množství kovů, stačí je jen zchladit na dostatečně nízkou teplotu (teploty blízko absolutní nuly). Kromě tohoto se dnes vyrábějí i tzv. vysokoteplotní supravodiče. Jde většinou o materiály podobné keramice, které (ač samy nevodivé) předházejí do supravodivého stavu již při teplotách kapalného dusíku (-196 °C). Takovým materiálem je označovaný jako YBaCuO, tedy směsný oxid yttria, baria a mědi.
Supravodiče se poměrně zvláštním způsobem chovají v magnetickém poli jiného magnetu, magnetické pole se snaží ze sebe vypudit. Od magnetu se odtlačují a jednoduše jsou uvést do takového stavu, že supravodič nad magnetem levituje (a nebo naopak).
Na záznamu je vidět proces chlazení supravodiče kapalným dusíkem a následná levitace malého magnetu nad supravodičem. Magnetek levituje, otáčí se a pomalu se pokrývá krystalky ledu ze vzdušné vlhkosti.
Reakce iontů Cu2+ s amoniakem
Roztok amoniaku (NH3) reaguje poměrně zajímavým (a
efektním) způsobem s roztokem měďnatých kationtů. Roztok amoniaku má
zasadité pH, po přidání malého množství amoniaku dojde k lokálnímu
zvýšení pH roztoku a vytvoří se světle modrý nerozpustný hydroxid
měďnatý.
Cu2+ + 2 NH4OH -> Cu(OH)2 + 2 NH4+
Jakmile
je ale koncentrace amoniaku větší, dojde k reakci hydroxidu měďnatého
se 4 molekulami amoniku za vzniku kompolexní částice -
tetraamminměďnatého kationtu, který je tmavě modrý a ve vodě rozpustný.
Původně vzniklá sraženina se rozpustí.
Cu(OH)2 + 4 NH3 -> [Cu(NH3)4]2+ + 2 OH-
Aby
byly patrné změny roztok - sraženina - roztok, byl experiment natočen
na rychloběžnou kameru při 400 fps a následně 16× zpomalen.
Střelný prach
Zatímco evropští alchymisté se zabývali hlavně pokusy o přeměnu běžných kovů ve zlato, čínští alchymisté se pokoušeli o vytvoření preparátu prodlužující život. V rámci svého bádání ale dospěli k preparátu, který dokáže život rapidně zkrátit. Pro směs dusičnanu draselného, síry a dřevěného uhlí se postupně vžilo označení střelný prach.
Exploze střelného prachu ve zkumavce - Slow-motion
Střelný prach je jemně rozemletá směs dřevěného uhlí, dusičnanu
draselného. Pokud je tato směs volně nasypaná na podložku a zapálena,
mírumilovně (i když poměrně rychle) shoří. Jinak tomu je, pokud je
střelný prach zapálen uvnitř nábojnice ve střelné zbrani nebo v malé
plastové zkumavce, která nábojnici napodobuje. Díky uzavřenému prostoru
začne ihned po zapálení uvnitř zkumavky prudce narůstat tlak, jak
přibývají zplodiny hoření. Také teplo vznikající při reakci se kumuluje
uvnitř a přispívá ke zrychlování rakce. V okamžiku, kdy je uvnitř
zkumavky (nábojnice) tlak natolik vysoký, že ho nedokáží stěny zkumavky
vydržet, zkumavka praskne, a do okolí se rozletí zbytky střelného
prachu, který nestihl shořet. V případě nábojnice dojde k vystřelení
náboje.
Natočeno rychloběžnou kamerou při 10 000 fps (400× zpomaleno).
Na
záznamu je jasně patrné, že nejprve se chemická reakce pomalu šíří skrz
střelný prach, rychlost šíření ale rychle roste až zkumavka vybuchne.
Hoření připraveného střelného prachu - Slow motion
Černý střelný prach je směs dřevěného uhlí, síry a dusičnanu draselného. Při průmyslové výrobě střelného prachu se tyto ingredience dlouhé hodiny melou, lisují a následně drtí, aby došlo k dokonalému promísení.
Pokud jednotlivé ingredience pouze volně sesypeme a vzniklou směs zapálíme, dostaneme střelný prach, který hoří jen pomalu a nevybuchuje.
Natočeno rychloběžnou kamerou při 600 fps (24× zpomaleno).
Na záznamu je dobře videtelné pomalé přesouvání reakční zóny a velkého mnéžství pevných produktů hoření (bílý dým).
Hoření nitrocelulosy - Slow-motion
Nitrocelulosa (označovaná též jako střelná bavlna) je látka vytvořená z celulosy náhradou vodíků na OH skupinách za NO2 skupiny. Tyto skupiny v sobě nesou velké množství kyslíku a způsobují snadnou zápalnost a nestabilitu tohoto materiálu. Jedná se o pevnou látku s nejnižší teplotou zápalnosti vůbec. Jedná se o materiál, který stačí ohřát na teplotu okolo 200 °C, aby se zapálil.
Hoření nitrocelulosy je velmi rychlý proces (v uzavřeném prostoru rychle přechází ve výbuch), uvolňuje se při něm ale poměrně malé množství tepla.
Pokud se dotkneme doutnající špejlí malého chomáčku nitrocelulosy na ruce, shoří tak rychle, že nenapáchá žádné škody.
Natočeno rychloběnou kamerou při rychlosti 600 fps (24× zpomaleno).
Hoření sypaného střelného prachu - Slow-motion
Černý střelný prach je směs dřevěného uhlí, síry a dusičnanu draselného. Při průmyslové výrobě střelného prachu se tyto ingredience dlouhé hodiny melou, lisují a následně drtí, aby došlo k dokonalému promísení. Toto zajištuje jeho snadnou zapalitelnost a vysokou rychlost hoření.
Tento střelný prach uzavřený v nábojnici rychle přechází od hoření k explozi, ale volně sypaný na podložce pouze poklidně shoří za vývinu velkého množství pevných produktů hoření (dým).
Natočeno rychloběžnou kamerou při 2000 fps (80× zpomaleno).
Schweizerovo činidlo slow-motion
Schweizerovo činidlo je roztok hydroxidu tetraamminměďnatého ( [Cu(NH3)4](OH)2)
v amoniaku. Jedná se o tmavě modře zbarvenou kapalinu, která má poměrně
unikátní schopnost rozpouštět celulózu (vlákninu). Roztok celulózy ve
Schweizerově činidle je ale stálý v silně bazickém prostředí, jakmile se
roztok nalije do kyseliny, dojde k opětovnému vysrážení celulózy.
Tímto způsobem je možné celulózu přepracovávat do podoby vláken (viskóza
známá z oděvního průmyslu, či vaty) nebo jemného prášku.
Natočeno rychloběžnou kamerou při rychlosti 100 fps (4× zpomaleno).
Rozpouštění sodíku v kapalném amoniaku
Amoniak (NH3) je za normálních podmínek bezbarvý intenzivně
páchnoucí plyn. Dá se poměrně jednoduše zkapalnit, jeho teplota tání je
-33 °C. Kapalný amoniak se kromě jiného používá jako rozpouštědlo v
chemii s velmi speciálními vlastnstmi.
Kapalný amoniak zvláštním
způsobem reaguje s alkalickými kovy. Při rozpouštění se alkalický kov
rozkládá na kation a volný elektron a právě volný elektron solvatovaný
(obalený) molekulami amoniaku je zodpovědný za intenzivní tmavě modrou
barvu viditelnou na záznamu. Při vysoké koncentraci elektronů se barva
roztoku mění na bronzovou.
Vzniklý roztok je vlastně "roztokem elektronů".
Na + n NH3 = Na+ + e-.(NH3)n
Reakce NO2 s anilinem - hypergolická reakce
Kapalný oxid dusičitý se používá jako okysličovadla pro raketová paliva na různých plavidlech mimo zemskou atmosféru. Výhodou tohoto okysličovadla (oproti například kapalnému kyslíku) je, že raketový motor se nemusí nijak startovat, zapalovat.
Ihned poté co přijde do styku kapalný NO2 a palivo (v našem případě anilin, v případě kosmických plavidel je to dimethylhydrazin) dojde k samovolnému zažehnutí reakce.
Záznam hoření "malého raketového motorku ve zkumavce" je ve skutečném čase. Hoření porovnejte se zpomaleným (slow-motion) záznamem: https://youtu.be/ev0KIerrsYc.
Reakce NO2 s anilinem - hypergolická reakce - Slow-mo
Kapalný oxid dusičitý
Ihned poté co přijde do styku kapalný NO2 a palivo (v našem případě anilin, v případě kosmických plavidel je to dimethylhydrazin) dojde k samovolnému zažehnutí reakce.
Záznam hoření "malého raketového motorku ve zkumavce" je natočen rychloběžnou kamerou při 2000 fps (80× zpomaleno). Jak vypadá tento pokus v reálném čase se můžete podívat zde: https://youtu.be/3ohr21Ga5zc.
Okurka zmražená v kapalném dusíku slow-motion
Kapalný dusík je bezbarvá kapalina, s hustotou jen o trochu nižší než voda. Jedná se ale o kapalinu, která má teplotu -196 °C, používá se mrazení různých věcí a na uchovávání biologických preparátů při nízké teplotě.
Po ponoření jakéhokoli běžného předmětu do kapalného dusíku dojde k jeho ochlazení na teplotu blízkou -200 °C a tyto předměty získávají poměrně zvláštní fyzikální vlastnosti. Nejnápadnější je, že z látek původně měkkých a poddajných se stávají látky velmi křehké.
Natočeno rychloběžnou kamerou při rychlosti 800 fps (32× zpomaleno).
Radiofarmaka
Skupenství dusíku
Dusík je plyn, který tvoří asi 80 % atmosféry země. Pokud ale budeme dostatečně snižovat teplotu, je možné tento plyn zkapalnit - vznikne nám kapalný dusík - nebo dokonce vykrystalizovat - pevný dusík.
Střelný prach
Směs označovaná jako střelný prach je lidstvu známá již více než 1000 let. Jedná se o rychle hořící až vybuchující směs síry, dřevěného uhlí a dusičnanu draselného.
Samovznícení anilinu a oxidu dusičitého - normální rychlost
Při smísení kapalného oxidu dusičitého s anilinem dochází k okamžitému zapální a hoření. Směsi organických látek obsahujících dusík (např. dimethylhydrazin) s kapalným oxidem dusičitým se využívají v raketových motorech v kosmu, kde není možné zapálit motor jiným způsobem.
Video ukazuje reálnou rychlost reakce.
Samovznícení anilinu a oxidu dusičitého - slow-motion
Při smísení kapalného oxidu dusičitého s anilinem dochází k okamžitému zapální a hoření. Směsi organických látek obsahujících dusík (např. dimethylhydrazin) s kapalným oxidem dusičitým se využívají v raketových motorech v kosmu, kde není možné zapálit motor jiným způsobem.
Video je 80× zpomaleno.
Reakce amoniaku s roztokem měďnatých iontů
Po přilití amoniaku k roztoku měďnatých iontů ve vodě dochází nejprve ke
vzniku světle modré sraženiny hydroxidu měďnatého. Jakmile je ale
koncentrace amoniaku dostatečně vysoká, dochází k rozpouštění této
sraženiny za vzniku tmavě modrého roztoku tetraamminměďnatých kationtů.
Nitrocellulosa - samovznícení
Nitrocellulosa je vlastně cellulosa, do jejíž molekuly byly chemicky navázány zbytky kyseliny dusičné. To rapidně mění její vlastnosti. Jedná se o pevnou látku s nejnižší teplotou vzplanutí. Samovolně začne hořet po ohřátí na teplotu asi 180 °C. Po dopadu na horkou plotýnku chomáček nitrocellulosy ihned chytne.