Červená, žlutá, zelená – barvy semaforu známe jako jednoduchý systém, kterým si lidé předávají informaci. Chemické látky ale dokážou také komunikovat pomocí barev.
V tomto pokusu se roztok po protřepání a následném odstátí opakovaně mění mezi třemi barvami. Nejde přitom o tři různá barviva. Barva roztoku se mění podle toho, v jakém oxidačním stavu se nachází molekula speciálního dvoustupňového acidobazického indikátoru.
A protože se celý proces dá opakovat, vzniká skutečný chemický semafor.
Co je v baňce?
Základem reakční směsi je několik jednoduchých látek:
- indigokarmín – barevný acidobazický indikátor, který může existovat v několika oxidačních stavech
- glukóza – redukční činidlo
- hydroxid sodný (NaOH) – vytváří zásadité prostředí
- kyslík ze vzduchu – oxidační činidlo
Tři chemické stavy
Indigokarmín může v reakčním systému přecházet mezi několika formami s rozdílným zbarvením. Zjednodušeně můžeme jednotlivé stavy spojit s barvami:
oxidovaná forma ↔ částečně redukovaná forma ↔ plně redukovaná forma
Každá z těchto forem má jinou elektronovou strukturu, a proto jinak absorbuje viditelné světlo. Právě proto změna oxidačního stavu molekuly způsobí změnu barvy. Pro chemika je tedy barva roztoku informací o tom, co se právě děje na úrovni elektronů.
Oxidace vzdušným kyslíkem
Když nádobu protřepeme, dostane se do roztoku více kyslíku ze vzduchu. Kyslík působí jako oxidační činidlo a oxiduje redukovanou formu indigokarmínu zpět na oxidovanou formu. Roztok proto změní barvu.
Když ho necháme chvíli stát, kyslík se postupně uvolňuje z roztoku. Mezitím glukóza v zásaditém prostředí působí jako redukční činidlo a redukuje indigokarmín zpět. Barva se proto znovu změní.
A když směs opět protřepeme, celý proces se může opakovat.
Proč indigokarmín?
Indigokarmín je derivát indiga a obsahuje rozsáhlý konjugovaný systém π-elektronů. Právě tento systém je důležitý pro jeho schopnost absorbovat viditelné světlo. Při změně oxidačního stavu se mění elektronová struktura molekuly a s ní i její absorpční vlastnosti.
Jak si chemický semafor vyrobit doma:
Princip pokusu využívá poměrně běžné a levné látky. Glukózu lze získat například z Glukopuru, který seženete v lékárně. Indigokarmín se používá jako potravinářské barvivo E132 (dortová modrá). Hydroxid sodný je obsažen v některých přípravcích na čištění odpadů. Chemický semafor si tedy můžete připravit doma nebo ve škole bez speciálního laboratorního vybavení.
(Pozor: hydroxid je žíravina, proto s ním vždy manipulujte opatrně a pouze pod dohledem dospělého 😊)