Sbírka fyzikálních pokusů

Difuze hypermanganu ve vodě

Pokus číslo: 4544

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je ukázat, jak se liší rychlost difuze za různých teplot.

• Teorie

  Difuze je proces vyrovnávání koncentrace látek. Rychlost difuze záleží na teplotě a na počáteční koncentraci látek. Probíhá do té doby, než se koncentrace látek vyrovnají.

  Z mikroskopického pohledu se jedná o důsledek tepelného pohybu částic – částice se pohybují a naráží do sebe, čímž se částice jedné látky dostávají mezi částice druhé látky. Pokud je látka teplejší, částice se pohybují rychleji a látky se tak smísí rychleji. Difuze probíhá ve všech skupenstvích, u tekutin je ale (například ve srovnání s pevnými látkami) lépe pozorovatelná.

  V našem pokusu vzniká při rozpouštění hypermanganu ve vodě fialový roztok, který difunduje do okolní vody.

• Pomůcky

  Hypermangan, 2 Petriho misky, pinzeta, 2 lžičky, nádoba se studenou vodou z lednice, nádoba s vodou pokojové teploty.

  

• Postup

  1. Do jedné Petriho misky nalejeme zhruba do poloviny výšky studenou vodu z lednice, do druhé vodu pokojové teploty.

  2. Necháme obě misky chvíli ustát, než se pohyb vody uklidní (cca 2 minuty, poznáme podle toho, že se téměř přestanou pohybovat nečistoty na hladině).

  3. Zatímco čekáme na ustálení vody, přendáme pinzetou na každou lžičku přibližně stejně velké zrníčko hypermanganu přibližně stejného tvaru.

  4. Až se voda ustálí, sklepneme ze lžiček zrníčka hypermanganu doprostřed Petriho misek – nejdříve do misky se studenou vodou, poté do misky s vodou pokojové teploty.

  5. Pozorujeme, že difuze za různých teplot probíhá různě rychle.

• Vzorový výsledek

  Průběh experimentu zachycuje video níže – do misek s vodou různé teploty umístíme zrníčka hypermanganu a pozorujeme rozdíl v rychlosti průběhu difuze v obou miskách. V misce s vodou pokojové teploty je difuze rychlejší než v misce se studenou vodou.

• Technické poznámky

  • Nádobu se studenou vodou můžeme nechat vychladit v ledničce. Pokud nemáme poblíž ledničku, můžeme použít vodu smíchanou s ledem uchovávanou v termosce.

  • Hladinu vody nechceme mít příliš vysoko, abychom minimalizovali proudění kapaliny. I proto je výhodné použít Petriho misky.

  • Musíme počkat, až se pohyb vody v miskách uklidní, ale nesmíme čekat příliž dlouho, aby studená voda příliš nezteplala.

  • Místo hypermanganu můžeme použít potravinářské barvivo. Pak je ale obtížnější zajistit, aby se ho v obou miskách rozpouštělo přibližně stejné množství.

• Metodická poznámka

  Zrníčko hypermanganu umisťujeme nejprve do misky se studenou vodou, kde difuze probíhá pomaleji, aby bylo vidět, že přestože jsme do ní dali hypermangan dříve, obarvení vody bude trvat delší dobu. V opačném případě by mohlo dojít k nejasnostem, zda byla teplejší voda obarvena dříve kvůli rychleji probíhající difuzi, nebo kvůli tomu, že jsme do ní vložili hypermangan dříve.

• Častá chyba: Záměna difuze a proudění

  Difuze se často zaměňuje za jiné fyzikální jevy, kdy dochází k mísení látek o různém tlaku nebo o různé počáteční teplotě. Při těchto dějích ovšem dochází k pohybu větších celků (například kapaliny) a nikoli pouze jednotlivých částic.

  Při předvádění difuze se často používají kádinky naplněné vodou, ve kterých ovšem může docházet k významnému proudění kapalin, což je jev mnohem rychlejší než difuze. Takový experiment pak neukazuje difuzi, ale spíše právě proudění kapalin.

  Ve videu níže probíhá louhování čaje ve studené a teplé vodě. Ve studené vodě (vlevo) klesá obarvená voda ke dnu, pravděpodobně vlivem vyšší hustoty – difuzi tedy příliš nepozorujeme. V teplé vodě (vpravo) kapalina zřetelně proudí – hlavním důvodem rychlého obarvování zde tedy rozhodně není difuze!