Portál PřF UK pro podporu výuky chemie na SŠ a ZŠ

Instantní sníh (Pokus s polyakrylátem sodným – absorpce)

Pomůcky

kádinky, lžičky, filtrační papír, potravinářská barviva

Chemikálie

,,instantní sníh“ (polyakrylát sodný), voda

Postup

Vezměte buď úzkou a vyšší kádinku, nebo naopak širokou a nižší kádinku a nasypte do ní 2 velké lžičky ,,instantního sněhu“. Poté do kádinky na filtračním papíru rychle přilijte asi 80 ml vody z vodovodu. Do vody můžete přimíchat potravinářská barviva.
Po přilití vody dochází k vytvoření prášku, který nabývá na objemu a tlačí se ven z kádinky. Obsah kádinky můžete vysypat na filtrační papír.
Pozn.: Přečtěte si vždy raději návod pro Váš konkrétní výrobek, postup by se ale neměl moc lišit, vždy chce vyzkoušet vhodné poměry.

Princip

Polyakrylát sodný patří mezi tzv. superabsorbenty. Superabsorbenty jsou polymery, které mají výraznou schopnost absorbovat kapaliny – dochází ke zvětšení jejich objemu, tzv. bobtnání. Superabsorbenty přijímají vodné roztoky a vytváří s nimi zrnité gely trvalé konzistence. Množství kapaliny, které jsou schopny absorbovat, závisí na obsahu iontů i na pH daného absorbovaného roztoku. Jednotlivé molekuly těchto superabsorbentů se spojují s molekulami jiných sloučenin do prostorových sítí prostřednictvím tzv. cross-linkers. Absorbovaná kapalina je v této síti zachycena vodíkovými vazbami a nelze ji vytlačit ani vymačkáním. Některé superabsorbenty jsou schopny přijmout až 2 000 násobek své hmotnosti deionizované vody, 800 násobek destilované vody a 300 násobek pitné vody. 50 násobek hmotnosti superabsorbentu je přijat v případě použití 0,9% roztoku kuchyňské soli – podobně je tomu v případě absorpce lidské moči v dětských plenách.
(obrázek – schéma struktury superabsorbentu před a po přidání vody: http://clanky.rvp.cz/clanek/o/g/1875/SUPERABSORPCNI–POLYMERY-VE-VYUCE-CHEMIE.html/)
Superabsorbenty obsažené v hygienických výrobcích (např. dětských plenách) jsou většinou na bázi kyseliny akrylové – jedná se o zesíťované jednotky kyseliny polyakrylové, respektive její soli – polyakrylátu sodného. Voda proniká do zesíťovaných jednotek této soli až do doby, kdy se již zesíťované řetězce nemohou díle rozestupovat. Z hlediska reakčního mechanismu se jedná o radikálovou polymerizaci akrylátu sodného, který je zesíťován pomocí N,N-methylen-bis(akrylamidu) – MBA.


Superabsorbenty patří do skupiny polyelektrolytů – tedy látek obsahujících skupiny schopné elektrolytické disociace. Disociací vzniká tzv. makroion s velkým počtem elementárních nábojů a s příslušným počtem iontů opačného náboje. Polyakrylát sodný interaguje s molekulami vody za vzniku vodíkové vazby mezi molekulami vody a karboxylátovým aniontem. Uvnitř zesíťovaného polyakrylátu vzniká vysoká nábojová hustota, takže voda difunduje dovnitř (podobně jako při osmóze přes polopropustnou membráu ve směru koncentračního spádu). Absorpce ustává nahromaděním takového množství vody, kdy již další rozestupování zesíťovaných řetězců není možné.
(obrázek – chemická struktura superabsorbentu – zesíťovaného polyakrylátu sodného: http://clanky.rvp.cz/clanek/o/g/1875/SUPERABSORPCNI–POLYMERY-VE-VYUCE-CHEMIE.html/)
V našem případě při použití ,,instatntního sněhu“ (bohužel na obalu není uvedeno složení – můžeme tedy pouze předpokládat, že se jedná o polyakrylát sodný) dochází k absorpci vody, jak je popsáno výše. Po nalití vody k bílému prášku superabsorbentu dochází k absorpci vody – zvětšuje se objem původního bílého prášku.
Oproti tomu pokud se využije bílý prášek superabsorbentu z dětských plen, lze zjistit, že největší absorpční schopnost tohoto superabsorbentu bude ve slabě zásaditém roztoku v porovnání se slabě kyselým a neutrálním roztokem. Důvodem je, že lidská moč má slabě zásadité pH a tomuto faktu je uzpůsobeno i složení superabsorbentu v dětských plenách. Z tohoto důvodu pokusy se superasorbentem z dětských plen s vodou z vodovodu nefungují stejně rychle a efektně jako s ,,instantním sněhem“ koupeným v obchodě s dekoračními předměty.

Využití

 

karboxylové kyseliny (kyselina akrylová), makromolekulární látky

Typ pokusu

demonstrační i laboratorní

Bezpečnost

u tohoto pokusu nejsou žádná výrazná bezpečnostní opatření

Čas

příprava – 5 minut, vlastní provedení – 5 minut

Tipy

– ,,umělý sníh“ – ,,instant snow“ lze koupit v prodejnách s dekoračními předměty, cena se pohybuje okolo 100 Kč (výroba až 2 l sněhu)
– postupujte podle návodu v balení, je nutné ale vyzkoušet poměr, většinou je potřeba buď dát více prášku (polyakrylátu sodného), nebo na danou dávku méně vody – sníh by neměl být moc vlhký a neměl by se moc lepit
– pokud vodu obarvíte potravinářským barvivem, použijte menší objem vody (cca 70 ml), pokud byste použili normální objem vody – sníh by byl mokrý a lepkavý
– instantní sníh lze vysušit (trvá asi týden), a poté lze použít znovu, pokus lze tedy opakovat
– pokus lze také vyzkoušet s polyakrylátem sodným, který získáte z plen – stačí je rozstříhat a vydrolit z nich bílý prášek (pokus s nimi není až tak efektní, ale má praktický význam)

Video

http://www.youtube.com/watch?v=LAVgZEMXWJQ&feature=youtu.be (old.studiumchemie.cz, Instantní sníh, pokus bez zvuku)
http://www.youtube.com/watch?v=Plp-QaLubIc&feature=youtu.be (old.studiumchemie.cz, Instantní sníh II, video bez zvuku, v barevném provedení)
http://www.youtube.com/watch?v=0V8miZORg6Y (Rainbow Instant Snow Experiment, video s hudebním doprovodem, různé varianty pokusu – i obarvení)
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=bWaivm9XpNg (Sodium Polyacrylate, video bez zvuku, jednoduché)
http://www.youtube.com/watch?v=Vais8pL0w8U (SODIUM POLYACRYLATE demonstration, video rychlé, názorné, bez komentáře, se zvukem laboratoře)
http://www.youtube.com/watch?v=faKc5wZEluE (Create Instant Snow Experiment, video s anglickým komentářem)
http://www.youtube.com/watch?v=CiP-xnOavEs (Expanding Snow, video s hudebním doprovodem, titulky v angličtině, bílý i barevný ,,sníh“)
http://www.youtube.com/watch?v=iz2Pr7ZS76Y (How Instant Snow Polymer Works, video z amerického zábavného pořadu – vysvětlení principu v angličtině)
http://www.ceskatelevize.cz/porady/10121359557-port/391-tajemstvi-obsahu-detskych-plenek/video/ (Tajemství obsahu dětských plenek, video z pořadu PORT (Česká televize) – Michaelovy experimenty, popularizovaný výklad částečně v češtině i angličtině s titulky – pokus s polyakrylátem z dětských plenek – s praktickým dopadem: dětské pleny, kosmonautika, zavlažování)