Czy doświadczenie ze świecą można zrobić w domu?

Tak, pod opieką dorosłego. Potrzebne są: głęboki talerz z wodą, podgrzewacz (tealight) na korkowej podstawce i słoik. Po nakryciu świecy słoikiem warto zaznaczyć flamastrem, dokąd doszła woda — wyjdzie blisko jednej piątej wysokości, zgodnie z 21% tlenu. To najkrótsza droga, by dziecko UWIERZYŁO w tabelę składu powietrza, zamiast uczyć się jej na pamięć.

Dziecko uparcie mówi „oddychamy tlenem”. Poprawiać?

Doprecyzować: oddychamy powietrzem, a organizm korzysta z zawartego w nim tlenu — i to nie z całego, bo w wydechu wciąż jest ok. 16% tlenu. Pomaga porównanie z sokiem rozcieńczonym wodą: pijemy całość, ale „działa” tylko sok. Rolę wody gra bierny azot, którego jest aż cztery piąte.

Gdzie w codziennym życiu widać, że ta wiedza się przydaje?

Butla tlenowa w szpitalu i u nurka to tlen oddestylowany ze skroplonego powietrza. Paczka chipsów jest napompowana czystym azotem, bo w biernym gazie tłuszcz nie jełczeje. Żarówki i lampki choinkowe wypełnia argon, a balony na hel unoszą się dzięki gazowi lżejszemu od powietrza. Warto przy takich okazjach zadawać jedno pytanie: który składnik powietrza tu pracuje?

Powietrze — skład i właściwości

około 10 minut

W tej lekcji1/10

Właśnie wziąłeś łyk mieszaniny, której nikt nigdy nie widział — i zrobisz to dziś jeszcze jakieś 20 000 razy. Rozłożymy powietrze na części i sprawdzimy, czego w nim najwięcej. Podpowiedź: to wcale NIE tlen.

Powietrze to mieszanina — i to jednorodna

Powietrze nie jest jedną substancją, lecz jednorodną mieszaniną gazów — wymieszanych tak dokładnie, że żadnego z nich nie widać.

Skład powietrza

azot 78%
tlen 21%
argon i reszta 1%

składnik	ile go jest
azot	ok. 78%
tlen	ok. 21%
reszta	ok. 1%

W tej „reszcie” mieści się argon, dwutlenek węgla ( $\mathrm{CO_2}$ — zaledwie 0,04%!) oraz zmienna ilość pary wodnej.

Azot — leniwy olbrzym

Prawie cztery piąte każdego wdechu to azot — i organizm wydycha go w całości, bo azot jest chemicznie bierny: nie bierze udziału ani w oddychaniu, ani w spalaniu. Zbędny jednak nie jest: związki azotu to podstawa nawozów sztucznych, dzięki którym rosną rośliny uprawne. Przemysł pozyskuje go wprost z powietrza.

Gazy szlachetne — mistrzowie bierności

Argon, hel i neon to gazy szlachetne — najbierniejsze chemicznie ze wszystkich: praktycznie z niczym nie reagują. Właśnie ta „nuda” jest ich zaletą. Argonem wypełnia się żarówki, żeby rozgrzany żarnik się nie spalił, a helem — balony, bo jest lżejszy od powietrza i przy tym niepalny.

Jak z powietrza zrobić butlę tlenu

Powietrze jest bezbarwne i bezwonne, ale ma masę i daje się... zlać do zbiornika. Oziębione do ok. −200 °C skrapla się w bladoniebieską ciecz. Potem wystarczy ją powoli ogrzewać: azot wrze już w −196 °C i ulatuje pierwszy, tlen dopiero w −183 °C. Ta destylacja frakcyjna to przemysłowe źródło tlenu do szpitali i azotu do nawozów.

Ciekłe powietrze ogrzewa się powoli — azot ulatuje pierwszy

Świeca pod słoikiem — powietrze rozebrane na części

1
Zapaloną świeczkę stawiamy na wodzie (na korkowej podstawce) i nakrywamy słoikiem. Świeca pali się jeszcze chwilę — spalanie zużywa tlen.
$\text{spalanie zużywa tlen}$
2
Płomień gaśnie, a woda wchodzi do słoika — zajmuje miejsce zużytego gazu.
$\text{woda podnosi się o ok. } \tfrac{1}{5}$
3
Woda zatrzymuje się po ok. jednej piątej wysokości: tyle powietrza stanowił tlen. Pozostałe cztery piąte to głównie bierny azot — w nim świeca palić się nie może.
$\tfrac{1}{5} \approx 21\%$
Wskazówka
Świeca to mój chemiczny odkurzacz: wyssała ze słoika sam tlen, a resztę zostawiła nietkniętą.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

„Pusta” szklanka jest tak naprawdę pełna powietrza. Jaką część tego powietrza stanowi tlen?

Twoja kolej

Świeca pod słoikiem zgasła, woda przestała się podnosić. Jakiego gazu jest teraz w słoiku najwięcej?

Pułapka! Powietrze to NIE tlen

Źle: powietrze to po prostu tlen — przecież nim oddychamy.

Ściąga do zapamiętania

Z czego składa się powietrze i skąd przemysł bierze z niego czyste gazy?

POWIETRZE to jednorodna mieszanina gazów: azot ok. 78%, tlen ok. 21%, ok. 1% reszty (argon, CO2 tylko 0,04%, zmienna para wodna). Tlen podtrzymuje spalanie i oddychanie — świeca pod słoikiem gaśnie, a woda wchodzi na ok. 1/5 wysokości. Azot i gazy szlachetne są bierne: argon wypełnia żarówki, hel balony, a azot jest surowcem do nawozów. Czyste gazy otrzymuje się przez skroplenie powietrza (ok. −200 °C) i destylację frakcyjną: azot wrze w −196 °C, tlen w −183 °C.

Dla rodzica

Jak pomóc dziecku w tym temacie?

Czy doświadczenie ze świecą można zrobić w domu?: Tak, pod opieką dorosłego. Potrzebne są: głęboki talerz z wodą, podgrzewacz (tealight) na korkowej podstawce i słoik. Po nakryciu świecy słoikiem warto zaznaczyć flamastrem, dokąd doszła woda — wyjdzie blisko jednej piątej wysokości, zgodnie z 21% tlenu. To najkrótsza droga, by dziecko UWIERZYŁO w tabelę składu powietrza, zamiast uczyć się jej na pamięć.
Dziecko uparcie mówi „oddychamy tlenem”. Poprawiać?: Doprecyzować: oddychamy powietrzem, a organizm korzysta z zawartego w nim tlenu — i to nie z całego, bo w wydechu wciąż jest ok. 16% tlenu. Pomaga porównanie z sokiem rozcieńczonym wodą: pijemy całość, ale „działa” tylko sok. Rolę wody gra bierny azot, którego jest aż cztery piąte.
Gdzie w codziennym życiu widać, że ta wiedza się przydaje?: Butla tlenowa w szpitalu i u nurka to tlen oddestylowany ze skroplonego powietrza. Paczka chipsów jest napompowana czystym azotem, bo w biernym gazie tłuszcz nie jełczeje. Żarówki i lampki choinkowe wypełnia argon, a balony na hel unoszą się dzięki gazowi lżejszemu od powietrza. Warto przy takich okazjach zadawać jedno pytanie: który składnik powietrza tu pracuje?

Sprawdź się!

Którego gazu jest w powietrzu najwięcej?

Świeca pali się pod słoikiem ustawionym nad wodą. Gdy gaśnie, woda podnosi się o ok. 1/5 wysokości słoika. Co to pokazuje?

Skąd przemysł bierze jednocześnie czysty tlen i czysty azot?

Dlaczego żarówki wypełnia się argonem, a nie zwykłym powietrzem?

Ile tlenu jest w powietrzu, które WYdychamy?

Następny temat

Tlen — właściwości i otrzymywanie