Rézpénzspecifikus kísérlet kettő - hárdkór fizkém

(Jó)Néhány hete a Szertárostól megtudtuk, hogy ha rézpénz kifényesíthetnékünk támad, akkor az ecetnél csak egy jobb megoldás van: az ecet+konyhasó kombináció. Hogy miért? Na ezt már nem árulta el, sőt, kérdésként szegezte a szurkolók felé (felénk) a Szertáros. (Igen, nézd meg a videót, hogy értsd a továbbiakat. Na meg azért is, mert vicces.)

Az egész ügy első néhány hallásra furán hangzik, ui. mi a fene köze van a sónak az egészhez? Nyilván semmi! Ugyanakkor meg nyilván van, hiszen a kísérletes tapasztalat az, hogy a rézpénz felületének kifényesedési sebessége megnő a hozzáadott konyhasó hatására ahhoz viszonyítva, amikor csak ecettel, só nélkül próbálunk fényesítgetni.

Na szóval az úgy van, hogy előbb-utóbb az ember, miközben (tudományos szempontból) felcseperedik,  ráébred, hogy azok a szép, csinos, egyszerű lineáris összefüggések, amiket az általános/középiskolai kémiaórákon tanult, sajnos nem (mindig/teljesen) igazak. Néhány speciális esetben igaznak tűnhetnek, azonban ez itt a való világ! Ébredj, Neo!

Ennek az ideális vs. reális különbségnek az az oka, hogy míg ideális rendszerekben a részecskék között nincs kölcsönhatás, vagyis a részecskék nem „érzik” egymás közelségét, addig a valóságban nem ez a helyzet: vonzzák vagy taszítják egymást, ütköznek stb., egyszóval kölcsönhatnak, hatással vannak egymásra.

És ennek folyománya lesz az is, hogy a só hatására a rézpénz felületi oxidrétegének/szulfidrétegének oldhatósága megnő. Ugyanis pl. az oldatok (folyékony halmazállapotú többkomponensű homogén elegyek, pl. víz+ecet vagy víz+ecet+só) csak akkor tekinthetőek ideálisnak, ha nagyon-nagyon-nagyon-nagyon-nagyon hígak. Vagy még akkor se. Ha pedig nemideálisak, akkor az ideális elegyekre felírt csini kis összefüggések már nem írják le helyesen a viselkedésüket, nem várhatunk tőlük jól megszokott, logikusnak tűnő, ideális viselkedést.

A kísérletben szereplő ecet és sókoncentráció már mindenképpen nagyon mesze van az ideális viselkedéstől.A nemideális viselkedés pedig számos furcsaságot eredményezhet, pl. olyan szokatlan dolgot is, hogy egy az oldási folyamatban közvetlenül részt nem vevő anyag (konyhasó) valahogy mégis befolyással van a folyamatra.

Amikor az ideális viselkedésről áttérünk a nemideálisra, akkor a használt mennyiségeinket is meg kell változtatni, pl. a koncenráció helyett a effektív koncentráció, más néven aktivitás a használandó. Az aktivitás nagysága híg oldatokban (ahol az oldott anyag részecskéi nem érzik egymás közelségét, ideális a rendszer) megegyezik a koncentrációval, míg töményebb oldatokban elmarad attól: minél töményebb az oldat, annál kisebb lesz az aktivitás (effektív koncentráció) a koncentrációhoz viszonyítva. Amikor viszont ebben az utolsó mondatban azt írom, hogy „minél töményebb az oldat”, akkor az oldat össztöménységéről beszélek, vagyis minden abban feloldott cucc együttesen számít. És végre eljutottunk a só szerepéig: a só szerepe itt mindössze az, hogy az oldat össztöménységét növelje, ezáltal az aktivitást csökkentse.

Most vissza a rézpénzhez. Amikor a korrodált felületű rézpénzt ecetbe dobom, két dolog történik: 

1. A felületről kismennyiségű réz-oxid és/vagy szulfid (ezek találhatóak a korrodált rézpénz felületén) az oldatba kerül. Azért csak kevés, mert ezek nagyon rosszul oldódnak vízben (és a boltban vásárolt ecet egy vizes oldat). 

2. A már nagy nehezen oldatba került réz-oxid/szulfid gyorsan reagál a jelenlevő ecetsavval, és a „helyére” „újabb” réz-oxid/szulfid kerül (oldódik) a pénz felületéről.

Ha a folyamatot meg akarjuk gyorsítani (vagy a folyamat gyorsulását megmagyarázni), akkor a lassabb, az első lépést kell meggyorsítani (vagy annak gyorsulását megmagyarázni). A só jelenlétében az aktivitások, effektív koncentrációk kisebbek (l. fent), ezért több felületi réz-oxid/szulfid tud oldódni (1. lépés gyorsul), később fog ezekre nézve telítődni az oldat, ezáltal ez hamarabb fog elfogyni a felületről, hamarabb lesz fényes a pénzünk.

Bővebb utánaolvasásra vágyó kollegáknak hívószavak: Debye-Hückel elmélet, aktivitási koefficiens, röviden pedig csak annyi, hogy az oldhatósági szorzatba az aktivitásokat kell beleírni, és nem a koncentrációkat.

A bejegyzés elkészülésében segítettek (de az esetlegesen elhangzott hülyeségekről nem tehetnek): Gyurcsányi E. Róbert, Zsiros László Róbert, Höfler Lajos, Szűcs Rózsa, Kun Dávid, Nagy Balázs.

Ínyenceknek. Miközben a kérdésen rágódtam és rágtam néhány kollegámat, az alábbi alternatív/adícionális magyarázatok vetődtek fel amolyan brainstorming jelleggel:

„- Egyszerűen a rosszul oldódó réz-oxidot a felszínen lecseréled jól oldódó réz-acetátra. Az én tippem az, hogy az ionerősség növelésével lecsökken a Debye-hossz, így könnyebben bejut az acetát (ami az említett lecseréléshez kell) a porózus oxid-szulfid rétegbe.

„- Amikor tiszta ecetsavban oldod, akkor a Cu²⁺ ionok az oldatban úgy lesznek jelen, hogy a ligandumterükben csak víz van (értsd: vízmolekulák veszik körül), aminél ismert, hogy jobban szereti, ha a ligandumterében Cl^- van (ha kloridionok veszik körül, ami ugye a konyhasó alkatrésze). Emiatt zöldül be a CuSO₄ oldal is ha NaCl-t lapátolsz bele. Szerintem ez a hajtóerő: hogyha van só, akkor jobb (értsd: stabilabb) komplex keletkezik, ezért szívesebben és gyorsabban csinálja.”

„- Nagy só felesleg elképzelhető, hogy kis mértékben oldja is az oxidokat, hogy CuCl₂ keletkezik (lokális korrózió) amelynek az oldhatósága jobb, mint a réz-oxidoké vagy szulfidoké.”

Házi feladat (kommentbe): milyen kísérlettel/kísérletekkel lehetne eldönteni, hogy melyik ok a valódi a fenti alternatívák közül? Milyen kísérlettel lehetne egy-egy alternatívát kizárni?