Verdringingsreactie met zilvernitraat en koper

Datum: December 2009

Inleiding:
 
Het werd tijd om weer eens iets chemisch te doen.

Principe:

Verdringingreactie van zilvernitraat met koper metaal.

Materiaal:

  • Zilvernitraat oplossing (1 M)
  • Koper metaal en/of koperdraad
  • Microscoop(elektronisch)
  • Computer
  • Pincet
  • Schaar
  • Schaaltje
  • Pasteur pipet
  • Demi-water
     

Experimentele opstelling:


 

  • Gebruik de schaar om een klein stukje koper af te knippen

  • Doe dit stukje koper in een petrischaal

  • Voeg wat water toe

  • Duw eventueel het stukje koper onder water tot het op de bodem blijft liggen.

  • Voeg een druppel zilvernitraat toe

  • Plaats de microscoop boven het stukje koper

  • Observeer

Uitvoering en resultaten:

Men kan zien dat zilverkristallen zich beginnen te vormen vanaf de randen van het koper.


In onderstaande filmpje dat ongeveer anderhalve minuut duurt kan men zien dat de kristalgroei voortduurt en er zich fractalachtige  structuren vormen.

 

YouTube link: Çu Ag dendriet

Ik heb meerdere experimenten uitgevoerd en de structuren met verschillende belichtingen en vergrotingen bestudeerd zoals te zien is in onderstaande foto's.

   
In onderstaande foto's kan men het resultaat zien van een experiment dat ik met microscoopglaasjes heb uitgevoerd.
 

Discussie en conclusie:

De chemie van het proces is relatief eenvoudig. We hebben hier met een redoxreactie te maken waarvan we de overall reactie als volgt kunnen opschrijven:

Cu + 2Ag+ <=> Cu2+ + 2Ag

Schrijven we de halfreacties op dan krijgen we:
2Ag+  +  2e-  -->  2Ag        Eo = +0.80 V
Cu --> Cu2+ + 2e-      Eo = -0.15 V

Aangezien dit een redox vergelijking is kunnen we de wet van Nernst toepassen:

pA + qB + … + ne <=> rC + sD + …


 Eo is de normaalpotentiaal (V)
 F = Faradayconstante – 96500 C/eq
 T is de absolute temperatuur (K)
n = aantal elektronen die bij de reactie betrokken  zijn.
 
Als P=1 atm en a=1 kan de Nernstvergelijking getransformeerd worden in de logvergelijking. Op deze manier kunnen we ook de evenwichtsconstante berekenen.
Het resultaat laat zien dat het thermodynamisch evenwicht van deze reactie aan de kant van zilvervorming ligt.
Het mooiste aan deze reactie is echter de vorming van de dendrieten. Hier zijn we in een eerder experimenten "Dendriet kristallen" al uitgebreid op ingegaan. Deze dendrieten zijn random fractals en kunnen beschreven worden met diffusie gelimiteerde aggregatie modellen (DLA). DLA is een proces waarbij deeltjes een "random walk" ondergaan die wordt bepaald door de Browniaanse beweging, vervolgens samensmelten en zo aggregaten van dit soort deeltjes vormen. De theorie is toepasbaar op vele systemen waar diffusie het primaire transport mechanisme vormt. Op bovenstaande pagina kan men computerprogramma's in VB en python vinden die de vorming van dit soort structuren nabootsen.

 
In deze maand is het aardig gaan vriezen. Daarbij zijn dendrietachtige patronen gevormd op de ruit van het schuurtje in mijn tuin. De overeenkomst met bovenstaande patronen is erg groot.

 

Literatuur:

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • De drie dimensonale structuur die zich vormt blijft niet altijd in focus aangezien de dikte varieert hetgeen het nodig kan maken dat men continue focusseert . 
  • Engels: displacement reaction
  • De python files die dit soort processen simuleren zijn downloadbaar: 
    stoffractal.py
    De VB code is downloadbaar als rar file: DLA Simulatie.rar
     Ikzelf heb voor Python en Visual Basic gekozen als programmeertalen. Men kan natuurlijk ook voor andere programmeertalen kiezen.
    Voor het maken van deze grafieken mbv Python heeft men een graphics module nodig: graphics.py. Die men in dezelfde map als waarin het programma staat geplaatst wordt. Deze kan men downloaden van: http://mcsp.wartburg.edu/zelle/python/

 08/01/2017