Proef: Calcium en water

Onderzoeksvraag:

Hoe reageert calcium met water?

Benodigdheden

1.2 reageerbuisjes

2.Lucifers

3.Trechter

4.Filtreerpapier

5.Calciumkorrel

6.Rietje

7.Water

8.Reageerbuisrek

Theorie

Ca (s) + 2H₂O (l) à Ca(OH)₂ (l) + H₂ (g)                  (calcium + water à calciumhydroxide + waterstofgas)

2H₂ (g) + O₂ (g)  à  2H₂O                                             (waterstof + zuurstof à water)

Ca(OH)2 (l) à CaO (l) + H₂O (l)                                 (calciumhydroxide à kalkwater + water)

Calcium (Ca) is een element en heeft als atoomnummer 20. Het is een zilverwit aardalkalimetaal en zit in veel zuivelproducten. Calcium is al sinds de oudheid bekend, maar in 1808 werd het pas geïsoleerd. Calcium is het vijfde meest voorkomende element in de aardkorst, maar het komt nooit vrij in de natuur voor omdat het heel makkelijk verbindingen aangaat door reacties met zuurstof en water. Calcium werd voor het eerst geïsoleerd door Sir Humphry Davy in 1808 door de elektrolyse van de mengsel van kalk (CaO) en kwik oxide (HgO). Ongeveer 4.2% van de aardkorst bestaat uit calcium.

Waterstof (H) is een element en heeft als atoomnummer 1. Waterstof is het enige element dat geen neutronen heeft. Het heeft een kookpunt van 20,28 K (-253 C) en een smeltpunt van 14,01 K (-259 C) Waterstof komt bij normale temperaturen voor als een kleurloos, reukloos en zeer ontvlambaar gas: diwaterstof (H₂). Waterstof kan samen met zuurstof (O) water (H₂O) vormen. Meer dan 90% van alle atomen in het heelal zijn waterstofatomen. Waterstof kan met de meeste andere elementen verbindingen aangaan.

Een waterstofeconomie is een economie waarbij waterstofgas de belangrijkste energievoorziening is. Waterstof als energiedrager werkt zo: Met (elektrische) energie wordt water gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas.. Het voordeel van op deze manier energie opwekken is dat het niet slecht is voor het milieu.

Hypothese

Wij vermoedden dat als je een calciumkorrel bij water zou doen, er kalkwater zou ontstaan.

Methode

1.Vul een reageerbuis voor de helft met water en voeg de calciumkorrel toe.

2.Zet snel een andere reageerbuis omgekeerd (dus met de opening omlaag) op deze reageerbuis.

3.Als de reactie is afgelopen,  haal de reageerbuisjes van elkaar af en bedek de bovenste reageerbuis snel met je duim.

4.Haal je duim van de reageerbuis en steek het snel aan.

5.Filtreer de inhoud van de onderste reageerbuis in de andere reageerbuis.

6.Blaas met het rietje door het filtraat.

Waarnemingen en resultaten

Toen we de calciumkorrel bij het water deden, viel de korrel eerst tot op de bodem, maar steeg gelijk daarna op en begon uit elkaar te vallen. We zagen dat er gas omhoog kwam, wat we opvingen in de andere reageerbuis die we erop hadden gezet. Het water was troebel, en er lagen stukjes calcium op de bodem.

Bij het aansteken van het opgevangen gas in de reageerbuis, hoorde je een hoge fluittoon, een ‘piepknal’.

Bij het filtreren van het water met opgeloste calcium werd het filtraat helder en kleurloos. Het residu in het filtreerpapier was een witte laag.

Bij het blazen door in het voorgenoemde filtraat, ging het filtraat borrelen en stinken, kwam het snel omhoog en werd het troebel.

Conclusie

Als je een calciumkorrel oplost in water, ontstaat er een nieuwe stof: calciumhydroxide.

2H₂O + Ca → Ca(OH)₂ + H_2. Het spul in het onderste reageerbuisje was dus calciumhydroxide.

Het gas wat ontstaat en opgevangen werd in het bovenste reageerbuisje is dus waterstofgas (H₂).

Bij het aansteken van waterstofgas ontstond er water: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

Er ontstond een vacuum in het bovenste buisje bij het aansteken van het waterstofgas omdat het zuurstofgas en waterstofgas in de reageerbuis worden verbrand. Als de verbranding is afgelopen ontstaat een vacuum (alle lucht is weg!) en daardoor kwam er een hoge knal.

Bij het filtreren van de calciumhydroxide werd het teveel aan calcium wat in de suspensie zat eruit gefilterd (het residu in het filtreerpapier). Doordat er adem (CO₂) in de calciumhydroxide werd geblazen werd het troebel: calciumhydroxide is namelijk een reagens van CO₂.

Discussie

De hypothese was: wij vermoedden dat als je een calciumkorrel bij water zou doen, er kalkwater zou ontstaan.

Deze blijkt juist: calciumhydroxide is water met calcium (kalkwater).

Mening

Wij vonden het een leuke proef om te doen, omdat het een vrij spectaculaire proef was! Dit door de knal die kwam bij het aansteken van het gas (waarvan wij toen nog niet wisten dat het waterstofgas was). Het doen van de proef ging goed, we schrokken ons alleen wel dood toen er plots een knal was, maar dat was ook juist wel leuk!