Bài tập 36: Phục hồi tranh cổ bị hóa đen

Các em thân mến, bài tập này liên quan đến một hiện tượng hóa học xảy ra với những bức tranh cổ. Chúng ta cùng phân tích từng bước để tìm ra cách giải quyết.

Bước 1: Xác định nguyên nhân làm tranh bị hóa đen.
Sách giáo khoa Hóa học lớp 10 cho chúng ta biết rằng, hợp chất “trắng chì” được sử dụng trong tranh cổ có công thức là chì(II) cacbonat và chì(II) hidroxit, tức là PbCO₃ và Pb(OH)₂.
Trong không khí, đặc biệt là không khí có chứa khí cacbonic (CO₂) và có thể có cả khí hiđro sulfua (H₂S) từ các nguồn ô nhiễm, các hợp chất chì này có thể bị biến đổi.
Phản ứng có thể xảy ra làm hóa đen bề mặt tranh là do sự hình thành của chì(II) sulfua (PbS). Chì(II) sulfua có màu đen.

Phản ứng của PbCO₃ với H₂S:
PbCO₃ (rắn) + H₂S (khí) → PbS (rắn, đen) + H₂O (lỏng) + CO₂ (khí)

Phản ứng của Pb(OH)₂ với H₂S:
Pb(OH)₂ (rắn) + H₂S (khí) → PbS (rắn, đen) + 2H₂O (lỏng)

Bước 2: Tìm cách phục hồi màu sắc ban đầu cho bức tranh.
Để phục hồi bức tranh, chúng ta cần chuyển PbS (màu đen) trở lại thành hợp chất chì ban đầu hoặc một hợp chất chì có màu trắng.
Một phương pháp hiệu quả là sử dụng một chất có tính oxi hóa để tác dụng với PbS, làm nó chuyển thành dạng oxi hóa cao hơn hoặc dạng kim loại.
Trong trường hợp này, ta có thể sử dụng dung dịch H₂O₂ (hidro peroxit) loãng. H₂O₂ có tính oxi hóa mạnh, có thể oxi hóa S^2- trong PbS lên trạng thái oxi hóa cao hơn, hoặc trực tiếp oxi hóa PbS.

Phản ứng có thể xảy ra khi xử lý bằng H₂O₂:
PbS (rắn, đen) + 4H₂O₂ (dung dịch) → PbSO₄ (rắn, trắng) + 4H₂O (lỏng)
Trong phản ứng này, PbS bị oxi hóa thành chì(II) sulfat (PbSO₄), một hợp chất của chì có màu trắng.

Giải thích:
Ban đầu, tranh cổ được vẽ bằng bột chì(II) cacbonat (PbCO₃) và chì(II) hidroxit (Pb(OH)₂) có màu trắng. Lâu ngày, dưới tác dụng của khí hiđro sulfua (H₂S) có trong không khí, các hợp chất chì này đã phản ứng tạo thành chì(II) sulfua (PbS) có màu đen.
Để phục hồi lại màu sắc cho bức tranh, chúng ta có thể dùng dung dịch hidro peroxit (H₂O₂) loãng để xử lý. H₂O₂ sẽ oxi hóa PbS thành PbSO₄. PbSO₄ là một hợp chất của chì có màu trắng, do đó sẽ giúp khôi phục lại màu sắc ban đầu cho bức tranh.

Bài tập 42: Những thay đổi khi bảo quản dung dịch trong bình hở miệng

Bài tập này yêu cầu chúng ta dự đoán những thay đổi có thể xảy ra khi các dung dịch được đề cập được bảo quản trong bình hở miệng. Điều này có nghĩa là các dung dịch có thể tiếp xúc với không khí và các thành phần trong không khí.

a) Nước clo
Nước clo thực chất là dung dịch clo trong nước, có chứa một lượng nhỏ HCl và HClO (axit hipoclorơ).
Clo (Cl₂) là một chất khí dễ bay hơi và cũng dễ phản ứng.
Khi bảo quản trong bình hở miệng, clo sẽ bay hơi dần ra khỏi dung dịch.
Ngoài ra, HClO cũng có thể phân hủy theo thời gian.
Do đó, nước clo để lâu trong bình hở miệng sẽ nhạt màu dần và mất tính tẩy màu, tính sát khuẩn.

b) Nước brom
Nước brom là dung dịch brom trong nước, có chứa một lượng nhỏ HBr và HBrO (axit hipobromơ).
Giống như clo, brom (Br₂) cũng là một chất dễ bay hơi.
Khi bảo quản trong bình hở miệng, brom sẽ bay hơi dần ra khỏi dung dịch.
Dung dịch sẽ nhạt màu brom.

c) Dung dịch sunfu hidric (H₂S)
Dung dịch sunfu hidric là dung dịch khí hiđro sulfua (H₂S) tan trong nước.
H₂S là một khí, có thể bay hơi ra khỏi dung dịch.
H₂S cũng có thể bị oxi hóa bởi oxi trong không khí, đặc biệt là khi có mặt các chất xúc tác hoặc ở nhiệt độ cao.
Tuy nhiên, sự bay hơi là nguyên nhân chính làm giảm nồng độ.
Dung dịch H₂S để lâu trong bình hở miệng sẽ mất dần mùi trứng thối đặc trưng và nồng độ H₂S giảm. Nếu bị oxi hóa mạnh, có thể tạo thành lưu huỳnh tủa (S) màu vàng.

d) Nước vôi trong
Nước vôi trong là dung dịch canxi hidroxit (Ca(OH)₂) bão hòa.
Trong không khí có chứa khí cacbonic (CO₂).
Khi dung dịch nước vôi trong tiếp xúc với CO₂ trong không khí, sẽ xảy ra phản ứng tạo thành kết tủa canxi cacbonat (CaCO₃) màu trắng.

Phản ứng:
Ca(OH)₂ (dung dịch) + CO₂ (khí) → CaCO₃ (rắn, trắng) + H₂O (lỏng)

Do đó, nước vôi trong để lâu trong bình hở miệng sẽ bị vẩn đục do sự hình thành của kết tủa CaCO₃.

e) Nước có ga
Nước có ga là nước giải khát có hòa tan khí cacbonic (CO₂) dưới áp suất cao.
Khi mở bình hoặc chai nước có ga, áp suất giảm xuống bằng áp suất khí quyển.
CO₂ hòa tan trong nước có ga sẽ có xu hướng bay hơi ra khỏi dung dịch để đạt trạng thái cân bằng với áp suất riêng phần của CO₂ trong không khí (thường thấp hơn nhiều so với áp suất ban đầu trong chai).
Do đó, nước có ga để lâu trong bình hở miệng sẽ bị “xẹp hơi”, tức là mất đi bọt khí và vị ga.

Bài tập 43: Hiện tượng dấu vân tay bằng cồn iot

Bài tập này đưa ra một tình huống trinh thám rất thú vị, liên quan đến việc phát hiện dấu vân tay. Chúng ta cùng phân tích cách thức hoạt động của phương pháp này.

Bước 1: Chuẩn bị và lấy dấu vân tay.
Đầu tiên, tội phạm chạm tay vào một vật dụng, để lại dấu vân tay. Dấu vân tay này thực chất là các vết của mồ hôi và dầu từ da. Các chất hữu cơ này chứa một lượng nhỏ lipit, protein và các hợp chất hữu cơ khác.
Tờ giấy trắng sạch được lăn dấu vân tay lên. Điều này giúp chuyển một phần các chất còn lại trên dấu vân tay sang bề mặt tờ giấy.

Bước 2: Hơ tờ giấy trên miệng ống nghiệm có cồn iot được đun nóng.
Ở đây, chúng ta có cồn iot được đun nóng. “Cồn” ở đây thường ám chỉ dung dịch etanol. “Iot” là đơn chất I₂.
Khi cồn iot được đun nóng, hơi etanol và hơi iot sẽ bay lên.
Dấu vân tay trên tờ giấy sẽ tiếp xúc với hơi iot.

Bước 3: Dấu vân tay hiện màu nâu.
Iot (I₂) có khả năng phản ứng với các hợp chất hữu cơ có trong dấu vân tay. Đặc biệt, các tinh bột (nếu có trong giấy hoặc các chất hữu cơ khác) hoặc các hợp chất chứa nhóm chức nhất định có thể tạo phức màu với iot.
Tuy nhiên, trong trường hợp này, cách giải thích phổ biến và phù hợp với kiến thức lớp 10 là iot tác dụng với các hợp chất hữu cơ trong dấu vân tay theo một cách đặc biệt, tạo ra một sản phẩm có màu nâu.

Phản ứng có thể xảy ra:
Các chất hữu cơ (chẳng hạn như lipit, protein, hoặc các carbohydrate khác có trong mồ hôi và dầu của da) sẽ phản ứng với iot. Phản ứng này không phải là một phản ứng oxi hóa khử đơn giản mà là sự hình thành phức màu hoặc phản ứng cộng.
Ví dụ, nếu trên tờ giấy có lẫn một ít tinh bột (một polysaccharide), thì iot sẽ tạo phức màu xanh tím đặc trưng với tinh bột. Tuy nhiên, ở đây đề cập đến dấu vân tay, và màu nâu được miêu tả.

Một cách giải thích khác, liên quan đến sự hình thành các hợp chất hữu cơ iod hóa hoặc sự hấp phụ iot lên các cấu trúc hữu cơ phức tạp của dấu vân tay, tạo ra màu nâu.
Ví dụ, iot có thể tạo phức với các polymer hoặc các phân tử lớn có trong dấu vân tay, làm cho chúng có màu nâu.

Giải thích:
Dấu vân tay trên đồ vật được lấy sang tờ giấy trắng. Tờ giấy này có thể có một lượng nhỏ tinh bột hoặc các hợp chất hữu cơ khác. Khi tờ giấy được hơ nóng trên miệng ống nghiệm chứa cồn iot, hơi iot bay lên và tiếp xúc với các chất hữu cơ trong dấu vân tay. Iot có khả năng tạo phức màu với các hợp chất hữu cơ này. Sự tương tác giữa iot và các thành phần hữu cơ của dấu vân tay đã tạo ra một sản phẩm có màu nâu rõ rệt, làm cho dấu vân tay trở nên dễ nhìn thấy trên nền giấy trắng. Phương pháp này dựa trên tính chất hóa học của iot là có thể tạo màu với các hợp chất hữu cơ.

Các em thấy đấy, hóa học có mặt ở khắp mọi nơi, từ những hiện tượng lịch sử, những tình huống phá án cho đến những đồ uống hàng ngày của chúng ta. Hãy luôn tò mò và tìm hiểu nhé! Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi thầy.