Ohňová show podle Luciena McLellana

Václav Piskač

Vystoupení Luciena McLellana jsem měl možnost shlédnout na festivalu Physics on Stage 2004 v listopadu 2003. Jeho experimenty jsem převzal a upravil na české provozní podmínky.

V pokusech jsou využity hořlavé plyny – metan a propan. Ve skutečnosti se jedná o zemní plyn, který je metanem tvořen z více než 98% a propan-butan, ve kterém má butan jen velmi malé zastoupení. Experimenty netradičně a trochu adrenalinově demonstrují Archimedův zákon pro plyny – metan má menší hustotu než vzduch, propan naopak větší.

Jako zdroje plynů jsou použity PET láhve naplněné plyny při atmosférickém tlaku. Tyto zdroje plynů pro pokusy výrazně snižují rizika ohňových experimentů:

a) žáci vidí ve vašich rukou plastové lahve naplněné propanem a metanem. Pokud jim neprozradíte, že se jedná o zemní plyn a propan-butan, a neporadíte, jak lahve naplnit, znemožníte jim značně nebezpečné domácí variace na tyto pokusy.

b) v lahvích je stejný tlak jako v okolí – v láhvi je proto pouze velmi malé množství plynu, které při hoření uvolní relativně málo tepla. Oba používané plyny vybuchují pouze při smíchání se vzduchem a to v úzkém rozmezí koncentrace – pokud v láhvi vznikne směs schopná vybuchnout, je tam tak málo plynu, že i nechtěný výbuch nemůže způsobit výrazné škody (při dodržení základních bezpečnostních pravidel).

Při manipulacích s láhvemi s plynem musíte neustále dávat pozor na to, který plyn máte v lahvi (zdali má tendenci klesat dolů a proto můžeme láhev na chvíli otevřít hrdlem nahoru nebo zdali se snaží stoupat vzhůru – láhev můžeme otevřít při poloze hrdlem dolů).

Naplněné i vyprázdněné lahve skladujte několik metrů od demonstračního stolu, požádejte pomocníka, aby po celou dobu pokusů stál poblíž s hasícím přístrojem v ruce.

Při pokusech mějte vyhrnuté rukávy a šaty bez vlajících částí (plášť nedoporučuji). V okruhu cca 2 metrů nesmí být žádný snadno hořlavý materiál.

1. Přilévání čerstvého vzduchu

Tento pokus je úvodem připravujícím studenty na následující soubor experimentů.

Na stůl položte špatně hořlavou podložku (stačí i dřevěná deska) a na ni postavte malou hořící svíčku. Odšroubujte víčko z lahve s propanem a stlačením lahve přifoukněte propan na svíčku – na zhruba sekundu vznikne plamenná koule o průměru cca 40cm.

Pokus lze uvést tvrzením, že pro hoření je zapotřebí palivo a okysličovadlo – v lahvi jste přivezli čerstvý a zdravý vzduch z hor.

2. Hořlavé bubliny

K tomuto pokusu je nutno sestavit zařízení umožňující nafukovat bubliny hořlavým plynem. Jedná se o dvě dvoulitrové PET láhve propojené hadičkami (viz obrázek). První z nich je naplněna vodou, druhá hořlavým plynem. Když foukáme do hadičky ústící do vody, vytlačujeme vodu do druhé láhve a ta vytlačuje plyn koncovou hadičkou ven.

Připravte si dvě láhve – jednu s metanem a druhou s propanem, dvě láhve naplněné vodou, propojovací systém ze dvou vršků a hadiček, saponátový roztok, sirky, slámka.

Vyfoukněte slámkou normální bublinu a diskutujte její let – má hustotu jen o trochu větší než vzduch a velký odpor při letu vzduchem, proto se volně vznáší a pomalu klesá k zemi.

Otevřete láhev s propanem a propojte ji hadičkami s lahví s vodou. Namočte konec hadičky, kterou je vyfukován propan, do saponátového roztoku a vyfoukněte velkou bublinu. Poté, co se utrhne od hadičky, padá rychle na stůl. Umístěte pod hadičku nehořlavou podložku potřenou saponátovým roztokem – bublina při dopadu na navlhčenou plochu nepraskne a vytvaruje se do polokoule – přibližte k ni zapálenou sirku – praskne a na zlomek sekundy vznikne malá ohnivá koule.

Stejným způsobem sestavte soupravu z láhve s metanem a z druhé láhve s vodou. Když vyfouknete bublinu naplněnou metanem, rychle stoupá ke stropu. Je zábavné ji honit s hořící sirkou a zapalovat. POZOR – bubliny musí být co možná největší a nesmí mít zespodu kapku roztoku – v opačném, případě může jejich průměrná hustota překročit hustotu vzduchu a klesají dolů.

3. PET hořák

Pro pokus je potřeba plastová láhev od mléka se širokým hrdlem naplněná metanem, náhradní víčko s otvorem o průměru cca 1 cm a ostrý nůž. Láhev obraťte dnem vzhůru a vyměňte původní víčko za víčko s otvorem. Láhev postavte víčkem vzhůru, otvor uzavřete palcem jedné ruky a druhou rukou vyřízněte u dna láhve otvor (to si nacvičte předem s prázdnou lahví). Uvolněte otvor ve víčku a sirkou zapalte metan unikající víčkem ven (je nutné mít poblíž lahve nachystanou krabičku a vytaženou sirku). Na stole nyní stojí zdánlivě prázdná láhev a z jejího víčka šlehá několik centimetrů vysoký plamen. Plamen se postupně zkracuje, až zhasne docela.

Při tomto pokusu vytéká plyn z láhve, ale díky své malé hustotě stoupá nahoru. Během pokusu je velmi sugestivní ukazovat rukou, jak během hoření stoupá v láhvi “hladina” metanu

4. Hořák z plechovky

Na nehořlavou podložku položte prázdnou plechovku a opatrně do ni přelijte propan z lahve. Láhev uzátkujte a odložte stranou. Vhoďte do plechovky zapálenou sirku – propan v plechovce začne hořet cca 20 cm vysokým plamenem. Po chvilce zhasne.

Pokus demonstruje, že propan má větší hustotu než vzduch – zůstává u dna nádoby. S žáky je dobré probrat, co by se stalo, kdybychom do plechovky nalili metan (pokud by to vůbec šlo).

5. Alobalové korýtko

Fotografie následujícího pokusu zdobí obal učebnice chemie pro základní školy, aniž by ho většina studentů měla možnost vidět na vlastní oči.

Ustřihněte asi 60 cm dlouhý pás alobalu, podélně ho přeložte napůl a ještě jednou napůl. Vzniklý pásek zohněte do korýtka a podélné okraje pro zpevnění zohněte. (Máte-li možnost, je lepší si korýtko vyrobit z pozinkovaného ocelového plechu.) Pomocí stativového materiálu a kusu drátku umístěte korýtko tak, aby mělo sklon cca 30 stupňů a jeho dolní konec byl asi 5 cm nad stolem. Celek umístěte na nehořlavou podložku a pod dolní konec korýtka umístěte nízkou zapálenou svíčku.

Otevřete láhev s propanem a plyn nalijte do horního konce korýtka. Po několika sekundách steče korýtkem dolů, zde se zapálí od svíčky a ohnivý jazyk vyběhne korýtkem nahoru.

Pokus je pro žáky fascinující, že naléváte něco neviditelného, předpovíte, co se stane, a vaše předpověď se po chvíli s výraznými efekty potvrdí.

Zdroje:

[1] záznam z vystoupení Luciena McLellena na POS 3, listopad 2003, Noordwijk, Netherland http://www.webpark.cz/plyninfo