Napels bloed maken

Datum: Maart 2006, Mei 2006, Januari 2007, November 2007

Principe:

Een thixotrope gel maken mbv ijzerchloride en calciumcarbonaat

Materiaal:

  • Dialyse membraan
  • Bekerglazen
  • Gedemineraliseerd water
  • Kaliumferrocyanide (geel bloedloogzout, K4Fe(CN)6)
  • Reageerbuizen
  • Weegschaal
  • IJzerchloride (FeCl3)
  • Calciumcarbonaat (CaCO3)
  • Natriumchloride (NaCl)
  • Kaliumchloride (KCl)
  • Natriumcarbonaat (soda - Na2CO3)
  • Ammoniumchloride (salmiak - NH4Cl)
  • Glazen buizen met stop

Uitvoering:

Het maken van Napels bloed volgens de formulering
  • Los 25 g ijzerchloride hydraat op in ca. 100 ml water.
  • Er vormt zich een oranje/rode oplossing.
  • Voeg langzaam, onder roeren,  10 g calciumcarbonaat toe.
  • Er vormt zich een diep rode oplossing.
  • Wacht totdat de CO2 vorming nagenoeg afgelopen is.
  • Giet deze suspensie in een dialysemembraan van geschikte lengte.
  • Maak het membraan dicht en plaats het in een beker gevuld met gedestilleerd water gedurende minimaal 4 dagen.
  • Ververs elke dag de wateroplossing.
  • Na minimaal 4 dagen, moet de wateroplossing nagenoeg helder zijn.
  • Neem drie reageerbuizen, doe in elke reageerbuis enkele mg geel bloedloogzout.
  • Vul 1 buis voor ca. de helft met water (blanco), vul de tweede buis ook voor de helft met water en voeg daaraan een korreltje FeCl3 toe (referentie) en voeg aan de derde buis dialysewater toe (monster).
  • Als de monsterbuis nagenoeg helder blijft is de dialyse afgelopen. 
  • Giet na 4 dagen de inhoud van het dialysemembraan over in een schoon bekerglas,
  • Voeg een beetje Natriumchloride toe aan de suspensie (spatelpuntje).
  • Een thixotrope gel met vergelijkbare eigenschappen als tomatensap vormt zich binnen het uur.
  • Het voorzichtig schudden van de gel maakt deze vloeibaar.
  • Laat je de gel weer staan dan wordt deze vast.

Het uittesten van de beste zoutkeuze

  • Neem 12 g van de hierboven gemaakte moederoplossing van Napels Bloed en weeg deze af in een glazen buis.
  • Voeg 200 mg zout toe waarbij NaCl als referentie dient en we van de andere zouten  (NH4Cl, Na2CO3, KCl)  onderzoeken of deze een stabielere gel kunnen maken.
  • Schud de buis, laat enige tijd staan en draai de buis op de kop om te kijken of een stabiele gel gevormd is. 
  • Schud vervolgens weer.
  • Maak steeds foto's.

 

Resultaten:

Het maken van Napels bloed volgens de formulering (Maart 2006)
 
FeCl3 oplossing. CaCO3 toegevoegd

Bij het toevoegen van CaCO3 ontstaat schuimvorming.
Dialyse voorbereiden 1ste dialyse op 4/3/06
 
Dialyse 9/3/6
Het water is elke  dag ververst.		 Laatste dialysedag 15/3/6
   

Testen op sporen ijzer. De rechtse buis is het monster en deze verkleurt nagenoeg niet. Een zweempje blauw is waarneembaar hetgeen aangeeft dat er nog hoogstens enkele ppm'en Fe in de oplossing aanwezig zijn.

 De oplossing uit het dialysemembraan.

Een gedeelte van de oplossing is overgegoten in een andere buis en er is een spatelpuntje zout toegevoegd. 
De oplossing gelleert.

 Als we hem op de kop zetten blijft de gel aan de bodem plakken.

Demonstreren van de thixotrope eigenschappen met een filmpje ((in avi format, bij IE 7 moet men toestemming geven om het script uit te voeren).

 Schudden we even heftig dan wordt de gel weer vloeibaar.

Nevenstaande flesje laat zien welk product men verkrijgt als men 10 g ijzerchloride met 20 g calciumcarbonaat mengt. Het product is veel te licht van kleur en een waterlaag heeft zich afgescheiden. Het vormt zeker geen thixotrope gel.

 

Het uittesten van de beste zoutkeuze (Mei 2006)

Klaarmaken van de gels.

 Na het toevoegen van zout is duidelijk te zien dat het KCl een afwijkende kleur geeft en dat de soda meer een smurrie geeft dan een gel.

260506 - 14:26 h 260506 - 14: 28 h
Al snel zien we dat op de KCl na de gels hun thixotrope eigenschappen gedeeltelijk kwijtraken.

260506 - 17:54 h 260506 - 17:54 h

260506 - 19:44 h 260506 - 19:44 h
270506 - 08:31 h 270506 - 08:32 h
290506 - 14:24 h 290506 - 14:25 h

310506 - 19:17 h 310506 - 19:18 h
Ook na 5 dagen behoudt de gel waaraan KCl is toegevoegd de goede thixotrope eigenschappen, terwijl de andere gels een lagere stabiliteit laten zien. 


voor                  na

 Op 7 januari 2007 de KCl gel weer gecontroleerd. Deze werkt nog steeds perfect.

Discussie en conclusie:

Elk jaar rond 19 september vindt er in de kathedraal van Napels een zogenaamd wonder plaats. Het  bloed van St. Januarius (gestorven 305), dat in een speciale reliekhouder zit, wordt omhooggehouden. Als het 1600 jaar oude bloed weer vloeibaar wordt kunnen de Napelezen gedurende een jaar weer opgelucht ademhalen. Tijdens een processie in 1389 heeft dit wonder zich voor de eerste keer voltrokken.

De Italiaan Luigi Garlaschelli vroeg zich af of er ook een meer wetenschappelijker verklaring was. Een van de aanwijzingen die hij had was dat het vloeibaar worden van het bloed ook werd waargenomen als er bv reparatiewerkzaamheden werden uitgevoerd. Dit bracht hem op het idee om naar een stof te zoeken die zowel vloeibaar als vast konden zijn, de zgn. thixotrope gels. Hij ging ook uit van de gedachte dat hij alleen materialen mocht gebruiken die in die tijd ook relatief makkelijk verkrijgbaar waren (15de eeuw). 

De chemische reactie die hier plaatsvindt is niet echt complex. 
IJzerchloride zelf is zuur door de autoprotolytische eigenschappen van het ijzer-ion:

Deze autoprotolyse evenwichts reactie verloopt aflopend als we het zuur neutraliseren door het bv met calciumcarbonaat te laten reageren volgens:

Uiteindelijke maken we op deze manier het rood-bruine ijzer(III)hydroxide. 

De volgende stap is het zuiveren van de oplossing is door het ijzerchloride dat niet gereageerd heeft en het calciumchloride dat gevormd is te verwijderen mbv dialyse. 

De aantoningstest voor ijzer is in feite het maken van het pigment "Pruisisch blauw", volgens: 
4Fe3+ + 4[Fe(CN)6]4- --> Fe4[Fe(CN)6]3.xH2O  (x=14-16)
Een en ander staat beschreven in: Synthese van Pruisisch blauw

Na het toevoegen van zout krijgen we de thixotrope gel.

Thixotropie is de eigenschap van bepaalde mengsel om bij mechanische belasting plotseling van een viskeuze toestand (gel) naar een vloeibare vorm (sol) over te gaan. Een bekende thixtrope gel is tomaten ketchup. Als je het staan laat wordt deze vast, om het weer vloeibaar te maken moet je de fles schudden of erop slaan. Ook bij verven wordt dit principe toegepast. Een verf wordt dunner als je erin gaat roeren. Thixotropie ontstaat doordat de moleculen een netwerk van waterstofbruggen vormen die sterk genoeg zijn  om de bulk van het materiaal te ondersteunen als deze geleerd, maar die in elkaar stort als er druk op uitgeoefende wordt of aan een schok blootgesteld wordt.

Volgens Garlaschelli bepaald de hoeveelheid zout die men toevoegt hoe snel de gel uithard. Als teveel zout wordt toegevoegd dan zal de gel zich snel zetten en moeilijk vloeibaar te maken zijn.

Bij de documentaire "Blood Miracle" heb ik Garlaschelli horen vertellen dat de op deze manier gemaakte gel niet onbeperkt houdbaar is. Na verloop van tijd ontstaat in de gel een evenwicht waarbij de eigenschappen verschillen tov de originele. Meestal hard de gel niet meer zo goed uit en wordt dan ook niet meer zo mooi vloeibaar. In dat geval kan men een klein beetje zout toevoegen waardoor de gewenste eigenschappen weer hersteld worden. 

Dat de op deze manier geproduceerde thixotrope gel niet stabiel is wijst op een wezenlijk verschil met de gel in het relikwie. De eigenschappen daarvan zijn al enkele eeuwen stabiel.

Aangezien ik echter niet in wonderen geloof begon ik me af te vragen of de keuze van het type zout niet een belangrijke factor zou zijn die de stabiliteit van de gel bepaald., op zich is dat een bekend fenomeen in de oppervlaktechemie. Daarom heb ik een experiment opgezet waarin ik testte of een andere zout keuze inderdaad een stabielere gel zou leveren. Zoals de experimenten hierboven laten zien is dat inderdaad het geval. Van de geteste zouten NaCl, NH4Cl, Na2CO3 en KCl, levert KCl een veel stabielere gel op dan NaCl. Ook na enkele maanden is deze gel nog stabiel.

Op 21 november vond ik onderstaan bericht in  mijn gastenboek dat ik met veel plezier aan dit experiment toevoeg. Een waardevolle aanvulling.

21-11-2007 - 17:41
Beste heer Herold

Met veel interesse nam ik kennis van het talrijke aantal zorgvuldig uitgewerkte proeven op uw site. Als aankomend leraar scheikunde is hier ook voor mij voldoende nieuws te vinden!
Ik heb een kleine opmerking c.q. aanvulling op de "Napels Bloed"-proef. Ik heb deze proef ook uitgevoerd, in vier uitvoeringen: FeCl3.6H2O met CaCO3 (zoals beschreven); FeCl3.6H2O met NaHCO3; FeCl3 met CaCO3 en FeCl3 met NaHCO3 - hierbij steeds de molverhouding Fe en base gelijk houdend (dus twee keer zoveel HCO3-ionen als CO3-ionen). Het experiment is nog gaande, maar het viel mij op dat de combinatie FeCl3/CaCO3 al na enkele uren een gel geeft, zonder dialyse of (zoals elders wel vermeld wordt) overnacht uitdampen op een kristalliseerschaal. Geen moeilijk gedoe dus met dialyseslangen o.i.d. en daarmee voor schoolpractica misschien wel net zo handig!

Hartelijke groeten,
M.R. ten Breteler

 

Opmerkingen:

 

Literatuur:

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Dialyse:
Het gebruik van een membraan zoals een semi-permeabel dialyse membraan is in feite een extractiemethode. Het membraan fungeert als scheidingswand tussen twee fases en als selectiemiddel voor het al dan niet doorlaten van deeltjes. Bij een dialysemembraan scheiden we grote moleculen van kleine moleculen, voor het ontzouten van oplossingen van grote moleculen en voor het concentreren van ionen. Klassiek dialyse is makkelijk uit te voeren. Het membraan heeft de vorm van een slang of zak, waarin zich de te behandelen oplossing bevindt. Het geheel wordt geplaatst in een medium waarmee de binnenvloeistof stoffen uitwisselt tot zich een evenwicht heeft ingesteld. Als het concentratieverschil tussen binnen- en buitenmembraan klein is, verloopt de dialyse traag. Het nettotransport van de moleculen door het membraan is een diffusieproces.

Waterstofbruggen:
 Waterstofatomen worden aangetrokken door andere atomen zoals zuurstofatomen, aangezien elektronen van het waterstofatoom sterker naar het zuurstofatoom worden getrokken, dit komt door de grotere aantrekkingskracht van het zuurstofatoom voor elektronen. Als gevolg hiervan hebben zuurstofatomen gedeeltelijk een zeer lichte negatieve lading, terwijl waterstofatomen een gedeeltelijke, zeer lichte positieve lading hebben. De licht positief geladen waterstofatomen worden daarom aangetrokken tot de licht negatief geladen zuurstofatomen van andere watermoleculen. Deze aantrekkingskrachten worden waterstofbruggen genoemd. De krachten die twee moleculen via een waterstofbrug met elkaar verbinden, zijn veel sterker dan de krachten tussen koolwaterstofmoleculen onderling. Door deze aantrekkingskracht tussen waterstof- en zuurstofatomen heeft water een veel hoger kookpunt dan een ander molecuul met dezelfde massa. Waterstofbruggen kunnen ook gevormd worden tussen waterstof en zwavel- of stikstof (SH-R en NH2-R).   

         Waterstofbruggen

05-03-2008