Металл меняет активность
При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?
Общеизвестно, что и ртуть Hg, и медь Сu взаимодействуют с кислотами-окислителями, например с концентрированной серной H2SO4 и азотной НNО3. При этом выделяется не водород, а оксиды серы (SO2) или азота (NO2):
Сu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O,
Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O.
Из кислот-неокислителей — разбавленной серной, хлороводородной и других — ртуть и медь не вытесняют водород, так как эти металлы в электрохимическом ряду напряжений стоят правее водорода и имеют положительный электродный потенциал. Однако выделение водорода все же будет наблюдаться, если взять для реакции бромистоводородную НВг или иодистоводородную HI кислоту:
2Cu + 4HBr = 2H[CuBr2] + H2↑,
Hg + 4HI = H2[HgI4]
Обратите внимание на продукты реакции: в обоих случаях получаем достаточно устойчивые комплексные соединения — дибромокупрат водорода Н[СuВг2] и тетраиодомеркурат водорода H2[HgI4]; катионы меди Сu2+ и ртути Hg2+ в растворе оказываются в ничтожно малой концентрации, и электродный потенциал металла в таких условиях становится отрицательным.
А если комплексообразующий реагент приводит к образованию очень устойчивых комплексов, то выделение водорода может наступить и при взаимодействии с водой. Так, в присутствии цианид-ионов CN- медь превращается в дицианокупратный комплекс K[Cu(CN)2], восстанавливая водород из воды:
2Cu + 4KCN + 2Н2О = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH + Н2↑.
Учтем также, что электродный потенциал меди в неводной среде может сильно отличаться от обычного значения. Например, в ацетонитриле CH3CN он становится равным не +0,34 В (как в воде), а —0,28 В. Поэтому медь вытесняет водород из хлороводородной кислоты НС1 в ацетoнитрильном растворе, превращаясь в этих условиях в хлорид меди CuCl:
2Cu + 2HCI = 2CuCl + H2↑.
Необратимый гидролиз хлорида натрия
Известно, что соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, не подвергаются гидролизу. Всегда ли это так?
Если вести процесс гидролиза хлорида натрия NaCl в жестких условиях — при температуре 500° С и давлении 1 МПа, с применением воды в виде перегретого пара, — то хлорид натрия все же гидролизуется. Хлороводород начинает удаляться с паром, и парадокс становится явью:
NaCl + Н2О = NaOH + НС1↑.
Парадоксы комплексообразования
Обменные реакции типа «соль + кислота = новая соль + новая кислота» идут до конца в том случае, если в результате реакции получается новая кислота, более слабая, чем исходная. Можно ли себе представить, чтобы слабая кислота вытесняла из соли... сильное основание?
На первый взгляд процесс такого рода кажется неправдоподобным. Однако борная кислота В(ОН)3 с весьма слабыми кислотными свойствами реагирует с фторидами щелочных металлов так:
В(ОН)3 + 4KF = K[BF4] + 3КОН.
В результате взаимодействия действительно выделяется сильное основание — гидроксид калия KОН. А происходит это потому, что сначала образуется трифторид бора BF3:
B(OH)3 + 3KF = BF3
а затем получается чрезвычайно прочный комплекс — тетрафтороборат калия K[BF4]:
BF3 + KF = K[BF4].
Неугасимое пламя
Есть целый ряд веществ, которые нельзя потушить струей СО2 (углекислым газом). В первую очередь это смеси, содержащие твердый окислитель: для их горения не требуется кислород воздуха. Например, черный порох (смесь нитрата калия KNO3 с серой и углем) горит за счет твердого окислителя — нитрата калия:
2KNO3 + S = SO2↑ + 2KNO2;
2KNO3 + С = CO2↑ + 2KNO2.
Если загорелся металлический магний (калий, цезий, алюминий, лантан и т. п.), потушить пламя диоксидом углерода не удастся уже по другой причине — это вещество поддерживает горение перечисленных металлов:
2Mg + CO2 = 2MgO + C.
Итак, если ваша работа может быть связана с активными металлами, припасайте для их тушения песок и асбестовое одеяло.
А если вы имеете дело с неметаллами? Некоторые из них тоже «неравнодушны» к диоксиду углерода. Так, водород с СО2 реагирует уже при 200°С, если присутствует катализатор процесса — оксид меди СuО:
СО2 + 4Н2= СН4↑ + 2Н2О.
При нагревании с диоксидом углерода окисляются также бор В, кремний Si, фосфор Р и углерод С:
5СО2 + Р4 = Р4О10 + 5С,
CO2 + C = 2CO↑, и т. п.
Правда, эти реакции не переходят в горение с образованием пламени, но все же идут.
Пожар под водой
Под водой горит белый фосфор Р4. Если несколько его кусочков поместить в холодную воду, а затем нагреть смесь, чтобы фосфор расплавился, можно, пропуская в воду струю кислорода О2, этот фосфор поджечь; он вспыхивает и горит, постепенно окрашиваясь в красно-фиолетовый цвет. Под водой протекают следующие реакции:
Р4 + 5O2 = Р4О10,
Р4O10 + 6Н2O = 4Н3РO4,
xР4 = 4Рx.
Первая реакция отвечает горению фосфора, вторая — образованию ортофосфорной кислоты Н3РО4, а третья — превращению белого фосфора в красный.
«Любовь» монооксида к кислороду
На воздухе, в обычных условиях, NO легко присоединяет кислород:
2NO + O2 = 2NO2.
Но при температуре выше 500°С монооксид азота разлагается на азот и кислород с выделением энергии в форме теплоты. Поэтому при 900°С зажженный фосфор продолжает гореть в монооксиде азота, отнимая кислород и превращаясь в оксид фосфора с выделением азота:
4P + 10NO = P4O10 + 5N2↑.
Зелёный огонь
Удивительный зеленый цвет пламени костра озадачил путешественников, остановившихся на ночлег. Как вы считаете, чем могла быть вызвана необычная окраска пламени?
Зеленая окраска пламени может быть обусловлена наличием примесей в топливе или материале очага. Зеленый цвет пламени сообщают соединения меди Сu, бария Ва и бора В.
Производные бора так и обнаруживают в испытуемом материале в химической лаборатории: для получения летучего борно-этилового эфира сначала добавляют к образцу этанол С2Н5ОН и серную кислоту H2SO4:
B(OH)3 + 3C2H5OH = B(C2H5O)3↑ + 3Н2О,
а потом поджигают смесь, которая горит красивым зеленым пламенем:
2В(С2Н5O)3 + 18О2 = В2О3↑ + 12СO2↑ + 15Н2О↑ .
Возможно, под костром путешественников оказались борсодержащие минералы.
Может ли гореть сахар?
Сахар, или сахароза, С12Н22О11 в обычных условиях не горит. Если поднести к куску сахара зажженную спичку, то сахар будет плавиться, но не загорится. Но если на кусок сахара насыпать совсем немного пепла от сигареты или папиросы и снова поднести огонь, то сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием:
С12Н22О11 + 12О2 = 12СО2↑ + 11H2O↑.
Суть происходящего изменения в поведении сахарозы состоит в том, что зола табака, содержащая соли щелочных металлов, в основном карбонаты, катализирует процесс горения этого вещества. Считают, что главная роль здесь принадлежит катализатору карбонату лития.
«Гремучая ртуть»
Некоторые соединения ртути могут не только гореть, но и «греметь». «Гремучая ртуть... есть образец всех взрывчатых соединений»
(Менделеев).
«Гремучая ртуть», или называемый теперь фульминат ртути, Hg(CNO)2 много лет выполняла роль инициатора взрывов. Одно время она входила в состав «говардова пороха» — капсюльного состава в артиллерии. Алхимики еще во времена Авиценны были знакомы со взрывчатой способностью этого вещества. Но только английский химик Эдвард Говард (конец XVII в.) впервые детально изучил синтез и физико-химические свойства Hg(CNO)2. Говард получал Hg(CNO)2 прямым взаимодействием ртути Hg, азотной кислоты HNO3 и этанола С2Н5ОН:
Hg + 4HNO3 + 2C2H5OH = Hg(CNO)2 + N2↑ + 2СО2↑ + 8Н2О.
Разложение со взрывом Hg(CNO)2 происходит даже при случайном касании, а тем более при ударе, трении, нагреве:
Hg(CNO)2 = Hg + N2↑ + 2CO↑.
Интересно, что сильно увлажненный фульминат ртути взрывобезопасен.
Как добыть водород?
Полки аэростатов заграждения блокадного Ленинграда обеспечивал водородом один из небольших химических заводов города, где добывали водород устаревшим железопаровым способом. Водяной пар пропускали через раскаленное железо:
2Fe + 3H2O = Fe2O3
Водорода для наполнения аэростатов постоянно не хватало, и приходилось использовать походные армейские установки, в которых для получения водорода использовали взаимодействие аморфного кремния Si с гидроксидом натрия:
Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2Н2↑.
Воздух постоянно просачивался в наполненные водородом аэростаты. Когда концентрация водорода падала до 83%, аэростат уже становился взрывоопасным (смесь водорода и воздуха при соотношении 4:1 взрывается). Ленинградцы экономили водород как могли: ведь для производства каждого кубометра его требовались дефицитное топливо и реактивы; было даже предложено использовать отработанный водород как топливо для автомобильных двигателей.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
