Экспонаты химического музея
Искрящиеся кристаллы
Как поверить тому, что вещество при кристаллизации из водного раствора выделяет под водой сноп искр? Но попробуйте смещать 108 г сульфата калия K2SO4 и 100 г декагидрата сульфата натрия Na2SO4∙10H2O (глауберовой соли) и добавить порциями при помешивании немного горячей дистиллированной или кипячёной воды, пока все кристаллы не растворятся. Раствор оставьте в темноте, чтобы при охлаждении началась кристаллизация двойной соли состава Na2SO4∙2K2SO4∙10H2O. Как только начнут выделятся кристаллы, раствор будет искриться: при 60 0C слабо, а по мере охлаждения всё сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый сноп искр.
Свечение и образование искр вызвано тем, что при кристаллизации двойной соли, которая получается по реакции
2K2SO4 + Na2SO4 + 10H2O = Na2SO4∙2K2SO4∙10H2O
выделяется много энергии, почти полностью превращающейся в световую.
Оранжевый свет
Появление этого удивительного свечения также вызвано почти полным превращением энергии химической реакции в световую. Чтобы его наблюдать, приливают к насыщенному водному раствору гидрохинона С6H4(OH)2 10 – 15%-ный раствор карбоната калия К2СО3, формалин – водный раствор формальдегида НСНО и пергидроль — концентрированный раствор пероксида водорода Н2О2. Свечение жидкости лучше наблюдать в темноте.
Причина выделения света — окислительно-восстановительные реакции превращения гидрохинона С6H4(OH)2 в хинон С6H4O2, а формальдегида НСНО — в муравьи кислоту НСООН:
С6H4(OH)2 + Н2О2 = С6H4O2 + 2H2O
НСНО + Н2О2 = НСООН + H2O
Одновременно протекает реакция нейтрализации муравьиной кислоты карбонатом калия с образованием соли – формиата калия НСООК и выделением диоксида углерода CO2 (углекислого газа), поэтому раствор вспенивается:
2НСООН + К2СО3 = 2НСООК + CO2↑ + H2O
Красный осадок белого вещества
Сульфат бария ВаSO4 — тяжелый белый порошок, малорастворимый в воде. Это известно всем химикам, таким он и описан во всех справочниках и книгах по химии. Но вот вы взяли раствор бесцветного сульфата калия К2SO4 и прилили к нему фиолетовый раствор перманганата калия КМnO4, а затем добавили к смеси бесцветный раствор хлорида бария ВаСl2. К своему удивлению, вы обнаружите, что выпал осадок... красного цвета. Но ведь получаемый по реакции
ВаСl2 + К2SO4 = ВаSO4↓ + 2KCl
сульфат бария ВаSO4 должен быть чисто-белым! Промывка красного осадка для удаления примеси перманганата калия не дает никакого результата, он остается красным. А может быть, образовался перманганат бария Ba(MnO4)2. Но эта соль хорошо растворима и не может выделиться в результате обменной реакции. К тому же ее кристаллы имеют черный цвет.
Что же произошло? Красный осадок представляет собой не чистый сульфат барин, а твердый раствор КМnO4 в ВаSO4. Это значит, что в кристаллической решетке сульфата бария часть сульфат-ионов SO42– замещена перманганат-ионами МnO4– Ясно, что такой осадок не обесцветится даже при самой тщательной промывке водой.
Гроза в стакане
«Гром» и «молния» в стакане воды? Оказывается, бывает и такое!
Сначала взвесьте 5 – 6 г бромата калия KBrO3 и 5 – б г дигидрата хлорида бария ВаСl2∙2Н2O и растворите эти бесцветные кристаллические вещества при нагревании в 100 г дистиллированной воды, а потом смещайте полученные растворы. При охлаждении смеси выпадет осадок малорастворимого на холоду бромата бария Ва(ВrO3)2:
2KBrO3 + ВаСl2 = Ва(ВrO3)2↓ + 2KCl
Отфильтруйте выпавший бесцветный осадок кристаллов Ва(ВrO3)2 и промойте его 2 – 3 раза небольшими (5 – 10 мл) порциями холодной воды. Затем высушите промытый осадок на воздухе. После этого 2 г полученного Ва(ВrO3)2 растворите в 50 мл кипящей воды и профильтруй еще горячий раствор.
Стакан с фильтратом поставьте охлаждаться до 40 – 45 °С. Это лучше всего сделать на водяной бане, нагретой до такой же температуры. Температуру бани проверяйте термометром и, если она понизится, снова подогрейте воду с помощью электрической плитки.
Закройте окна шторами или выключите свет в комнате, и вы увидите, как в стакане одновременно с появлением кристаллов будут то в одном, то в другом месте возникать голубые искры – «молнии» и раздаваться хлопки «грома» Вот вам и «гроза» в стакане! Световой эффект вызван выделением энергии при кристаллизации, а хлопки – возникновением кристаллов.
Можно ли осуществить опыт, в котором обыкновенная колба выпускает В пространство целое облако дыма? Да, можно. Вот как это проходит. В колбу емкостью 2 – 3 л насыпают порошок карбоната натрия Nа2CO3 (соды) слоем 1 – 2 см и осторожно наливают 10%-ный водный раствор аммиака NH3 в таком количестве, чтобы его слой, покрывший кристаллы, был не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной кислоты НСl. И начинаются чудеса! Из горла колбы вырывается плотная струя густого белого дыма, который под собственной тяжестью сползает по ее наружным стенкам, стелется по поверхности стола и, добравшись до края, хлопьями медленно падает на пол.
Появление белого дыма вызвало реакциями:
NH3 + НСl = NH4Cl
Nа2CO3 + 2НСl = 2NaСl + CO2↑ + H2O
Аэрозоль (Воздушная взвесь мельчайших кристалликов) хлорида аммония, который получается по первой реакции, увлекается из колбы диоксидом углерода, выделяющимся по второй реакции. Диоксид углерода тяжелее воздуха, и поэтому дым стекает вниз и падает на пол.
Ёлочка в снегу
Для этого опыта надо достать стеклянный колокол, небольшой аквариум, в крайнем случае – пятилитровую стеклянную банку с широким горлом. Нужна также ровная доска или лист фанеры, на которую будут установлены эти сосуды вверх дном. Еще понадобится небольшая пластмассовая игрушечная елочка. Выполняют опыт следующим образом.
Сначала обрызгивают в вытяжном шкафу пластмассовую елочку концентрированной соляной кислотой и тотчас ставят ее под колокол, банку или аквариум. Выдерживают елочку под колоколом 10 – 15 минут, затем быстро, чуть-чуть приподняв колокол помещают рядом с елочкой небольшую чашку с концентрированным раствором аммиака. Сразу же в воздухе под колоколом появляется кристаллический, снег который оседает на елочке, и вскоре вся она покрывается кристаллами, похожими на иней.
Этот эффект вызван реакцией взаимодействия хлороводорода с аммиаком:
NH3 + НСl = NH4Cl,
которая приводит к образованию мельчайших бесцветных кристалликов хлорида аммония, осыпающих елочку.
Выходки сахара
Сахар (сахароза С12H22O11), этот распространенный в быту продукт питания, в умелых руках и с добавкой некоторых реактивов обнаруживает удивительные свойства. Сахароза в обычных условиях не горит: если поднести к куску сахара зажженную спичку, он будет плавиться частично обугливаться, но не гореть. Если же на кусок сахара насыпать совсем немного табачного пепла и снова поднести огонь, сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием. Попробуйте и убедитесь!
Суть изменений в поведении сахара состоит в том, что зола табака, содержащая карбонаты щелочных металлов, служит катализатором горения этого вещества. Считается, что главную роль здесь играет карбонат лития Li2CO3. Сахар сгорает, превращаясь в углекислый газ и воду:
С12H22O11 + 12O2 = 12CO2↑ + 11H2O↑
Дым под арестом
Для этого опыта берут стеклянную трубку диаметром 2 – 3 см и длиной 20 – 25 см и подбирают к ней две резиновые пробки, чтобы ими можно было закрыть трубку с обеих сторон. В пробки вставляют стеклянные трубочки диаметром 5 – б мм, выступающие из пробки на 3 – 4 см. В концы этих трубочек, обращенные внутрь большой трубки, помещают распушенные кусочки ваты. Одну ватку смачивают несколькими каплями концентрированной соляной кислоты, а другую – несколькими каплями концентрированного раствора аммиака. Обе пробки одновременно вставляют в большую трубку и кладут ее на лист черной бумаги. Через одну – две минуты в трубке, ближе к ватке с раствором кислоты, появится белое кольцо более или менее густого дыма. Если трубку установить вертикально и несколько раз перевернуть, то дым заполнят весь ее объем.
Дым – это мельчайшие кристаллики хлорида аммония, образовавшиеся в результате реакции взаимодействия газообразных хлороводорода и аммиака:
NH3 + НСl = NH4Cl
Поскольку молекулы аммиака меньше молекул хлороводорода, они перемещаются быстрее. Вот почему кольцо дыма вначале появляется так близко к ватке с НСl.
Этот опыт можно провести еще проще. Стакан смачивают изнутри концентрированной хлороводородной кислотой и накрывают им ватку, пропитанную нашатырным спиртом (концентрированным водным раствором аммиака), которая помещена на блюдце. Дым появляется у стенок стакана, и вскоре все его внутреннее пространство оказывается задымленным.
Дым из воды
В стакан наливают водопроводную воду и бросают туда кусочек «сухого льда» – твердого диоксида углерода СО2. Вода тотчас же забурлит и из стакана повалит густой белый «дым», образованный охлажденными парами воды, которые увлекает за собой возгоняющийся диоксид углерода. Этот «дым» совершенно безопасен.
Таинственное исчезновение
Оксид хрома(III) поможет показать, как вещество бесследно исчезает, исчезает без пламени и дыма. Для этого складывают горкой несколько таблеток «сухого спирта» (твердого горючего на основе уротропина), а сверху насыпают щепотку предварительно разогретого в металлической ложечке оксида хрома(III) Сr2O3. И что же? Нет пламени, нет дыма, а горка постепенно уменьшается в размерах. Через некоторое время от неё остается только щепотка неизрасходованного зеленого порошка катализатора Сr2O3.
Окисление уротропина (СН2)6N4 (гексаметилентетрамина) – основы твердого спирта – в присутствии катализатора Сr2O3 идет по реакции:
(СН2)6N4 + 9O2 = 6CO2↑ + 2N2↑ + 6H2O↑,
где все продукты – диоксид углерода СО2, азот N2 и пары воды Н2O – газообразные, бесцветные и не имеют запаха. Заметить их исчезновение невозможно.
Ацетон и медная проволока
Можно показать еще один опыт с таинственным исчезновением вещества, который на первый взгляд кажется просто колдовством. Готовя медную проволоку толщиной 0,8 – 1,0 мм: очищают ее наждачной бумагой и сворачивают в кольцо диаметром 3 – 4 см. Отгибают отрезок проволоки длиной в 10 – 15 см, который будет служить ручкой, а чтобы жать ее было не горячо, на конец этого отрезка надевают кусок карандаша, из которого заранее удален грифель.
Затем наливают в стакан 10 – 15 мл ацетона (СН3)2СО (не забывайте: ацетон огнеопасен!).
Вдали от стакана с ацетоном нагревают кольцо из медной проволоки, держа его за ручку, а потом быстро опускают его в стакан с ацетоном так, чтобы кольцо не касалось поверхности жидкости и находилось от нее в 5 – 10 мм. Проволока раскалится и будет светиться до тех пор, пока не израсходуется весь ацетон. Но ни пламени, ни дыма не будет! Чтобы опыт был ещё эффектнее, в комнате гасят свет.
На поверхности меди, которая служит катализатором и ускоряет реакцию, протекает окисление паров ацетона до уксусной кислоты СН3СООН и уксусного альдегида СН3СНО:
2(СН3)2СО + О2 = СН3СООН + 2СН3СНО
с выделением большого количества теплоты, поэтому проволока раскаляется докрасна. Пары обоих продуктов реакции бесцветны, их выдает только запах.
Куда подевался спирт?
Если в химическом кружке есть кусочек платиновой проволоки (например, от старой платиновой термопары), можно провести следующий опыт.
Фитиль спиртовки обертывают отрезком платиновой проволоки длиной 8 – 10 см и толщиной 0,5 – 1,0 мм, а затем поджигают. Через 5 – 10 секунд спиртовку тушат. Но проволока будет продолжать светиться. Это можно увидеть, если погасить свет. В таком состоянии она будет пребывать до тех пор, пока не израсходуется весь спирт.
Этиловый спирт С2Н5ОН окисляется кислородом воздуха в присутствии катализатора – платины; при этом выделяется столько теплоты, что проволока раскаляется докрасна. Продукты окисления – диоксид углерода СО2 и вода:
С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2↑ + 3H2O↑
Ацетат против огня
Полоска непроклеенной, например, фильтровальной или туалетной бумаги, пропитанная раствором ацетата свинца(II) Рb(СН3COO)2∙3Н2O и высушенная на воздухе, горит без пламени, она только тлеет. Подобным образом тлеет трут, которым часто в старину служил гриб-трутовик, пропитанный раствором селитры – нитрата калия КNO3, а потом высушенный.
При этом тригидрат ацетата свинца(II) превращается в оксид свинца(II) РbО, и одновременно выделяются диоксид углерода и пары воды:
Рb(СН3COO)2∙3Н2O + 4О2 = РbО + 4СО2↑ + 6Н2О↑
Вместо бумажной полоски можно взять шнур диаметром 6 – 10 мм, скрученный из хлопчатобумажной пряжи. Шнур надо выдержать в кипящем водном растворе ацетата свинца(II) около 15 минут, а потом высушить на воздухе и протереть суконкой. Такой шнур может служить фитилем для поджигания фейерверков, хлопушек или бенгальских огней. Один метр шнура тлеет 2 – З часа.
Фокусы с «сухим льдом»
«Сухой лед» надо разбить на мелкие гранулы (лучше всего это делать молотком, завернув крупные куски или глыбы сухого льда в плотную ткань). Потом поместить «сухой лед» в фарфоровую чашку и облить ацетоном, чтобы получилась кашицеобразная масса. В эту массу для начала погрузите пробирку с водой. Вода быстро превратится в лед. При этом слышен характерный треск. Если в охлаждающую смесь опустить пробирку с ртутью, то этот жидкий металл затвердеет. Вот как в этом можно убедиться. В ртуть погрузите железный стержень большей длины, чем пробирка. Когда ртуть замерзнет, пробирку можно разбить, а цилиндрик твердой ртути, примерзшей к стержню, ударить молотком. При этом слышен металлический звук, и цилиндрик ртути сплющивается.
«Сухой лед» и ацетон дают возможность сделать отличную охлаждающую смесь с температурой – 86 0С.
«Сухая кислота»
Если в колбу положить кусочек «сухого льда» – твёрдого диоксида углерода и закрыть ее пробкой с газоотводной трубкой, а конец этой трубки опустить в пробирку с водой, куда заранее добавили синий лакмус, то вскоре произойдет маленькое чудо. Колбу слегка подогрейте. Очень скоро синий лакмус в пробирке покраснеет. Это значит, что диоксид углерода – кислотный оксид, при его реакции с водой получается угольная кислота, которая подвергается протолизу, и среда становится кислотной:
Н2СО3 + Н2О ↔ НСО3¯ + Н3О+
Волшебное яйцо
Как очистить куриное яйцо, не разбивая скорлупы? Если опустить его в разбавленную соляную или азотную кислоту, то скорлупа полностью растворится и останутся белок и желток, окруженные тонкой пленкой.
Этот опыт можно продемонстрировать весьма эффектным способом. Надо взять колбу или стеклянную бутылку с широкой горловиной, налить в нее на 3/4 объема разбавленную соляную или азотную кислоту, положить на горловину колбы сырое яйцо, а потом осторожно подогреть содержимое колбы. Когда кислота начнет испаряться, будет происходить растворение скорлупы и через недолгое время яйцо в эластичной пленке проскользнет внутрь сосуда с кислотой (хотя яйцо больше в сечении, чем горловина колбы). Получится экспонат, вполне достойный нашего музея химических редкостей.
Химическое растворение скорлупы яйца, главным компонентом которой является карбонат кальция, отвечает уравнению реакции:
СаСО3 + 2НCl = СаСl2 + H2O + CO2↑
Некий фокусник пообещал изумленным зрителям продемонстрировать превращение фиолетовых кристаллов квасцов в изумруд, топаз, янтарь или сапфир.
Настоящие драгоценные камни получить из квасцов, конечно, не удастся. А вот растворы, имитирующие цвета изумруда, топаза, янтаря, сапфира, получить можно. Для этого фокуснику придется запастись химическими реактивами. Растворив хромокалиевые квасцы [кристаллогидрат сульфата хрома-калия KCr(SO4)2∙12H2O] в воде, он получит фиолетовый раствор; обработка этого раствора избытком гидроксида калия КОН или натрия NаОН приведет к образованию раствора изумрудного цвета:
KCr(SO4)2 + 6KОН = K3[Сr(ОН)б] + 2K2SO4.
Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия К3[Сr(ОН)6]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода Н2О2, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый, цвет топаза:
2K3|Сr(ОН)б] + 3Н2О2 = 2K2СrO4 + 2KОН + 8Н2О.
Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия К2СгО4. При подкислении желтого раствора серной кислотой H2SO4 появляется оранжевая окраска, напоминающая цвет янтаря:
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Сr2О7 + K2SO4 + Н2О.
Водный раствор дихромата калия К2Сr2О7 имеет оранжевый цвет. Наконец, добавляя к такому раствору пероксид водорода и диэтиловый эфир (С2Н5)2О, можно получить сложное пероксосоединение СrО(О2)2∙(С2Н5)2О, окрашивающее слой эфира в ярко-синий, «сапфирный» цвет.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
