Опыты для младшего брата
Самые простые и известные вещества коричневый раствор йодной настойки из аптечки и сухой белый порошок — крахмал, который используют для приготовления киселя. Если их соединить, происходят интересные дела: вместо белого порошка и коричневой жидкости получится смесь синего цвета. Химики говорят, что «йод является реактивом на присутствие крахмала», а «крахмал служит индикатором (указателем) присутствия йода».
Крахмал в том или ином количестве имеется в большинстве продуктов, которые мы едим. Давайте вооружимся пипеткой и пузырьком с йодной настойкой и определим, есть ли крахмал в картофеле, хлебе, яблоке, в крупах... Разрежем для этого картофелину и нанесем на срез из пипетки одну каплю йодной настойки (предварительно разбавленной пополам кипяченой подои). Точно так же поступим с яблоком и овощами, которые сможем попросить у мамы, чтобы исследовать. Из хлеба сомнем мякиш, намочим его водой и тоже капнем разбавленной йодной настойки.
Как узнать, где крахмала больше — в картофеле, яблоке, хлебе? Это просто: где синяя окраска ярче, там содержится больше крахмала.
Среди веществ, которые можно найти дома на кухне, в аптечке или в ванной комнате, есть кислоты и щелочи (точнее, основания). Чтобы определить, какая среда в растворе (кислотная или щелочная), используются особые вещества-индикаторы. Самый старый и заслуженный среди них — лакмус. Лакмус синеет в щелочной среде и делается красным в кислотной.
Сделайте из белой фильтровальной бумаги 10 бумажных цветов и окуните их в раствор лакмуса. В нейтральной среде этот раствор фиолетового цвета.
А теперь приготовьте в стаканчиках или чашках водные растворы обычных домашних «реактивов»: уксусной кислоты, лимонной кислоты, питьевой соды из кухни, нашатырного спирта из аптечки, кальцинированной соды и стирального порошка из ванной комнаты. Хорошо также, если у вас найдется бура (тетраборат натрия), щавелевая кислота, раствор «Белизна» для отбеливания тканей (Осторожно! Это едкая жидкость!), а также немного шампуня и средства для мытья посуды.
В каждый из приготовленных вами растворов окуните «лакмусовый» бумажный цветок и обратите внимание, как изменился его цвет. Теперь вы наверняка запомните, какие из домашних химических веществ кислоты, а какие — щелочи. В растворе «Белизны» цветок станет сначала синим (среда щелочная), а потом белым из-за хлора, который обесцвечивает любой индикатор...
Васильковая роза и розовый василек
Чтобы приготовить этот сюрприз маме, нам понадобится фильтровальная бумага и проволока (чтобы изготовить бумажные цветы), а также химические реактивы: медный купорос (продается в хозяйственном магазине и в магазине для садоводов), нашатырный спирт и фенолфталеин (из аптеки). Еще нужна будет банка, которую можно плотно закупорить.
Бумажную розу надо пропитать раствором медного купороса, а бумажный василек — раствором фенолфталеина (лучше спиртовым). Красиво разместив влажные цветы в банке, вольем в нее 10 мл нашатырного спирта и закупорим горловину крышкой. Через несколько минут роза станет ярко-синей (васильковой): медный купорос образует с аммиаком комплекс интенсивно-синего цвета. А василек станет розово-малиновым: индикатор фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в малиновый цвет. Откуда же щелочная среда? Нашатырный спирт (это водный раствор аммиака) испаряет NH3 — слабое основание. Аммиак, растворяясь во влаге на лепестках искусственного цветка, окрашивает индикатор.
Индикаторы кислотности и основности среды бывают не только химическими. Они находятся вокруг нас, только обычно мы об этом не задумываемся. Возьмем, например, немного сока черной смородины, ежевики, малины, вишни и добавим питьевую соду. Все соки при таком действии становятся... синими! Если же теперь в синий раствор сока добавить уксусной или лимонной кислоты, темно-красная окраска вернется. Только цвет уже не будет таким ярким: ведь мы разбавили сок водой.
Если обработать питьевой содой и лимонной кислотой обрезок листа краснокочанной капусты или ломтик свеклы, то сразу видно, что они тоже краснеют в кислоте и становятся голубоватыми в соде.
Попробуем выяснить, какие из цветов, ягод и овощей могут обеспечить нас самыми лучшими индикаторами. Для этого надо собрать по 2—3 разных цветка — роз, георгинов, астр, васильков, герани, лилий, ирисов и др., по 1—2 ягоды малины, клубники, черешни, вишни, смородины, бузины, калины, жимолости, а также несколько доступных для опытов и ярко окрашенных овощей.
Чтобы сделать вывод, какой из природных индикаторов самый полезный для химиков, надо их испытать действием кислот и щелочей. Для этого погрузите цветочные лепестки, ломтики овощей и предварительно измельченные ягоды в пробирки с разбавленной уксусной кислотой и с разбавленным нашатырным спиртом. Если нет уксусной кислоты, можно взять лимонную или щавелевую, вместо нашатырного спирта можно использовать раствор кальцинированной или питьевой соды.
Запишите на листе бумаги или в специальной «химической» тетради для наблюдений, как меняется цвет наших растительных объектов в щелочной и в кислотной средах. Примерно через 30—40 минут следует еще раз сравнить окраски каждого индикатора. Те из них, чей цвет выдержал испытание временем, и будут самыми лучшими.
Природными индикаторами здесь служат красящие вещества растений — антоцианы, которые обеспечивают красоту и разнообразие окраски большинства цветов, овощей и фруктов.
Сейчас даже малыши знают, что зеленые растения усваивают световую энергию и с ее помощью превращают воду и углекислый газ из атмосферы в органическое вещество крахмал. Химический помощник растений — зеленое вещество хлорофилл, которое на самом деле состоит из нескольких веществ разного цвета, различных по свойствам.
Разотрем в ступке 10 листьев какого-нибудь растения, богатого хлорофиллом (например, молодых побегов и листьев крапивы), добавив к ним немного речного песка, чтобы измельчение шло более интенсивно. Для нейтрализации кислоты, которая присутствует в растении, добавим несколько крупинок гидрокарбоната натрия. К полученной после растирания зеленой кашице добавим 50 мл ацетона (Осторожно! Огнеопасное вещество!) и перенесем смесь в колбу с пришлифованной пробкой. Выдержим смесь в колбе в темном месте не менее часа, время от времени взбалтывая ее.
Теперь надо подготовить колонку с адсорбентом (поглотителем), чтобы провести разделение составных частей хлорофилла. Для этой цели можно использовать стеклянную трубку (колонку), снизу закрытую пробкой с отверстием и выходной трубкой. На пробку надо поместить сверху кусок марли или стеклоткани и тампон из ваты. Сверху на вату насыпаем слой поглотителя — оксида алюминия А12О3 (свежепрокаленного при 600 °С) так, чтобы он занял по высоте 2—3 см. Над этим слоем будет располагаться другой поглотитель — карбонат кальция СаСО3 (сухой и растертый в ступке мел): его слой должен быть высотой 4 см. Еще выше поместим слоем высотой 6 см тонко размолотую и высушенную сахарную пудру.
По истечении часа, когда ацетон извлек из растительных клеток весь хлорофилл, надо сначала отфильтровать его через воронку с комочком ваты, отделяя растительные волокна и песок. Фильтрат (жидкость) в проходящем свете выглядит изумрудно-зеленым, а в отраженном свете приобретает красноватый оттенок. В колонку наливают несколько миллилитров ацетона, а после того как он пройдет через слои поглотителей и увлажнит их, вливают в колонку раствор хлорофилла. Если раствора было не слишком много, то мы обнаружим в колонке несколько разноцветных слоев — «зон». Чтобы их различие было еще более явственным, наливаем в колонку еще 10 мл ацетона и ждем, пока он весь пройдет через слои поглотителей.
Наконец, мы обнаруживаем в колонке четыре зоны разного цвета. Верхняя, желто-зеленая зона, содержит хлорофилл b, а синезеленая зона чуть ниже — хлорофилл a. Это две разновидности важного для растений вещества хлорофилла, которое представляет собой комплексное соединение элемента магния, имеющее очень сложное строение. В слое оксида алюминия поглотился желтый краситель — ксантофилл, а под ним оранжевое вещество, краситель моркови — каротин.
Столбик поглотителей можно вытолкнуть из колонки стеклянной палочкой, разделить на зоны и извлечь из поглотителей разные вещества.
Метод, которым мы воспользовались, называется хроматографией. Его изобрел в 1906 г. русский ботаник Михаил Семенович Цвет. Хроматография основана на различной способности порошкообразных веществ-поглотителей (адсорбентов) удерживать вещества, даже если они отличаются по свойствам совсем немного.
Растения при фотосинтезе поглощают углекислый газ, а выделяют кислород — газ, которым мы дышим. Ученые считают, что весь атмосферный кислород на Земле образовался за счет жизнедеятельности разнообразных растений.
Получить кислород дома можно очень простым способом. Нам потребуются для этого пероксид водорода из аптечки (или пергидроль из хозяйственного магазина) и активированный уголь (опять-таки из аптечки).
В стеклянную банку наливают слоем 1—2 см пероксид водорода. Сверху высыпают 5—6 таблеток активированного угля, предварительно растертого в порошок.
Активированный уголь служит катализатором разложения пероксида водорода. В результате выделяется кислород, и жидкость вспенивается.
Убедиться, что это действительно кислород, довольно легко: достаточно поднести к горловине банки тлеющую лучинку, и она вспыхнет ярким пламенем.
В лаборатории получают водород взаимодействием металлов (например, цинка или железа) с разбавленными кислотами.
Попробуем проделать простой, но очень эффектный опыт: получить мыльные пузыри, наполненные водородом. Для этого нам потребуется флакончик, в котором раньше были, например, капли от насморка, пластмассовая трубочка от пакета с пепси-колой и пластилин, а также кусочек железа или цинка и соляная кислота. Ну и конечно, мыло и вода. Цинк и предварительно разбавленную соляную кислоту (Осторожно! Это едкая жидкость!) надо поместить во флакончик, а трубочку плотно «примазать» к его горлышку пластилином. Начинается химическая реакция цинка с соляной кислотой, а в результате образуется хлорид цинка и выделяется водород.
Водород выходит через трубочку. Теперь самое время делать мыльные пузыри. Опускаем конец трубочки в мыльный раствор и... ну, дальше, наверное, все справятся и сами. Наши мыльные пузыри будут неудержимо лететь вверх: ведь водород почти в 15 раз легче воздуха!
Попробуем получить небольшое количество кислорода разложением твердого перманганата калия — обычной марганцовки из домашней аптечки.
Для этого потребуется железная или медная пластинка, кусок жести или ненужный черепок от разбитой фарфоровой чашки. Эта пластинка или черепок у нас на кухне будут исполнять роль жаростойкого химического тигля для разложения, и этот тигель должен быть совершенно сухим. Помещаем в него немного кристалликов марганцовки (по объему не больше четверти чайной ложки), кладем на конфорку газовой плиты и зажигаем газ.
Как только пластинка хорошо нагреется, начнется разложение перманганата калия КМnO4 до манганата калия К2МnО4 и диоксида марганца МnО2 с одновременным выделением газообразного кислорода О2.
Чтобы убедиться, что в результате реакции действительно выделяется кислород, к кучке кристаллов на пластинке надо поднести ел тлеющую деревянную палочку — лучинку. Вблизи кристаллов перманганата калия она должна ярко разгореться: кислород очень хорошо поддерживает горение.
Минут через пять десять после начала опыта надо выключить газ: дождаться, пока наш тигель остынет. Затем осторожно, с помощью листа бумаги или палочкой следует ссыпать остаток от прокаливания в стакан, куда заранее наливают воду. Раствор окажется зеленым из-за присутствия манганата калия К2МnО4, в который превратился перманганат калия КМnО4, и мутным от частичек нерастворимого диоксида марганца МnО2. А ведь раствор исходного вещества (марганцовки) был бы розово-фиолетовым!
Если в доме есть медный купорос (его продают в хозяйственных магазинах и на рынках, торгующих строительными материалами или реактивами для садоводов и огородников), мы сможем запросто «превратить» железные гвозди в медные. Для этого потребуется прежде всего тщательно очистить гвозди или другие железные предметы, которые мы хотим подвергнуть «чудесному превращению», от ржавчины, а потом обезжирить — т. е. хорошенько вымыть в горячей воде со стиральным порошком или средством для мытья посуды, а напоследок протереть ваткой, смоченной спиртом, бензином или ацетоном.
Приготовив 5%-ный голубой раствор медного купороса, погрузим в него железные предметы так, чтобы они полностью были покрыты жидкостью. При этом можно даже произнести какие-нибудь волшебные заклинания типа: «Превратись, серое железо, в красную медь!»
Уже через 30—40 минут можно вынуть железные предметы из раствора и убедиться, что на их поверхности появился слой розово-красного медного покрытия, а раствор купороса приобрел вместо голубой зеленоватую окраску. Причина этого «чуда» — в окислительно-восстановительном процессе, иначе говоря — в реакции замещения меди железом. Кстати сказать, алхимики — предшественники современных химиков всерьез считали, что при такой реакции медь заново «рождается» из раствора!
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
