Химический серпентарий
Тиоцианатная «змея» Вёлера
Однажды осенью 1820 г. совсем еще молодой студент-медик Гейдельбергского университета в Германии Фридрих Вёлер, смешивая водные растворы тиоцианата аммония NH4NCS и нитрата ртути Нg(NO3)2, обнаружил, что из раствора выпадает белый творожистый осадок неизвестного вещества. Вёлер отфильтровал раствор и высушил осадок, слепил из выделенного вещества «колбаску» и высушил ее, а потом любопытства ради поджег. «Колбаска» загорелась, и произошло чудо: из невзрачного белого комочка, извиваясь, выползала и росла длинная черно-желтая «змея». Как выяснилось позже, Вёлер впервые получил тиоцианат ртути(II) Нg(NCS)2 по обменной реакции:
Нg(NO3)2 + 2 NH4NCS = Нg(NCS)2↓ + 2NH4NO3
Тиоцианат ртути(II) после поджигания быстро разлагается с образованием черного сульфида ртути(II) НgS, желтого объемистого нитрида углерода состава С3N4 и дисульфида углерода СS2, который на воздухе воспламеняется и сгорает, образуя диоксид углерода СО2 и диоксид серы SO2:
2Нg(NCS)2 = 2HgS + C3N4 + CS2
CS2 + 3O2 = CO2↑ + 2SO2↑
Нитрид углерода вспучивается образующимися газами, при движении он захватывает черный сульфид ртути(II), и получается желто-черная пористая масса. Голубое пламя, из которого выползает «змея» — это пламя горящего дисульфида углерода СS2
Из 1 г тиоцианата аммония и 2,5 г нитрата ртути(II) получается в умелых руках «змея» длиной в 20—30 см. Однако следует иметь в виду, что соли ртути ядовиты и работа с ними требует осторожности и внимания.
Чтобы осуществить этот опыт, смешивают и растирают в ступке 10 г дихромата калия K2Cr2O7, 5 г нитрата калия KNO3 и 10 г сахара (сахарозы) С12Н22О11. Полученную смесь увлажняют этанолом (этиловым спиртом) С2Н5ОН или коллодием, который можно купить в аптеке. Потом эту смесь спрессовывают в стеклянной трубочке диаметром 5—8 мм. Полученный столбик выталкивают из трубочки и поджигают с одного конца. Вспыхивает едва заметный огонек, из-под которого начинает вы ползать сначала черная, а потом зеленая «змея». Столбик смеси диаметром 4 мм горит со скоростью 2 мм/с. При горении он может удлиниться в 10 раз!
Реакция горения сахарозы С12Н22О11 в присутствии двух окислителей, нитрата калия и дихромата калия, довольно сложна. Продукты реакции — черные частицы сажи, зеленый оксид хрома(III) Сr2O3, расплав карбоната калия К2СО3, а также диоксид углерода СО2 и нитрит калия КNO2. Газообразный диоксид углерода вспучивает смесь твердых продуктов и заставляет её двигаться.
Другой способ изготовления смеси для дихроматной «змеи» включает смешивание порошков 1 г дихромата аммония (NH4)2Cr2O7, 2 г нитрата аммония NH4NO3 и 1 г сахарной пудры. Эту смесь смачивают водой, лепят из нее палочку и сушат на воздухе. Если палочку поджечь, из нее в разные стороны поползут черно-зеленые змеи. При этом происходят следующие реакции:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ + 4H2O
NH4NO3 = N2O↑ + 2H2O↑
C12H22O11 + 6O2 = 6CO2↑ + 11H2O + 6C
При разложении дихромата аммония образуются азот N2, водяной пар и зеленый оксид хрома(III) Сr2O3. Реакция протекает с выделение теплоты. В реакции термического разложения нитрата аммония выделяется бесцветный газ — оксид диазота N2O, который уже при слабом нагревании разлагается на кислород O2 и азот N2. А горение сахара дает еще один газ — диоксид углерода СО2, вдобавок происходит обугливание — выделение углерода. Много газов плюс твердые продукты окисления – вот причина «змеиного» поведения горящей смеси.
Содовая гадюка
Это очень простой и изящный опыт. Чтобы его осуществить, в столовую тарелку насыпают 3 – 4 чайные ложки сухого просеянного речного песка и делают из него горку с углублением в вершине. Затем готовят реакционную смесь, состоящую из 1 чайной ложки сахарной пудры и 1/4 чайной ложки гидрокарбоната натрия (пищевой соды). Пропитывают песок 96 – 98%-ным этанолом и засыпают в углубление горки приготовленную реакционную смесь, а после этого поджигают спирт. Через 3 – 4 минуты на поверхности смеси появляются черные шарики, а у основания горки – черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорит, смесь чернеет и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная «гадюка». У основания она окружена воротником догорающего спирта.
Диоксид углерода СО2, выделяющийся при разложении гидрокарбоната натрия и горении этилового спирта в соответствии с реакцией:
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O↑ + CO2↑
вспучивает горящую массу, заставляя ее ползти, как змея. Чем дольше горит спирт, тем длиннее получается змея, состоящая из карбоната натрия, смешанного с мельчайшими частичками угля, который образуется при окислении сахара.
Селитряная «змея»
Вот какую змею можно наблюдать, если для опыта с поджиганием сахара и спирта использовать нитрат аммония. В этом случае реакционная смесь должна состоять из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложки сахарного песка, тщательно перетертых в ступке. Эту смесь засыпают в углубление пропитанной этиловым спиртом песочной горки, а потом зажигают спирт. После того как он почти весь выгорит, с вершины горки начинает сползать «гадюка».
Ее появление на свет вызвано реакцией нитрата аммония с сахаром:
2NH4NO3 + C12H22O11 = 11C + 2N2↑ + CO2↑ + 15H2O↑
Приводят в движение «гадюку» опять-таки образующиеся газы: азот N2, диоксид углерода CO2 и пары воды.
Этот опыт представляет собой захватывающее зрелище. Сахарную пудру в количестве 75 г помещают в высокий стеклянный стакан, смачивают ее 5 – 7 мл воды и перемешивают длинной стеклянной палочкой. Потом к влажному сахару приливают по этой палочке 30 – 40 мл концентрированной серной кислоты Н2SO4. (Осторожно! Серная кислота — едкое и опасное вещество!) Затем быстро перемешивают стеклянной палочкой, которую оставляют в стакане, заполненном смесью. Через одну-две минуты содержимое стакана начинает чернеть, вспучиваться и в виде объемистой, рыхлой и ноздреватой массы подниматься, увлекая вверх стеклянную палочку. Смесь в стакане сильно разогревается и даже немного дымится. Она медленно выползает из стакана (рис. 37).
Серная кислота окисляет сахарозу C12H22O11 и превращается в диоксид серы SO2. Одновременно получается диоксид углерода СО2. Эти газы вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой. Уравнение, передающее эти химические превращения, таково:
C12H22O11 + 2H2SO4 = 11C + 2SO2↑ + CO2↑ + 13H2O↑
Диоксиды углерода и серы вместе с парами воды увеличивают объем реакционной массы и заставляют ее перемещаться.
Уротропиновый «дракон»
Купите таблетки уротропина (в аптеке) или «твердого спирта» — сухого горючего (в хозяйственном магазине). Сухое горючее бывает разных типов, поэтому не мешает проверить, содержит ли оно уротропин. Для этого надо отломить несколько кусочков сухого горючего, поло жить их в пробирку и немного нагреть. Если в нем есть уротропин, то вы почувствуете запах аммиака.
Одну таблетку «твердого спирта» или аптечного уротропина — гексаметилентетрамина (СН2)6N4 положите на блюдце и 3 – 4 раза пропитайте концентрированным водным раствором нитрата аммония NH4NO3, капая его из пипетки, а потом высушивая. Каждый раз надо наносить 5 – 10 капель (0,5 мл раствора).
Самое утомительное — высушивание таблеток: при комнатной температуре на воздухе оно продолжается слишком долго. Можно поставить блюдце на кипящий чайник, избегая попадания водяного пара на таблетку. К сожалению, более высокой температуры уротропин не выдерживает и разлагается. Разумеется, нельзя сушить таблетки и на открытом огне: они могут загореться. Пропитанную и высушенную таблетку на блюдце следует поджечь с одной стороны. И тут начнутся чудеса: появятся черные шарики кипящей жидкости, которые сливаются вместе и образуют подобие вырастающего «хвоста». Он изгибается, а за ним вырастает толстое тело «дракона».
Разложение уротропина в смеси с нитратом аммония приводит к образованию пористой массы, состоящей из углерода, и большого количества газов — диоксида углерода СО2, азота N2 и воды. И химически чистый уротропин, и нитрат аммония разлагаются, не образуя твердых продуктов. Однако в сухое горючее на стадии формования таблеток добавляют связующие вещества — парафин и тальк. Вот почему появляется «тело дракона». А выделяющиеся газы вспучивают и двигают его.
Нитратный «червяк»
Для выполнения этого опыта делают из жести трубочку диаметром 15—20 мм и длиной 6—7 см. С одной стороны ее закрывают тампон из стеклянной ваты или увлажненного асбеста. Потом почти всю трубочку закапывают закрытым концом вниз в слой песка, помещенного в широкую железную банку.
В верхнюю часть закопанной трубочки насыпают смесь, состоящую из тонко растертых в ступке 5 г сахара С12Н22О11 и 14 г нитрата аммония NH4NO3, так, чтобы вверху трубочки остался свободный объем соответствующий примерно 1 см ее высоты. В эту часть объема трубочки помещают «запал» — 0,25—0,26 г измельченных кристаллов перманганата калия КМnО4. Из них делают небольшую горку с углублением по середине. В это углубление вводят пипеткой или шприцем несколько капель глицерина С3Н5(ОН)3, не содержащего примеси воды.
Теперь будьте осторожны: через 15—20 секунд запал воспламенится и зажжет смесь, находящуюся в трубочке! Как только будет добавлен глицерин, отойдите от банки на три-четыре метра. Из трубочки повалит черный дым, а вместе с ним выползет чёрный дымящийся «червяк» причудливой формы.
Объясним это химическое явление. Запал самовоспламеняется из-за окислительно-восстановительной реакции между КМnО4 (окислителем) и глицерином (восстановителем). Продуктами реакции являются окси марганца(IV) МnO2, диоксид углерода СО2, карбонат калия К2CO3 и вода.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
