Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №13/2001
Б.Д.Степин

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

10.2. Кислота Каро

В 1898 г. немецкий химик Генрих Каро получил красивые бесцветные кристаллы неизвестного вещества, которые легко плавились и крайне «неприязненно» относились к органическим соединениям. Некоторые из органических веществ, попав на эти кристаллы, сразу же вспыхивали, другие даже взрывались.

Вещество оказалось сильнейшим окислителем и вдобавок сильной кислотой. Ее назвали по имени первооткрывателя кислотой Каро. Современное название этого вещества – пероксомоносерная кислота, а химическая формула H2SO3(O2), или просто H2SO5.

Проведем два опыта с кислотой Каро в безопасном варианте. В большую фарфоровую ступку, опущенную для охлаждения в чашу с ледяной крошкой, насыплем 2 г пероксодисульфата калия K2S2O6(O2), добавим 5–6 мл концентрированной серной кислоты H2SO4 и разотрем смесь, после чего ступке со смесью надо дать постоять во льду в течение 10–15 мин.

Затем половину кашицы вещества из ступки перенесем в химический стакан емкостью 150–200 мл.

Перед ступкой поставим защитный экран из фанеры или оргстекла, наденем защитные очки и к остатку смеси в ступке с помощью длинной пипетки добавим 2 капли бензола C6H6. Происходит сильная вспышка, которая сопровождается хлопком и выделением черного дыма.

Если вместо бензола добавить к смеси щепотку сахарной пудры (сахарозы С12Н22О11), то раздастся сильный хлопок.

Ко второй порции смеси, находящейся в стакане, добавляют 25 мл ледяной воды и 25 мл анилина C6H5NH2, а затем для нейтрализации кислоты – концентрированный водный раствор карбоната натрия Na2CO3. Происходит сильное вспенивание, раствор окрашивается в зеленый цвет, одновременно выпадает бесцветный кристаллический осадок с резким запахом…

Разберем эти химические явления.

При растирании в ступке пероксодисульфата калия K2S2O6(O2) с серной кислотой H2SO4 образуются пероксомоносерная кислота H2SO3(O2) (кислота Каро) и сульфат калия.

Когда к кашице, состоящей из сульфата калия и кислоты Каро, добавляют (в ступке) бензол C6H6, он загорается, превращаясь в диоксид углерода CO2, углерод и воду, а кислота, восстанавливаясь, дает диоксид серы SO2 и воду:

5H2SO3(O2) + 2C6H6 = 5SO2­ + 2CO2­ + 10C + 11H2O.

Кислота Каро, находящаяся в стакане, окисляет анилин C6H5NH2 до нитрозобензола C6H5NO, который окрашивает раствор в зеленый цвет: C6H5NH2 + 2H2SO3(O2) = C6H5NO + 2H2SO4 + H2O.

Основная часть нитрозобензола превращается в димер (C6H5NO)2, выпадающий в осадок в виде бесцветных кристаллов.

Если часть зеленого раствора перелить в пробирку и добавить к нему немного диэтилового эфира (C2H5)2O, а затем взболтать и дать отстояться, то эфирный слой станет зеленым. Эфир извлекает из раствора нитрозобензол C6H5NO.

Пероксосерные кислоты и их соли

Известны две пероксосерные кислоты: пероксодисерная H2S2O6(O2), открытая в 1878 г. французским химиком Пьером Бертло, и пероксомоносерная H2SO3(O2), впервые полученная немецким химиком Генрихом Каро в 1898 г.

Пероксодисерная кислота образует бесцветные легкоплавкие кристаллы с запахом озона O3. На воздухе ее кристаллы легко расплываются, т. к. они гигроскопичны, в воде растворяются с шипением, распадаясь на серную кислоту и пероксид водорода:

H2S2O6(O2) + 2H2O = 2H2SO4 + H2O2.

В этиловом спирте H2S2O6(O2) растворяется без разложения.

В молекуле кислоты два атома серы связаны «мостиком» - пероксогруппой [–О–О–]. Схематически молекулу H2S2O6(O2) можно представить в следующем виде:

Пероксомоносерная кислота (кислота Каро) H2SO3(O2) также образует бесцветные гигроскопичные кристаллы красивой формы, очень легкоплавкие, устойчивые на воздухе в течение всего лишь нескольких дней. В воде они разлагаются.

Кислота Каро – очень сильный окислитель. В ее молекуле с атомом серы связана гидропероксидная группа НО2, в которой атом водорода практически лишен возможности замещаться на атомы металлов. Схематически строение молекулы кислоты изображают так:

Соли пероксодисерной кислоты H2S2O6(O2) носят название пероксодисульфатов (раньше их называли персульфатами). Наиболее известны среди них пероксодисульфат калия K2S2O6(O2) и пероксодисульфат аммония (NH4)2S2O6(O2). Первая соль малорастворима в ледяной воде (при ~0 °С), а вторая растворяется хорошо. Обе соли – сильные окислители. При нагревании их водных растворов они распадаются на гидросульфаты с выделением кислорода, например:

2K2S2O6(O2) + 2H2O = 4KHSO4 + O2­,

причем одновременно выделяется и примесь озона O3.

Соли пероксомоносерной кислоты – пероксомоносульфаты – малоустойчивы на воздухе и почти не изучены.

Бензол

Бензол C6H6 – бесцветная легкокипящая жидкость с характерным запахом, малорастворимая в воде и неограниченно растворимая в диэтиловом эфире (C2H5)2O. Бензол и сам хороший растворитель для жиров, каучука, йода, в меньшей степени – для серы и белого фосфора.

Для бензола характерна устойчивость к действию окислителей и высоких температур. Только выше 650 °С он превращается в дифенил (С6Н5)2, а при 750 °С окончательно разлагается на углерод и водород.

Бензол был открыт случайно в 1825 г. английским химиком и физиком Майклом Фарадеем. В 1814 г. в Лондоне появилось газовое освещение улиц. Светильный газ хранили в железных баллонах под давлением. В летние ночи освещение было нормальным, а зимой, в сильные холода, – тусклым. Газ по какой-то причине не давал зимой яркого света.

Владельцы газового завода обратились за помощью к Фарадею, который установил, что зимой часть светильного газа собирается на дне баллона в виде прозрачной жидкости состава С6Н6. Он назвал это вещество, известное теперь как бензол, карбюрированным водородом. Название «бензол» первым применил немецкий химик Юстус Либих, а синтезировал это вещество в 1833 г. его соотечественник Эйльхард Мичерлих.

Нитрозобензол

Нитрозобензол C6H5NO в обычных условиях представляет собой бесцветные прозрачные кристаллы, состоящие из димера (C6H5NO)2. Это вещество плавится при 68 °С с образованием изумрудно-зеленой жидкости, состоящей из молекул мономера C6H5NO.

Димерный нитрозобензол малорастворим в воде, но хорошо – в этиловом спирте. При переходе в водный раствор молекулы димера распадаются до молекул C6H5NO, которые окрашивают раствор в зеленый цвет. Раствор нитрозобензола в этиловом спирте – изумрудно-зеленого цвета.

Впервые нитрозобензол был получен немецким химиком Людвигом Гаттерманом в 1893 г.