Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №24/2006

ХИМИЯ В ШКОЛЕ И ДОМА

Б.Д.СТЕПИН,
Л.Ю.АЛИКБЕРОВА

Эффектные опыты по химии

Облако из колбы

Можно ли осуществить опыт, в котором обыкновенная колба выпускает в пространство целое облако дыма? Да, можно. Вот как это происходит. В колбу емкостью 2–3 л насыпают порошок карбоната натрия Na2СО3 (соды) слоем 1–2 см и осторожно наливают 10%-й водный раствор аммиака NН3 в таком количестве, чтобы его слой, покрывающий кристаллы, был не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной кислоты НСl.

И тут 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 вызвано реакциями:

3 + НСl = NH4Сl,

2СО3 + 2НСl = 2NаСl + СO2+ Н2O.

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.

Выходки сахара

Сахар (сахароза С12Н22О11), 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 в этом сами!

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 Li2СO3. Сахар сгорает, превращаясь в углекислый газ и воду:

С12Н22О11 + 12О2 = 12СО2 + 11Н2О.

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 (рис.). В пробки вставляют стеклянные трубочки диаметром 5–6 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 заполнит весь ее объем.

Дым в трубке
Дым в трубке

Дым – это мельчайшие кристаллики хлорида аммония, образовавшиеся в результате реакции газообразных хлороводорода и аммиака:

НСl + NH3 = NН4Сl.

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.

Куда подевался cпирт?

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 с 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 + 3Н2О.

Ацетат против огня

Полоска непроклеенной, например фильтровальной или туалетной, бумаги, пропитанная раствором ацетата свинца(II) Рb(СН3СОО)2•3Н2О 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(СН3СОО)2•3Н2O + 4О2 = РbО + 4СO2 + 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 мин, а потом высушить на воздухе и протереть суконкой. Такой шнур может служить фитилем для поджигания фейерверков, хлопушек или бенгальских огней. Один метр шнура тлеет 2–3 ч.

Ацетаты – соли слабой уксусной кислоты СН3СООН. Это кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и в большинстве случаев бесцветные.

Одни из них плавятся без разложения, другие при нагревании испытывают различные превращения. Так, тригидрат ацетата свинца(II) Рb(СН3СОО)2•3Н2O имеет температуру плавления 75 °С и при плавлении теряет кристаллизационную воду. Ацетат свинца(II) имеет сладкий вкус, поэтому раньше его называли свинцовым сахаром. Но этот «сахар» ядовит!

Ацетат кальция Са(СН3СОО)2 при нагревании превращается в карбонат кальция СаСO3 и выделяет ацетон (СН3)2СО. Тригидрат ацетата натрия состава СН3СООNа•3Н2O при 400 °С тоже разлагается, выделяя ацетон. Ацетат алюминия Аl(СН3СОО)3 при плавлении разлагается, а в водном растворе подвергается сильному гидролизу. При упаривании его водных растворов выделяется уксусная кислота СН3СООН и выпадает осадок ацетата гидроксоалюминия АlOH(СН3СОО)2:

Аl(СН3СОО)3 + Н2О АlOН(СН3СОО)2 + СН3СООН.

Ацетат гидроксоалюминия плавится при 54 °С.

Хорошо растворимый ацетат натрия тоже заметно гидролизован: при его диссоциации образуется ацетат-ион, который ведет себя как слабое основание.