Интересные химические опыты

2AgNO3 + 2NH3 + Н20 = Ag2O¯ + 2NН4NО3,

Ag2O + 4NH3 + Н20 = 2[Аg(NН3)2]ОН.

Уравнение реакции получения  “серебряного зеркала” следующее:

2[Ag(NH3)2]OH + НСНО = 2Ag¯ + HCOONH4 + 3NH3 + Н20.

Комплексный катион [Ag(NH3)2] восстанавливается до металла Ag, а формальдегид НСНО окисляется до муравьиной кислоты НСООН, которая в присутствии избытка аммиака превращается в соль — формиат аммония HCOONH4:

НСООН + NH3 = HCOONH4

Реакции, вызывающие образование  “серебряного зеркала”, стали позднее  использовать для качественного  обнаружения в растворе альдегидов и глюкозы, а сам раствор комплексного соединения серебра получил название "реактив Толленса" по имени немецкого химика Бернгарда Толленса, предложившего в 1881 г. использовать это соединение в аналитической химии.

Искрящиеся кристаллы

Белый свет

Попробуйте смешать 108 г сульфата калия и 100 г декагидрата сульфата натрия (глауберовой соли) и добавить порциями при помешивании немного горячей кипяченой воды, пока все кристаллы не растворятся. Раствор оставьте в темноте для охлаждения и кристаллизации двойной соли. Как только начнут выделяться кристаллы, раствор будет искриться: при 60 ^oС слабо, а по мере охлаждения все сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый сноп искр. Если провести по выделившимся кристаллам на дне сосуда стеклянной палочкой, то снова появятся искры. Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации двойной соли состава Na₂SO₄ ^. 2K₂SO₄ ^. 10H₂O выделяется много энергии, почти полностью превращающейся в световую.

Оранжевый свет

Это тоже результат почти  полного превращения энергии  химической реакции в световую. Чтобы его наблюдать, приливают к насыщенному водному раствору гидрохинона 10--15%-й раствор карбоната калия, формалин и пергидроль. Свечение жидкости лучше наблюдать в темноте. Свечение вызвано окислительно-восстановительными реакциями превращения гидрохинона в хинон, а формальдегида -- в муравьиную кислоту. Одновременно протекает реакция нейтрализации муравьиной кислоты с карбонатом калия с выделением углекислого газа, и раствор вспенивается.\

 

Красные призмы 

10 г двухромовокислого калия смешиваем с 40 мл концентрированной соляной кислоты и добавляем 15-20 мл воды. Смесь немного нагреваем, и кристаллы соли перейдут в раствор. После растворения двухромовокислого калия раствор охлаждаем водой. Выпадают очень красивые красные кристаллы в виде призм, представляющие собой калиевую соль хлорхромовокислой кислоты KCrO₃Cl, согласно уравнению реакции:

K₂Cr₂O₇ + 2HCl ® 2KCrO₃Cl + H₂O.

Красный осадок белого вещества

Сульфат бария BaSO₄ -- тяжелый белый порошок, нерастворимый 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 K₂SO₄ с добавкой фиолетового перманганата калия KMnO₄, добавили к нему раствор хлорида бария и, к своему удивлению, обнаружили, что выпал осадок красного цвета. Промывка красного осадка для удаления примеси перманганата калия не дает никакого результата, осадок остается красным. Осадок красного цвета представляет собой не чистый сульфат бария, а твердый раствор KMnO₄ в BaSO₄, где в кристаллической решетке сульфата бария часть сульфат-ионов замещена перманганат-ионами. Ясно, что такой осадок не обесцветится даже при самой тщательно промывке водой.

Ложка... исчезает

Иногда странным химическим превращениям подвергаются самые обыденные  предметы и вещества, казалось бы, досконально  нам известные. Кто не знает, что  алюминиевая посуда служит целыми десятилетиями? Но иногда с нею происходят удивительные вещи: она исчезает буквально на глазах.

Возьмем алюминиевую ложку  и тщательно очистим ее мелкозернистой наждачной бумагой, а потом обезжирим, опустив на 5—10 мин в ацетон. (СН3)2СО. После этого окунем ложку на несколько  секунд в раствор нитрата ртути(П), содержащий в 100 мл воды 3,3 г Hg(NO3)2. Как только поверхность алюминия в растворе Hg(NO3)2 станет серой, ложку надо вынуть, обмыть кипяченой водой и высушить, промокая, но не вытирая, фильтровальной или туалетной бумагой. На наших глазах начнутся чудеса: металлическая ложка постепенно будет превращаться в белые пушистые хлопья, и вскоре от нее останется только невзрачная сероватая кучка “пепла”.

Что же произошло? Алюминий —  активный в химическом отношении  металл. Обычно он защищен от атмосферного кислорода и влаги тонкой поверхностной пленкой, содержащей оксидный и молекулярный кислород в сложном химическом сочетании. Обработав алюминий солью ртути, мы не дали образоваться новой защитной пленке. Это произошло потому, что, находясь в растворе нитрата ртути(П), алюминий вытесняет (восстанавливает) из соли металлическую ртуть:

2А1 + 3Hg(NO3)2 = 3Hg¯ + 2А1(NО3)3

Аl + Hg = (Al, Hg).

На очищенной поверхности  ложки появляется тонкий слой амальгамы  алюминия (сплав алюминия и ртути), в которой алюминий измельчен  до атомного состояния. Амальгама не защищает поверхности металла от окисления, и он превращается в пушистые хлопья метагидроксида алюминия:

4(А1, Hg) + 2Н20 + 3O2 = 4АlO(ОН) ¯ + 4Нg¯

Израсходованный в этой реакции  алюминий пополняется новыми порциями растворенного в ртути металла, а выделившаяся ртуть снова “пожирает” алюминий. И вот вместо блестящей  алюминиевой ложки остаютсяАlO(ОН) и мельчайшие капельки ртути, потерявшиеся в белых хлопьях метагидроксида алюминия.

Если после раствора нитрата  ртути(П) алюминиевую ложку сразу же погрузить в дистиллированную воду, то на поверхности металла появятся пузырьки газа и чешуйки белого вещества. Это водород и мета-гидроксидалюминия:

2А1 + 4Н2O = 2АlO(ОН) + ЗН2 .

Подобным же образом ведет  себя алюминий в водном растворе хлорида  меди(II) CuCl2. Попробуйте опустить в этот раствор очищенную и обезжиренную алюминиевую пластинку. Вы увидите  образование коричневых хлопьев  металлической меди и выделение  пузырьков газа.

Выделение меди понятно —  более активный в химическом отношении  металл алюминий восстанавливает медь из ее солей:

2А1 + 3CuCl2 = 3Cu¯ + 2А1С13.

Но как объяснить выделение  газа? Оказывается, в этом случае защитная пленка не успевает образоваться на поверхности  алюминия, и он начинает вытеснять  из воды водород и превращаться в метагидроксидалюминия.

Люминофоры

Вещества, из которых готовят  люминофоры, должны быть предварительно подвергнуты тщательной очистке (например, перекристаллизацией) или иметь  высокую квалификацию по чистоте (например, "хч" или "осч" -- "химически чистый" или "особо чистый"). Вот рецепты приготовления некоторых светящихся составов.

Фиолетовое свечение: карбонат кальция (20 г), карбонат магния (1,2 г), сульфат натрия (1,0 г), сульфат калия (1,0 г), сера (6,0 г), сахароза (1,0 г), нитрат висмута(III) (1 мл 0,5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 750-800 °С в течение 45 минут.

Зеленое свечение: карбонат кальция (20 г), сульфат натрия (1,0 г), тетраборат натрия (0,8 г), сера (6,0 г), сахароза (0,8 г), нитрат висмута(III) (1 мл 5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 800-900 °С в течение 15 минут.

Сине-зеленое свечение: карбонат кальция (4 г), карбонат магния (2 г), карбонат стронция (16 г), сульфат натрия (0,8 г), тетраборат натрия (0,5 г), сера (6,0 г), сахароза (0,3 г), нитрат висмута(III) (1 мл 0,5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 650-700 °С в течение 60 минут.

Синее свечение: карбонат кальция (4,0 г), карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (1,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (3,0 г), сера (8,0 г), перхлорат аммония (8,0 г), сахароза (1,0 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH4ClO4), осторожно смешать с NH4ClO4 и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.

Ярко-зеленое свечение: карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (2,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (4,0 г), сера (7,0 г), перхлорат аммония (10,4 г), сахароза (0,8 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH4ClO4), осторожно смешать с NH4ClO4 и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.

Зеленое свечение: карбонат стронция (2,0 г), карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (2,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (2,0 г), сера (7,0 г), перхлорат аммония (8,0 г), сахароза (0,8 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH4ClO4), осторожно смешать с NH4ClO4 и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.

Смеси освещают ультрафиолетовыми  лучами или вспышкой фотоаппарата, после чего будет наблюдаться  их свечение в темноте. 

Люминофоры на основе борной кислоты

Оборудывание: керамическая чашечка для выпаривания, борная кислота (H3BO3), какой-нибудь компонент (см.ниже), спиртовка, фотовспышка.

В чашечку для выпаривания  положите 2 гр порошковой борной кислоты (продается в аптеке) и такое-же количество компонента; прилейте чуть-чуть воды, чтобы при размешивании получилась густая кашица. Затем начинайте греть. Сначала смесь начнет кипеть, потом вода испарится и получится лепешка, потом она начнет плавится, превращаясь в смолу. Дождитесь пока вся лепешка станет густой стекловидной массой, а затем снимите чашечку с огня и поставьте остывать. Как только смесь остынет, при освещении получившегося люминофора фотовспышкой, можно наблюдать свечение (в абсолютной темноте).

Компоненты употребляемые с борной кислотой

0,1% раствор флуоресциина (ярко зеленое свечение)

10 % раствор ацетата никеля (зеленое свечение)

Лимонная кислота (желтое свечение)

Щавелевая кислота (салатновое свечение)  

Несгораемый платочек

Платочек пропитывают  раствором силиката натрия, высушивают и складывают. Для демонстрации негорючести  его смачивают спиртом и поджигают. Платочек надо держать тигельными щипцами  в расправленном виде. Спирт сгорает, а ткань, пропитанная силикатом  натрия, остается невредимой.

Облако  из колбы

Обыкновенная колба выпускает  в пространство целое облако дыма. Вот как это происходит.В большую колбу насыпают кристаллический карбонат калия слоем 1-2 см и осторожно наливают 10%-й водный раствораммиака в таком количестве, чтобы его слой, покрывающий кристаллы, был не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной кислоты. 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:

NH₃ + HCl = NH₄Cl,  
K₂CO₃ + 2HCl = 2KCl + CO₂ + H₂O

Аэрозоль (воздушная взвесь мельчайших кристалликов) хлорида аммония, который получается по первой реакции, увлекается из колбы углекислым газом, выделяющимся по второй реакции. Углекислый газ тяжелее воздуха, и поэтому "дым" падает на пол.

Пожар под водой

В 1808 г. английский химик Гемфри Дэви (1778-1829) первым получил металлический магний. (В то время о свойствах этого металла не было известно ничего.) Когда кусочки полученного магния случайно загорелись, Дэви стал тушить их водой. Последовала вспышка, опалившая ему лицо.

Сделаем этот опыт безопасным. Поставим перед собой прозрачный экран из оргстекла и наденем  защитные темные очки (магний горит ослепительно белым пламенем). За экраном поместим стакан с водой. Зажжем в металлической ложечке немного (не более 2-3 г) порошка магния Mg и быстро опустим ложечку с горящим магнием в воду. (Естественно, ложечка должна иметь длинную ручку.)

Как только горящий магний коснется воды, она забурлит. Выделяющийся водород может вспыхнуть и  гореть над поверхностью воды. Магний в воде будет гореть еще более  ярким пламенем, чем на воздухе, а  вода вокруг него начнет мутнеть.

Этот опыт можно осуществить  и по-другому. Подожжем в фарфоровой чашке 2—3 г порошка магния и затем  с помощью длинной пипетки  вольем в чашку 5-10 мл воды. Сразу  произойдёт ослепительная вспышка.

Магний - химически активный металл. Горящий магний разлагает  воду, выделяющийся при этом водород  воспламеняется на воздухе, а в воде образуется гидроксид магния Mg(OH)2:

Mg + 2Н20 = Mg(OH)2 + Н2 .

Горящий магний нельзя потушить ни водой, ни песком. Ведь песок - это  диоксид кремния SiO2, который, как  и вода, будет взаимодействовать  с горящим магнием с образованием оксида магния и аморфного кремнияSi:

SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO.

Только асбестовые маты и  асбестовые одеяла, помещенные на горящий  магний, способны потушить пламя.

Превращение красного фосфора  в белый

В сухую пробирку опускают стеклянную палочку и кладут красного фосфора в объеме полгорошины. Дно  пробирки сильно нагревают. Сначала  появляется белый дымок. При дальнейшем нагревании на холодных внутренних стенках пробирки появляются желтоватые капельки белого фосфора. Он осаждается и на стеклянной палочке. После прекращения нагревания пробирки стеклянную палочку вынимают. Белый фосфор на ней воспламеняется. Концом стеклянной палочки снимают белый фосфор и на внутренних стенках пробирки. На воздухе происходит повторная вспышка. Опыт проводить очень осторожно под вытяжкой!

Сахар горит огнем

Взять щипцами кусочек  сахара-рафинада и попытаться его  поджечь — сахар не загорается. Если же этот кусочек посыпать пеплом от папиросы, а затем поджечь его  спичкой, сахар загорается ярким синим пламенем и быстро сгорает. (В пепле содержатся соединения лития, которые действуют как катализатор.)

Секретные чернила

Приходится признать, что некоторые  виды чернил или давно исчезли  из употребления, или применяются  только в таких таинственных целях, как секретная переписка. Для  такого рода тайнописи существует много  способов, и все они используют секретные или "симпатические" чернила - бесцветные или слегка окрашенные жидкости. Написанные ими послания становятся видимыми только после нагревания, обработки специальными реактивами или в ультрафиолетовых либо инфракрасных лучах. Известно немало рецептов подобных чернил.

Тайные агенты Ивана Грозного писали свои донесения луковым соком. Буквы становились видимыми при  нагревании бумаги. Ленин использовал  для тайнописи сок лимона или  молоко. Для проявления письма в  этих случаях достаточно прогладить бумагу горячим утюгом или подержать  ее несколько минут над огнем.

Знаменитая шпионка Мата Хари тоже использовала секретные чернила. Когда она была арестована в Париже, в ее гостиничном номере нашли пузырек с водным раствором хлорида кобальта, что и стало одной из улик при разоблачении ее шпионской деятельности. Хлорид кобальта можно успешно использовать для тайнописи: буквы, написанные его раствором, содержащим в 25 мл воды 1 г соли, совершенно невидимы и проявляются, делаясь синими, при легком нагревании бумаги.

Секретные чернила широко применялись и в России революционерами-подпольщиками. В 1878 году Вера Засулич стреляла в  петербургского градоначальника Трепова. Судом присяжных Засулич была оправдана, но жандармы пытались снова арестовать ее при выходе из здания суда. Однако ей удалось скрыться, сообщив заранее своим друзьям о плане побега по окончании суда при любом его решении. Записка с просьбой принести кое-что из одежды содержала на обратной стороне листка информацию, написанную водным раствором хлорида железа FeCl₃ (Засулич принимала это вещество как лекарство). Такую записку можно прочесть, обработав ее ватным тампоном, смоченным разбавленным водным раствором тиоцианата калия: все невидимые буквы станут кроваво-красными из-за образования тиоцианатного комплекса железа.