Б.Д.Степин

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

4.7. Еще один «дымарь»

Тетрахлорид олова SnCl₄ – бесцветная прозрачная жидкость, которая при контакте с воздухом начинает сильно «дымить», и тем сильнее, чем больше влажность воздуха. Это взаимодействие – необратимый гидролиз, оно приводит к образованию мельчайших частичек диоксида олова SnO2* и газообразного хлороводорода HCl:

SnCl₄ + 2H₂O = SnO₂Ї + 4HCl.

Чтобы понаблюдать за этим явлением, ампулу с тетрахлоридом олова в вытяжном шкафу вскрывают и отбирают шприцем 0,5 мл жидкости. Ампулу тотчас изолируют от воздуха (надевают на ее отверстие резиновый наконечник и ставят в эксикатор или в большую банку с крышкой).

Затем выпускают содержимое шприца в большую склянку с водой и встряхивают ее. Склянка немедленно наполняется густым белым «дымом». Если к воде, находящейся в склянке, предварительно добавить 5–7 капель раствора индикатора метилоранжа, то жидкость в склянке после встряхивания станет красной. И это вполне объяснимо: в кислой среде (а в склянке появился хлороводород HCl, хорошо растворимый в воде) метилоранж меняет свой желто-оранжевый цвет на красный.

Тетрахлорид олова SnCl₄ как вещество, дымящее на воздухе, стал известен очень давно. Немецкий алхимик Андреас Либавий получил это вещество еще в 1597 г. и удивлял других алхимиков «дымом», исходившим из полученной им жидкости. Позднее тетрахлорид олова назвали дымящим спиртом Либавия.

Аналогичные опыты с образованием дыма можно выполнить с другими веществами, сильно дымящими на воздухе, – тетрахлоридом кремния SiCl₄, тетрахлоридом титана TiCl₄, трихлоридом фосфора PCl₃ и другими галогенидами, дающими при необратимом гидролизе галогеноводородную кислоту и кислородсодержащую кислоту или гидратированный оксид соответствующего элемента.

Глава 5. Вулканы на столе

И ты, Вулкан, что пред горнами
В дне ада молнию куешь!
Г.Р.Державин. «Афинейскому витязю»

Вулкан – бог огня у древних римлян, а в древнегреческой мифологии он носил имя Гефест, хромоногий бог-кузнец, оружейник богов, покровитель ремесел. В одной из легенд Древней Греции говорилось: «И ударил по своей наковальне гигантским молотом черный от копоти и пыли бог Гефест, и проснулись вулканы на Земле…» По имени бога огня названы огнедышащие горы – вулканы, внезапно просыпающиеся и уничтожающие вокруг все живое во время страшных извержений.

Свои домашние «вулканы» придумали химики. Самый известный из них – дихроматный «вулкан» – первым наблюдал немецкий химик Рудольф Бёттгер, который прославился как изобретатель современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина.

5.1. Вулкан Бёттгера

В 1843 г. Бёттгер получил дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ – оранжево-красное кристаллическое вещество. Как обычно, он решил испытать это вещество на способность взрываться от удара и воспламеняться от горящей лучины. Удар молотом на чугунной плите всего лишь превратил кристаллы дихромата аммония в порошок. Затем, насыпав на тарелку горку кристаллов, Бёттгер поднес к ней горящую лучинку. Кристаллы не вспыхнули, но вокруг конца горящей лучинки что-то «закипело», начали стремительно вылетать раскаленные частицы. Горка стала увеличиваться и скоро приняла внушительные размеры. Изменился и ее цвет: вместо оранжевого он стал зеленым.

Позднее было установлено, что дихромат аммония самопроизвольно разлагается не только от зажженной лучинки или спички, но и от нагретой стеклянной палочки. При этом выделяется газообразный азот N2, пары воды, твердые частички раскаленного оксида хрома Cr₂O₃ и большое количество теплоты.

Идет внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция, в которой атом хрома в степени окисления +6, входящий в состав дихроматного аниона соли, отнимает электроны у атомов азота в степени окисления –3, которые содержатся в катионе аммония:

(NH₄)₂Cr₂O7 = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O.

5.2. Вулкан Лемери

Французский химик, аптекарь и врач Никола Лемери в 1673 г. наблюдал нечто похожее на «вулкан», когда, смешав в железной чашке 2 г железа Fe в виде опилок и 2 г порошкообразной серы S, дотронулся до смеси сильно нагретой стеклянной палочкой. Буквально через несколько секунд из смеси начали вылетать частицы черного цвета, а сама она, сильно увеличившись в объеме, так разогрелась, что начала светиться.

Вулкан Лемери – результат взаимодействия железа и серы:

Fe + S = FeS,

протекающего с образованием черного сульфида железа FeS. Эта реакция сопровождается значительным выделением энергии в форме теплоты.

Много позже неизвестный химик выполнил аналогичную реакцию с цинком. Он смешал тонко измельченные серу S (1 г) и цинк Zn (2 г), а потом прикоснулся к смеси раскаленным железным шпателем. Появились пламя и густой белый дым, содержавший мельчайшие частицы сульфида цинка ZnS:

Zn + S = ZnS.

Никола Лемери

Никола Лемери, французский аптекарь и врач, большой любитель химии, помогавшей ему создавать новые лекарственные средства, родился в 1645 г. в Руане. Медицину и химию он изучил, работая в аптеках разных городов. Когда Лемери было 24 года, он уже выступал с лекциями по химии.

В 1672 г. Лемери приобрел аптеку в Париже и организовал в ней химическую лабораторию. Однако Лемери был гугенотом (протестантом), а гугенотов все еще продолжали преследовать католики, хотя прошло уже почти 100 лет после Варфоломеевской ночи (1572). Многие родственники Лемери были арестованы и казнены, а сам он, бросив аптеку и лабораторию, в 1681 г. бежал в Германию. Чтобы снова работать в своей стране, Лемери пришлось принять католичество, и в 1686 г. он вернулся в Париж, в свою разгромленную аптеку.

В 1675 г. Лемери написал книгу «Курс химии». Это был всего третий учебник по химии, написанный к тому времени во Франции. Лемери определял химию как «искусство разделять различные вещества, которые находятся в смеси». А к смесям он относил минералы, растения и животных. Лемери был противником алхимии, которую он называл «искусством без умения».

Лемери впервые описал получение борной кислоты B(OH)₃ при действии H₂SO₄ на буру Na₂B₄O₇. Состава веществ, с которыми ему приходилось работать, Лемери не знал. Теперь эту реакцию описывают уравнением:

H₂SO₄ + Na₂B₄O₇ + 5H₂O = 4B(OH)₃Ї + Na₂SO₄.

Лемери считал, что частицы кислот имеют особые отростки, похожие на спицы, которые проникают в поры атомов металлов и тем самым взаимодействуют с ними, переводя их в раствор. И для своего времени такие представления были довольно прогрессивны!

Лемери умер в 1715 г. в возрасте 70 лет.

ока процесс не закончится и все вещества не остынут!

*Наряду с этим образуются и более сложные формы продуктов гидролиза, например гидратированный диоксид олова SnO₂ • nH₂O.