Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

5.3. Ферратный вулкан

Чтобы показать эффектный опыт – «извержение ферратного вулкана», смешивают 1 г железного порошка или железной пудры с 2 г сухого нитрата калия KNO₃, предварительно растертого в ступке. Смесь помещают в углубление горки, сделанной из 4–5 столовых ложек сухого просеянного речного песка, смачивают этиловым спиртом или одеколоном и поджигают.

Начинается бурная реакция с выделением искр, буроватого дыма и сильным разогревом – почти полная картина вулканической деятельности!

При взаимодействии нитрата калия с железом образуется феррат(VI) калия K₂FeO₄ и газообразный монооксид азота NO, который окисляется на воздухе и дает красно-бурый газ – диоксид азота NO₂:

2KNO₃ + Fe = K₂FeO₄ + 2NO­,
2NO + O₂ = 2NO₂.

Если твердый остаток после окончания реакции поместить в стакан с холодной кипяченой водой, получится красно-фиолетовый раствор феррата(VI) калия K₂FeO₄. При подкислении этого раствора происходит выделение кислорода и превращение ферратного аниона FeO₄^2- в катион гексаакважелеза(III) [Fe(H₂O)₆]³⁺:

4FeO₄^2– + 20H₃O⁺ = 4[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 3O₂­ + 6H₂O.

Ферраты

Ферраты – соли не существующей в индивидуальном состоянии «железной» кислоты – тетраоксоферрата(VI) водорода H₂FeO₄, – окрашивающей водный раствор в красно-фиолетовый цвет. Водные растворы H₂FeO₄ неустойчивы и при хранении постепенно разлагаются, особенно при нагревании, с выделением метагидроксида железа FeO(OH) и кислорода O₂:

4H₂FeO₄ = 4FeO(OH)Ї + 3O₂­ + 2H₂O.

Соли ферраты – кристаллические вещества, окрашенные в красный или красно-фиолетовый цвет. Ферраты щелочных металлов хорошо растворимы в воде, а ферраты щелочно-земельных и других металлов малорастворимы.

Все ферраты – сильнейшие окислители, более агрессивные, чем даже перманганаты.

5.4. Угольный вулкан

Похоже на вулкан и то, что наблюдается при проведении следующего опыта. В фарфоровой чашке расплавляют 2–3 г нитрата калия KNO₃ и в расплав бросают кусочек древесного угля. Уголь начинает ярко гореть, подпрыгивая над расплавом, а иногда может в очередном прыжке даже вылететь из чашки. Поэтому надо после начала опыта отойти от чашки подальше, на расстояние 1,5–2 м, а перед началом опыта нужно надеть защитные очки.

Реакция заканчивается образованием нитрита калия KNO₂ и выделением диоксида углерода CO₂:

2KNO₃ + C = 2KNO₂ + CO₂­.

Этот «вулканический» опыт будет выглядеть особенно эффектно, если показывать его в вечернем полумраке на открытом воздухе. Показывая этот и другие подобные опыты, позаботьтесь о безопасности зрителей, усадив их подальше. Помните: нельзя наклоняться над «вулканом» и прикасаться к нему, пока процесс не закончится и все вещества не остынут!

5.5. Дымящийся вулкан

На дно высокого химического стакана насыпают слой песка толщиной 3–4 см и ставят фарфоровую чашку, в которую из пипетки наливают по 10 мл концентрированной азотной кислоты HNO₃ (плотность 1,50 г/мл) и концентрированной серной кислоты H₂SO₄ (плотность 1,84 г/мл).

Стакан с чашкой помещают в вытяжной шкаф и из пипетки приливают по каплям только что перегнанный скипидар. Каждая капля, попадая на поверхность смеси двух кислот, воспламеняется и сгорает с выделением густого черного дыма с большим количеством копоти.

Азотная кислота является окислителем скипидара, а серная кислота действует как обезвоживающее средство, ведь при сгорании скипидара образуются вода и диоксид углерода CO₂.

Скипидар

Скипидар – бесцветная или желтоватая жидкость, смесь углеводородов сложного строения, кипящая при 155–165 °С. Несмотря на высокую температуру кипения, скипидар летуч даже при комнатной температуре. Из-за легкости его окисления кислородом воздуха скипидар полагается хранить в хорошо закупоренных сосудах.

Скипидар практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется в этиловом спирте C₂H₅OH, ацетоне (CH₃)₂CO, диэтиловом эфире (C₂H₅)₂O. Он прекрасный растворитель смол, масел, жиров и каучука. Скипидар – вещество с высокой реакционной способностью. Он реагирует с озоном O₃, галогенами (например, с хлором Cl₂), с концентрированной азотной кислотой HNO₃, оксидом хрома(III) Cr₂O₃. Последние два вещества вызывают самовоспламенение скипидара.

Скипидар получают из природного сырья, например, путем отгонки летучей части живицы – смолы, вытекающей из надрезов коры хвойных деревьев. Твердый остаток после удаления скипидара из живицы – это канифоль.

5.6. Вулкан Шееле

В 1779 г. шведский аптекарь-химик Карл Шееле впервые получил из оливкового масла глицерин. До этого никто не подозревал о существовании подобного вещества. Шееле назвал полученную жидкость «сладким маслом». Изучая свойства глицерина, он однажды смешал его с кристаллическим перманганатом калия. Внезапно произошла вспышка смеси, которая обожгла ему лицо.

Теперь этот эффектный опыт с выбросом огня, похожий на поведение внезапно проснувшегося вулкана, осуществляют следующим образом. В фарфоровую чашку или на керамическую плитку насыпают в виде горки тщательно растертый в ступке перманганат калия KMnO₄. В вершине горки делают небольшое углубление, вносят туда несколько капель глицерина C₃H₅(OH)₃, не содержащего примеси воды, и сразу же отходят в сторону: сейчас «вулкан» проснется!

Через 1–2 мин происходит вспышка фиолетового цвета из-за разбрызгивания небольшой части KMnO₄; глицерин при этом воспламеняется.

Реакция, вызвавшая вспышку, соответствует уравнению:

14KMnO₄ + 3C₃H₅(OH)₃ = 7K₂CO₃ + 14MnO₂ + 12H₂O­ + 2CO₂­,

и сопровождается большим выделением энергии в виде теплоты и газообразных продуктов (CO₂, пары воды), которые увлекают за собой раскаленные твердые частицы диоксида марганца MnO₂ и карбоната калия K₂CO₃. Полная иллюзия извержения вулкана!

Карл Шееле

Карл Шееле появился на свет в 1742 г. в городке Штральзунд в семье преуспевающего торговца, когда Померания входила в состав королевства Швеции.

Пятнадцатилетним юношей он покинул родительский дом и поступил учеником к аптекарю Бауху из Гётеборга. В совершенстве овладев профессией аптекаря и изучив химию, Шееле перебирается в Стокгольм, затем – в Упсалу и наконец в маленький и тихий городок Чёпинг. Он посвящает себя научным изысканиям, открывая все новые и новые вещества и химические элементы. Французский химик Ж.Дюма позднее писал, что Шееле «не мог прикоснуться к какому-либо телу без того, чтобы не сделать открытия».

Шееле уже в 32 года был удостоен звания члена Королевской шведской академии наук, а по уровню знаний, приобретенных путем самообразования, превосходил многих академиков того времени. Ему неоднократно предлагали занять профессорскую должность по химии в том или ином университете Швеции, но Шееле предпочел остаться до конца своей жизни аптекарем.

Обостренная наблюдательность, богатая химическая интуиция, талант аналитика позволили Шееле обнаружить семь химических элементов: кислород O, хлор Cl, фтор F, барий Ba, молибден Mo, вольфрам W. Никто из химиков ни до, ни после не открыл так много новых элементов.

Шееле первым получил и исследовал перманганат калия KMnO4, разработал способ получения фосфора из золы костей животных, открыл сероводород H₂S, впервые выделил множество неорганических и органических кислот – плавиковую (фтороводородную) HF, мышьяковую H₃AsO₄, синильную (циановодородную) HCN, винную C₂H₂(OH)₂(COOH)₂, щавелевую H₂C₂O₄, молочную C₂H₄(OH)COOH, лимонную C₃H₄(OH)(COOH)₃, яблочную С₂H₃(OH)(COOH)₂ и другие вещества.

В 1775 г. Шееле стал управляющим аптекой, принадлежавшей вдове Маргарите Полер, которая позднее стала его женой буквально за два дня до его смерти.

Годы упорного самоотверженного труда подорвали здоровье этого поразительно целеустремленного человека: он прожил всего 44 года. Одни считают, что смерть его была вызвана прогрессирующей подагрой, другие – трагической попыткой определить вкус полученной им циановодородной кислоты HCN (химики того времени, получив новое вещество, всегда пробовали его на вкус). Никто тогда не знал, что HCN – один из сильнейших ядов. Шееле описал ее запах, похожий на запах миндаля, и, вероятно, погиб, определяя вкус HCN.