Удивительная химия
Шрифт:
Этот красивый опыт мы проведем с тиосульфатом натрия. Насыпьте немного данного вещества в пробирку (примерно до середины) и плотно закройте ее кусочком ваты. Осторожно опустите нижнюю часть пробирки в горячую, но не кипящую воду; при этом уровень горячей воды должен быть выше уровня кристаллов в пробирке. Когда содержимое пробирки нагреется примерно до +56 °C, кристаллы «расплавятся». В действительности это не плавление, а растворение тиосульфата натрия в «собствен ной» кристаллизационной воде. С повышением температуры растворимость тиосульфата натрия, как и большинства других веществ, увеличивается, и при +56 °C его собственной кристаллизационной воды оказывается достаточно, чтобы растворить в ней весь имеющийся тиосульфат. Если кристаллы тиосульфата частично выветрились и имеют белый налет, добавьте к ним перед нагреванием несколько капель воды. Медленно и осторожно, избегая резких толчков, поставьте пробирку в стакан или баночку для охлаждения. Если пробирка была чистая, то при
«Поможем» пересыщенному раствору тиосульфата перейти в нормальное состояние (напомним, что «нормальным» при комнатной температуре состоянием для нашего вещества является твердое). Для этого прикрепите небольшой кристаллик тиосульфата к концу стеклянной палочки с помощью кусочка пластилина. Осторожно откройте пробирку и внесите в нее палочку так, чтобы кристаллик коснулся поверхности раствора. Произойдет настоящее чудо: от кристаллика побежит фронт кристаллизации, который быстро дойдет до дна пробирки (рис. 5.4). Так что уже через несколько секунд жидкость в пробирке полностью «затвердеет». Вы можете перевернуть ее — из пробирки не выльется ни одной капли! Твердый тиосульфат можно снова расплавить в горячей воде и повторить все заново. Понаблюдайте внимательно, как растут кристаллы в пересыщенном растворе — зрелище очень красивое. Попробуйте поставить пробирку с переохлажаенным раствором в ледяную воду, а потом внести затравку: кристаллы будут расти медленнее, но более крупными.
Этот опыт вполне можно показывать как фокус с «волшебной палочкой», которая превращает «воду» в «лед». Можно вообще обойтись без палочки, а незаметно бросить кристаллик в пробирку, сопровождая это соответствующими «заклинаниями». А можно сделать и так: прикрепленный к концу палочки кристаллик покрыть очень тонким слоем воска или парафина (предварительно парафин надо расплавить). Если палочка чистая, ее можно внести в раствор — и ничего не произойдет. Но стоит надавить концом палочки на дно, как слой воска нарушится, раствор получит доступ к затравочному кристаллу и начнется быстрая кристаллизация, только на этот раз — со дна пробирки. Конечно, палочку теперь из застывшей массы не вытащить, пока вещество не будет снова расплавлено. Момент надавливания палочкой на дно можно также обставить как фокус, который практически невозможно разгадать: например, зрители хором считают до десяти, и на счет «десять» жидкость начинает твердеть. В общем, тут все зависит от вашей фантазии. Единственное замечание: в ходе повторных опытов вода понемногу испаряется, поэтому время от времени следует добавлять в пробирку несколько капель чистой воды. Если у вас есть немного глицерина, его полезно добавить (1–2 капли) в пробирку: глицерин помогает пересыщенному раствору оставаться в жидком состоянии в течение длительного времени.
Этот опыт мы ставить дома не будем, так как для его подготовки нужны специальные реактивы. Но вы можете провести опыт в школьном кружке или же просто прочитать здесь о нем и узнать кое-что интересное. Опыт этот имеет красивое название «золотой дождь». Заключается он в том, что в пробирку с водой вносят небольшое количество (несколько миллиграммов) желтого порошка и помещают пробирку в кипящую воду. Порошок полностью растворяется. После охлаждения в растворе образуются замечательные тончайшие листочки, как будто изготовленные из чистого золота. При осторожном взбалтывании раствора они начинают плавать в жидкости, поблескивая на свету.
Что же это за порошок? К золоту он не имеет никакого отношения. (Помните поговорку «Не все то золото, что блестит»?) Желтое вещество — это соединение свинца с иодом — иодид свинца.
Опасны ли опыты с иодидом свинца? Вы, конечно, слышали, что свинец и его соединения очень ядовиты. Попадая в организм даже в малых количествах, свинец почти не выводится, а накапливается, в основном в костях, и при этом ядовитое действие усиливается год от года. В то же время свинец очень широко используется — из свинца и его сплавов делают оболочки кабелей, пластины аккумуляторов, типографские краски. Многие слышали о ядовитом этилированном бензине — в него для повышения мощности двигателя добавляют очень ядовитую этиловую жидкость, содержащую тетраэтилсвинец. После сгорания бензина свинец (в основном в виде соединения с бромом) попадает в выхлопные газы и загрязняет окружающую среду, особенно обочины дорог. Поэтому и не рекомендуется собирать грибы и ягоды вблизи автомобильных дорог.
Однако ядовиты только растворимые соединения свинца, например, раствор свинца в уксусной кислоте (так называемый «свинцовый сахар», из которого делают свинцовую примочку). Эти соединения при попадании в организм способны пройти сквозь стенку кишечника
В качестве другого похожего примера можно привести металл барий, все растворимые соединения которого очень ядовиты. Но когда человеку делают рентген желудка, ему дают предварительно выпить «бариевую кашу» — водную взвесь сульфата бария, который в воде не растворяется, и поэтому полностью выводится из организма. Едят же эту «кашу» потому, что барий не пропускает рентгеновские лучи и таким образом позволяет разглядеть на экране очертания желудка и кишечника в виде тени на светлом фоне. Еще один аналогичный пример — каломель, нерастворимое соединение ртути. Раньше каломель применяли в медицине как слабительное, желчегонное и мочегонное средство. Сейчас ее используют только наружно — в виде мазей.
В последнем опыте с кристаллами мы вырастим из медного купороса кристаллы… меди. Да-да, эго не опечатка: именно металлической меди! Но разве можно вырастить кристаллы металла? А почему бы и нет? Кристаллы меди получают даже на уроках химии, проводя реакцию железа с раствором медного купороса. Когда в раствор соли меди погружают железный гвоздь, железо, как более активный металл, вытесняет медь из ее соединения. При этом гвоздь покрывается красным медным налетом. Так вот, это самые настоящие кристаллы меди. Только они такие маленькие, что различить отдельные кристаллики можно только с помощью очень сильного (электронного) микроскопа.
Бывают кристаллы металлов и покрупнее. Например, на поверхности только что застывшего расплавленного цинка или на его изломе, а также на новом оцинкованном ведре отчетливо видны кристаллы этого металла. Русский металлург Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921), один из основателей современного металловедения, описал в 70-х годах XIX века кристалл стали, найденный им внутри 100-тонного металлического слитка. В полости застывшей стальной отливки вырос ветвистый кристалл длиной более 40 см — самый большой из известных металлических кристаллов.
Теперь вы уже знаете, в каких случаях кристаллы получаются мелкими и что надо сделать, чтобы они выросли крупнее. На поверхности гвоздя медь выделяется очень быстро, поэтому и кристаллы ее слишком мелкие. Огромная стальная болванка застывала очень медленно, поэтому и кристалл в ней вырос большой. Значит, чтобы вырастить кристалл меди побольше, процесс выделения металлической меди из раствора на поверхности железа надо замедлить. Сделать это можно таким способом. Возьмите небольшую стеклянную банку. На дно ее положите несколько кристаллов медного купороса (лучше взять кристаллы покрупнее). Как выращивать такие кристаллы, вы уже знаете, а после выращивания одного большого кристалла медного купороса у вас наверняка еще осталось некоторое количество этого вещества в виде насыщенного раствора — из него путем медленного испарения можно получить несколько кристаллов для данного опыта. Засыпьте кристаллы на дне банки слоем тонко помолотой поваренной соли толщиной несколько сантиметров. На соль положите кружок фильтровальной бумаги, который должен доходить до стенок банки. А уже на этот кружок положите еще один — железный, диаметром чуть поменьше. Такой кружок можно вырезать, например, из крышки старой консервной банки. (Только не порежьтесь о ее острые края!) С крышки с помощью наждачной бумаги надо счистить тонкий слой олова. Приготовьте в отдельной посуде насыщенный раствор поваренной соли и аккуратно налейте его в банку так, чтобы он покрывал железный кружок. Закройте банку крышкой поплотнее, поставьте ее куда-нибудь в сторону и ждите. Что произойдет, можно предсказать заранее. Медный купорос начнет медленно растворяться в рассоле. Рассол — не чистая вода, растворимость купороса в нем меньше. Ионы меди будут очень медленно подниматься вверх (этот процесс называется диффузией). За ним можно наблюдать сквозь прозрачные стенки банки по движению окрашенной границы. Обратите внимание на то, как изменится цвет ионов меди в присутствии хлорид-ионов поваренной соли. Достигнув железной пластинки, ионы меди начнут превращаться в атомы металла. Но так как процесс этот будет происходить очень медленно (потому что ионы меди подходят к пластинке с малой скоростью), образующиеся понемногу атомы меди будут успевать выстраиваться в красивые блестящие кристаллы металлической меди. Иногда эти кристаллы срастаются, образуя гроздья — дендриты. Меняя условия опыта (температуру, размер кристаллов купороса, толщину слоя соли и т. п.), можно менять условия кристаллизации меди. Когда вы закончите опыт (а он может продолжаться 1–2 недели и больше), извлеките полученные медные кристаллы. Чтобы они оставались такими же блестящими и не потускнели со временем, их надо покрыть бесцветным лаком или же хранить в плотно закупоренной баночке (например, из-под пенициллина), залитой доверху водой, в которую добавлено несколько капель уксуса. Это предохранит поверхность меди от окисления кислородом воздуха.