Ложка исчезает, или три опыта с алюминием

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

NH₃ + НСl = NH₄Cl 

     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. 

Дым из воды

     В стакан наливают водопроводную воду и бросают туда кусочек «сухого  льда» – твердого диоксида углерода СО₂. Вода тотчас же забурлит и из стакана повалит густой белый «дым», образованный охлажденными парами воды, которые увлекает за собой возгоняющийся диоксид углерода. Этот «дым» совершенно безопасен. 

Таинственное  исчезновение

     Оксид хрома(III) поможет показать, как вещество бесследно исчезает, исчезает без пламени и дыма. Для этого складывают горкой несколько таблеток «сухого спирта» (твердого горючего на основе уротропина), а сверху насыпают щепотку предварительно разогретого в металлической ложечке оксида хрома(III) Сr₂O₃. И что же? Нет пламени, нет дыма, а горка постепенно уменьшается в размерах. Через некоторое время от неё остается только щепотка неизрасходованного зеленого порошка катализатора Сr₂O₃.

     Окисление уротропина (СН₂)₆N₄ (гексаметилентетрамина) – основы твердого спирта – в присутствии катализатора Сr₂O₃ идет по реакции: 

(СН₂)₆N₄ + 9O₂ = 6CO₂↑ + 2N₂↑ + 6H₂O↑, 

     где все продукты – диоксид углерода СО₂, азот N₂ и пары воды Н₂O – газообразные, бесцветные и не имеют запаха. Заметить их исчезновение невозможно. 

Ацетон  и медная проволока

     Можно показать еще один опыт с таинственным исчезновением вещества, который на первый взгляд кажется просто колдовством. Готовя медную проволоку толщиной 0,8 – 1,0  мм: очищают ее наждачной бумагой и сворачивают в кольцо диаметром 3 – 4 см. Отгибают отрезок проволоки длиной в 10 – 15 см, который будет служить ручкой, а чтобы жать ее было не горячо, на конец этого отрезка надевают кусок карандаша, из которого заранее удален грифель.

     Затем наливают в стакан 10 – 15 мл ацетона (СН₃)₂СО (не забывайте: ацетон огнеопасен!).

     Вдали от стакана с ацетоном нагревают кольцо из медной проволоки, держа его за ручку, а потом быстро опускают его в стакан с ацетоном так, чтобы кольцо не касалось поверхности жидкости и находилось от нее в 5 – 10 мм. Проволока раскалится и будет светиться до тех пор, пока не израсходуется весь ацетон. Но ни пламени, ни дыма не будет! Чтобы опыт был ещё эффектнее, в комнате гасят свет.

     На  поверхности меди, которая служит катализатором и ускоряет реакцию, протекает окисление паров ацетона  до уксусной кислоты СН₃СООН и уксусного альдегида СН₃СНО: 

2(СН₃)₂СО + О₂ = СН₃СООН + 2СН₃СНО

     с выделением большого количества теплоты, поэтому проволока раскаляется  докрасна. Пары обоих продуктов реакции  бесцветны, их выдает только запах. 

Куда  подевался спирт?

     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 секунд 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↑ + 3H₂O↑                                                                 

      

Ацетат  против огня

     Полоска непроклеенной, например, фильтровальной или туалетной бумаги, пропитанная раствором ацетата свинца(II) Рb(СН₃COO)₂∙3Н₂O 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 КNO_3, а потом высушенный.

     При этом тригидрат ацетата свинца(II) превращается в оксид свинца(II) РbО, и одновременно выделяются диоксид углерода и пары воды:  

Рb(СН₃COO)₂∙3Н₂O + 4О₂ = РbО + 4СО₂↑ + 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 минут, 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 – З часа. 

Фокусы  с «сухим льдом»

     «Сухой  лед» надо разбить на мелкие гранулы (лучше всего это делать молотком, завернув крупные куски или глыбы  сухого льда в плотную ткань). Потом поместить «сухой лед» в фарфоровую чашку и облить ацетоном, чтобы получилась кашицеобразная масса. В эту массу для начала погрузите пробирку с водой. Вода быстро превратится в лед. При этом слышен характерный треск. Если в охлаждающую смесь опустить пробирку с ртутью, то этот жидкий металл затвердеет. Вот как в этом можно убедиться. В ртуть погрузите железный стержень большей длины, чем пробирка. Когда ртуть замерзнет, пробирку можно разбить, а цилиндрик твердой ртути, примерзшей к стержню, ударить молотком. При этом слышен металлический звук, и цилиндрик ртути сплющивается.

     «Сухой  лед» и ацетон дают возможность сделать  отличную охлаждающую смесь с  температурой – 86 ⁰С. 

«Сухая  кислота»

     Если  в колбу положить кусочек «сухого  льда» – твёрдого диоксида углерода и закрыть ее пробкой с газоотводной трубкой, а конец этой трубки опустить в пробирку с водой, куда заранее добавили синий лакмус, то вскоре произойдет маленькое чудо. Колбу слегка подогрейте. Очень скоро синий лакмус в пробирке покраснеет. Это значит, что диоксид углерода – кислотный оксид, при его реакции с водой получается угольная кислота, которая подвергается протолизу, и среда становится кислотной:  

Н₂СО₃ + Н₂О ↔ НСО₃¯  + Н₃О⁺ 

Волшебное яйцо

     Как очистить куриное яйцо, не разбивая скорлупы? Если опустить его в разбавленную соляную или азотную кислоту, то скорлупа полностью растворится и останутся белок и желток, окруженные тонкой пленкой.

     Этот  опыт можно продемонстрировать весьма эффектным способом. Надо взять колбу  или стеклянную бутылку с широкой горловиной, налить в нее на 3/4 объема разбавленную соляную или азотную кислоту, положить на горловину колбы сырое яйцо, а потом осторожно подогреть содержимое колбы. Когда кислота начнет испаряться, будет происходить растворение скорлупы и через недолгое время яйцо в эластичной пленке проскользнет внутрь сосуда с кислотой (хотя яйцо больше в сечении, чем горловина колбы). Получится экспонат, вполне достойный нашего музея химических редкостей.

     Химическое  растворение скорлупы яйца, главным  компонентом которой является карбонат кальция, отвечает уравнению реакции: 

СаСО₃ + 2НCl = СаСl₂ + H₂O + CO₂↑  

Проделки  имитатора

      Некий фокусник пообещал изумленным зрителям продемонстрировать превращение фиолетовых кристаллов квасцов в изумруд, топаз, янтарь или сапфир.

      Настоящие драгоценные камни получить из квасцов, конечно, не удастся. А вот растворы, имитирующие цвета изумруда, топаза, янтаря, сапфира, получить можно. Для  этого фокуснику придется запастись химическими реактивами. Растворив хромокалиевые квасцы [кристаллогидрат сульфата хрома-калия KCr(SO₄)₂∙12H₂O] в воде, он получит фиолетовый раствор; обработка этого раствора избытком гидроксида калия КОН или натрия NаОН приведет к образованию раствора изумрудного цвета:

      KCr(SO₄)₂ + 6KОН = K₃[Сr(ОН)_б] + 2K₂SO₄.

      Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия К₃[Сr(ОН)₆]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода Н₂О₂, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый, цвет топаза:

      2K₃|Сr(ОН)_б] + 3Н₂О₂ = 2K₂СrO₄ + 2KОН + 8Н₂О.

      Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия К₂СгО₄. При подкислении желтого раствора серной кислотой H₂SO₄ появляется оранжевая окраска, напоминающая цвет янтаря:

      2K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Сr₂О₇ + K₂SO₄ + Н₂О.

      Водный  раствор дихромата калия К₂Сr₂О₇ имеет оранжевый цвет. Наконец, добавляя к такому раствору пероксид водорода и диэтиловый эфир (С₂Н₅)₂О, можно получить сложное пероксосоединение СrО(О₂)₂∙(С₂Н₅)₂О, окрашивающее слой эфира в ярко-синий, «сапфирный» цвет.

Синий плотномер 

    Почему  одни предметы плавают, а другие тонут? Знакомый каждому школьнику закон Архимеда подсказывает, что тонут те предметы, которые обладают большей плотностью, чем жидкость. Это утверждение справедливо, если, кроме силы тяжести и выталкивающей архимедовой силы, на тело не действуют никакие другие силы (вроде поверхностного натяжения, гидродинамической подъемной силы и т. п.). На за коне Архимеда основано применение плотномеров (ареометров), которые при погружении в жидкость позволяют мгновенно определить её плотность.

Вместо плотномеров можно использовать кристаллы медного купороса CuSO₄∙5Н₂О. Это даст возможность сравнивать плотность бензина, керосина, масла и любой другой жидкости, не растворяющей купорос, с его плотностью, равной 2,3 г/см³ — смотря по тому, плавают кристаллы в жидкости или тонут.

     Концентрированная серная кислота H₂SO₄ не растворяет кристаллы медного купороса, но при ее участии происходят странные события. Если пробирку или химический стакан наполнить на половину объема концентрированной серной кислотой, а потом бросить туда 2—3 синих кристалла медного купороса, то сначала кристаллы будут плавать на поверхности кислоты, а потом начнут обесцвечиваться и опускаться на дно.

     Концентрированная серная кислота обладает феноменальной  способностью поглощать влагу, она может отрывать молекулы воды от многих соединений и образовывать гидраты, в которых на одну молекулу H₂SO₄ будут приходиться одна, две, три, четыре и даже шесть молекул воды.

     Обесцвечивание  кристаллов пентагидрата сульфата меди(II) вызвано тем, что серная кислота отнимает входящие в его состав молекулы воды: 

     CuSO₄∙5Н₂0 + 5H₂SO₄ = CuSO₄ + 5(H₂SO₄∙Н₂О), 

вследствие  чего плотность соли возрастает (плотность  безводного CuSO₄ равна 3,6 г/см³); в то же время плотность самой серной кислоты, поглотившей воду, уменьшается. Поэтому и тонут кристаллы безводного и бесцветного CuSO₄.

     Плотность CuSO₄∙5Н₂О равна 2,3 г/см³, а концентрированной серной кислоты — несколько меньше: 1,84 г/ см³. Синие кристаллы не тонут потому, что в процессе их обезвоживания выделяется так много теплоты, что часть воды превращается в пар, образующий под кристаллами паровую «подушку», которая и поддерживает их на плаву.