Сульфат бария ВаSO₄ — тяжелый белый порошок, малорастворимый в воде. Но если взять раствор бесцветного сульфата калия К₂SO₄ и прилить к нему фиолетовый раствор перманганата калия КМnO₄, а затем добавить к смеси бесцветный раствор хлорида бария ВаСl₂, то выпадет осадок не белого, а красного цвета. Казалось бы, получаемый по реакции

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2KCl

сульфат бария ВаSO₄ должен быть чисто-белым. Но промывка осадка для удаления остатков перманганата калия не дает никакого результата. Красный цвет осадка сохраняется. Перманганат бария Ba(MnO₄)₂ в этих условиях выпасть не может т.к. эта соль хорошо растворима в воде. К тому же ее кристаллы имеют черный цвет.

Дело в том, что в присутствии КМnO₄ образуется не чистый сульфат бария, а твердый раствор КМnO₄ в ВаSO₄. Это значит, что в кристаллической решетке сульфата бария часть сульфат-ионов SO₄^2– замещена перманганат-ионами МnO₄^–. Ясно, что такой осадок не обесцветится даже при самой тщательной промывке водой.

Теперь попробуйте провести аналогичный опыт, взяв вместо хлорида бария ВаСl₂ хлорид кальция:

CaCl₂ + K₂SO₄ = CaSO₄↓ + 2KCl

Под слоем раствора осадок сульфата кальция вполне похож на осадок из предыдущего опыта. Но стоит его хорошо промыть, и он становится белым. Выводы делайте сами.

В колбу емкостью 2–3 л насыпают порошок карбоната или гидрокарбоната натрия (соответственно питьевая NаНCO₃ или кальцинированная Nа₂CO₃ сода) слоем 1–2 см и осторожно наливают 25%-ный водный раствор аммиака NH₃ в таком количестве, чтобы его слой, покрывший кристаллы, был не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной кислоты НСl. 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 + НСl = NH₄Cl

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

Аэрозоль (взвесь мельчайших кристалликов) хлорида аммония, который, получается по первой реакции, увлекается из колбы диоксидом углерода, выделяющимся по второй реакции. Диоксид углерода тяжелее воздуха, и поэтому дым стекает вниз и опускается на пол.

Вместо колбы вполне подойдет стеклянная банка, вместо соляной кислоты можно взять азотную.

1) Довольно много дыма выделяется, если к воде комнатной температуры добавить жидкий азот. Именно этим способом часто получают дым во время видеосъемок и шоу. Жидкий азот можно попробовать достать на химических факультетах или в НИИ. Обращаться с ним следует исключительно осторожно.


2) В стакан наливают горячую 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. Значительно более эффектен другой вариант этого опыта: на большой кусок сухого льда тонкой струйкой льют кипяток.

Возьмите стеклянный колокол, небольшой аквариум, или, в крайнем случае – пятилитровую стеклянную банку с широким горлом. Нужна также ровная доска или лист фанеры, на которую будут установлены эти сосуды вверх дном. Еще понадобится небольшая пластмассовая игрушечная елочка. Выполняют опыт следующим образом.

Сначала обрызгивают в вытяжном шкафу пластмассовую елочку концентрированной соляной кислотой и тотчас ставят ее под колокол, банку или аквариум. Выдерживают елочку под колоколом 10-15 минут, затем быстро, чуть-чуть приподняв колокол помещают рядом с елочкой небольшую чашку с концентрированным раствором аммиака. Сразу же в воздухе под колоколом появляется кристаллический, снег который оседает на елочке, и вскоре вся она покрывается кристаллами, похожими на иней.

Этот эффект вызван реакцией взаимодействия хлороводорода с аммиаком, которая приводит к образованию мельчайших бесцветных кристалликов хлорида аммония, осыпающих елочку.

Медную проволоку толщиной 0,8-1,0 мм: очищают наждачной бумагой и сворачивают в кольцо диаметром 3-4 см. Отгибают отрезок проволоки длиной в 10-15 см, который будет служить ручкой.

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 возникнет. Опыт более эффективен в темноте. 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.

Каталитическое окисление ацетона - фотографии и видео >>>

Аналогичный опыт можно произвести и с этанолом, но вместо медной проволоки нужна платиновая (например, от старой платиновой термопары). 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:

C₂H₅OH + 3O₂ = 2CO₂↑ + 3H₂O↑

Растворите хромокалиевые квасцы (KCr(SO₄)₂•12H₂O) в воде, при этом образуется фиолетовый раствор, обусловленный наличием гидратированных ионов Cr(III). Обработка этого раствора избытком гидроксида калия КОН или натрия NаОН приведет к образованию раствора изумрудного цвета:

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

Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия K₃[Сr(ОН)₆]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода Н₂О₂, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый:

K₃[Сr(ОН)₆] + 3Н₂О₂ = 2K₂СrO₄ + 2KОН + 8Н₂О

Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия K₂СrO₄. При подкислении желтого раствора серной кислотой H₂SO₄ появляется оранжевая окраска:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Сr₂О₇ + K₂SO₄ + Н₂О

Водный раствор дихромата калия К₂Сr₂О₇ имеет оранжевый цвет. Но если к его раствору добавить серной кислоты и кинуть туда несколько кусочков цинка, то раствор постепенно приобретет сначала зеленый, а потом голубой цвет. Это обусловлено последовательным восстановлением шестивалентного хрома Cr(VI) сперва до трехвалентного Cr(III) (зеленый), а потом и до двухвалентного Cr(II) (голубой). Восстановителем служит атомарный водород, который выделяется при реакции кислоты с цинком. Желательно брать количество бихромата буквально на кончике ножа, иначе процесс восстановления будет происходить слишком долго.

Соединения Cr(II) на воздухе неустойчивы и довольно легко окисляются. Убедиться в этом можно, если слить раствор с гранул цинка и как следует его встряхнуть. Впрочем, даже встряхивать раствор не обязательно – можно просто оставить раствор на некоторое время. Голубой раствор вновь станет зеленым в результате перехода Cr(II) в Cr(III) под действием кислорода воздуха.

Любопытно отметить, что водные растворы солей хрома (III) могут быть окрашены как в фиолетовый, так и зеленый цвет.

Наконец, добавляя к раствору бихромата калия пероксид водорода и диэтиловый эфир (С₂Н₅)₂О, можно получить сложное пероксосоединение СrО(О₂)₂•(С₂Н₅)₂О, окрашивающее слой эфира в ярко-синий цвет. При работе с эфиром следует соблюдать исключительную осторожность.

Оксид хрома (III) широко используется в качестве зеленого пигмента, а хромат стронция – лимонно-желтого.

Алюминий - активный металл, но он довольно устойчив к действию воды и воздуха вследствие образования на его поверхности плотной защитной пленки оксида (Al₂O₃). Алюминиевые изделия могут годами не проявлять видимых признаков коррозии. Если алюминий поцарапать, то на поврежденном участке образуется новая оксидная пленка и коррозия сразу же прекратится. Но существуют способы раз и навсегда разрушить защитную пленку.

Возьмите алюминиевую проволоку или пластинку и опустите ее в раствор нитрата или хлорида ртути(II). Далее с помощью напильника, скальпеля (или т.п. средств) поцарапайте поверхность алюминия, опущенного в раствор. Алюминиевый предмет вынимают из раствора, промывают водой и оставляют на воздухе. Довольно скоро можно наблюдать образование белой “паутины” оксида. При этом металл постепенно разрушается.

Объяснить данное явление можно довольно просто. Когда мы снимаем оксидную пленку с поверхности металла, алюминий вытесняет ртуть из ее солей:

2Аl + 3Нg(NO₃)₂ = 3Нg↓ + 2Al(NO₃)₃

Ртуть, которая при этом образуется, дает с алюминием сплав (амальгаму алюминия). При этом алюминий совсем не теряет способность реагировать с кислородом, но сплошная оксидная пленка на его поверхности уже не образуется. Оксид легко отделяется от поверхности, что дает возможность реагировать все новым порциям металла.

Если амальгамированный алюминий опустить в воду, то будет заметно выделение водорода, при этом раствор станет мутным вследствие образования гидрооксида алюминия:

2Аl + 6Н₂О = 2Аl(OH)₃↓ + 3Н₂

Аналогичные опыты можно провести с алюминием, если металл опустить в металлическую ртуть и зачистить там его поверхность с помощью напильника.

Наблюдать реакцию алюминия с водой можно и без использования ядовитых соединений ртути. Подобным же образом ведет себя алюминий в водном растворе. Опустите обезжиренную алюминиевую пластинку в раствор хлорида меди(II) СuCl₂. Вы увидите, как образуются коричневые хлопья меди и выделяются пузырьки водорода.

2Аl + 3СuСl₂ = 3Сu↓ + 2АlСl₃

2Аl + 6Н₂О = 2Аl(OH)₃↓ + 3Н₂

В данном случае при разрушении защитной оксидной пленки большую роль играют хлорид ионы. В этом можно легко убедиться, поместив алюминий в раствор сульфата меди СuSO₄. Никаких видимых изменений с металлом не произойдет. В то же время алюминий легко реагирует с раствором, который содержит хлорид натрия и сульфат меди, причем реакция может проходить довольно бурно с выделением значительного количества теплоты.

При высокой температуре алюминий способен вытеснять даже кальций и щелочные металлы из их солей.

Ниже приведено видео реакции алюминия (обработанного хлоридом ртути HgCl₂) с холодной водой.

Смотреть Видео 1 (37 Мб, .avi )
Смотреть Видео 2 (8 Мб, .avi )

Мы уже знаем, что хлорид-ион способствует разрушению оксидной пленки и растворению алюминия в кислотах. Проведем еще один простой опыт.

В разбавленную серную кислоту положим кусочки алюминия (мы воспользовались куском гофрированной алюминиевой трубы). Начнется неспешная реакция: пузырьки водорода будут выделяться отчетливо, но не слишком быстро. Отметим (визуально) скорость выделения водорода и добавим в кислоту твердого хлорида натрия (поваренная соль). Скорость выделения водорода возрастет в несколько раз.

Выводы предлагаем вам сделать самостоятельно.

Смотреть Видео (12 Мб, .avi )

В прошлых опытах мы узнали, как разрушить оксидную пленку на поверхности алюминия. Но оказывается можно сделать и обратное – пассивировать металл (т.е. значительно увеличить его химическую стойкость). Очищенную и обезжиренную алюминиевую проволоку опускают в пробирку, наполненную на треть высоты концентрированной азотной кислотой НNO₃, а через 5 минут вынимают и ополаскивают водой. Теперь погружают проволоку в другую пробирку с разбавленной (1:1) соляной кислотой НСl. Та часть проволоки, которая бывала в концентрированной азотной кислоте, останется без изменений, а на поверхности остальной (верхней) части проволоки начнется энергичное выделение газа. Это объясняется протеканием активной реакции металла с кислотой:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

Та часть алюминия, что была погружена в концентрированную НNO₃, покрылась тончайшей защитной пленкой оксида.

Ниже приведено видео, на котором показано, что алюминий устойчив к действию концентрированной азотной кислоты.

Смотреть Видео (2 Мб, .avi )

<Лаборатория> [Отправить сообщение об ошибке]