Химия и Химики № 1 2013. Смесь бромата калия и красного фосфора

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

В прошлой статье [1] мы проделали серию интересных экспериментов со смесью хлорат калия - красный фосфор [2]. Все было хорошо, только хлората осталось очень мало, поэтому мы решили заменить его броматом калия.

Ранее приходилось слышать, что смесь бромата калия и красного фосфора ведет себя "плохо", но подробности этих рассказов были забыты. Приступая к приготовлению смеси, мы всерьез рассчитывали провести серию опытов по взрыву данной смеси щелчком пальцев: как это делалось с хлоратом.

С самого первого опыта мы решили не полагаться на неточные объемные соотношения ("на глаз"), а взвешивать реагенты на весах (с точностью до 0.01 г). Как и в случае хлората калия, расчеты проводились исходя из полуреакций:

2KBrO₃ = 2KBr + 6[O]
2P + 5[O] = P₂O₅

Количество бромата калия составляло 120% от стехиометрически необходимого (по аналогии со смесью хлорат калия - фосфор, чтобы можно было сравнивать). В первом и большинстве последующих опытов на 0.11 г фосфора мы взяли 0.71 г бромата калия.

Итак, первый опыт. Бромат калия хорошо растерли в ступке. Фосфор растерли на листе плотной бумаги, "прокатывая" его стеклянной бутылкой. Реагенты высыпали на газетную бумагу и стали перемешивать методом "покачивания", помогая себе кусочком неплотной бумажки [3]. Почти сразу же после начала перемешивания стал ощущаться запах брома, появились бурые пары. Это означало, что смесь в любую секунду может взорваться. Взрыв такого количества смеси хлората калия и красного фосфора мог повредить пластмассовую крышку стола, а звук сильно "ударил" бы по ушам. Не было оснований считать, что в случае бромата взрыв будет слабее. Поэтому вещества перенесли под вытяжку и продолжили процесс перемешивания там.

Была мысль сразу же включить фотоаппарат и снять весь процесс перемешивания на видео. К сожалению, мы поленились.

Выделение паров брома, как нам показалось, прекратилось, мы смешали вещества и опять перенесли бумагу со смесью на стол. Перед началом экспериментов исходную смесь нужно было сфотографировать. Пока мы включали фотоаппарат, произошел взрыв, вернее яркая вспышка. По звуку она напоминала магниевую, но была желтой и менее яркой (вспышка составов на основе магния ослепительно-белая). При вспышке образовался белый дым, распространился отчетливый запах брома. Но самое главное, что газета почти не пострадала: на ней осталось лишь слабое коричневое пятно. Будь на месте бромата калия хлорат, газету разорвало бы в клочья.

Мы взяли такие же точно навески веществ и снова аккуратно смешали их на листе бумаги: в этот раз весь процесс снимали на камеру. Примерно через две минуты после начала перемешивания произошла вспышка. Пальцы во время вспышки были довольно близко к смеси, но практически не пострадали (на них попало немного частичек бромида калия, но это не создало проблем). Лист газетной бумаги снова остался целым: на нем только образовалось слабое бурое пятно.

Мы еще дважды повторили опыт, и в обоих случаях вспышка смеси произошла через полторы-две минуты после начала перемешивания. Причем в последнем случае процесс перемешивания уже был завершен: нельзя сказать, что вспышка произошла от трения. И опять газета осталась практически целой.

Вспышка была достаточно яркой и на короткое время "ослепляла" камеру. Во всех случаях в результате контакта красного фосфора и твердого бромата почти сразу выделялись бурые пары, был отчетливо слышен запах брома.

__________________________________________________________
¹ Бертолетова соль и красный фосфор ссылка

² Хотя данные эксперименты и были несколько однообразны: сначала смешал, потом - взорвал, но даже такой ограниченный арсенал приемов открывал простор для фантазии.

³ Описание техники приготовления смеси см. в статье: Приготовление смеси бертолетовой соли и красного фосфора. Первые взрывы ч.1 - ссылка

Смотреть Видео (81 Мб, .avi )
Смотреть Видео 2 (73 Мб, .avi )

Итак, если смешать бромат калия и фосфор, то через несколько минут произойдет самопроизвольная вспышка (при указанных выше количествах веществ). А насколько чувствительна данная смесь к трению?

Мы взяли небольшое количество фосфора ("на кончике шпателя") и вдвое больший объем бромата калия. Вещества смешали, поместили на железную наковальню и подождали пять минут. Вспышки не последовало. Тогда мы стали тереть смесь железным шпателем (с надавливанием). В конце концов, смесь взорвалась, но стало очевидно, что ее чувствительность к трению гораздо ниже, чем смеси бертолетова соль - красный фосфор. Повторный эксперимент дал такие же результаты.

Таким образом, идея взорвать смесь щелчком пальцев оказалась неудачной не только потому, что смесь самопроизвольно вспыхивала, но и потому, что смесь имела гораздо более низкую чувствительность к трению, чем аналогичная смесь бертолетовой соли и красного фосфора.

С первой проблемой можно бороться, готовя небольшие порции смеси, вторую же проблему решить гораздо сложнее (возможно, поможет добавка абразива, но мы не стали пробовать).

Смотреть Видео (29 Мб, .avi )

Поскольку близкая вспышка смеси "ослепляла" камеру, вы решили заснять вспышку с расстояния 2 м. Взяли 0.13 г фосфора и 0.84 г бромата калия. Вспышка произошла примерно через минуту после начала смешивания веществ. В этот раз в газете прожгло дырку, а сама газета загорелась. Расстояние помогло лишь частично: все равно кадр, который соответствует моменту вспышки, оказался почти монотонно-желтым.

Смотреть Видео (65 Мб, .avi )

Поскольку в большинстве случаев смесь лишь слегка обжигала газету (делала ее коричневой), очень заманчива была перспектива провести со смесью бромат калия - красный фосфор опыт "огонь на ладони". Причем смесь должна была воспламеняться сама: без посторонней помощи.

Идея была такая: быстро смешать бромат калия и красный фосфор на газете, пересыпать смесь на перфокарту, взять ее на ладонь и ждать, пока смесь вспыхнет (поместить смесь непосредственно на ладонь не хотелось - иначе пришлось бы изучать взаимодействие кожи с парами брома). Поскольку мы установили, что смесь бромата калия и красного фосфора менее чувствительна к трению, чем смесь бертолетовой соли и красного фосфора, с приготовлением смеси можно было не церемониться: взять шпатель и смешать.

На практике все оказалось по-другому. В первом опыте вспышка произошла примерно через полминуты после начала перемешивания. В результате вспышки рука окрасилась в желтый цвет от брома, однако обошлось без ожога.

Увидев, что что-то не так, мы решили готовить следующую порцию смеси непосредственно на перфокарте (которую потом планировалось держать на ладони). Однако снова вспышка произошла примерно через полминуты - задолго до того, как мы успели смешать компоненты. Перфокарта была в руках, но не на ладони. После вспышки остатки фосфора и бумага загорелись, причем последнюю не удалось погасить, изолировав от воздуха: на поверхности бумаги осталось немало бромата.

Почему время от начала перемешивания компонентов до вспышки сократилось в несколько раз - сказать трудно. Вероятная причина состоит в том, что в лаборатории стало теплее (наконец-то затопили). Во время первых опытов температура в лаборатории была 10-12°С, а во время заключительных - 16-17°С.

Смотреть Видео (42 Мб, .avi )