В отличие от многих других горючих веществ (дерева, бензина, пластиков, серы, воска и т.п.) магний способен гореть не только на воздухе, но и в атмосфере углекислого газа. Это свойство магния можно использовать для целого ряда эффектных экспериментов. Однако способность магния гореть в углекислом газе важна не только для химических опытов: магний - металл, который широко используется в технике, поэтому пожары с его участием, увы, неизбежны.

Горящий магний нельзя тушить водой - это может привести к взрыву [1], вместе с тем его бесполезно тушить углекислым газом - металл прекрасно горит и в атмосфере CO₂. Остается разве что вариант с аргоном или солями вроде хлористого натрия или калия.

Эксперимент по горению магния в трехлитровой банке с углекислым газом уже был описан в журнале [2]. Решил повторить его, взяв на этот раз фотоаппарат, который дает видео с бОльшим разрешением.

Первой задачей было наполнить трехлитровую банку углекислым газом. Первоначальной решил получить газ реакцией соды и азотной кислоты. Молярная масса кальцинированной соды - 106 г/моль плюс к этому из-за хранения в открытом кульке сода могла присоединить до 10 моль воды на 1 моль безводной соли, молярная масса десятиводного гидрата - 286 г/моль. Это количество выделяет при действии кислоты 1 моль углекислого газа или 22.4 л (при нормальных условиях, но разницей можно пренебречь, т.к. при комнатной температуре объем будет больше). Чтобы заполнить трехлитровую банку нужно литров 5 углекислого газа, т.е. примерно 1/4 моля. Итого, нужно 286/4=72 г соды. Идея провести реакцию между кислотой и таким количеством соды мне не понравилась: слишком уже это муторно (а в случае малейшей ошибки можно получить эффект пенного огнетушителя).

В лаборатории был баллон с углекислым газом, но с неисправным вентилем и редуктором: кран баллона травил, причем не через штуцер, а через резьбу, а редуктор не мог полностью перекрыть поток газа. Попытка набрать газ из такого баллона могла закончиться потерей всего его содержимого. Но я решил: "Держать этот баллон, как музейный экспонат или как?". Даже если все содержимое баллона будет потеряно, стоит набрать хотя бы три литра. Набрал углекислый газ в трехлитровую банку, закрыл крышкой. Минут 5 провозился с вентилем, пока его удалось закрутить настолько, чтобы газ не свистел.

Теперь сам опыт. Сначала внес в банку горящую лучину - она сразу же погасла. Потом зажег в ложечке кусок магния (сплав электрон) и внес его в банку. Сразу же закрыл крышкой. Магний продолжил гореть в углекислом газе - не менее ярко, чем на воздухе. Образовалось много белого дыма оксида магния, который вскоре заполнил все пространство банки. Со временем горящий магний начал тускнеть, приобрел желтый цвет и стал понемногу угасать. Опыт длился несколько минут.

В ложечке для сжигания остался белый оксид магния и черный углерод. Любопытно, что весь углерод был в ложечке: в процессе горения черный дым или хлопья сажи не образовывались.

Боялся, что трехлитровая банка треснет (на дно я не насыпал песок), но в этот раз обошлось.

_____________________________________________
¹ См. статьи Эксперименты с магнием. Горит ли магний под водой? [ссылка] и Что будет, если магний гасить водой? [ссылка]

² См. статью Эксперименты с магнием. Горение магния в углекислом газе [ссылка]

Смотреть Видео (122 Мб, .avi )

Горение магния в углекислом газе

Много веществ, которые горят на воздухе, не способны гореть в атмосфере углекислого газа. На этом основан принцип работы углекислотного огнетушителя. Однако некоторые активные вещества способны гореть и в атмосфере углекислого газа. К последним относятся щелочные и щелочноземельные металлы, а также - магний. Эксперимент по горению магния в атмосфере углекислого газа прост в исполнении и не требует специального оборудования.

Возьмите трехлитровую банку, насыпьте на дно слой сухого песка или поваренной соли и заполните банку углекислым газом. Накройте банку чашкой Петри или стеклом. В ложечке для сжигания подожгите магний. Когда магний ярко разгорится, внесите его в банку с углекислым газом.

Магний продолжит ярко гореть, раскалится добела, при этом образуется много белого дыма - оксида MgO. После горения в ложечке останется белый оксид магния и черный углерод:

2Mg + CO₂ = 2MgO + C

Если не учитывать образование углерода, горение магния в углекислом газе очень похоже на горение этого металла на воздухе.

Горение магния внутри брикета сухого льда (твердый CO₂)

Существует несколько вариантов эксперимента по горению магния в углекислом газе. Первый из них описан в начале статьи. В другом варианте опыта поджигают смесь магниевого порошка и твердого CO₂. Происходит яркая вспышка, но смеси магния со многими окислителями ведут себя аналогично, поэтому эксперимент не является оригинальным.

Очень красиво выглядит горение магниевой стружки внутри брикета сухого льда. Для этого берут большой брикет сухого льда, делают в нем углубление и засыпают туда магниевую стружку или фольгу. Фольгу поджигают газовой горелкой и накрывают другим брикетом сухого льда. Заключительную часть опыта проводят в темноте. Магниевая стружка разгорится внутри твердого CO₂, и брикет будет ярко светиться. Часть сухого льда сублимируется, образуя белый туман. Когда магний сгорит, верхний брикет снимают. В углублении, где был магний, остается смесь белого MgO и черного углерода.

Приобрести сухой лед можно на хладокомбинатах или у некоторых продавцов мороженого. Фотографии, приведенные ниже, взяты из коллекции Эдварда Кента (Edward Kent) http://www.kentchemistry.com/KentsDemos.htm, видео взято из youtube.com.

Приложения

Для экспериментов с магнием мы использовали ложечку для сжигания, которую легко сделать самому. Для этого нужно взять кусочек сетки из нержавеющей стали и отрезок стальной проволоки длинной 20-30 см.

Как поджечь магний?

Казалось бы, проблем возникнуть не должно, ведь магний много лет использовался для фотовспышек. Но все не так просто. Поджечь компактный металл очень трудно. Наоборот, магниевый порошок легко загорается, зато очень быстро сгорает - можно просто не успеть внести ложечку с горящим порошком магния в сосуд с газом или парами. Лучше всего использовать магниевую стружку (магниевую фольгу) - она сравнительно легко загорается в пламени горелки и не так быстро сгорает.

У нас под рукой фольги не оказалось, поэтому автор брал кусочки магния (вернее, электрона - сплава магния) размером примерно 10 х 5 х 3 мм. Поджечь такие кусочки оказалось непросто. Для этого кусочек клали в ложечку для сжигания, сильно нагревали ее в пламени газовой горелки, потом направляли на магний узкое пламя, полученное с помощью поддува воздуха через пипетку (см. фотографии к эксперименту Горение магния в воде [ссылка]). Магний плавился и загорался. Если металл покрывался коркой оксида, ее быстро снимали с расплавленного магния скальпелем (часто именно в этот момент магний загорался).

Дополнение: сейчас продают переносные пропан-бутановые горелки, которые дают горячее пламя. Такие горелки позволяют сравнительно легко поджечь магний.

Не следует брать слишком малое количество магния, иначе он сгорит до того, как вы успеете его внести в сосуд с газом или парами.

Для эксперимента по горению магния в воде следует брать в 3-5 раза большее количество магния. Автор взял 3-5 кусочков указанного выше размера. Важно, чтобы весь магний перед внесением в воду ярко загорелся. В случае горения магния в брикете сухого льда необходимо взять примерно 20-50 см³ стружки.

Где взять магний?

Из магния состоят аноды для бойлеров (см. фотографию), которые можно свободно купить. Из сплавов магния изготавливают некоторые детали самолетов и корпуса крылатых ракет. Раньше такого добра было достаточно в местах сбора металлолома либо возле полигонов. Кроме того, из магния сделаны некоторые корпуса электроинструментов и других изделий.

Магний внешне похож на алюминий и его сплавы. К счастью, отличить их очень просто: если на поверхность магния капнуть уксус, начнется выделение водорода. Алюминий к действию уксусной кислоты устойчив. Вместо уксусной кислоты можно использовать лимонную.

Техника безопасности

Все эксперименты проводят в защитных очках, а лучше - в защитной маске. Поблизости не должно быть никаких горючих предметов! Температура горения магния достигает нескольких тысяч градусов, искры и кусочки раскаленного металла могут причинить сильные ожоги и стать причиной пожара. Помните, что пламя магния очень яркое и богато ультрафиолетовыми лучами, берегите глаза!

Держите под рукой достаточное количество сухого хлорида натрия - чтобы в случае необходимости засыпать горящий магний. Попытки погасить магний водой приведут к сильным вспышкам и разбрызгиванию частиц горящего металла.

<Эксперименты с магнием> <Щелочноземельные металлы>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Эксперименты с магнием (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]