Танины (эксперименты). Tannins (experiments)

Настой кожуры граната, аммиак и соляная кислота / Infusion of pomegranate peel, ammonia and hydrochloric acid

Идея эксперимента возникла много лет назад - еще в детстве: во время заваривания черного чая. Я заметил, что стоит добавить в чай лимон, и чай становится светлее: как будто чай менее крепкий. Уже тогда я предположил, что дело в кислоте: ведь лимон содержит лимонную кислоту (и не только), а кислота эта не такая и слабая. Вторую часть картины я узнал от взрослых: проводники поездов добавляют при заваривании чая соду, чтобы чай казался крепче (темнее) - это позволяет добавлять в чай меньше заварки. Значит, щелочи усиливают окраску чая. А проводники фактически поят людей содой вместо чая (чтобы забрать заварку себе). Аналогично - и с работниками общепита. Этот факт получил такую известность, что даже отобразился в популярной песне "Свобода":

Сода для того, чтобы чай был черней
Понятно? Тогда и себе налей

Разумеется, чай содержит и другие окрашенные вещества кроме танинов, но все-таки. Уже во взрослом возрасте я решил повторить и заснять этот эксперимент. Заварил черный чай, разделил его на две части (точнее - на три части, большую из которых выпил). К первой части добавил раствор едкого натра, ко второй - азотную кислоту (хотел соляную, но ее приходилось экономить, т.к. солянку запретили - институт не имел разрешения на работу с т.н. "прекурсорами"). От добавления щелочи окраска чая действительно стала более темной, а с кислотой вышел конфуз: добавление азотной кислоты не ослабило окраску чая (до тех пор, пока не стал заметен эффект разбавления). Не получилось. Неудачный результат я "замел под коврик" - не стал описывать и монтировать видео, а просто о нем забыл.

Снова прошли годы, и я решил попробовать то же самое с настоем кожуры граната (который использовал для опытов с танинами).

Для начала взял разбавленный настой граната (на дистиллированной воде) и добавил к нему концентрированный раствор аммиака. В результате желтый настой стал интенсивно-коричневым. Раствор напоминал крепкий чай.

Можно было этим и ограничиться, но я решил провести сравнение: к одной порции настоя граната добавить концентрированный аммиак, ко второй - концентрированную соляную кислоту. Аммиак снова вызвал углубление окраски настойки гранатной кожуры, а соляная кислота - практически не поменяла окраску. Т.е. все получилось, как в неудачном опыте с чаем. Добавление кислоты не ослабляло окраску. А я уже успел об этом написать в статье (про чай).

Приготовился посыпать голову пеплом.., но хорошо что догадался добавить соляную кислоту к первой порции настоя - в которую я уже добавил аммиак. В результате над раствором образовался белый дым (хлорид аммония), а сам настой посветлел - до первоначальной окраски (которая была до добавления аммиака). Растворы в двух стаканах (настой + аммиак + соляная кислота и настой + соляная кислота) стали визуально одинаковыми.

Другими словами, кислота не ослабляет окраску настоя кожуры граната, приготовленного на дистиллированной воде, но, если к этому настою добавить щелочь, что окраска углубится, и тогда последующие добавление кислоты уже ослабит окраску настоя.

Так я смог объяснить происходящее с чаем. В лаборатории мы заваривали чай на дистиллированной воде, ее реакция - слабокислая. Добавление кислоты к такому чаю не вызывало ослабление окраски. Но в быту раньше чай заваривали на водопроводной воде (город) или на воде из колодцев (село), в лучшем случае - на артезианской воде. Все перечисленные виды воды имеют слабощелочную реакцию, а при кипячении их рН еще более сдвигается в щелочную область - за счет разложения гидрокарбоната и усиления гидролиза солей (насколько, что фенолфталеин при кипячении водопроводной воды окрашивается в малиновый цвет - см. статью Гидролиз (водопроводная вода) / Hydrolysis (tap water) [ссылка]), а с дистиллированной водой такого, естественно, не происходит. Поэтому окраска такого чая была уже усилена щелочами (из водопроводной воды), а лимон выделял в чай кислоту, что вызывало ослабление окраски чая (до ее "естественного уровня").

Продолжим. В первый стакан я первоначально добавил аммиак, потом - избыток соляной кислоты. Теперь - снова добавляю аммиак, перемешиваю. Результат немного неожиданный: выпал и сразу растворился светло-желтый осадок. Новая порция аммиака - снова выпадает объемный желтый осадок, на этот раз не растворяется. Вскоре осадок образовал хлопья.

Теперь добавляю аммиак во второй стакан (где была только соляная кислота). Сразу - избыток аммиака. В результате выпал объемный хлопьеобразный осадок. На этот раз - коричневого цвета (цвет осадок может зависеть от размера частиц - дисперсности).

По-видимому, танины высаливаются (или коагулируются) хлоридом аммония, причем не "просто так", а после достижения некоторой критической концентрации. Нечто аналогичное уже наблюдалось в экспериментах с сульфатом меди и нитратом кобальта (см. ч.4).

Подобный прием распространен в биохимии - для осаждения и разделения разных веществ, например, раствором сульфата аммония осаждают белки.

Реакция танинов (реактив) с хлоридом железа (III) / Reaction of tannins (reagent) with iron (III) chloride

Данная реакция уже была описана в третей части статьи (см. Реакция танинов с хлоридом железа (III) / Reaction of tannins with iron (III) chloride [ссылка]), где в качестве источника танинов я использовал кожуру граната. В других экспериментах источниками танинов служили: черный или зеленый чай, чернильные орешки, листья дуба и листья дерева сумах оленерогий. Логично было бы провести эту реакцию именно с очищенными танинами, а не с растительными материалами, которые также содержат много других веществ.

Раньше был пакет с реактивными танинами, только тогда я занимался наукой, а не съемкой демонстрационных химических экспериментов. Теперь занялся демонстрационными опытами, а танины остались на бывшей работе (забрать можно было без проблем, но я не придал этому реактиву значения, хотя стоят танины недешево). Несколько лет для опытов с танинами обходился настоями разных растений, пока коллега не презентовал мне пакетик с таннинами и баночку галловой кислоты.

Для данного эксперимента использовал тот же раствор танинов, что и для свертывания белка (2 г танинов залил 20 мл дистиллированной воды, пипеткой отбирал раствор над осадком). Технику немного изменил (по сравнению с экспериментом, описанным в ч.3):

В стакан с 150 мл водопроводной воды добавил несколько капель раствора хлорида железа (III), близкого к насыщенному. Перемешал. Потом - несколько капель раствора танинов. Капли вызвали появление темно-фиолетовой окраски, которая напоминала старые чернила. Перемешал - раствор в стакане стал почти черным, но фиолетовый оттенок четко просматривался.

Опять детские воспоминания... Были раньше такие чернильные ручки, которыми нас заставляли в школе писать, хотя уже в те времена получили распространение шариковые ручки - гораздо более удобные и опрятные. Но шариковыми ручками в школе писать запрещали. Почему? Под поводом, что шариковые ручки (которыми сейчас все пользуются) могут испортить почерк. Реальная причина: "потому что так заведено!" В результате - все руки и вся одежда были в фиолетовых чернилах. Иногда чернило сворачивалось прямо в канале пера - ручка переставала писать. В первом классе пришлось учиться за партами с углублениями для чернил - они были рассчитаны на совсем старые модели чернильных ручек - палка с металлическим пером (без резервуара для чернил в самой ручке). Благо тогда такие ручки уже не использовали, разве что в общественных местах вроде почты (почта - это такое здание, не путать с e-mail).

Что самое интересное: в одних школах пользовались чернильными ручками и запрещали шариковые, а в других - наоборот: запрещали чернильные. Трудно было, когда из школы, где писали шариковыми ручками, я перешел в "чернильную". Первый год там отнеслись с пониманием - разрешили писать шариковой ручкой, но потом пришлось осваивать дедовские методы письма. "Самая лучшая система образования" - бессмысленная и беспощадная...

Аналогия с чернилами не случайна. Много веков реакцию таннинов с солями железа использовали для получения чернил. Например, в качестве источника таннинов использовали т.н. чернильные орешки - сферические наросты на листьях дуба, которые возникают в результате заражения галлами - насекомыми-паразитами. В наше время писать ручкой - атавизм (хоть чернильной, хоть шариковой). Существуют гораздо более удобные методы набора текста.

Следующий эксперимент. В стакан с водой капнул каплю хлорида железа (III), потом - каплю раствора танинов. Все это - без перемешивания. Сперва - ничего. Только когда таннины почти опустились на дно, возле капли возникла темная окраска. Перемешал - раствор стал интенсивно-фиолетовым. В опытах с настоем гранатовой кожуры фиолетовой окраски я визуально не заметил (хотя она хорошо заметна на видео).

В следующие разы поступил аналогично: несколько капель раствора хлорида трехвалентного железа, потом - несколько капель таннинов - без перемешивания. Результат - чернильные кольца, нити, облака. Окраска развивается медленно и постепенно - за счет естественного перемешивания (более тяжелые слои опускаются на дно, вытесняя более легкие) и за счет диффузии. Но стоит перемешать содержимое стакана стеклянной палочкой - и раствор моментально становится черным. Не так эффектно, как опыт "Химические часы", но что-то в это роде.

Думаю, стоит взять большой объем воды в прозрачном сосуде, капнуть несколько капель хлорида железа (III), потом - раствора танинов и наблюдать за постепенным возникновением окраски.