Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 1 2023

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy - pt.1,2
Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня


В.М. Вітер


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


Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy - pt.1 / Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня
Моя подруга - ядерный физик - заинтересовалась "молекулярной кухней" (она же "молекулярная гастрономия"):

- Кофе со вкусом рыбы! Мясо со вкусом клубники!

Новый раздел знаний! Каша со вкусом банана! Как интересно!!!
.

Название "молекулярная кухня" сразу не вызвало у меня энтузиазма. Слишком часто бывает так, что за красивыми словами стоит пустое место (ноль без палочки). В лучшем случае - то, что было известно уже давно, называют новыми красивыми словами. Пример, - было: "ультраколлоиды" и "ультрадисперсии", а стало "нанотехнологии".

Посмотрели вместе, что такое - "молекулярная кухня". Да: так и есть - старые и давно известные технологии, которые используются для получения мороженого, майонеза, желе, суповых концентратов, всевозможных кондитерских изделий, коктейлей и т.д. назвали новым красивым словом. Единственное существенное различие состояло в том, что в традиционном варианте пищевых технологий пытаются имитировать вкус, цвет, запах и внешний вид натуральных продуктов (или привычных для нас продуктов их переработки), а в "молекулярной кулинарии" демонстративно бросают всему этому вызов: розовые бананы, мясо со вкусом огурцов и фиолетовые спагетти со вкусом рыбы... Это примерно, как классическая живопись и авангардизм: с художественное точки зрения разница огромна, а с физико-химической - не принципиальна, поскольку холсты и бумага, краски, кисточки или карандаши - те же.

Мою подругу особенно заинтересовала икра со вкусом апельсина. Замечательно!!!

А я сразу же вспомнил про фальшивую черную и красную икру, производство которой наладили в "самой счастливой стране в мире" (ссср). Много-много лет назад. Раствор желатина выливали по капле в охлажденное вазелиновое масло при перемешивании. В результате из капель формовались шарики, похожие на икринки. Для вкуса в исходный раствор добавляли что-то рыбное, для цвета - краситель. Еще тогда авторы технологии пошутили и вместе с черной икрой приготовили "фиолетовую" (дали немного другой пищевой краситель). К слову, подобные технологии используют не только для того, чтобы кормить народ фальшивыми деликатесами, но и, например, в фармацевтической области, где они облегчают страдания больных и спасают жизни.

Как я и предполагал, принцип "метания" апельсиновой икры тот же, что и рыбной: готовится раствор, который потом застывает в желе, а в процессе застывания из него формируют шарики. Только в данном случае вместо желатина (или агар-агара) использовался другой пищевой гелеобразователь - альгинат натрия, а, чтобы он застывал, будущую икру по капле выдавливали в водный раствор хлорида кальция.

Естественно, в исходный раствор альгината натрия добавляли краситель и "апельсиновый экстракт", чтобы имитировать цвет и вкус апельсина; а в наиболее гуманных вариантах рецептов - добавляли апельсиновый сок.

Отговаривать подругу не заниматься ерундой я не стал: во-вторых, она любит и умеет готовить, а, во-первых, она очень самостоятельная и убедить ее очень непросто: на словах знакомая не будет возражать - с таким ангельским видом, что она полностью с тобой согласна и все не может, ну просто не может быть по-другому... а потом сделает все по-своему.

Альгинат натрия мы заказали через интернет. С хлоридом кальция вышла заминка: я предупредил ее, что нужен препарат не технической, а пищевой квалификации. Или фармацевтической. Технического хлорида кальция полно: продается хоть килограммами, хоть мешками и стоит дешево. Реактивный (для химических целей) - тоже есть, только я помнил, как клеят разные этикетки на фирмах, которые торгуют реактивами, - на один и тот же препарат:

- Вам что надо: "Ч", "ЧДА", "ХЧ" или "ОСЧ"? Сертификат анализа? Конечно, есть!

А потом эти "Ч" и "ХЧ" набирают ржавой лопаткой из одного и того же мешка.

Хлорид кальция таже продается в виде ампул для инъекций, но покупать ампулы, а потом - упаривать раствор будет немного дорого. Уже после описанных ниже событий я нашел, что в аптеках продаются не только ампулы, но и флаконы с 10% раствором хлорида кальция, а еще позже - пересилил себя и нашел другие рецепты "апельсиновой икры" - там брали сразу аптечный раствор, что избавляло от необходимости упаривания (или пересчета количества твердого на раствор).

После поисков подруга таки нашла, где купить пищевой хлорид кальция, сделала заказ. Ей перезвонили с фирмы и отказали, сославшись, что хлорид кальция у них безводный, а не гидрат, как было на странице заказов. Думаю, что менеджеры просто не захотели возиться с 1 кг дешевого продукта.

- Можешь сделать мне хлорид кальция?

- Синтез элементарный, если бы не пару "НО"
:

* у меня химическая посуда, а не кухонная, и в ней я работал с такими вещами, от которых и мамонты дохнут (не говоря уже о конях) - как ни мой посуду, я не буду уверен в безопасности полученного продукта;

* лаборатории и некоторых реактивов нет, а просить у коллег - долго, например, чтобы проверить отсутствие в хлориде кальция "тяжелых металлов" нужен сульфид натрия;

* какой источник кальция?

Первую проблему я решил так: возьму не химический стакан (или колбу), а банку для продуктов; выпаривать буду не в выпарной чашке, а в пищевой кружке. Хотелось бы снять видео, а стенки банки неровные и с наплывами; кружка и газовая плита - неэстетичны, но бог с ним.

Сульфид натрия найти не удалось - с его помощью можно было бы проверить чистоту того реактивного хлорида кальция, который у меня был.

- Источник кальция?

- Мел подойдет? Я его много раз ела!

- Подойдет.


Итак, я решил провести реакцию концентрированной соляной кислоты с мелом. Подруга принесла мне несколько кусков... школьного мела - которым пишут на доске. Тот, кто знает, что такое школьный мелок, - уже улыбается, но я не заподозрил неладного. Хорошо.

Нашел "нулевый" стакан, который я не использовал для работы, - еще лучше: теперь можно снимать видео.

Расчеты:

Взвесил два мелка - 15.91 г карбоната кальция,

молярные массы:

М(CaCO3) = 100.09 г/моль;

M(HCl) 36.46 г/моль (хлороводород).

На 1 моль CaCO3 нужно 2 моль HCl, значит, на нашу навеску карбоната кальция нужно взять:

2*m(CaCO3)*M(HCl)/М(CaCO3) = 2*15.91*36.46/100.09 = 11.59 г HCl.

Примем, что концентрация соляной кислоты - 33%, по справочнику ее плотность - 1.16 г/мл, значит, необходимый объем кислоты:

11.59/0.33/1.16=30.3 мл 33% HCl.

Для начала нужно растворить навеску мела в соляной кислоте. Если растворение будет полным - соляная кислота в избытке (наши расчеты приблизительны, т.к. точная концентрация кислоты неизвестна, равно, как и содержание основного вещества в меле, плюс - взвешивание и измерение объема тоже имеет свою погрешность). В этом случае я возьму новый кусок мелка и буду добавлять к раствору карбонат кальция до тех пор, пока он не перестанет растворяться: раствор должен быть нейтральным без избытка соляной кислоты. На дне должен остаться избыток мела.

А, если к моменту прекращения реакции исходный мел растворится неполностью, - значит, карбонат кальция был изначально в избытке.

В обоих случаях я профильтрую раствор хлорида кальция от избытка мела и выпарю его в кружке.

Такие были планы, на практике все вышло по-другому.

Опасаясь бурной реакции, я разломал куски мела на несколько меньших, чтобы при бурном выделение газа раствор не выплеснулся из стакана (да и дышать аэрозолем соляной кислоты не хочется - сильно страдают зубы). Помещаю первый кусок мела в концентрированную соляную кислоту и...

...результатом стало умеренное(!!!) выделение газа.

Даже мрамор - более плотная и менее активная модификация карбоната кальция реагирует с концентрированной соляной кислотой очень бурно, а наш мел - вяло. Следующий кусок мела - то же самое: поплавал на поверхности, потом... утонул. То ли мел - не мел, то ли кислота - не кислота... Последний вариант исключался - запах хлороводорода был такой, что нос сводило и хотелось кашлять (а нельзя - чтобы не портить аудиодорожку видео). Реакция со временем не ускорялась, а потом стала замедляться - выделение газа постепенно ослабевало. Зато на самих кусках белого мела появились цветные зоны: сначала желтые, потом - коричневые.

Суть происходящего я понял сразу. Этот мел для школьной доски - не мел (в смысле не карбонат кальция), а гипс (сульфат кальция), который содержит немного карбоната кальция (иначе не выделялся бы газ). Также он содержит примесь железа. В подтверждение последнего раствор постепенно стал, сначала - светло-желтым, потом - ярко-желтым (через несколько часов). Железо из мелка перешло в раствор в виде хлорида железа (III). Причем процесс углубления желтой окраски раствора происходил преимущественно уже после полного прекращения выделения газа.

Итак, раствор стал ярко-желтым, выделение газа - прекратилось, а форма и целостность кусков мелка - почти не изменилась. Механическая прочность - тоже сохранилась.

Оказывается, моя подруга вместо мела ела... гипс. Точно - с примесью железа, вероятно, - с примесью чего-то еще - не совсем полезного. Посмотрел Википедию. Да, так и есть:

"Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах) (формованный школьный мелок на 40% состоит из мела (карбонат кальция) и на 60 % из гипса (сульфат кальция)).
...

Blackboard chalk manufacturers now may use mineral chalk, other mineral sources of calcium carbonate, or the mineral gypsum (calcium sulfate). While gypsum-based blackboard chalk is the lowest cost to produce, and thus widely used in the developing world, use of carbonate-based chalk produces larger particles and thus less dust, and it is marketed as "dustless chalk".
....

Coloured chalks, pastel chalks, and sidewalk chalk (shaped into larger sticks and often coloured), used to draw on sidewalks, streets, and driveways, are primarily made of gypsum rather than calcium carbonate chalk."



Download the Video / Скачать Видео (122 Мб, .avi )

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня
Blackboard chalk and hydrochloric acid
Мел для школьной доски и соляная кислота

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня

Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня




А как же хлорид кальция? Получать крупнотоннажный продукт самому - примерно то же, что переносить 100 литров воды не ведром, а чайной ложечкой. Или, как синтезировать хлорид натрия. Можно, но очень нерационально. Есть у вас оснащенная лаба или только уголок на кухне - непринципиально. Решил продолжить поиски и заказал хлорид кальция в другой фирме. Потом пошел на почту и получил посылку. Попросил вскрыть - пакет с белым порошком. Взял. Разумеется, гарантий никаких, что он будет соответствовать обещанной квалификации "пищевой", но то же можно сказать и про уже купленный альгинат натрия.


Blackboard chalk, hydrochloric acid and molecular gastronomy. Мел для школьной доски, соляная кислота и молекулярная кухня
Calcium chloride / Хлорид кальция



Blackboard chalk: determination of iron - pt.2 / Мел для школьной доски: обнаружение железа
Желтый цвет раствора после реакции концентрированной соляной кислоты со школьным мелком свидетельствует о наличие в мелке (а теперь - в растворе) железа, однако утверждение это нестрогое - возможны и другие причины желтой окраски раствора. Необходимо провести качественную реакцию с роданидом.

В стакан поместил несколько грамм роданида аммония (тиоцианат аммония), налил воду - больше 150 мл, перемешал до растворения. Отключили свет - пришлось ждать, пока опять включат, т.к. для съемки нужно хорошее освещение.

Итак, по каплям стал добавлять анализируемый раствор в раствор тиоцианата. В результате появилась коричнево-красная окраска (я бы сказал - с оранжевым оттенком). Железо обнаружено: образование красного комплекса (комплексов) трехвалентного железа с тиоцанатом является характерной реакцией на железо (III).

Однако, реакция чувствительна, а красная окраска получилась откровенно слабой: значит, железа в растворе сравнительно мало - желтый цвет обусловлен наличием также других компонентов. Для сравнения: раствор хлорида железа (III) с такой же интенсивностью цвета (визуально), как наш исследуемый раствор, дает в описанных условиях темно-красную окраску комплекса.

Вспомнил, что при растворении некоторых раковин моллюсков в кислотах также образовывался желтый раствор, но я не обратил на это внимание, т.к. решил, что дело в природных пигментах, которые содержались в раковинах (см. Растворение раковин моллюсков в соляной кислоте. Mollusk shells and hydrochloric acid [ссылка]).

Стал вспоминать дальше: то, что видел, слышал или читал.

В "Популярной библиотеке химических элементов", в статье Кадмий - [ссылка] описан очень схожий случай, который привел к открытию данного химического элемента.

"Элемент из аптечной склянки

Вряд ли кто-либо из магдебургских аптекарей произносил знаменитую фразу городничего: «Я пригласил вас, господа, с тем, чтобы сообщить вам пренеприятное известие», – но общая с ним черта у них была: ревизора они боялись.

Окружной врач Ролов отличался крутым нравом. Так, в 1817 г. он приказал изъять из продажи все препараты с окисью цинка, вырабатываемой на шенебекской фабрике Германа. По внешнему виду препаратов он заподозрил, что в окиси цинка есть мышьяк! (Окись цинка до сих пор применяют при кожных заболеваниях; из нее делают мази, присыпки, эмульсии.)

Чтобы доказать свою правоту, строгий ревизор растворил заподозренный окисел в кислоте и через этот раствор пропустил сероводород: выпал желтый осадок. Сульфиды мышьяка как раз желтые!

Владелец фабрики стал оспаривать решение Ролова. Он сам был химиком и, собственноручно проанализировав образцы продукции, никакого мышьяка в них не обнаружил. Результаты анализа он сообщил Ролову, а заодно и властям земли Ганновер. Власти, естественно, затребовали образцы, чтобы отправить их на анализ кому-либо из авторитетных химиков. Решили, что судьей в споре Ролова и Германа должен выступить профессор Фридрих Штромейер, занимавший с 1802 г. кафедру химии в Геттингенском университете и должность генерального инспектора всех ганноверских аптек.

Штромейеру послали не только окись цинка, но и другие цинковые препараты с фабрики Германа, в том числе ZnCO3, из которого эту окись получали. Прокалив углекислый цинк, Штромейер получил окись, но не белую, как это должно было быть, а желтоватую. Владелец фабрики объяснял окраску примесью железа, но Штромейера такое объяснение не удовлетворило. Закупив побольше цинковых препаратов, он произвел полный их анализ и без особого труда выделил элемент, который вызывал пожелтение. Анализ говорил, что это не мышьяк (как утверждал Ролов), но и не железо (как утверждал Герман).

Это был новый, неизвестный прежде металл, по химическим свойствам очень похожий на цинк. Только гидроокись его, в отличие от Zn(OH)2, не была амфотерной, а имела ярко выраженные основные свойства.

В свободном виде новый элемент представлял собой белый металл, мягкий и не очень прочный, сверху покрытый коричневатой пленкой окисла. Металл этот Штромейер назвал кадмием, явно намекая на его «цинковое» происхождение: греческим словом καδμεια издавна обозначали цинковые руды и окись цинка.

В 1818 г. Штромейер опубликовал подробные сведения о новом химическом элементе, и почти сразу на его приоритет стали покушаться. Первым выступил все тот же Ролов, который прежде считал, что в препаратах с фабрики Германа есть мышьяк. Вскоре после Штромейера другой немецкий химик, Керстен, нашел новый элемент в силезской цинковой руде и назвал его меллином (от латинского mellinus – «желтый, как айва») из-за цвета осадка, образующегося под действием сероводорода. Но это был уже открытый Штромейером кадмий."

Разумеется, все элементы, интересные химикам, уже давно открыты (короткоживущие сверхтяжелые ядра, которые на мгновения образуются в ускорителях, - больше для физиков). Но даже в век массовой науки, больших научных коллективов, глобализации и очень дорогих приборов открытия продолжают совершаться случайно и неожиданно. Главное - не пройти мимо.


Download the Video / Скачать Видео (32 Мб, .avi )

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа
Blackboard chalk: determination of iron
Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа

Blackboard chalk: determination of iron. Мел для школьной доски: обнаружение железа



<Эксперименты с Кислотами> <Щелочноземельные металлы> <Качественные реакции. Количественный анализ. Qualitative and Quantitative Chemical Analysis>

<Кальций, Стронций и Барий (Обсудить на форуме)> <Качественный анализ (качественные реакции, разделение...) (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]