Cartridge case, copper, ammonia and oxygen. Винтовочная гильза, медь, аммиак и кислород

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

Жизнь - непредсказуемая штука. Химик вообще-то должен работать в лаборатории. Или на производстве. В крайнем случае - быть каким-то консультантом в офисе. Но началась война и пришлось идти в армию - в зону боевых действий. То есть, как это "пришлось?" Силой никто не тянул (понимаю, что россияне даже представить себе такого не могут, но это ваше дело). Более того: брать не хотели - боялись, что у человека проблемы со здоровьем - протягали по врачам три недели. Потом еще - почти полтора месяца учебки. Интенсивность боевых действий утихла, поэтому людей держали больше для резерва (правда, пока мы учились, на фронте уже погибли два человека из группы, которая была перед нами). Аналогично было и в зоне боевых действий - стрелять приходилось только на стрельбах (хоть мы и стояли в первой линии, правда, не на передке). Собственно, саперы и не должны стрелять, если все идет нормально, но это совсем другая история.

Приходилось искать химию, где только можно: заснял горение небольших кусочков тротила и разных видов пороха (дурак я со своей скромностью: сейчас бы сжег на камеру 200 или 400-г шашку). На стрельбище я заметил, что 7.62-мм гильзы от винтовки СВД - на вид медные и блестящие, полежав на земле, ржавеют. Значит, медь - только покрытие: сама гильза стальная. Логично: если гильзы делать из меди, это значительно увеличит их цену. Тогда я с этими гильзами ничего не сделал: служба в армии не располагает к творчеству. Возле поста было гнездо ос - часто наблюдал за ним и фотографировал. Ос в той местности оказалось полно, но укусили меня только раз за все лето - когда я попытался вырвать травинку в сантиметре от гнезда - она портила кадр.

Домой сувениров почти не принес: осколок гранаты Ф-1 и еще несколько мелочей. Гильзы не брал. Некоторые товарищи взяли с собой "действующие экспонаты" - потом имели проблемы с законом. Всю свою "коллекцию пороха" я сжег. В случае необходимости - его можно будет купить.

Второй раз я познакомился с винтовочными гильзами лет через 7 - в территориальной обороне. Война была та же, только случилось обострение - полномасштабное вторжение. В этот раз стрелять уже пришлось: сначала - по людям в центре родного города, а потом уже - на стрельбище. Стрельбище не очень понравилось: пришлось ложиться на пол, покрытый цементной пылью, а через час - стоять на посту в центре города (в этой же одежде - другой не было). Мы стреляли из автомата (калибр 5.45 мм), но на полу я нашел блестящую красной медью гильзу от СВД и взял с собой. Видимо, кто-то стрелял до нас из старых снайперских винтовок.

Гильзу забрал, но не просто как сувенир. Хотел провести какой-то эксперимент, чтобы продемонстрировать, что гильза - стальная и только покрыта медью [K2]. Для этого нужно погрузить гильзу в раствор, который растворил бы медь, но не тронул сталь. Соляная и разбавленная серная кислоты медь растворят (если есть доступ воздуха), но сталь, которая под ней, - растворят гораздо охотнее. Азотная кислота тоже растворит все (разве что концентрированная - в смысле дымящая - сталь не тронет, но ее нет в наличии).

Может, аммиак? На воздухе водный раствор аммиака должен растворять медь с образованием синего комплекса [Cu(NH₃)₄](OH)₂. Сталь аммиак не растворяет, правда, сам этот комплекс, - вероятно, может с ней реагировать, но посмотрим.

Взял гильзу, поместил в колбочку с раствором аммиака. Плотно закрыл пробкой.

Хотя нет - было немного не так. Беру бутылку с концентрированным раствором аммиака (25%), вынимаю ее из защитного полиэтиленового пакета, чтобы посмотреть, сколько в ней осталось раствора. Мало, но на один опыт хватит. Вот только на дне обнаружил обильный белый осадок! Сюрприз...

То, что аммиак разрушает стекло при хранении, - я знал. Боле того, в этой бутылке осадок уже был: я профильтровал аммиак и вымыл бутылку. Но процесс снова прошел. В данном случае химическая чистота не обязательна (подошел бы и технический аммиак), но белые хлопья в растворе мешают съемке.

Более того, я уже использовал этот аммиак для опытов с монетами - там проводилось осаждение гидроксидов. Нет уверенности, что в раствор не попали именно эти белые хлопья (похожие на аморфные осадки нерастворимых гидроксидов). Там это некритично - поскольку для качественной пробы использовался фильтрат, но все равно нежелательно (видео портят).

В этот раз профильтровал аммиак и выругался: фильтровальная бумага придала раствору желтоватый оттенок. Тоже - не новость, нестрашно.

Аммиак, который хранился в стеклянной бутылке (концентрированной водный раствор когда-то реактивной чистоты). В результате разрушения стекла образовался осадок в виде белых хлопьев

Итак, поместил я гильзу в колбу с аммиаком и плотно закрыл ее пробкой. Доступа воздуха не будет, а он нужен для окисления меди. Ничего, для начала процесса воздуха в колбе должно хватить. Держать открытую колбу с аммиаком - не вариант: у моего соседа инфаркт может случиться - у человека хемофобия. Почему? Уверен, что он никогда реально не работал (а только создавал видимость). Сосед - кандидат химических наук (именно в области экспериментальной, а не теоретической химии), но при этом он панически боится химии.

Нижняя часть гильзы, погруженная в раствор аммиака, скоро стала блестящей, а сам раствор - окрасился в голубой цвет на протяжении пары минут. Оставил гильзу в колбе на 36 часов. Прихожу: низ гильзы блестит красным (медь), нижний ободок - серебристый, а голубая окраска раствора - почти исчезла. В месте, где встречаются три фазы: воздух, раствор и металл гильзы - тоже серебристое кольцо (здесь растворение меди было более быстрым и уже прошло до конца - обнажилась сталь).

Это не стало неожиданностью, поскольку металлическая медь реагирует с голубым комплексом двухвалентной меди [Cu(NH₃)₄](OH)₂, образуя аналогичный комплекс одновалентной меди [Cu(NH₃)₂](OH) - уже бесцветный.

[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + Cu = 2[Cu(NH₃)₂](OH)

На этом растворение меди и заканчивается: когда весь [Cu(NH₃)₄](OH)₂ перейдет в [Cu(NH₃)₂](OH), но, если открыть пробку и пустить в колбу воздух, [Cu(NH₃)₂](OH) быстро окисляется опять до [Cu(NH₃)₄](OH)₂. Раствор становится синим и снова начинает реагировать с медью.

Итак, я открыл пробку и немного встряхнул колбу (чтобы ускорить процесс). Раствор из почти бесцветного стал синим за - одну минуту! Потом еще несколько минут окраска становилась все более интенсивной. Более того: когда я закрыл колбу пробкой, и оставил ее стоять, то через время обнаружил, что окраска все еще продолжает углубляться. Из светло-голубого раствор стал темно-синим.

После описанных процедур погруженная в раствор часть гильзы выглядела желтой - медь полностью не растворилась. Серебристыми стали только нижний ободок и окружность, по которой гильза контактировала с поверхностью раздела: раствор - воздух.

На видео вся нижняя часть гильзы выглядит серой. Это искажение цветов: при макросъемке моя камера почему-то передает цвета меди и золота как серый. Хотя, может и не стоит грешить на камеру: синий и желтый - взаимодополнительные цвета. При смешивании такие цвета дают черный или белый цвет (т.е., ахроматический фон). Раствор синий, гильза желтая: вместе на видео получается белый (на практике - серый) цвет, хотя визуально желтый цвет металла видно четко (на видео - тоже видно до тех пор, пока раствор окрашен слабо: голубой или светло-синий).

Снова закрыл пробку и оставил гильзу в растворе стоять на ночь, чтобы аммиакат меди (II) растворил остатки меди. Срок "на ночь" растянулся до одной недели: я неожиданно уехал в командировку, когда вернулся - обнаружил к колбе темно-синий раствор. Окраска раствора оказалась более интенсивной по сравнению с предыдущим разом (т.е. с таковой, которая была 7 дней назад). Нижняя часть гильзы стала серебристо-белой и блестящей (как сталь), верхняя, которая не была погружена в раствор, - потемнела и частично покрылась голубым налетом.

Обратил внимание, что контакт обнажившейся стали с раствором аммиаката двухвалентной меди [Cu(NH₃)₄](OH)₂ не привел к разрушению последнего.

Через 7 дней: в этот раз раствор не обесцветился, поскольку медь, которая контактировала с раствором, полностью прореагировала. Покрытие растворилось, обнажив стальную гильзу

Комментарии

^К1 Составы: аммиак + перекись;

уксусная кислота (раствор) + перекись -

растворяют медь и латунь, но слабо действуют на сталь.

^К1-1 Спасибо.

Аммиак + перекись я раньше пробовал, в данном случае было: аммиак + воздух (кислород). С уксусной кислотой - надо будет попробовать.

^К1-2 Перекись в таком растворе разлагается очень быстро. Но, наверно, одновалентную медь окислит ещё быстрее.

А травление меди в синем растворе аммиаката меди - типовой технологический процесс при изготовлении печатных плат, один из вариантов.

^К1-2-1 У меня раз при разборке сломалась сантехническая деталь, латунная резьба осталась внутри гайки из нержавейки. И я ее вытравил раствором уксусной кислоты (20-40%) с перекисью, после суток травления остатки резьбы легко выкрутились.

^К2 А магнитом?

^К2-1 Так - проще всего. Можно было вообще поцарапать медное покрытие острым предметом - под ним проступит сталь. Но хотелось использовать химический метод: чтобы растворилась медь, но осталась сталь (обратите внимание, что железо - более активный металл, чем медь).

Итак, после эксперимента по снятию медного покрытия с гильзы остался темно-синий раствор аммиаката меди (II) - [Cu(NH₃)₄](OH)₂. Что можно с ним сделать? Первая мысль - попробовать восстановить этот комплекс цинком.

Добавил в колбу несколько гранул цинка, герметично закрыл резиновой пробкой. Со временем заметил образование пены: выделение газа? На цинковых гранулах стал образовываться черный шлам (медь осаждается в мелкодисперсном виде - очень мелкие порошки металлов имеют черные цвет). Уже при просмотре видео заметил коричневый цвет.

Через четыре часа заметил, что раствор существенно побледнел, но синяя окраска все еще оставалась интенсивной. Потом... а потом нас всех попросили покинуть рабочее место, т.к. скоро отключат свет. Дальше - воздушная тревога и рекордный ракетный обстрел с начала войны.

Попал на работу аж через три дня. Рассчитывал увидеть колбу с бесцветным раствором и красным (или черным) осадком металлической меди на дне. А увидел, что пробку из колбы выбило (явно - было избыточное давление из-за выделения газа), стенки колбы - в потеках, бумага под колбой - со следами высохшего раствора. Неужели имела место реакция с выделением газа, в результате которой из колбы выбило резиновую пробку, а часть содержимого - выплеснулось? Интересно...

Мимо воли вспомнил сплав Деварда (Devarda's alloy), который содержит алюминий, медь и цинк. Особенностью данного сплава является то, что он реагирует с водой при комнатной температуре. Используется в аналитической химии для восстановления нитратов и нитритов до аммиака (определение азота по Кьельдалю). Но, чтобы цинк реагировал с водой в аммиачном растворе (пусть и в присутствии меди), - a priori я счел это маловероятным.

Это все равно, если бы вы опустили в раствор медного купороса стальную булавку, рассчитывая продемонстрировать выделение красной меди (на поверхности железа), а получили - эффект газировки.

Значительно позже нашел другую - альтернативную причину: когда я ставил эксперимент, - было прохладно, а когда пришел после выходных, - включили отопление. Нагревание раствора понижает растворимость аммиака в воде, внутреннее давление растет.

Содержимое колбы тоже не соответствовало моему ожиданию. Черный шлам на гранулах (видимо, медь) и белый осадок (аммиачный комплекс или гидроксид цинка???). Раствор - светло-синий. Не бесцветный. Запах аммиака частично остался, но уже не был резким.

Цвет раствора частично сохранился из-за того, что колба разгерметизировалась и был контакт с воздухом? Да, но воздух не должен помешать меди (II) быть восстановленной до металла избытком цинка. Пример: упомянутая выше реакция медного купороса с железной булавкой (кстати, это - первый в жизни химический опыт, который я увидел: дело было в первом классе). Возможно, медь полностью обволокла поверхность цинка и прекратила его контакт с раствором? Тогда медь будет растворяться в аммиаке в присутствии воздуха - раствор окрасится в синий цвет.

Последнее допущение легко проверить. Сейчас добавлю еще несколько гранул цинка, закрою колбу. Если попробуют опять отправить домой из лаборатории - заберу колбу с собой (главное, чтобы в кармане пробку не выбило).

Кстати, как только увидел выбитую пробку, сразу подумал... об альтруизме. У моего соседа - химиофобия, т.е. - боязнь химии (что не помешало ему получить звание к.х.н. и должности зав. лаба в нескольких местах). Если соседа угораздило быть в этот момент на работе - мог и инфаркт получить (не шучу). Выстрелила пробка, еще и резкий запах какой-то (аммиак): отравить хотят! А, если не инфаркт, то испугался точно. Сегодня на работе его нет - остается гадать, что там произошло.

Итак, добавил в колбу две гранулы цинка и плотно закрыл. Наблюдал четыре часа, периодически перемешивая - синий цвет не исчез. Оставил на выходные. Прихожу - в колбе бесцветный раствор, белый осадок и черный шлам на гранулах - все, как и должно быть. Визуально - раствор не имел малейшего синего оттенка, но на видео он просматривается: передача цветов не идеальна (неясно только, что меня обманывает: камера или глаза, исходя из химизма процесса, - камера).

Т.е., цинк просто восстановил медь из аммиаката меди (II) до металла.

Открыл пробку - внутри колбы снова было избыточное давление. Уже при просмотре отснятого видео стало очевидно, что газ с поверхности цинка все-таки выделялся. Отсюда - избыточное давление. Т.е. дело не в том, что включили отопление.

Открытую колбочку оставил стоять - в ожидании, что раствор посинеет. Для появления слабого (но отчетливого) синего оттенка хватило два часа.

Чтобы отмыть дно колбы, пришлось использовать серную кислоту: осадок и гранулы цинка на дне сцементировались.