Химия и Химики № 2 2012. Эксперименты с пропан-бутановой смесью

Огненная метель

"Огненная метель" - один из самых красивых химических экспериментов. В "классическом" виде он выглядит следующим образом. В большую банку или колбу наливают немного концентрированного раствора аммиака (можно также воспользоваться смесью соли аммония и щелочи, которую немного смачивают водой). Сосуд закрывают и ждут несколько минут, пока он заполнится парами аммиака (для ускорения этого процесса банку или колбу можно слегка повращать, чтобы раствор распределялся пленкой по нижней ее части). После этого сосуд открывают и вносят в него ложечку с оксидом хрома (III) Cr₂O₃, предварительно нагретым в пламени горелки до красного каления. Легкими движениями ложечки распыляют частички оксида хрома.

В банке начинается настоящая огненная метель: вместо того, чтобы остыть и погаснуть, частицы оксида хрома раскаляются еще больше, банка заполняется искрами красного и желтого цвета, причем это не просто "огненный дождь", а именно "огненная метель": потоки газа подхватывают раскаленные частички и несут их в разных направлениях, в том числе - вверх и в стороны. Наблюдаются многочисленные огненные завихрения, иногда появляется желтое пламя.

Многие читатели уже поняли, что в эксперименте происходит каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха на поверхности частиц оксида хрома. Однако, как мы уже убедились, оксид хрома (III) является катализатором окисления большого числа органических веществ, в частности - углеводородов. Было бы логично попробовать провести опыт "Огненная метель" с пропан-бутановой смесью. Описание такого опыта в литературе мы не встречали, но, как говорится: попытка - не пытка.

Трехлитровую банку (которую в быту называют "бутыль для консервирования") заполнили пропан-бутановой смесью. В импровизированной ложечке нагрели оксид хрома (III), полученный разложением бихромата аммония. Когда оксид хрома местами раскалился докрасна, ложечку внесли в банку со смесью и начали слегка рассыпать содержимое. В результате сначала появились отдельные красные и желтые искры, потом начался огненный дождь, который перешел в огненную метель. Опыт напоминал аналогичный эксперимент с аммиаком, метель часто была даже более яркой, но наблюдалась и существенная разница: пропан-бутановая смесь нередко вспыхивала, т.е. вместе с поверхностным горением начиналось и объемное. Если пламя находилось внутри банки, это не сильно портило опыт (вихревое пламя с раскаленными частичками оксида хрома тоже выглядело красиво), но когда пламя сосредотачивалось возле горлышка, огненная метель прекращалась. Приходилось также следить, чтобы пропан-бутановую смесь в банке случайно не зажечь находящейся поблизости горелкой. Если это все-таки происходило, банку следовало быстро накрыть крышкой.

Во время опыта (особенно в заключительной его части) сильно осложняли жизнь пары воды, которые конденсировались на стенках банки, что мешало наблюдению (вода - продукт окисления углеводородов). При повторении опыта в одной и той же банке эта проблема исчезала: после нескольких экспериментов стенки банки нагревались, и на них переставала конденсироваться вода. Возможно, перед заполнением банки пропан-бутановой смесью ее целесообразно немного нагреть (например, в сушильном шкафу или духовке).

Заключительную часть эксперимента (каталитическое горение) лучше всего наблюдать в темноте. Для этого желательно не только выключить свет и затемнить помещение, но также погасить газовую горелку.

Смотреть Видео (51 Мб, .avi )
Смотреть Видео 2 (55 Мб, .avi )
Смотреть Видео 3 (82 Мб, .avi )