"Ртутное сердце" - один из классических физических экспериментов. Опыт этот очень простой и в то же время увлекательный. Главный недостаток - необходимо довольно много ртути. Существует несколько вариантов данного эксперимента. Для начала приведем описание из книги: М. А. Грабовский, А. Б. Млодзеевский, Р. В. Телеснин, М. П. Шаскольская, И. А. Яковлев; Под ред. проф. В. И. Ивероновой. Лекционные демонстрации по физике (1972) ссылка

"Ртутное сердце". Изменение поверхностного натяжения жидкости под действием электрического заряда удобно демонстрировать на пульсирующей капле ртути, называемой "ртутным сердцем". Каплю ртути размером 15-20 мм помещают на часовое стекло, на которое налит 10%-ный по объему раствор серной кислоты (плотность 1,093). Предварительно в этот раствор вводят двухромокислый калий в количестве 0,05 г на 10 см³ раствора. При соприкосновении с раствором электролита ртуть заряжается, вследствие чего уменьшается ее поверхностное натяжение и капля слегка сплющивается под действием силы тяжести. Далее касаются края капли железной проволокой (толщиной около 1 мм). Тогда ртуть, железо и раствор образуют гальваническую цепь, в которой течет ток, разряжающий каплю. В результате этого поверхностное натяжение капли увеличивается и капля несколько стягивается к центру, причем край ее отстает от проволоки и капля заряжается вновь. Тогда она снова сплющивается, прикасается к проволоке и замыкает цепь, после чего движение повторяется. В результате получается постоянная пульсация капли, сопровождающаяся образованием стоячих волн на поверхности раствора.

Опыт следует показывать в горизонтальной проекции, причем, как и в других случаях, для большей устойчивости часового стекла его следует поместить на достаточно широкое кольцо. Раствор наливать на стекло рекомендуется сначала, а потом уже пускать ртуть из склянки, сквозь пробку которой продета стеклянная трубка с оттянутым концом. При этом условии можно наблюдать эффектное явление слияния между собой отдельных ртутных капелек, сопровождающееся своеобразными толчками. Для успеха опыта очень важно поддерживать железную проволоку в точно установленном положении, для чего рекомендуется укрепить ее в штативе или, что проще, прикрепить к куску дерева, который может передвигаться по стеклянной пластинке, на которой находится и часовое стекло. Можно держать проволоку и просто рукой, но это требует некоторого навыка. Конец проволоки, прикасающийся к капле ртути, необходимо предварительно зачистить шкуркой или напильником. При перемещении проволоки относительно капли изменяется амплитуда колебаний, и при достаточно большой амплитуде капля приобретает звездообразную форму.

Этот опыт служит хорошим введением к изучению электрокапиллярных явлений.

Мы взяли 10% раствор серной кислоты с добавкой хромпика. Приготовили его так: смешали 7,6 мл электролита для аккумуляторов, 12,1 мл воды и добавили 0,1 г дихромата калия (бихромата калия). Если у кого-то нет весов, моно насыпать дихромат по объему (кучка из мелких кристаллов диаметром 11 мм, высотой 4 мм). Фарфоровая чашка (в нашем случае диаметр - 75 мм) стояла на кольце-подставке. Вначале надо налить ртуть, а потом раствор, иначе ртуть разбивается на капли, которые не сливаются.

Опыт получился не сразу. Вначале мы прикасались кончиком заточенной проволоки к ртути, просто держа проволочку в руках. Эффект наблюдался, но продолжительного биения не было (поэтому ролик удалось снять не сразу - что видно по наличию осадка). Секрет успеха в том, чтобы проволоку прижать к краю чашки, рукой можно опереться о стол (левой рукой при этом придерживать чашку) и касаться самого края капли. Тогда можно обойтись без штатива (со штативом, наверное, будет менее удобно работать) и даже регулировать пульсацию (касаясь железом края капли на разной высоте). Капризность опыта в том чтобы выдержать нужную "степень касания", но этому легко научиться в процессе опыта.

Позволим себе немного дополнить описание причин пульсации капли ртути. В растворе бихромата калия ртуть окисляется, на ее поверхности образуется пленка сульфата ртути (I) Hg₂SO₄. В результате поверхностное натяжение ртути уменьшается, капля расширяется и соприкасается с железной проволокой. В этот момент образуется гальванический элемент, в котором ртуть играет роль катода, а железо - анода. Железо растворяется, а сульфат ртути восстанавливается до металла. В результате поверхностное натяжение капли снова растет, капля сжимается и контакт с железом теряется. Поверхность ртути опять окисляется, капля покрывается слоем сульфата, расширяется и опять касается гвоздя и т.д.

В результате капля ртути пульсирует подобно живому сердцу. Отсюда и название опыта - "Ртутное сердце".

Образование пленки:
2Hg_(жидк.) + SO₄^2-_(р-р) => Hg₂SO_{4(пленка)} + 2 e^-
Cr₂O₇^2-_(р-р) + 14H⁺_(р-р) + 6e^- => 2Cr³⁺_(р-р) + 7H₂O_(жидк.)

Разрушение пленки:
Hg₂SO_{4(пленка)} + 2 e^- => 2 Hg_(жидк.) + SO₄^2-_(р-р)
Fe(тв.) => Fe²⁺_(р-р) + 2e^-

Смотреть Видео (42 Мб, .avi )

<Зажгите лампу спичкой (электропроводность стекла)> <Левитация> <Как горит лампа накаливания на воздухе (без колбы)?> <Лампа и ЛАТР (лабораторный автотрансформатор)> <Огонь на ладони>
<Ртутное сердце (обсуждение)> [Отправить сообщение об ошибке]