Химия и Химики № 2 2013. Эксперименты с жидким азотом

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

Взрыв пластиковой бутылки с жидким азотом

Взрыв бутылки с жидким азотом - один из самых зрелищных экспериментов (хотя он и не принадлежит к числу безопасных). Суть его проста: в обыкновенную бутылку из ПЭТФ (полиэтилентерефталат) наливают жидкий азот - как можно полнее, после чего быстро закручивают пробку и спешно отходят на безопасное расстояние, желательно - не менее 10 метров. Жидкий азот кипит за счет притока тепла извне, давление внутри бутылки растет - через некоторое время происходит довольно сильный взрыв.

Поскольку ждать взрыва иногда приходится сравнительно долго (например, 5 минут), часто проводят другой - еще более эффектный вариант опыта. Закрученную бутылку с жидким азотом помещают в пластиковое ведро (бак или другую большую емкость) с водой. Вскоре происходит взрыв с эффектным фонтаном воды. Пластиковая емкость при этом часто разрушается. В данном случае задержка перед взрывом минимальна (десятки секунд), поэтому отбегать приходится очень быстро.

В журнале уже описан эксперимент по взрыву бутылки с жидким азотом - Взрыв пластиковой бутылки с жидким азотом [ссылка]. Тогда в полулитровую пластиковую бутылку налили 70-100 мл жидкого азота, быстро закрутили крышку, и стали наблюдать с безопасного расстояния. Через 2-3 минуты произошло заметное раздувание бутылки, примерно через 4 минуты бутылка громко взорвалась, образовалось облачко тумана.

К сожалению, во время эксперимента камера отключилась и заснять взрыв не удалось, поэтому я решил повторить опыт. Все получилось немного сумбурно: во второй половине дня появилась возможность набрать полтора литра жидкого азота. Это была приятная неожиданность, но все же неожиданность - к экспериментам я был абсолютно неподготовлен: под рукой не было необходимых материалов и посуды. Но главное - не было стоящих идей. Ртутный молоток, хрупкость охлажденных предметов, получение жидкого воздуха... Повторять то, что делали коллеги или я сам, не хотелось.

Тогда решился провести взрыв бутылки с жидким азотом. На улице было градусов 5 мороза, поэтому оставлять бутылку просто в снегу не хотелось. Разумеется, жидкий азот будет кипеть и на морозе, но неизвестно, сколько пройдет времени до взрыва: чем ниже окружающая температура, тем медленнее должно поступать тепло к жидкому азоту. Тем временем фотоаппарат на морозе может просто отключиться.

Чтобы не рисковать остаться без видео, решил поместить бутылку с азотом в сосуд с водой. Единственный подходящий сосуд, который оказался под рукой - шестилитровая ПЭТФ бутылка. Набрал в нее воду, завинтил пробку и взял с собой ножницы - чтобы срезать на месте верхушку. Для азота было две бутылки: литровая и двухлитровая, после некоторого колебания выбрал литровую. Взял камеру, штатив и пошел в лес. Жидкий азот нес в термосе. Крышка была слегка завинчена, но неплотно (иначе вместо бутылки мог взорваться сам термос). Приходилось всю дорогу следить, чтобы термос стоял вертикально и предохранять его от сотрясений. До наступления сумерек оставалось минут двадцать-тридцать, поэтому нужно было спешить.

Нашел удаленное место, расставил все необходимое и начал подготовку: поставил штатив, срезал у шестилитровой бутылки верхушку (превратив ее в некое подобие ведра). Затем с помощью стеклянной воронки налил в бутылку на 3/4 жидкого азота (между воронкой и горлышком проложил несколько спичек - чтобы во время переливания из бутылки мог выходить испарившийся азот). Правая рука заметно дрожала - от того, что пришлось в спешке нести килограмм 10 вещей, но тут ничего не поделаешь.

Налив азот, быстро закрутил крышку бутылки и поместил ее в срезанную бутылку с водой. Был слышен треск - видимо, на внешних стенках бутылки с азотом намерзал лед. Примерно через тридцать секунд раздался довольно громкий взрыв. Взметнулось облако тумана и снега (в воздух подняло даже небольшие грудочки).

Камера была в 4 метрах, экспериментатор - в 5. Разумеется, лучше отойти подальше: если вы переоцените опасность - ничего страшного, если недооцените - можно серьезно пострадать.

Смотреть Видео - подготовка (52 Мб, .avi ) Смотреть Видео - взрыв (69 Мб, .avi )

Жидкий азот и кипяток (получение тумана с помощью жидкого азота)

Если в кипяток вылить жидкий азот, образуется густой белый туман. Это объясняется резкой конденсацией паров воды при быстром охлаждении. Вместо кипятка можно взять и воду комнатной температуры, но опыт получится хуже.

Данный эксперимент был дважды описан в журнале [1], в обоих случаях в горячую воду лили жидкий азот. Возникла крамольная мысль - а что будет, если сделать наоборот: в жидкий азот вылить кипящую воду?

Когда я поделился мыслями с коллегой, он высказал опасение, что возможно разбрызгивание кипящей воды. Ожоги при попадании на кожу умеренных количеств кипятка совсем не смертельны, но болезненны, поэтому лучше принять меры предосторожности.

Чтобы провести данный эксперимент, я специально сэкономил около 200 мл жидкого азота, который предназначался для взрыва бутылки. (В бутылку вылил не весь имеющийся азот, часть оставил в термосе и принес его назад из леса - см. предыдущую часть статьи).

Азот налил в одноразовый стаканчик, который был вставлен в два полипропиленовых стаканчика (для теплоизоляции). В чайнике нагрел до кипения воду и сразу же вылил кипяток в стакан с жидким азотом. Образовалось много белого тумана, который ударил из стакана фонтаном. По окончании опыта в стакане оказалась вода, на поверхности которой плавали капли жидкого азота.

В целом опыт получился лучше, чем если бы в горячую воду вылили жидкий азот (во всяком случае - не хуже). Если разбрызгивание кипятка и имело место, я этого не заметил. Чтобы не рисковать, надел массивную перчатку, которая предохранила бы от кипятка.

______________________________________________________________
1 См. Опыты с жидким азотом ч.4: Образование тумана (№3, 2012); Опыты с жидким азотом ч.5: Получение тумана с помощью жидкого азота (№1, 2013) [ссылка]

Смотреть Видео (30 Мб, .avi )

Туман стелется по полу

После опыта по "взаимодействию" жидкого азота и кипятка в термосе осталось немного жидкого азота. Продолжать эксперименты в этот же день не хватало ни сил, ни времени. Но до следующего дня азот явно испарится. Пожалуй, самое рациональное, что можно было с ним сделать - вылить. Однако вылить не просто так, а с пользой.

Если вылить жидкий азот на землю или пол лаборатории, образуется туман: значительно меньше, чем в случае с кипятком, но все же образуется. В прошлых номерах журнала такие эксперименты уже были описаны [1], поэтому решил немного изменить опыт: сначала на пол вылил литра полтора кипящей воды из чайника, а только потом плеснул жидкий азот из термоса. Пол покрылся клубами густого белого тумана.

В заключение несколько слов о съемке экспериментов. Во время прошлого эксперимента с выливанием азота на пол имели место проблемы со съемкой из-за того, что я поставил фокусировку камеры на параметр "Auto" (автоматическое определение расстояния). В результате по ходу опыта фокусировка несколько раз сбивалась, резкость "плыла", что портило ролик. О такой опасности я знал. Если вы собираетесь снимать эксперимент по получению тумана, расстояние до объекта необходимо измерить и вручную выставить в настройках камеры перед опытом (режим "Ручная фокусировка" или "MF"). Но я не знал, какое именно расстояние выставлять: азот выливается примерно полметра от камеры, стена (вернее - сейф и холодильник) метрах в двух.

В этот же раз я выставил среднее расстояние - 1.5 м и решил, что лучше пусть будет ошибка на полметра - метр, чем метров на 20 (в случае режима "Auto"). И точно: резкость видео была вполне удовлетворительной - до тех пор, пока, взяв камеру в руки и отходя, я не поставил режим "Auto". Пришлось снова вернуть ручную фокусировку и выставить расстояние "на глаз" - резкость снова стала удовлетворительной.

Смотреть Видео (38 Мб, .avi )