Химия и Химики № 2 2015. Ртутное сердце. Mercury beating heart

Капля ртути, серная кислота и бихромат калия

Ртутное сердце (англ. Mercury beating heart) - один из самых красивых химических опытов. Это один из примеров колебательных химических процессов. Капля ртути пульсирует подобно живому сердцу. Есть несколько вариантов данного эксперимента, я выбрал вариант с бихроматом калия и разбавленной серной кислотой [1]. Почему? Только потому, что нашел это описание первым. Подробности проведения эксперимента и объяснение протекающих процессов вы сможете узнать из упомянутой статьи [1]. Ниже дано скорее описание "внешних эффектов" и личных впечатлений от проведения эксперимента.

Лучше всего провести опыт на часовом стекле - оно прозрачное. Часового стекла нужных размеров под рукой не оказалось, поэтому взял выпарную чашку. Поместил в нее каплю ртути, видимо, слишком большую - более 2.5 см в диаметре. Взвесил на весах 20 г воды, добавил 2 г концентрированной серной кислоты. Отдельно взвесил 0.1 г бихромата калия и растворил его в полученном растворе (позже выяснилось, что желательно сначала растворить бихромат калия в воде - полностью, а уже потом добавлять серную кислоту).

Налил раствор бихромата в разбавленной серной кислоте в чашку со ртутью. Блестящая поверхность металла быстро покрылась сероватым налетом [по-видимому, это сульфат ртути (I)]. Прикоснулся к капле ртути железным гвоздем - ничего не произошло. Пробовал и так, и сяк менять положение гвоздя пульсации - не было. Взял вместо гвоздя тонкую железную проволоку - то же самое.

Заново приготовил раствор серной кислоты с бихроматом. Вспомнил, что для опыта рекомендуется брать чистую ртуть. Выдержал ртуть 10 минут над разбавленной (20%) азотной кислотой, потом промыл ее несколько раз водой. Уменьшил размер капли. Даже после этого получилось далеко не с первого раза. Сначала удалось достичь циркуляции ртути на поверхности капли.

Только когда я поменял гвоздь на бОльший, прикоснулся ним к капле ртути, подержал, а затем немного отвел гвоздь назад, - только тогда начались пульсации. Сердце забилось. В момент контакта гвоздя со ртутью стало заметно образование на поверхности гвоздя твердых частиц, которые делали раствор мутным. Позже на дне выпарной чашки образовался оранжево-коричневый осадок.

Кстати, от контакта капли с гвоздем налет сульфата ртути (I) на поверхности ртути быстро исчез.

Закрепил гвоздь в штативе - чтобы не держать его в руках. При контакте с гвоздем капля ртути сжималась и контакт терялся, капля снова расширялась и касалась гвоздя, снова сжималась и т.д. Кроме "биений сердца" наблюдалась также и "треугольная пульсация", когда капля принимала форму треугольника с закругленными краями, затем сжималась, образуя искаженный пятиугольник (или нечто неправильной формы), затем снова образовывала треугольник, но уже повернутый на 180 градусов и т.д.

Вид пульсаций зависел от положения гвоздя: при легком контакте была пульсация типа "биения", при чуть более тесном - "треугольная пульсация". При тесном контакте гвоздь оказывался все время погруженным в каплю - капля сжималась и пульсации прекращались. Следует также учитывать, что в отличие от настоящего сердца (которое, увы, также не вечно), с каждым биением капли ртути система не возвращалась к первоначальному положению: исходные вещества расходовались, а продукты реакции накапливались. Поэтому одно и то же положение гвоздя в разные моменты времени могло вызвать разные пульсации.

В процессе работы "сердца" раствор бихромата калия иногда становился зеленым [хром (III)], но биению капли ртути это не мешало.

Несколько слов о съемке эксперимента. Сначала снимал пульсирующую каплю сверху. Появилась неожиданная проблема: когда ртуть не пульсировала - было все нормально, но пульсирующая ртутная капля вызывала волны на поверхности раствора, из-за волн на видео возникали сильные блики. Пришлось заслонять прямой свет. В качестве светозащитного экрана наиболее эффективным оказался экспериментатор, сгорбленный над фотоаппаратом. Пульсирующая капля ртути тоже давала блики от ламп, но от этого было больше пользы, чем вреда: пульсации так лучше заметно.

Позже стал снимать эксперимент не точно сверху, а сбоку и чуть сверху - это позволило решить проблему бликов.

Чашка Петри, как и часовое стекло, прозрачная - в ней видео выглядит значительно лучше, проблема в том, что в чашке Петри дно ровное, а не выпуклое. В результате капля ртути, сжимаясь, может откатиться назад или в сторону - и потерять контакт с гвоздем. Или наоборот - капля может придвинуться к гвоздю слишком близко - контакт станет непрерывным. В обоих случаях пульсация прекратится. Другое дело - в выпарной чашке или на часовом стекле - тут капле некуда деться из углубления.

Несмотря на это удалось достичь пульсаций "ртутного сердца" и в чашке Петри (особенно, если был небольшой уклон в направлении от капли к гвоздю), но эти пульсации били нестабильны: со временем капля, либо теряла контакт с гвоздем, либо контакт становился непрерывным. В результате биение сердца приостанавливалось.

__________________________________________________
¹ Ртутное сердце (пульсация капли ртути) [ссылка]

Смотреть Видео (95 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (107 Мб, .avi ) Смотреть Видео 3 (122 Мб, .avi )