Fire draws on paper (potassium nitrate and paper). Огонь рисует на бумаге (нитрат калия и бумага)

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

Fire draws on paper (potassium nitrate and paper)- pt.1 / Огонь рисует на бумаге (нитрат калия и бумага)

The line was drawn on paper by saturated solution of potassium nitrate. Then the paper was dried. The line was set on fire with a lighter. The fire "drew" a picture.

В результате реакции едкого кали и азотной кислоты образовался раствор нитрата калия, как доказать, что в растворе именно данное вещество?

(См. Reaction of nitric acid and potassium hydroxide (concentrated solutions). Реакция азотной кислоты и гидроксида калия (концентрированные растворы) [ссылка]).

Нитраты дают вспышку при контакте с раскаленным углем, но я решил провести более интересный эксперимент, который называется "Огонь рисует на бумаге". На бумагу наносят надпись насыщенным раствором нитрата калия, затем бумагу сушат, и край надписи поджигают. В результате по тем местам бумаги, где был нанесен раствор калийной селитры, проходится зона тления, - огонь с шипением оставляет после себя черную надпись, которая повторяет надпись, сделанную раствором. Данный демонстрационный эксперимент я делал много лет назад - за это время успел все забыть: даже где и когда его проводил. Помнил только суть опыта. Через поиск по сайту нашел статью:

Огонь рисует на бумаге [ссылка],

- я заснял этот опыт в 2010, т.е. 13 лет назад. Нашел и прочел упомянутую статью я уже потом, - после проведения описанных ниже экспериментов, поэтому пришлось "изобретать велосипед" второй раз, и, как оказалось, что это не всегда плохо.

Для начала взял только что полученный раствор нитрата калия, желтую бумагу А4 для печатных машинок и стал наносить надпись "KNO₃" - ошибся уже на второй букве, т.к. сейчас почти не пишу вручную, а печатаю на клавиатуре. Вместо "KNO₃" стал писать "KO...", ничего: пусть будет "KOH", но не это оказалось самым существенным.

Заметил, что в стакане с нитратом калия появился осадок и его количество все росло. По-видимому, раствор получился нагретым за счет тепла нейтрализации и, по мере его охлаждения, стал выпадать нитрат калия (т.к. растворимость данной соли при охлаждении понижается). В результате на бумагу попало слишком много нитрата калия (его кристаллы было видно визуально). Высушил бумагу, расположил ее вертикально, - теперь нужно поджечь. Чем? Сначала попробовал тлеющим деревом (т.к. использовать пламя не хотелось) - не получается (даже, если бы получилось, - способ неудобный). Таки придется поджигать пламенем.

Воспользовался зажигалкой (со сжиженным газом) - надпись начала гореть с шипением. Пламени не было - только искры. Нитрата калия я нанес на бумагу слишком много: расплавленная селитра стала собираться в шарики, которые покатились вниз. На своем пути и непосредственно снизу они прожигали бумагу, - таким образом портили всю "каллиграфию".

Буквы я не соединял перемычками, поэтому букву "О" пришлось поджигать отдельно. Тление с шипением быстро перешло в обыкновенное горение - появилось пламя; а из-за линий, выжженных селитрой, бумага стала просто разваливаться: прекратил опыт, накрыв бумагу старым журналом. То, что внутренние части букв "О, Р, R", цифр "0, 8, 9" и т.п. будут выпадать, когда их "обрисует" огонь, - я помнил.

Значит, нужно наносить меньше раствора селитры и закрепить бумагу в 2-3 местах, чтобы она не разваливалась, когда огонь выжжет надпись.

Во время второй попытки рисования формулы нитрата калия опять вышел конфуз: вместо буквы "N" стал рисовать "И" - пришлось переделывать. Нормальную надпись "KNO₃" смог сделать только с третьей попытки, буквы соединил подчеркнутой строкой (чтобы их не пришлось поджигать по отдельности). К этому времени весь избыточный нитрата калия выпал из раствора в осадок.

Высушил бумагу на батарее (оказалось быстро и удобно). Инициация - зажигалкой.

Проблема в том, что во время съемки эксперимента (или демонстрации опыта зрителям) экспериментатор (включая части его тела) не должен находиться между объектом и объективом (или зрителями). Нужно стоять сбоку, возможно, - сзади объекта.

Поэтому руку с пламенем зажигалки держал подальше, пытаясь поджечь самый край надписи, но при этом коснулся пламенем края бумаги (где надписи не было). Бумага загорелась - пришлось гасить пламя ударами ладони и задуванием. Зато само "огненное рисование" получилось неплохо.

Следующий эксперимент - горение было слишком интенсивным, надпись получилась, но ее внутренние части выпали.

Вывод: нужно что-то менять. Вариантов два:

*) наносить рисунок попроще и такой формы, чтобы его внутренняя часть не выпадала (без замкнутых контуров);

*) расположить бумагу не вертикально, а горизонтально.

Вертикальное расположение бумаги ведет к неравномерному тлению надписи: снизу вверх огонь (зона тления - не пламя) движется гораздо быстрее, чем из стороны в сторону или сверху вниз. Кроме того, именно вертикальное расположение благоприятствует тому, что обведенные огнем участки бумаги отпадают. Еще один фактор: именно при вертикальном расположении бумаги намного чаще тление переходит в пламя, что портит эксперимент (пламя приходится задувать).

Для начала все-таки сохранил вертикальное положение бумаги, но рисунок нанес простой: незамкнутый прямоугольник. Бумагу закрепил сверху двумя прищепками, между бумагой и доской (фон) проложил ненужный журнал.

Опыт получился хорошо за одним исключением: "огненное рисование" продолжалось больше 9 минут! Зона горения двигалась довольно медленно, особенно в горизонтальном направлении или сверху вниз, снизу в верх надпись двигалась быстрее, но все равно медленно. Иногда огонь выжигал более глубокий след, чем хотелось бы. Для удобства увеличил скорость показа видеодорожки в 5 раз (х5), а звук оставил, как есть (на этом и следующем видео).

В следующем опыте нанес на бумагу надпись "KNO₃", буквы соединил перемычками (но не подчеркнутой строкой). Бумагу расположил горизонтально, снизу под ней - старый журнал, на журнале - еще один лист бумаги, а между ним и листом бумаги с надписью проложил два карандаша.

Поджог край надписи. Горение прошло сравнительно равномерно, хоть и тоже медленно (почти 7 минут). Надпись получилась хорошо. Особенно понравилась мне буква "О": когда пламя через перемычку дошло до этой буквы, горение продолжилось сразу в двух направлениях: в разные стороны от этого места.

Все было бы нормально, если бы какой-то "дятел" не решил выбивать ковры во дворе (это - во время периодических воздушных атак...) - теперь придется корректировать на видео звук.

Снял лист с выжженной надписью, оказалось, что на листе бумаги, который лежал под ним, тоже выгорела надпись "KNO₃", хотя прямого контакта между листами бумаги не было.

Обратите внимание, при описанном эксперименте образуется немало дыма, и распространяется запах горелой бумаги, поэтому проводить его следует под вытяжкой, на улице или в хорошо проветриваемом помещении.

После опытов поинтересовался мнением коллеги, который проводил такие эксперименты в школьные годы и на младших курсах университета:

-Да: я располагал бумагу горизонтально или наклонно - не вертикально, если расположить вертикально, часто тление перегодило в горение с пламенем.

Еще товарищ посоветовал добавлять к нитрату калия одну треть сахара (по массе, очевидно, или по стехиометрии???) - чтобы лучше горело. Имеет ли смысл это делать - не знаю, т.к. брутто-состав (валовый) сахара и целлюлозы практически идентичны.

Для экспериментов я использовал старую желтую бумагу для печатных машинок. Белая бумага для принтеров была, и взять десяток-другой листов для эксперимента - не проблема, но решил, что старая (менее качественная) бумага будет лучше впитывать раствор. В прошлый раз (13 лет назад) я брал для данного эксперимента белую бумагу.

Fire draws on paper (potassium nitrate and paper) - pt.2 / Огонь рисует на бумаге (нитрат калия и бумага)

The line was drawn on paper by saturated solution of potassium nitrate. Then the paper was dried. The line was set on fire with a lighter. The fire "drew" a picture.

В прошлых экспериментах обратил внимание: когда одна горящая линия разделяется на две линии, по которым зона горения движется независимо, это выглядит красиво. Решил повторить эксперимент. Первоначально планировал нарисовать на бумаге подобие шотландского флага:

Линию можно было бы поджечь скраю (в любом из четырех углов бумаги): горение дойдет до центра, в результате независимых направлений, по которым распространяется горение, будет сразу три.

Позже понял, что тремя направлениями ограничиваться не обязательно: можно нарисовать сколько угодно точек разветвления. Поэтому взял насыщенный раствор нитрата калия, стеклянную палочку и нарисовал некое подобие пальмы. Бумагу высушил на батарее. Расположение во время горения - горизонтальное. Снизу положил старый журнал, два карандаша по бокам, поверх них - еще один лист бумаги (который напрямую контактировал с бумагой с нанесенной надписью, в прошлом эксперименте было иначе).

Со второй попытки поджег пальму возле основания. Послышалось шипение, появился дымок. Фронт беспламенного горения нарисовал, сначала стебель пальмы, затем разветвился, рисуя листья. Позже понял, что в месте разветвления зона бумаги, пропитанная селитрой, была слишком широкой - в этом месте бумага могла сильно прогореть до дыр, но обошлось. Края "листев" дорогали довольно медленно. Бумага, которая играла роль подложки, тоже прогорела в форме пальмы.

На видео показ картинки ускорен в 3 раза (х3), звук дан с нормальной скоростью.