Ukrainian coin of 2 hryvnias, nitric acid and hydrochloric acid. Украинская монета 2 гривны, азотная кислота и соляная кислота

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

Ukrainian coin of 2 hryvnias: qualitative determination of zinc, aluminium and chrome - pt.3 / Украинская монета 2 гривны: качественное определение цинка, алюминия и хрома

В том, что стальная монета 2 гривны с никелевым гальваническим покрытием не содержит цинка или алюминия - я не сомневался, но по случаю решил это проверить. Хром также обнаружить не удалось - качественную реакцию я проводил в прошлом (с другими монетами 2 гривны), но, если именно в конкретных монетах хром есть, описанный ниже анализ это покажет.

В наличии был образец, полученный растворением двух монет 2 гривны в смеси концентрированных азотной и соляной кислот. Замысел такой: приготовить крепкий раствор щелочи, добавить в него анализируемый раствор, перемешать. Щелочь должна быть в избытке. Железо и никель - в осадке в виде гидроксидов. Алюминий, цинк и хром - в случае их присутствия - перейдут в раствор в виде гидроксокомплексов. Фильтруем осадок. В фильтрате - гидроксокомлексы вместе с избытком щелочи. К фильтрату добавляем кислоту небольшими порциями при перемешивании. Когда избыток щелочи будет нейтрализован, гидроксиды цинка, алюминия и хрома выпадают в осадок, который затем растворится в следующих порциях кислоты.

Появление осадка свидетельствует, что в монетах был хотя бы один из металлов: цинк, алюминий и хром. Если осадка не будет, значит, в монетах не было заметных количеств любого из этих трех металлов (разумеется, кислоту следует добавлять аккуратно).

Приготовил раствор 10 г едкого кали в 20 мл дистиллированной воды, в него по каплям стал добавлять анализируемый раствор. Анализируемый раствор после стояния имел зеленовато-коричневый цвет. Капли, опускаясь на дно, становились темно-коричневыми и превращались в гелеобразные гранулы.

Неожиданно возникло явление, которое наблюдается в эксперименте "Химические водоросли (коллоидный сад)" [1]. Есть много вариантов данного опыта, но наиболее распространенный из них следующий: жидкое стекло (технический раствор силикатов натрия и калия) разводят водой в 2-3 раза и наливают в стакан или колбу. На дно помещают крупные кристаллы солей металлов, которые дают малорастворимые силикаты: соли железа, кобальта, никеля, хрома, алюминия, цинка, магния и т.д. (сами исходные соли должны быть растворимы в воде). В результате из кристаллов начинают расти нити, похожие на водоросли. Ждать приходится часы или сутки, но в некоторых случаях - с хлоридом железа (III), например, "водоросли" растут буквально на глазах.

Суть наблюдаемого явления проста: вокруг кристалла, например, нитрата кобальта образуется пленка силиката кобальта, которая обладает свойствами полупроницаемой мембраны (как в классических опытах по демонстрации осмоса). Вода (растворитель) через такую мембрану проходит, растворенные вещества - нет (вернее, проходят тоже, но гораздо хуже). Из-за более высокой концентрации веществ внутри мембраны вода из окружающего раствора устремляется внутрь - за счет осмоса, давление внутри "капсулы" растет, и пленка в некоторых местах рвется. Из отверстий выступает раствор нитрата кобальта, который снова реагирует с силикатами натрия и калия, образуя новую пленку, - в этот момент водоросль "растет". Герметичность капсулы восстанавливается, давление внутри ее опять увеличивается, пока снова не происходит прорыв пленки и выброс раствора нитрата кобальта из капсулы. В результате реакции образуется новая силикатная пленка вокруг выступившего раствора, и т.д.

Так вот, застывшие капли анализируемого раствора (полученного из монет 2 гривны) на дне стакана со щелочью также стали "расти" методом "почкования": сформировавшаяся поверхность стала прорываться, и в этих местах образовывались меньшие "гранулы", которые сохраняли связь с материнской. В отличие от классического варианта "химических водорослей" процесс этот шел не очень активно и цикл повторялся всего по нескольку раз. Но эффект был. Я решил оставить этот вариант "химических водорослей" до лучших времен, а сейчас - продолжить анализ.

Всего я добавил в щелочь 3.5 мл анализируемого раствора - получил темно-коричневый осадок на дне в виде капель-гранул. Перемешал - содержимое стакана стало коричневым.

Профильтровал смесь сквозь фильтровальную бумагу - фильтрат был прозрачным и бесцветным.

К фильтрату по каплям стал добавлять азотную кислоту при перемешивании, время от времени проверяя рН индикаторной бумагой. Сначала - ничего, потом капли стали вызывать выделение углекислого газа, реакция раствора изменилась от сильнощелочной через слабощелочную к слабокислой и, наконец, к сильнокислой. Образование осадка малорастворимых гидроксидов не наблюдалось.

Значит, в монетах 2 гривны не содержалось заметных количеств цинка, алюминия и хрома.

__________________________________________________
¹ См., например, подборку статей Химические водоросли (коллоидный сад) / Chemical Gardens (Colloidal Garden) [ссылка]

Chemical gardens (Colloidal garden): solution of iron coin (in HNO₃/HCl) and potassium hydroxide - pt.4 / Химические водоросли: раствор железной монеты (в HNO₃/HCl) и гидроксид калия

После прошлых экспериментов остался раствор, который образовался после полного растворения двух монет номиналом 2 гривны в смеси: 50 мл концентрированной азотной кислоты и 20 мл концентрированной соляной кислоты. Он содержит трехвалентное железо, немного никеля и избыток кислот. При добавлении кислотного раствора монет к раствору щелочи (10 г едкого кали в 20 мл дистиллированной воды) капли раствора опускаются на дно и застывают в подобие гранул. Потом эти гранулы "растут" методом почкования, как кристаллики солей в опыте "Химические водоросли".

Явление и его объяснение были описаны в прошлой части статьи (см. выше). Тогда целью было продемонстрировать наличие (точнее - отсутствие) в монетах алюминия, цинка и хрома - т.е., провести химический анализ. В этот раз я решил вернуться к опыту "Химические водоросли".

Раз движущей силой роста "Химических водорослей" является осмос - проникновение воды сквозь полупроницаемую мембрану из внешнего раствора внутрь "капсулы", значит, нужно увеличить перепад осмотического давления между раствором внутри гранулы (которая окружена мембраной) и внешним раствором. Для этого нужно увеличить перепад концентраций: либо увеличить концентрацию солей в исходном растворе, либо уменьшить концентрацию раствора щелочи. Первое означало упаривать раствор с соляной и азотной кислотами - это возможно, но процедура не из приятных. Зато взять более разбавленный раствор щелочи - проще всего. Поэтому вместо раствора с концентрацией щелочи 10 г едкого кали в 20 мл дистиллированной воды я взял два более разбавленных раствора: 1 и 5 г едкого кали в 20 мл дистиллированной воды. Еще ДО опыта понимал, что, чем более разбавленный раствор - тем лучше должны расти "водоросли", но в слишком разбавленном растворе не будут образовываться гранулы, окруженные мембраной, - исчезнет сам эффект.

Итак, 1 г едкого кали в 20 мл воды. Добавил в стакан со щелочью каплю кислого раствора монет. Капля опустилась на дно, где растеклась, образовав желто-коричневый осадок Fe(OH)₃. Новая капля - тот же результат. На поверхности раствора в стакане также осталось немного осадка, а между верхом и низом стакана образовывались "сталактиты" и "сталагмиты". Никаких гранул не образовалось. Продолжил добавлять раствор по каплям дальше.

На настоящие водоросли это было похоже: содержимое стакана напоминало ламинарию, но ни о каком "росте" водорослей не было и речи.

Мо мере добавления раствора стакан почти заполнился желто-коричневым осадком.

Теперь взял раствор 5 г едкого кали в 20 мл воды в стакане, стал по каплям прибавлять раствор монеты. Капли опускались на дно, темнели, не растекались, а образовывали гранулы. И из гранул начали расти темно-коричневые "Химические водоросли". Они были невысокими (пару сантиметров) - в отличии от их аналогов с жидким стеклом, рост "водорослей" был быстрым, хоть и непродолжительным.

Одна из капель заключила в себя пузырек воздуха, поэтому не утонула, а осталась возле поверхности жидкости: при этом она образовала гранулу, которая тоже "росла", разумеется, уже не снизу вверх, но эффект был аналогичным (гранула выбрасывала отростки - подобно семени, которое пропастает, образуя стебель и корни).

Не особо красиво, но эффект "роста водорослей" был наглядным.