Оглавление Видео опыты по химии На главную страницу


Химия и Химики № 4 2012




Небо в стакане или опыты с жидким кислородом ч.1
Experiments with liquid oxygen


И.Н. Григорьев


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


Вступление
Опыты с кислородом заслуженно пользуются интересом у юных химиков. С них обычно и начинается увлечение химическими экспериментами. Незабываемое впечатление производит всего лишь тлеющая лучина, мгновенно вспыхивающая при внесении ее в кислород. Что и говорить о железной проволоке, сделанной из такого привычного с детства негорючего материала. Но стоит поджечь проволоку в кислороде, и железо будет гореть, разбрасывая искры, подобно бенгальскому огню. Благодаря кислороду мы сможем наблюдать раскаленный добела кусочек угля, исчезающий на глазах, а также великолепное фиолетовое пламя серы...

По понятным причинам в большинстве случаев эксперименты проводят с газообразным кислородом. Мы решили отойти от этой традиции и провести опыты с жидким кислородом.

Любуясь синевой неба, особенно яркой в контрасте с облаками, не многие задумывались о том, что можно подержать его в руках. И это не просто метафора. Когда я взял в руки фарфоровую кружку с голубой дымящейся жидкостью, эта мысль сразу пришла в голову. Я любовался, казалось бы, ничем не примечательным зрелищем (такая уж невидаль - голубая жидкость!), но само осознание, что это именно небесная синева приводило в восхищение…


Жидкий кислород. liquid oxygen
Жидкий кислород / liquid oxygen


Синее небо




Вместо введения
Случай на работе (подключение измерителя влажности азота) свел меня с жидким кислородом и, хотя я уже отстранился от проведения экспериментов, и проникся буддийской философией, захотелось порадовать любителей химии опытами со столь необычной формой привычного вещества.

К большому сожалению, жидкий кислород практически недоступен большинству любителей науки (включая учителей) и это печально. Опыты с ним необычайно зрелищны и интересны. Причем это почти "неограниченный" источник газообразного кислорода. Вспомним, с каким трудом получаются жалкие объемы для школьных/лекционных демонстраций сжигания веществ. Испарение же 1 литра жидкого кислорода (1,132 кг) дает примерно 850 литров газа! Одна из причин малой распространенности (как раз и представляющая интерес) состоит в следующем. В отличие от жидкого азота, обращение с жидким кислородом гораздо опаснее - из-за его высокой химической активности. Смеси кислорода со многими органическими веществами чрезвычайно горючи или взрывчаты, и сама кислородная атмосфера крайне пожароопасна [ссылка]. Поэтому для целей глубокого охлаждения так широко используется инертный жидкий азот: риска в технике стараются избегать, кроме того, азот дает немного более низкую температуру. Разумеется, если представится возможность достать жидкий кислород, то ее ни в коем случае не следует упускать. На крупных предприятиях связанных с химией или металлургией обычно имеются установки по сжижению и ректификации воздуха. Но без хорошо знакомых работников (Ваших родственников) достать жидкий кислород вряд ли удастся. Обслуживающие ректификационную колонну рабочие, как правило, очень ограниченные люди, темный народ. И, разумеется, не стоит надеяться, что они поймут Ваше научное любопытство и увлечения. Вы должны придумать простую, но вескую причину, зачем вам нужна эта волшебная жидкость - иначе рисковать и наливать кислород никто не будет, т.к. рабочий всегда боится оказаться крайним, а еще больше он боится непонятных ему вещей.

Ценный совет: Ни в коем случае не говорите, для чего Вам действительно нужен кислород (для опытов и прочее)! Заранее придумайте правдоподобную легенду!

Часть 1. Знакомство с жидким кислородом
Итак, если Вам исключительно повезло - то у Вас в руках термос/сосуд Дьюара с жидким кислородом [1]. Если термос хорошего качества (точнее исправен и внутри его вакуум), то внешние стенки заметно не охлаждаются и тем более не покрыты инеем. Аккуратно откроем пенопластовую крышку и заглянем внутрь. Мы видим голубую жидкость с гладкой поверхностью, над которой клубится легкий туман, кипения совершенно не заметно. Но если наклонимся ближе, чтобы рассмотреть, от нашего дыхания заклубится густой туман.

Нальем немного кислорода в небольшой химический стакан, предварительно поставив на белый фон. Кислород при контакте с краями горла термоса вскипает, поэтому переливать его не очень удобно. Налитый в стакан, кислород вначале бурно кипит, но через короткое время кипение замедляется, и остаток жидкости испаряется довольно медленно. Жидкий кислород представляет собой подвижную жидкость голубого, точнее небесного цвета. Температура кипения немного выше, чем у жидкого азота минус 183°С, против минус 196°С. Однако в наших экспериментах такая разница не играет существенной роли, практически все опыты связанные с охлаждением, удаются с равным успехом (и с жидким азотом, и с жидким кислородом). Плотность сжиженного кислорода (1,14 г/см3) немного больше плотности воды и жидкого азота (0,81 г/см3). Зато он плотнее газа в 850 раз.

Удобно налить кислород в пенопластовый стаканчик и затем дозировать его для опытов, чем подливать каждый раз из термоса. Кроме того, пенопласт довольно плохой проводник тепла и стакан можно брать голой рукой. Постепенно даже пенопластовый стаканчик обрастет "шубой" - иголочками инея. Что же говорить о стеклянной посуде, которая быстро помутнеет от растущего слоя льда с примесью углекислоты. Посудой из толстого стекла пользоваться не следует - скорее всего, она треснет из-за температурного контраста. Теперь рассмотрим несколько опытов, характеризующих физические свойства кислорода. Часть их уже описана в статье о жидком азоте.

Чтобы показать крайне низкую температуру сжиженного кислорода, воспользуемся предложенным Клодом [2] простым способом:

"Трудно показать более наглядным способом исключительно низкую температуру жидкого воздуха, чем на следующем опыте, для которого мы воспользуемся тем самым металлическим шаром, который уже однажды послужил нам для демонстрации явления сфероидального состояния.

Взяв за ручку шар (диаметром 3 см), охлажденный во время упомянутого опыта, поднесем его к пламени Бунзеновской горелки; странное явление: по истечении некоторого промежутка времени он покроется в этом сильном пламени слоем все более и более сгущающегося инея, являющегося результатом конденсации воды и углекислоты пламени на холодной поверхности шара".

Мы решили воспользоваться маленьким молотком (грань - 1 см). Охладили его в стакане с жидким кислородом (напомним, что окончание охлаждения определяется по прекращению бурного кипения) и внесли в сильное пламя бутановой горелки. Описанное Клодом явление удалось наблюдать, несмотря на меньшие размеры металлического предмета.

__________________________________________
1 Имея жидкий азот, можно получить жидкий кислород или воздух, но процедуру не назовешь удобной и рациональной: ссылка.

2 Рекомендуется перед проведением опытов прочитать книги: Ж. Клод Жидкий воздух ссылка; В.А. Полосин Лекционные опыты по общей химии ссылка (глава 8 Жидкий воздух).


Снег из пламени
Снег из пламени
Experiments with liquid oxygen

Охлажденный в жидком кислороде темный молоток покрывается белым инеем в пламени горелки
Охлажденный в жидком кислороде темный молоток покрывается белым инеем в пламени горелки

Охлажденный в жидком кислороде темный молоток покрывается белым инеем в пламени горелки



Опыты с жидким кислородом <Жидкий кислород и вода (капля-ракета) ч.1-1> <Сфероидальное состояние ч.1-2> <Фосфоресценция охлажденных предметов ч.1-3> <Горение лучины в жидком кислороде ч.2-1> <Горение пробки и древесного угля ч.2-2> <Ледяной фонарик ч.2-3> <Электрическая дуга без электричества или горение графита в жидком кислороде ч.2-4> <Горение железа в жидком кислороде ч.2-5> <Реактивный сухарь ч.2-6> <Горение сахара-рафинада, пропитанного кислородом ч.2-7> <Горение ваты, пропитанной жидким кислородом ч.2-8> <Немного о проведении опытов с жидким кислородом и технике безопасности ч.3> <Получение жидкого воздуха ч.4>

Опыты с жидким азотом <О жидких газах (начало) ч.1a> <О жидких газах (''постоянные газы'') ч.1b> <Жидкий азот ч.1c> <Хрупкость охлажденных предметов ч.2> <Сфероидальный эффект ч.3> <Лед и пламя (сфероидальный эффект) ч.3a> <Образование тумана ч.4> <Замораживание спирта ч.5> <Ртутный молоток ч.5a> <Взрыв пластиковой бутылки с жидким азотом ч.6> <Фосфоресценция охлажденных предметов ч.7> <Горение твердого бутана ч.8> <Изменение цвета серы при охлаждении жидким азотом ч.9> <Взрыв сосуда Дьюара при наливании жидкого азота ч.10>
<Пирофорный свинец из тартрата свинца ч.1> <Пирофорный свинец из ацетата свинца ч.2> <Литература. В чем опасность хлористого азота? ч.1> <Получение хлористого азота ч.2> <Перекись ацетона (№3 2011)> <Черный порох (№4 2011)> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин (№6 2011)> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (№1 2012)>
<Жидкий кислород / жидкий воздух> [Отправить сообщение об ошибке]