Химия и Химики № 4 2013. Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

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

Концентрированная серная кислота - сильный водоотнимающий агент. Она способна не просто поглощать воду и ее пары, но и отнимать у веществ т.н. конституционную воду, которая "содержится" в них в виде изолированных групп -Н и -ОН. Например, при нагревании этилового спирта с серной кислотой в мягких условиях образуется диэтиловый эфир:

C₂H₅-OH + H-OC₂H₅ => C₂H₅-O-C₂H₅ + H-O-H

При более высокой температуре образуется этилен:

C₂H₅-OH => H-O-H + CH₂=CH₂

Углеводы серная кислота способна обугливать уже при комнатной температуре - на этом основан красивый опыт "Серная кислота обугливает сахар". Приведем описание из практикума Рипан Р. Четяну И. Руководство к практическим работам по неорганической химии (1965) [ссылка]

При смешивании стеклянной палочкой 30 г сахарного песку, слегка смоченного водой, с 30 мл концентрированной серной кислоты бурно протекает реакция обугливания сахара. Опыт проводят в химическом стакане емкостью 250-300 мл, помещенном в сосуд с песком или водой.

Дегидратация глюкозы и сахарозы в этом случае протекает по уравнению

C₆H₁₂O₆ => 6C + 6H₂O
C₁₂H₂₂O₁₁ => 12C + 11H₂O

Благодаря выделяющимся при реакции парам воды обугливающаяся масса вспучивается наподобие черной пены.

В стакан на 300 мл я поместил 30 г сахара, который предварительно растер в ступке (до состояния сахарной пудры). Предварительно увлажнять сахар не стал. В цилиндр налил 30 мл серной кислоты (согласно приведенному выше описанию) и начал добавлять кислоту в стакан с сахаром, перемешивая содержимое стеклянной палочкой. Однако когда я добавил 20 мл кислоты, масса стала достаточно жидкой на вид, и я решил, что кислоты хватит.

Содержимое стакана стало сначала желтым, затем бурым и, наконец, черным. Примерно через две минуты началась бурная реакция. Масса стала вспучиваться и подниматься вверх. Активно выделялся белый пар. Запахло аэрозолем серной кислоты, сернистым газом и, как утверждает мой коллега, муравьиной кислотой. Параллельно с дегидратацией (обезвоживанием) сахара происходит окисление угля и сахара - этим и объясняется образование сернистого газа (и, возможно, муравьиной кислоты).

Несмотря на бурную реакцию, черная масса так и не достигла краев стакана - сахара явно было мало.

Во втором эксперименте я взял 60 г растертого сахара (водой не смачивал) и 30 мл серной кислоты. В этот раз до начала бурной реакции прошло примерно две с половиной минуты. Черная масса вышла за пределы стакана, хотя под конец она росла довольно медленно. После прекращения реакции обугленную массу удалось в целости вынуть из стакана.

Третий эксперимент провел не в стакане, а в мерном цилиндре на 100 мл. Взял 50 г растертого сахара и 25 мл концентрированной серной кислоты. Опыт прошел аналогично, но менее эффектно. Разница заключалась в том, что когда черная масса достигла верха цилиндра, она оставалась еще жидкой и частично стекла вниз.

Смотреть Видео (70 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (100 Мб, .avi ) Смотреть Видео 3 (102 Мб, .avi )

Возможно, для ускорения начала реакции сахарный песок все-таки целесообразно увлажнить водой (при контакте воды с серной кислотой произойдет разогрев, что ускорит обугливание сахара), но добавить в смесь воду у меня рука не поднялась.

Уже после опытов в другой книге - О.І. Астахов Цікаві роботи з хімії (Занимательные работы по химии) [ссылка] я увидел описание, в котором рекомендуют брать количества веществ, близкие к тем, что я использовал (и опять же сахар рекомендуют увлажнять):

Капризное обугливание сахара
Насыпьте 40 г растертого в мелкий порошок сахара в химический стакан емкостью 100 мл. Смешайте сахар с 3-4 мл воды. Добавьте к полученной массе 20-25 мл концентрированной серной кислоты (d=1.84) и снова хорошо перемешайте массу стеклянной палочкой. Палочку не вынимайте. Через несколько минут температура смеси повышается, смесь потемнеет и образуется пушистая масса, которая "вырастает" из стаканчика. Это - пористый уголь.

Его образование объясняется дегидратацией сахара серной кислотой

C₁₂H₂₂O₁₁ => 12C + 11H₂O

Кроме того, происходит восстановление концентрированной серной кислоты углем:

2H₂SO₄ + C = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, для этого опыта вполне подойдет упаренный электролит для свинцовых аккумуляторов. Он представляет собой разбавленный раствор серной кислоты. Электролит упаривают до прекращения активного кипения и начала образования густых белых паров. Делать эту процедуру можно под хорошей тягой или на улице, но, ни в коем случае не в жилой квартире. Аэрозоль серной кислоты вдыхать недопустимо.

Кстати, в свое время я пробовал добавлять к сахару еще горячую серную кислоту (которая не успела остыть после упаривания) - реакция начиналась быстро, без зазора в несколько минут, но работая с горячей кислотой нужно быть крайне осторожным.

Попутно отмечу, что если вам на одежду или обувь попадет разбавленная серная кислота (например, тот же электролит), в большинстве случаев дырки сразу не будет, но со временем часть воды испарится и на вашей одежде (обуви) начнут расти дырки - все больших размеров. Я в таких случаях смачивал место попадания кислоты ваткой с аммиаком - это останавливало рост дырок (или даже предотвращало их образование), но аммиак может оказаться далеко не безразличным к некоторым красителям, которыми окрашивают ткани.

старый вариант (№1 2009)

При перемешивании стеклянной палочкой 30 г сахарного песка, слегка смоченного водой, с 30 мл концентрированной серной кислоты бурно протекает реакция обугливания сахара. Опыт проводят в химическом стакане емкостью 250—300 мл, помещенном в сосуд с песком или водой. Дегидратация глюкозы и сахарозы в этом случае протекает по уравнению:

С₆Н₁₂О₆ = 6С + 6Н₂O и C₁₂H₂₂O₁₁ = 12C+11H₂O.

Благодаря выделяющимся при реакции парам воды обугливающаяся масса вспучивается наподобие черной пены.

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, ее можно получить осторожным упариванием разбавленой кислоты при хорошей тяге (не делайте это в квартире!).

Для этой цели разведенную серную кислоту (электролит для свинцовых аккумуляторов) нагревают на песочной бане до появления белых паров. При этом кислота преобретает темную окраску в результате обугливания примесей органических веществ. Нашему опыту это практически не мешает. В процессе нагревания кипение жидкости не желательно, поскольку в этом случае возможно разбрызгивание. Помните, что вдыхание паров и аэрозоля H₂SO₄ опасно для здоровья.

Смотреть Видео (50 Мб, .avi )


Обугливание сахара концентрированной серной кислотой