Эксперименты с магнием. Experiments with magnesium

Магний и лимонная кислота / Magnesium and citric acid

Для сравнения решил провести и заснять реакцию магния с раствором лимонной кислоты. Последний раз я делал эту реакцию в детстве (лет 40 назад). Использовал магниевую стружку и раствор лимонной кислоты в дистиллированной воде (примерно 20 г моногидрата в 70 мл воды). Стружку "одолжил", когда работал на киевском заводе РИАП - там она была необходима для производства реактива Фишера (реактив идет для титрования примесей воды). Раствор лимонной кислоты сначала хотел приготовить насыщенный - чтобы не взвешивать кислоту, но вовремя догадался посмотреть растворимость: она могла оказаться весьма значительной. И точно: при комнатной температуре растворимость лимонной кислоты в воде - 59.2% (20 °С): т.е. это напрасная трата реактива (пусть и недорогого).

Обрывок стружки поместил в раствор лимонной кислоты. Результат - средней интенсивности реакция. Магний плавал по поверхности, выделяя пузырьки водорода. Надавил стеклянной палочкой: стружка утонула, затем всплыла - это активировало реакцию. Позже стружка утонула самостоятельно (точнее, она расположилась в жидкости вертикально, подобно поплавку на рыбалке) - т.е., водород выделялся недостаточно активно, чтобы поддерживать магний на поверхности раствора. Добавил еще два куска стружки. Результат - аналогичный (реакция средней интенсивности). Эти кусочки оказались более тонкими, поэтому плавали. Верхняя часть раствора стала белой от пузырьков водорода. Время от времени перемешивал раствор стеклянной палочкой. По скорости реакция напоминала взаимодействие гранул цинка с разбавленной серной кислотой. Минут через 5, когда стружка частично прореагировала (стала тоньше и легче), весь магний всплыл - теперь прилипшие пузырьки водорода уже были способны его удерживать. Нижняя часть раствора осветлилась (т.к. пузырьки выделялись сверху). Через одну-две минуты остались только небольшие кусочки магния, которые вскоре растворились.

В конечном итоге мы получили прозрачный и бесцветный раствор.

Все было хорошо - пока я не посмотрел отснятое видео. Оказалось, что в самом начале в стакан с раствором кислоты попало какое-то черное волокно. Некритично, но некрасиво. Такое бывает: опыт получился хорошо, а видео - нет. Или потеря резкости (забыл поставить фокусировку на ручной режим), или к стакану что-то прилипнет, или к объективу, или блики на стекле... Камера оказалась с перекосом уровня, не вся картинка попала в кадр (или наоборот - в кадр попало лишнее вроде немытой чашки для чая), освещение слишком тусклое или слишком яркое - причин может быть много. Иногда я начинал эксперимент, но забывал нажать кнопку начал съемки. Обнаруживал - только в конце.

А попробуешь провести и заснять эксперимент повторно - может выйти еще хуже. Бывало, и что сам опыт со второго раза не получался (зато съемка - супер).

Переделывать, или нет? Через пару десятков секунд волокно куда-то делось, поэтому я решил переснять начальную стадию эксперимента. Благо, раствор после реакции лимонной кислоты и магния я не вылил, причем кислота была в явном избытке. Поэтому решил использовать раствор повторно.

В этот раз попалась более тонкая и широкая стружка - она реагировала с лимонной кислотой гораздо активнее. Кусочки не тонули, но стабильно плавали возле поверхности, активно выделяя водород. Раз так - пришлось снимать весь эксперимент до конца. Перемешивал и топил стружку стеклянной палочкой, хотя реакция и так была интенсивной. В этот раз растворение магния заняло около 5 минут. Видео более-менее получилось, только в самом конце в растворе появилось... черное волокно. То самое. Видимо, оно прилипло к стеклянной палочке, а теперь опять оказалось в жидкости. Нестрашно - вырезал.

Отличие интенсивности реакции в первом и втором случаях неудивительна. Кроме активности кислоты и металла, а также - концентрации кислоты на скорость реакции влияет много других факторов, например, поверхность соприкосновения (порошок или компактное изделие), температура (в помещении холодно, или стоит летняя жара), интенсивность перемешивания, примеси, начальное состояние поверхности металла и т.д.

Была еще одна причина, почему я провел именно этот эксперимент. Коллега рассказал, что он где-то прочел: при реакции лимонной кислоты с магнием как промежуточный продукт образуется... гидрид магния. Он наблюдал какой-то черный порошок, который образовывался в ходе реакции, и решил, что это гидрид магния и есть. Если честно: не поверил тогда, не верю и сейчас. Никаких упоминаний в литературе про этот факт я не нашел. Гидрид магния имеет белый цвет и хорошо реагирует с водой (не говоря о кислотах). Черный продукт? Коллега использовал не чистый магний, а сплав электрон, который, кроме магния и алюминия содержит марганец. Марганец реагирует с лимонной кислотой гораздо медленнее - по-видимому, мелкодисперсные частички марганца коллега и наблюдал. Но гипотеза звучит красиво.