Химия и Химики № 5 2011. Опыты с водородом

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

Получение и взрыв гремучего газа

В прошлых номерах журнала мы уже описывали взрыв смеси водорода и воздуха (ссылка 1 [ html ] [ pdf ], ссылка 2 [ html ] [ pdf ]), однако, смесь водорода и кислорода, взятая в объемном соотношении 2 : 1, взрывается значительно сильнее. Это не удивительно: воздух содержит только 21% кислорода по массе (или 23% по объему), остальное составляют азот, аргон, водяной пар, диоксид углерода и другие газы. Большая сила взрыва упомянутой смеси означает и гораздо большую опасность. В прошлых экспериментах удалось провести взрывы смеси водорода и воздуха в полулитровой и даже литровой колбах. Это было рискованно, но колбы (и экспериментатор) остались целыми.

Если проделать аналогичный эксперимент со стехиометрической смесью водорода и кислорода (т.е. в соотношении 2 : 1), колбу разорвет на мелкие осколки. Перед таким опытом необходимо принять строгие меры безопасности, иначе последствия могут быть очень тяжелыми, вплоть до трагических: от взрывов гремучего газа погибло немало людей.

Для получения смеси водорода и кислорода мы использовали электролиз воды. Для этого стеклянную банку (или кристаллизатор) заполнили раствором щелочи (примерно 20 г NaOH на 0.5 л воды) [¹] и поместили в нее перевернутую колбу, заполненную таким же раствором. Электродами служили стальная трубка (от сломанной телескопической антенны) и узкая стальная полоска. Источником тока служил блок питания от радиоприемника (мощность 5 Вт).

Выделение водорода и кислорода проходило медленно, чтобы собрать около 100 мл гремучего газа понадобилось несколько часов. Для наполнения смесью колбы объемом около 300 мл электролизер пришлось оставлять включенным на ночь. Однако все это время установка почти не требовала присмотра.

_______________________________________
¹ В одном из экспериментов вместо стеклянного сосуда для электролизера была использована срезанная бутылка из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Это оказалось ошибкой: ПЭТФ неустойчив к действию щелочи, поэтому электролизер быстро потек. Чтобы устранить протекание пришлось поставить электролизер в кристаллизатор с водой.

Итак, в первом опыте собрали примерно 100 см³ гремучего газа в небольшой конической колбочке. При прожигании произошел громкий взрыв, на мгновение блеснула желтая вспышка. В момент взрыва экспериментатору довольно сильно "ударило" по ушам.

Во втором и третьем экспериментах взяли колбы объемом около 300 см³. Для защиты от осколков были использованы папки из плотного картона, фотоаппарат прикрывал экран из толстого стекла.

Когда гремучий газ подожгли, обе колбы разорвало вдребезги, осколки разлетелись по всей лаборатории.

После второго эксперимента на руках остались порезы, крупный осколок попал на клавиатуру ноутбука, бумажный экран был в нескольких местах пробит осколками, но звук взрыва не был особенно громким. Создалось впечатление, что первый взрыв (когда было взято 100 см³ гремучего газа) был громче.

После третьего взрыва переполошилось пол-этажа института. Звук был довольно громким, взрывной волной опрокинуло картонный экран, осколками изрешетило бумагу. В подобных случаях колбу завертывают в полотенце, но хотелось заснять процесс без посторонних помех.

Не лишним будет напомнить, что в описанных экспериментах обязательно следует пользоваться защитной маской, в крайнем случае - защитными очками.

Второму эксперименту предшествовало забавное стечение обстоятельств.

1) Когда экспериментатор уже надел маску, взял в руку колбу с гремучим газом и приготовился произвести взрыв, вошла библиотекарь и принесла две книги (которые я заказывал): К.А. Юдин Техника безопасности при работе с химическими веществами [ ссылка ] и Ф. Наум Нитроглицерин и нитроглицериновые взрывчатые вещества (динамиты) [ ссылка ]. Учитывая, что ради съемок сознательно была нарушена ТБ, первая книга была актуальна, да и вторая, пожалуй, тоже.

2) За несколько минут до эксперимента я слушал аудиокнигу А. и Б. Стругацких "Стажеры", причем именно тот эпизод, где астрофизики устроили очередной взрыв астероида. В нашем опыте масштабы, несомненно, были поскромнее, но совпадение довольно интересное.

Преподаватели рассказывали, что А.М. Голуб - блестящий лектор (автор известного учебника Загальна та неорганічна хімія (Общая и неорганическая химия) [ ссылка ]) - демонстрировал аудитории опыт: колбу с гремучим газом (видимо, литровую) он завертывал в плотное полотенце, брал ее "на вытянутую руку" и поджигал. Колба разлеталась на мелкие кусочки.

Один из сотрудников решил повторить этот опыт, но колбу он не завернул в полотенце. Осколки серьезно ранили ему руку. Рана не заживала и начала гноиться. Оказалось, что в ране остался осколок стекла, который обнаружили и извлекли только через несколько недель.

Гигантская эллиптическая галактика Центавр A - одна из ближайших к нам галактик (расстояние около 12 миллионов световых лет). В видимых лучах центральная область этой галактики не демонстрирует ничего необычного, однако в рентгеновском и радиодиапазонах четко видно две мощные струи ("джета") из частиц с высокой энергией, выбрасываемых из ядра галактики. Источником энергии для этих джетов служит черная дыра, масса которой почти в десять миллионов раз больше массы Солнца. На рентгеновском изображении она видна как яркое пятно в центре галактики. Мощный джет, выбрасываемый из активного ядра галактики вверх и налево, растянулся примерно на 13 тысяч световых лет. Более короткий выброс выходит из ядра в противоположном направлении.

Выше дан комбинированный снимок галактики Центавр A, составленных из трех ее изображений: в видимых лучах, в рентгеновских лучах и в радиоволнах.