Самовоспламенение ваты, пропитанной раствором белого фосфора в гексане

Суть эксперимента проста: вату поливают раствором белого фосфора в подходящем растворителе и оставляют сохнуть на огнестойкой поверхности. Когда растворитель испаряется, фосфор воспламеняется и зажигает вату. На словах, как будто, все просто. Но какой растворитель наиболее подходящий?

Во-первых, растворитель должен быть легколетучим - иначе он будет долго испаряться или не испаряться вовсе.

Во-вторых, растворитель должен быть горючим - иначе остатки растворителя могут препятствовать воспламенению ваты.

В-третьих, жидкость должна хорошо растворять белый фосфор.

Посмотрим данные по растворимости белого фосфора в различных растворителях.

Как видите, фосфор очень хорошо растворим в сероуглероде, немного растворим в углеводородах (гексан, бензол) и плохо растворим в кислородсодержащих растворителях. Классический опыт по воспламенению ваты проводят именно с раствором фосфора в сероуглероде, поскольку данная жидкость не только хорошо растворяет фосфор, но также очень летуча и легко загорается [K1].

К сожалению, сероуглерод не принадлежит к числу легкодоступных веществ [1], поэтому в прошлых опытах [2] пришлось воспользоваться циклогексаном и бензолом. В этот раз решил растворить фосфор в гексане. Как видно из таблицы, в бензоле фосфор растворим лучше, чем в гексане, но бензол ядовит и менее доступен, чем гексан.

Благодаря тому, что коллега дал несколько кусков белого фосфора в банке с водой, мне не пришлось проводить сублимацию технического красного фосфора, чтобы получить из него загрязненный белый фосфор (который называют "желтый фосфор").

________________________________________________________
¹ В свое время автору пришлось работать на заводе вискозного волокна, где сероуглерод был в количестве десятков и сотен кубометров, но прошлого не вернуть: завод уже давно остановлен.

² См. статьи: Самовоспламенение раствора фосфора в циклогексане [ссылка] и Самовоспламенение раствора фосфора в бензоле [ссылка]

Смотреть Видео (33 Мб, .avi )

Я вынул кусок белого фосфора из-под воды с помощью хирургического зажима и быстро отрезал от него несколько кусочков острым ножом. Фосфор оказался хрупким и сравнительно твердым: он легко крошился. Один из отрезанных кусочков упал на пол. Я знал, чем это грозит, поэтому сразу же поднял его пинцетом.

Как только я вынул кусок фосфора из банки, он сразу же стал дымить, распространяя запах, который напоминает чеснок [3]. За счет тепла окисления белый фосфор может легко вспыхнуть на воздухе, поэтому большой кусок я сразу же вернул в воду, а отрезанные от него небольшие кусочки промокал от воды фильтровальной бумагой и сразу же помешал в колбочку с 15 мл гексана.

Пока я сушил первый кусочек, один из кусочков фосфора, который остался на бумаге, загорелся. Огонь был желтый и оставлял белый дым фосфорного ангидрида. Два других кусочка я благополучно успел поместить в гексан.

Чуть позже заметил, что на бумаге остался еще один маленький кусочек фосфора, который за счет тепла окисления расплавился, но не загорелся. Стоило мне прикоснуться к нему пинцетом и фосфор воспламенился.

________________________________________________
³ Белый фосфор имеет запах озона, причем озон образуется как побочный продукт медленного окисления фосфора.

Когда я включил кварцевую лампу (ультрафиолетовая лампа, которая дает более жесткие УФ лучи, чем "лампа черного света"), лабораторию сразу же наполнил запах озона, который до боли напомнил мне эксперименты с белым фосфором.

Смотреть Видео (70 Мб, .avi )

На дне колбочки с гексаном было два кусочка фосфора общим размером с крупную горошину. Помня, что растворимость фосфора в гексане при нагревании возрастает, я неплотно закрыл колбу пробкой и осторожно поместил ее в стакан с горячей водой. Погружая и вынимая колбу, аккуратно встряхивая содержимое, я добился того, что гексан слегка закипел. Фосфор расплавился и собрался на дне в виде белой капли [4].

При встряхивании содержимого колбы образовалась мутная эмульсия, но часть капли фосфора не растворилась (для этого колбочку нужно было оставить на ночь). Однако решил провести эксперимент, как только раствор остынет.

________________________________________________
⁴ Для меня это было очень непривычно, т.к. раньше я работал с техническим белым фосфором, который имел не белый, а желтый цвет и при нагревании давал желтую жидкость.

Смотреть Видео (33 Мб, .avi )

На керамическую плитку постелил фильтровальную бумагу, положил на нее вату. На вату вылил раствор фосфора в гексане.

Несколько минут ничего интересного не происходило. Вокруг ваты раствор фосфора в гексане образовал мокрое пятно на фильтровальной бумаге. Оставалось только ждать, пока гексан испарится. Минуты через три я не выдержал и дунул на вату. Послышалось потрескивание, вспыхнул небольшой зеленоватый огонек. Однако огонь быстро погас, оставив после себя дым и небольшой обугленный участок на вате.

Со временем зеленоватый огонь вспыхивал и гас много раз. Пламя медленно проходило по вате. Иногда большая часть ваты горела, но через несколько секунд огонь гас, оставляя после себя обугленную вату. Самым любопытным было другое. Пятно гексана на фильтровальной бумаге высохло и вскоре на его месте вспыхнул бело-зеленоватый огонек, который медленно обошел вату по кругу, оставив кольцо обугленной бумаги.

Стоило дунуть на вату в момент, когда вспыхивал фосфор - и она сразу бы загорелась, но я этого делать не стал. В результате зеленые вспышки, в конце концов, прекратились, значительная часть ваты обуглилась, но вата не сгорела.

Смотреть Видео (295 Мб, .avi )

Пришлось повторить эксперимент. В этот раз вату положил прямо на керамическую плитку (фильтровальную бумагу класть не стал - чтобы она не вытягивала раствор фосфора из ваты). Через полторы минуты после начала опыта подул на вату (для ускорения испарения гексана из раствора). С треском вспыхнул зеленоватый огонек, который вскоре погас. Еще раз дунул. Примерно через пять секунд после этого вата загорелась и сгорела желтым огнем.

Смотреть Видео (65 Мб, .avi )

Комментарии

^К1 Классическая демонстрация самовоспламенения раствора белого фосфора "лающие собаки" ("barking dogs") выполняется следующим образом.

Несколько мерных цилиндров разного объема накрывают бумажными фильтрами. На центр каждого фильтра наносят несколько капель раствора белого фосфора в сероуглероде. По мере испарения сероуглерода цилиндр заполняется горючей смесью паров растворителя с воздухом. Через некоторое время кристаллизующийся на бумаге фосфор воспламеняется и поджигает пары сероуглерода, сгорающие в цилиндре с характерным звуком, напоминающим лай собаки. Громкость и тон "лая" зависят от размеров и формы сосуда.

Видео демонстрации (на английском языке): [ссылка 1], [ссылка 2]

P.S. Воспроизвести этот эксперимент без сероуглерода скорее всего будет непросто по описанным в тексте причинам. В качестве растворителя можно попробовать бензол с добавлением диэтилового эфира - эфир также легко испаряется и очень огнеопасен. Еще можно заполнить цилиндр кислородом - например, внести в него перед экспериментом немного перекиси водорода и катализатор ее разложения.

<Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с фосфором ч.1>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Фосфор и его аллотропные модификации (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]