Химия и Химики № 6 2013. Эксперименты с белым фосфором

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

Свечение фосфора при испарении раствора в гексане на бумаге

В предыдущей части статьи описан эксперимент, в котором я положил вату, пропитанную раствором фосфора в гексане, на фильтровальную бумагу. На бумаге образовалось пятно раствора, а когда гексан испарился, по бумаге прошелся зеленоватый огонь, оставляя после себя черный след. Этот факт навел меня на идею следующего опыта.

Как известно, если использовать раствор фосфора в сероуглероде, то можно сделать на бумаге надпись. Когда сероуглерод испарится, оставшийся фосфор загорится и огонь проявит надпись. Несколько лет назад я пробовал выливать на бумажную перфокарту раствор фосфора в циклогексане [1]. Опыт проводил в темноте. Сначала раствор не светился, зато потом, - когда циклогексан испарился, перфокарта начинала светиться в темноте, но воспламенения не происходило. Причина очевидна: в циклогексане растворяется значительно меньше фосфора, чем сероуглероде.

Растворимость фосфора в гексане вряд ли сильно отличается от растворимости фосфора в циклогексане, поэтому надпись, сделанная на бумаге раствором фосфора в гексане, вряд ли загорится, однако в прошлом опыте загоралась не только вата, но и бумага, что дало надежду на успех.

Чтобы приготовить раствор фосфора в гексане, я достал из воды кусок белого фосфора и отрезал от него несколько кусочков. Белый фосфор сразу начал дымить, особенно - после разрезания. Пару кусочков размером с горошину поместил в гексан. На бумаге осталось еще два кусочка белого фосфора. Я слегка сместил один из кусочков пинцетом - от трения он загорелся и сгорел желтым пламенем.

_______________________________________________
¹ См. статью Раствор фосфора в циклогексане [ссылка]

Смотреть Видео (156 Мб, .avi )

Колбочку с фосфором в гексане нагрел в стакане с горячей водой при перемешивании, капля фосфора частично растворилась.

Смотреть Видео (58 Мб, .avi )

На керамическую плитку положил фильтровальную бумагу (горизонтально). Взял раствор фосфора и с помощью ватки сделал на бумаге надпись "Р₄". Скажу сразу, что раствор высох, не оставив на бумаге никаких следов: обугливания или воспламенения не произошло. Гексан - не сероуглерод.

Однако сразу после испарения гексана наблюдалось свечение фосфора - такое яркое, что оно было заметно даже при дневном свете (правда, не очень хорошо). Надпись Р₄ на несколько секунд проявилась, правда, не вся одновременно: свечение началось возле краев высохшей надписи и прошлось волной к центру. На короткое время центральная часть надписи засветилась ярче всего, потом стала угасать: сначала быстро, затем медленнее. При этом образовывался белый дым и ощущался запах озона.

Во втором эксперименте я просто вылил немного раствора на бумагу. Когда пятно начало высыхать, светящаяся волна прошлась от краев пятна к центру. Центральная часть пятна на короткое время вспыхнула, затем погасла. Волны пошли дальше (в противоположные стороны) и сошлись в двух других точках. Было слышно потрескивание, образовывался белый дым.

Пока занимался съемкой опытов, ватка, которой я наносил надпись, высохла и загорелась. Это не стало неожиданностью: я даже успел частично заснять горние ваты.

К сожалению, я не мог затемнить лабораторию, поэтому пришлось взять колбочку с раствором фосфора в гексане домой. Дальнейшие эксперименты провел ночью в ванной. К этому времени фосфор, который был на дне, растворился.

Смотреть Видео (204 Мб, .avi )

Реалии таковы, что всегда чего-то не хватает: на работе я не мог затемнить комнату, дома же я легко мог добиться темноты в ванной, но там очень остро не хватало места. Делать нечего: приступил к экспериментам.

Лист фильтровальной бумаги разместил горизонтально, над ним закрепил в штативе камеру. Далее включал съемку, делал на бумаге надпись P₄ или просто наливал немного раствора, чтобы он разошелся по бумаге в виде пятна. Потом быстро выключал свет и отключал монитор камеры (чтобы его свечение не портило темноту).

Сначала пятно раствора совсем не светилось, зато светилась ватка, горлышко бутылки с раствором и мои пальцы, на которые попал раствор. Потом с краев пятна появлялось зеленоватое свечение, которое сходилось волной к центру. На несколько секунд центральная часть пятна ярко вспыхивала, но быстро гасла, однако слабое остаточное свечение могло продолжаться несколько минут. Свечение не было равномерным: оно дрожало и мерцало, раздавалось потрескивание. Даже в темноте был заметен дым. Если на светящееся пятно дунуть, оно гасло, но вскоре снова вспыхивало.

Когда свечение было максимальным, оно отбрасывало отблески на стенах, но, к сожалению, его яркости не хватило, чтобы снять качественное видео. Первые эксперименты я не смог по-человечески запечатлеть, поскольку пытался снять видео, а нужно было делать серии фотографий. Потом пришлось переделывать опыты: в этот раз вместо видео я снимал по нескольку фотографий с выдержкой от 1 до 10 секунд. К сожалению, светящиеся волны проходили по бумаге достаточно быстро, поэтому картинка размазывалась, а некоторые фазы свечения я просто не успевал сфотографировать.

Ватка, которой я наносил надписи, снова загорелась, но я ее быстро погасил и продолжил работу. Раствор неоднократно попадал на ладони и они светились в темноте. Хотя белый фосфор очень ядовит, я решил заснять его свечение на ладонях. Для этого смочил ладонь левой руки раствором, а правой попытался снять. Получилось, но гораздо хуже, чем в аналогичном эксперименте с люминолом [2], [K1].

Во-первых, свечение фосфора было значительно более слабым, чем свечение люминола.

Во-вторых, чтобы получить фотографию, приходилось снимать с выдержкой в несколько секунд. При такой выдержке малейшее движение руки, дрожание пальцев и т.п. "смазывало" изображение. Более того: свечение фосфора (в отличие от свечения люминола) было динамическим: по ладони пробегали световые волны, одни участки кожи вспыхивали, другие - гасли. Разумеется, такая динамика тоже смазывала фотографию. Ниже приведены кадры из видео. Фотографии вы найдете в следующей части статьи.

Какое у меня осталось впечатление? Эксперименты с раствором белого фосфора в гексане выглядели красиво. Если бы я увидел их в детстве - ощущения были просто сказочные. Однако проводить эксперимент и одновременно снимать свечение очень трудно: часто не оставалось другой возможности наблюдать за свечением, кроме как через видоискатель камеры.

Пары белого фосфора ядовиты. После опытов я почувствовал легкое недомогание, однако, если проводить такие эксперименты регулярно, последствия для здоровья могут быть плачевными. Кроме того, и белый фосфор, и гексан легко могут стать причиной пожара: работать с ними нужно осторожно.

_______________________________________________
² См. статью Химическое свечение (эксперименты с люминолом) ч.6. Светящаяся рука [ссылка]

Смотреть Видео (84 Мб, .avi )

Комментарии

^К1 Для человека с массой тела 70 кг смертельная доза белого фосфора (per os) оценивается в 70-200 мг. Это вполне сопоставимо с цианидами. Кроме того, нелетальное отравление белым фосфором часто сопровождается отдаленными последствиями. Белый фосфор растворим в жирах и при регулярном поступлении в организм способен аккумулироваться. Заметим, что гексан, как и другие неполярные растворители, будет способствовать быстрому проникновению фосфора даже через неповрежденную кожу. По этой причине эксперименты с нанесением растворов белого фосфора на кожу, особенно многократные, категорически не рекомендуется повторять. Существуют безопасные и более зрелищные альтернативы (например, упомянутое окисление люминола).