Химия и Химики № 6 2013. Эксперименты с белым фосфором

Горение белого фосфора под водой

Горение белого фосфора под водой - один из самых красивых экспериментов. Существует несколько вариантов данного опыта, один из которых уже описан в журнале [1]. На дно цилиндра или стакана с коническим дном насыпают хлорат калия, в цилиндр наливают воду, бросают кусочек белого фосфора. Потом на дно цилиндра опускают пипетку или длинную воронку и подают по ней концентрированную серную кислоту. При реакции кислоты с хлоратом образуется диоксид хлора - неустойчивое соединение и сильный окислитель, в результате фосфор под водой загорается.

Ниже описан другой вариант этого эксперимента. Под водой находится белый фосфор. Воду нагревают, опускают на дно газоотводную трубку, по которой подают кислород. Фосфор загорается. Как видите, суть опыта проста, но осуществить его на практике несколько сложнее - даже если под рукой есть все необходимые реактивы и посуда.

Замысел эксперимента был следующий: в широкую пробирку или стеклянный цилиндр налил воду, поместил в нее несколько кусочков белого фосфора (с горошину каждый), после чего поставил пробирку в стакан с водой, помещенный на электрическую плиту. Стакан нагревал до тех пор, пока вода в пробирке не стала горячей (настолько, что рука не выдерживала прямого контакта).

Белый фосфор, конечно, расплавился, но и твердый, и жидкий фосфор тяжелее воды - поэтому он остался на дне. В прошлых сериях экспериментов я имел дело только с желтым фосфором, который представляет собой белый фосфор, загрязненный различными примесями. Небольшие количества желтого фосфора получал возгонкой технического красного фосфора.

В этот раз белый фосфор, по-видимому, был реактивной чистоты - поэтому его расплав выглядел белым, а не желтым и возле капель фосфора не было желтых хлопьев.

Пробирку с горячей водой и жидким фосфором быстро закрепил в лапке штатива, на дно пробирки опустил стеклянную трубку (от пипетки), соединенную с газоотводной трубкой колбы, в которую я налил пергидроль, воду и бросил несколько кристалликов перманганата калия [2]. Когда я закрыл колбу, поток кислорода устремился в пробирку - прямо в расплавленный фосфор.

Раздался треск, послышалось бульканье, в пробирке начались яркие желтые вспышки. Фосфор горел в пузырьках кислорода под водой. Правда, не все горение происходило под водой: шарики фосфора увлекались пузырьками газа на поверхность, где сгорали. Образовывался густой белый дым, но сравнительно немного.

Позже - уже при просмотре видео - заметил, что не все вспышки на дне пробирки были желтые: иногда пузырьки кислорода светились белым: вероятно, это было холодное свечение паров и аэрозоля фосфора. Когда пузырьки поднимались на поверхность, некоторые из них вспыхивали желтым пламенем.

Капли горящего фосфора попали внутрь пипетки и прилипли к стенкам пробирки. В результате трубка треснула и переломилась под водой, пробирка треснула, но не протекла.

Обратил внимание на любопытный факт. Фосфор первоначально был белым, но в процессе опыта он стал желтым, а в воде плавало много желтых хлопьев - это до боли напоминало технический белый фосфор, о котором я упомянул в начале статьи.

Пробный эксперимент окончен. С самого начала стало ясно, что пробирка или узкий цилиндр - не лучшие сосуды для данного опыта. Если поток кислорода сильный, он выплескивает из пробирки содержимое. Кроме того, в узком сосуде поток газа поднимает капли фосфора со дна и уносит их в слой воды: это резко ухудшает контакт фосфора с пузырьками кислорода. Лучше всего, когда кислород барботируется сквозь слой жидкого фосфора, который находится на дне.

___________________________________
¹ См. статью Опыты с фосфором. Горение фосфора под водой [ч. 9-1 - ссылка], [ч. 9-2 - ссылка], [ч. 10 - ссылка]

² Количества перекиси водорода, воды и перманганата нужно заранее подобрать так, чтобы выделялся сильный поток кислорода, но реакция разложения перекиси не была слишком бурной.

Смотреть Видео (231 Мб, .avi )