Химия и Химики № 6 2013. Эксперименты с белым фосфором

Горение белого фосфора под водой (колба)

Для следующих экспериментов взял коническую колбу на 100 мл с толстыми стенками и сравнительно широким горлышком (d=3 см). Налил в колбу воды и поместил в нее кусочек фосфора размером примерно 0.5 х 1 х 1 см. Колбу поставил на плитку (умеренный нагрев). Однако не уследил и вода не только нагрелась, но и начала кипеть. Маленькие капельки фосфора, увлекаемые пузырьками пара, всплывали на поверхность воды, где загорались. Повалил густой белый дым.

Колбу срочно снял с плиты, закрепил в штативе, опустил на дно трубку и пустил поток кислорода. Начались яркие желтые вспышки, которые сопровождались треском и своеобразным бульканьем. И тут...

И тут отказали аккумуляторы: камера выключилась. Подобные неприятности - когда на самом интересном месте опыта отключался фотоаппарат - случились не впервые. Я поменял аккумуляторы, но и запасной комплект оказался разряженным (по-видимому, этот комплект не держит заряд в силу почтенного возраста).

Опыт пришлось отложить до следующего дня. Колбочку с фосфором плотно закрыл пробкой и оставил охлаждаться. Как и в прошлом опыте, фосфор после горения стал желтым, в воде появилось много темно-желтых хлопьев.

На следующий день разогрел колбу - на этот раз не напрямую на плитке, а на водяной бане (стакан) - чтобы фосфор снова не загорелся. Горячую колбу быстро закрепил в штативе, опустил трубку, пустил поток кислорода. Начались яркие желтые вспышки, послышался треск. Вспышки происходили очень часто. Капли фосфора под действием пузырьков всплывали, догорая на поверхности воды и стенках колбы. В отличие от пробирки, колба выдержала, но стеклянная трубка снова треснула и переломилась под водой.

Свечение было гораздо более ярким, чем в предыдущем опыте с пробиркой. От частых ярких вспышек глаза болели. Временами колба напоминала яркую мигающую лампу.

Опыт получился, но съемка - не очень: я расположил камеру слишком близко к колбе, в результате вспышки ослепили фотоаппарат.

Пришлось повторить опыт. В колбу добавил новый кусочек фосфора. Сделал приготовления, как описано выше. Направил сильный поток кислорода. Но, увы: фосфор не загорелся. Обнаружил, что колба частично успела остыть.

С досады поставил колбу на горячую плитку. Началось образование пузырьков пара, которые подняли на поверхность несколько шариков фосфора. Шарики сразу же загорелись. Не откладывая дело в долгий ящик, закрепил колбу в штативе, опустил в нее трубку, по которой поступал кислород. Сразу же начались яркие желтые вспышки. Они продолжались около двух минут. Когда вспышки прекратились, я понял, что теперь газоотводная трубка направлена чуть в сторону от капель фосфора. Сместив трубку, добился новой серии вспышек - и так несколько раз: до тех пор, пока на дне колбы оставались сколь-нибудь значительные капельки фосфора.

Как и в прошлых случаях, часть фосфора всплывала и горела на поверхности воды. Вытяжка заполнилась белым дымом, но он не создавал много проблем. Потом оказалось, что дым, который собрался над поверхностью колбы, светится в темноте: значит, он содержал не только аэрозоль фосфорной кислоты, но и белый фосфор.

Позже - во время просмотра и монтажа видео - обнаружил, что кроме ярких желтых вспышек под водой нередко наблюдалось белое свечение. Скорее всего, это было холодное свечение паров и аэрозоля фосфора внутри пузырьков кислорода. Некоторые белые светящиеся пузырьки, поднявшись на поверхность, вспыхивали ярким желтым пламенем.

Как уже было сказано, отдельные вспышки были настолько яркими, что ослепили фотоаппарат: почти весь кадр получался ярко-желтым. Чаще все до этого не доходило, но горение было довольно интенсивным и давало много света. Не следует забывать, что все это происходило под водой. Кто сказал, что огонь не бывает мокрым?

Послесловие

Со временем я понял, что для успешного выполнения опыта необходимо соблюдение нескольких важных условий, в частности:

1. Колба с водой и фосфором, перед тем, как вы пустите в нее кислород, должна быть горячей.
(В идеале со дна колбы должны начать подниматься пузырьки пара, но они увлекают за собой капли фосфора.)

2. Поток кислорода нужно направить точно на капли фосфора. Если вы направите трубку чуть в сторону, горение не начнется.
Отсюда выводы.
а. Трубка не должна быть жестко закрепленной, чтобы ее можно было двигать.
б. Колбу следует закрепить с наклоном - так, чтобы расплавленный фосфор собрался в нижнем углу - куда и следует поместить кончик трубки.

3. Поток кислорода должен быть сильным - иначе вспышки будут слишком редкими.
Отсюда вывод, что не стоит использовать слишком тонкие трубки (которые создают большое сопротивление газу).

4. Скорость разложения перекиси водорода регулировать трудно. Для замедления разложения можно добавить воду, уменьшить количество перманганата. Важно также, что разложение перекиси (и выделение кислорода) очень ускоряется при нагреве жидкости, причем в ходе разложения возможен саморазогрев.
Диоксид марганца, который образуется при реакции перекиси и перманганата, является катализатором разложения перекиси.

Смотреть Видео (53 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (173 Мб, .avi )