Химия и Химики № 6 2013. Опыты с фосфином

Воспламенение фосфина
Воспламенение фосфина в колбе

В предыдущих вариантах опыта получение и воспламенение фосфина происходило практически одновременно: фосфин покидал колбу-реактор по газоотводной трубке, после чего он вступал в контакт с воздухом и вспыхивал. Самовоспламенение происходило либо после прохождения фосфина через слой воды в кристаллизаторе, либо непосредственно на конце газоотводной трубки, но сути дела это не меняло.

Возникла идея собрать фосфин в колбу методом вытеснения воды (пневматическая ванна), закрыть горлышко колбы, вынуть ее из воды и только после этого открыть колбу на воздухе, чтобы фосфин вступил в контакт с воздухом и загорелся. Другими словами, планировалось разделить стадии получения и самовоспламенения фосфина.

В одном из прошлых опытов, когда поток фосфина уже ослаб, я взял пробирку, наполнил ее водой, закрыл пальцем, перевернул и опустил в кристаллизатор. В эту пробирку собрал немного газа, который поступал из газоотводной трубки. Когда я перевернул пробирку, фосфин вступил в контакт с воздухом и вспыхнул бледно-зеленым пламенем. Таким образом, принцип действует [1].

В очередной раз налил в колбу 20 мл воды, добавил 15 г едкого натра и бросил в колбу кусочек белого фосфора размером с фасоль (для соблюдения одинаковых условий опыта). Закрыл колбу пробкой с газоотводной трубкой, конец газоотводной трубки опустил в кристаллизатор с водой. В этот раз в колбе со щелочью вспышки паров фосфина и белого фосфора наблюдались более наглядно.

Наконец, когда весь кислород в колбе выгорел и пошел довольно сильный поток фосфина, газ начал поступать в кристаллизатор, вызывая яркие желтые вспышки с хлопками. Немного поснимав вспышки пузырьков фосфина, я погрузил конец газоотводной трубки под горлышко колбы на 200 мл, заполненной водой (которая была заранее помещена в этот же кристаллизатор). Вспышки сразу же прекратились, в колбе стал собираться газ, в котором было много белого дыма (подозреваю, что это аэрозоль белого фосфора). Со временем поток фосфина ослаб, но его все-таки хватило, чтобы заполнить колбу. Когда пузырьки стали подниматься к поверхности воды из горлышка заполненной колбы, вспышки фосфина возобновились.

Чтобы пламя не мешало опыту, убрал газоотводную трубку подальше. Потом постарался извлечь колбу из-под воды, однако я слегка наклонил колбу, из горлышка поднялось несколько пузырьков фосфина, которые ярко вспыхнули на воздухе. Когда горлышко колбы оказалось над водой, фосфин сразу же загорелся [2]. Пламя было желтым, выделяло белый дым, при горении на стенках колбы образовывался желтый налет (который был до боли похож на желтый фосфор).

Когда я погрузил колбу с горящим горлышком в воду, из нее вырвались пузырьки газа, которые ярко вспыхнули.

С одной стороны, горение было не очень впечатляющим: оно напоминало горение кусочка белого фосфора. Но с другой стороны, мы берем колбу, наполненную газом, достаем ее из-под воды - и газ вспыхивает. Это выглядело довольно эффектно (особенно для тех, кто не видел предыдущую часть опыта, где фосфин барботировали сквозь воду). Единственное, для сбора фосфина желательно использовать сосуд с более широким горлышком: например, стакан или банку.

Позже, когда я мыл колбу ершиком, она сильно дымила. Последнее, как уже было отмечено, характерно для окисления белого фосфора на воздухе. Другими словами, фосфин не просто сгорал до фосфорного ангидрида и воды, но и частично разлагался с образованием белого фосфора. Такое поведение напоминало горение ацетилена, метана и других углеводородов на воздухе, когда в результате недостатка кислорода или плохого перемешивания веществ углерод частично выделялся в виде сажи.

Несмотря на то, что эксперименты с фосфином выглядят красиво, запах фосфина и белого фосфора не из приятных. Не стоит забывать, что фосфин и белый фосфор обладают высокой токсичностью. Даже через несколько часов после экспериментов я испытывал слабость и тошноту.

____________________________________________________
¹ Во время одного из экспериментов я решился открыть пробку колбы со щелочью, в которой выделялся фосфин, однако ожидаемой вспышки газа на произошло. По-видимому, это объясняется тем, что фосфин был разбавлен парами воды, которые затем конденсировались в газоотводной трубке и при прохождении пузырьков через слой воды в кристаллизаторе (и, соответственно, не мешали последующему самовоспламенению фосфина).

² Первая попытка собрать фосфин в колбу на 300 мл закончилась довольно забавной неудачей. Когда в колбе собралось миллилитров 20 фосфина, колба соскочила и ударилась об стенки кристаллизатора. В колбе образовалась дырка. Фосфин вступил в контакт с воздухом и сгорел желтым пламенем.

Смотреть Видео (87 Мб, .avi ) - только заключительная стадия Смотреть Видео (282 Мб, .avi ) - опыт целиком