Горение магния в диоксиде азота. Burning Magnesium in Nitrogen Dioxide

Горение магния в диоксиде азота уже было описано в нашем журнале [1]. Эксперимент пришлось повторить по той же причине, что и другие опыты с магнием: низкое качество снятого видео.

__________________________________________________
¹ См. статью Горение в диоксиде азота, раздел Горение магния в диоксиде азота [ссылка].

Реакция меди и концентрированной азотной кислоты.
The Reaction of Copper and Concentrated Nitric Acid

Опыт по горению магния решил провести в трехлитровой банке. Поскольку наличие паров воды и азотной кислоты не мешает эксперименту, диоксид азота получил в этом же сосуде. Для этого на дно банки налил 30 мл концентрированной азотной кислоты (60%), бросил туда штук 5 монет из алюминиевой бронзы (украинская монета 10 коп.) и накрыл банку чашкой Петри. Началась бурная реакция. Раствор стал зеленым в результате выделения оксидов азота, пространство банки начал заполнять бурый диоксид азота. Через несколько минут вся банка была заполнена бурыми парами, потом диоксид азота стал выходить сквозь неплотности между банкой и чашкой Петри.

Сам эксперимент был очень простым, но съемка его неожиданно вызвала трудности. Когда банка заполнилась темным диоксидом азота, картинка на видео стала слишком светлой и нечеткой. Пришлось поэкспериментировать с освещением. Оптимальным оказался вариант, когда свет под вытяжкой был выключен, а в комнате горело слабое освещение.

Watch the video / Смотреть Видео (69 Мб, .avi )
Смотреть Видео (81 Мб, .avi ) - старый вариант

Горение магния в диоксиде азота

Кусочек магния (сплав электрон) нагрел в ложечке из сетки из нержавеющей стали. Магний расплавился в пламени горелки, а затем загорелся. Горящий магний внес в банку с диоксидом азота и сразу же накрыл ее чашкой Петри. Магний продолжил ярко гореть, выделяя белый дым, но сквозь слой бурого диоксида азота проходило мало света - стало очевидным, что этот газ сильно поглощает лучи [2]. Банка излучала нереалистичный желто-бурый свет. Пространство внутри стало заполняться белым дымом оксида магния, который поглощал свет еще больше.

По мере горения магния газ в банке стал светлеть и терять бурый оттенок. Чашка Петри, которой была накрыта банка, не выдержала тепла и разлетелась на кусочки. Газ в банке сильно посветлел, магний начал гаснуть. Но что интересно: постепенное угасание горения магния происходило несколько минут и было очень плавным. Все это время содержимое ложечки оставалось раскаленным. Раньше я такого в опытах с магнием не наблюдал.

Сквозь желтоватый газ банки продут горения магния казался желтым, но когда я вынул ложечку, стало очевидно, что это белый оксид магния.

Судя по характерным искрам и заметному разрушению материала ложечки, вместе с магнием частично горела и сталь сетки.

__________________________________________________
² Некоторые художники-фантасты любят рисовать пейзажи планет, атмосфера которых состоит из сильно окрашенных газов, например, из хлора. Можно с уверенностью сказать, как выглядела бы поверхность подобных планет: "тьма египетская" (если только атмосферное давление на этой планете не будет существенно меньше земного).

Вспомним, например, Венеру. Солнечный свет достигает поверхности этой планеты, но с поверхности Венеры не видно, ни Солнца, ни звезд. Во время восхода Солнца небо на Венере постепенно и равномерно светлеет, заката - темнеет. Углекислый газ - основной компонент атмосферы Венеры - хорошо пропускает солнечный свет, но там есть еще облака, которые состоят из мелких капелек серной кислоты. Благодаря этому поверхность второй от Солнца планеты надежно скрыта от земных телескопов.

Раньше считалось, что Венера имеет плотную облачность, которая пропускает к поверхности только рассеянный и сильно ослабленный свет Солнца. Позже оказалось, что облака на Венере соответствуют легкой облачной дымке на Земле, просто их слой слишком толстый и всегда сплошной.

Watch the video / Смотреть Видео (141 Мб, .avi )
Смотреть Видео (171 Мб, .avi ) - Старый вариант

Оксиды азота является сильными окислителями, которые активно поддерживают горение. Например, в среде газообразного диоксида азота NO₂ горит много неорганических и органических веществ: сера, фосфор, уголь, водород, некоторые металлы, древесина, бумага, углеводороды, спирты и др. Ниже описаны эксперименты по сжиганию органических и неорганических материалов в среде диоксида азота.

Для получения диоксида азота NO₂ мы использовали реакцию меди [3] с концентрированной азотной кислотой HNO₃. Во многих случаях с целью упрощения эксперимента диоксид азота получали в том же сосуде, в котором потом проводилось сжигание. Необходимо было подождать определенное время, чтобы осели брызги и туман кислоты. Примесь водяных паров, как правило, не мешала.

Горение серы в диоксиде азота / Burning Sulfur in Nitrogen Dioxide

Несколько кусочков серы поместите в металлическую ложечку и нагрейте в пламени горелки до воспламенения. Сера загорится бледно-синим пламенем. Весите горящую серу в литровый сосуд с диоксидом азота. Сера продолжит гореть очень бледным желтоватым пламенем. В результате реакции образуется серный ангидрид, который дает с влагой густой туман H₂SO₄. Поэтому весь сосуд скоро заполнится белым дымом.

2S + 3NO₂ = 2SO₃ + 1.5N₂
SO₃ + H₂O = H₂SO₄

Если вынуть ложечку с горящей серой из сосуда, на воздухе пламя серы снова станет синим.

__________________________________________________
³ Вместо меди можно взять украинские монеты из медного сплава

Watch the video / Смотреть Видео (4 Мб, .avi )

Горение магния в диоксиде азота. Burning Magnesium in Nitrogen Dioxide

Подожгите магний и внести его в сосуд с диоксидом азота, металл продолжит ярко гореть. В сосуде образуется белый дым MgO, а бурая окраска NO₂ быстро исчезнет.

2Mg + NO₂ = 2MgO + 0.5N₂

На дно реакционного сосуда необходимо насыпать песок или соль, иначе стекло может треснуть от раскаленных частичек металла. Согласно практикуму Р. Рипана, И. Четяну медь и железо также способны гореть в диоксиде азота.

Смотреть (8 Мб, .avi )

Горение в диоксиде азота дерева, бумаги, ваты
Burning Wood, Paper, Cotton in Nitrogen Dioxide

Подожгите деревянную лучинку, вату или бумагу и внесите в сосуд с диоксидом азота NO₂. В среде диоксида азота горение будет продолжаться. Внешне процесс похож на горение этих же материалов на воздухе.

Реакцию можно выразить уравнением:

(C₆H₁₀O₅)_n + 6nNO₂ = 6nCO₂ + 5nH₂O + 3nN₂

Watch the video / Смотреть Видео (3 Мб, .avi )

Горение жидких углеводородов в диоксиде азота NO₂
Burning Liquid Hydrocarbons in Nitrogen Dioxide

В среде диоксида азота NO₂ хорошо горят углеводороды, в частности - жидкие. На конце металлической проволочки закрепите ватку или бумажку и слегка смочите ее каким-нибудь жидким углеводородом - толуолом, гексаном, бензином и др. Подожгите ватку и опустите ее в сосуд с NO₂. Углеводород будет гореть ярким, некоптящим пламенем. В случае бензола уравнение реакции имеет вид:

2C₆H₆ + 15NO₂ = 12CO₂ + 6H₂O + 7.5N₂

В показанном на фотографии эксперименте мы использовали скипидар.

В гоночных автомобилях иногда применяется впрыскивание закиси азота (N₂O) в камеру сгорания. Закись азота - более слабый окислитель по сравнению с NO₂, но в отличие от последнего N₂O не токсична и более безопасна в работе. С той же целью в топливо добавляют органические нитропроизводные, например, нитробензол. Впрыскивание закиси азота или добавки нитропроизводных позволяют значительно повысить скорость автомобиля, но они приводят к усиленному износу двигателя, а кроме того, могут послужить причиной взрыва.

Watch the video / Смотреть Видео (5 Мб, .avi )

Горение пропан-бутановой смеси в диоксиде азота NO₂
Burning Propane and Butane in Nitrogen Dioxide

К шлангу бытового пропан-бутанового баллона подсоедините стеклянную трубку с оттянутым концом, пустите несильный поток и подожгите газ. Если теперь опустить трубку в колбу с диоксидом азота NO₂, газ будет гореть ярко-желтым пламенем.

Для пропана уравнение реакции имеет вид:

C₃H₈ + 5NO₂ = 3CO₂ + 4H₂O + 2.5N₂

В случае природного газа горение протекает аналогично.

Watch the video / Смотреть Видео (4 Мб, .avi )

Горение свечи в диоксиде азота
Burning Candle in Nitrogen Dioxide

Если свечу зажечь на воздухе и опустить в сосуд с диоксидом азота NO₂, то она продолжит гореть ярким пламенем. Для удобства эксперимента рекомендуется закрепить свечу вертикально на конце металлической проволоки, как это показано на фотографии.

Watch the video / Смотреть Видео (3 Мб, .avi )

Горение водорода в диоксиде азота
Burning Hydrogen in Nitrogen Dioxide

Водород горит в среде диоксида азота. В этом легко убедиться, если поджечь водород, выходящий из отверстия газоотводной трубки и опустить трубку в колбу или стакан с диоксидом азота NO₂. Водород горит почти невидимым пламенем, поэтому для увеличения наглядности эксперимента мы использовали водород, полученный с помощью реакции алюминия с едким натром. Небольшое количество аэрозоля раствора, содержащего натрий, поступало в пламя и окрашивало его в желтый цвет.

2NO₂ + 4H₂ = N₂ + 4H₂O

Watch the video / Смотреть Видео (3 Мб, .avi )

Модель ракеты на жидком топливе

Как известно, в качестве ракетного топлива широко используют несимметричный диметилгидразин: (CH₃)₂N-NH₂, а окислителем служит дымящая азотная кислота, которая богата оксидами азота. Топливо и окислитель подаются в камеру сгорания, где при их контакте происходит воспламенение. Если в колбу с несимметричным диметилгидразином направить поток диоксида азота NO₂, то вещество загорится ярким пламенем. Учитывая, то обстоятельство, что (CH₃)₂N-NH₂ малодоступен, вместо него можно использовать анилин. Анилин также воспламеняется и ярко сгорает под действием диоксида азота, однако, в колбе остается некоторое количество сажи - горение происходит не полностью. В случае диметилгидразина образование сажи практически не наблюдается.

<Эксперименты с магнием> <Щелочноземельные металлы>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.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>
<Эксперименты с магнием (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]