Цинковый вулкан (горение смеси тетрахлорида углерода и цинковой пыли)

(№4 2009)

Возьмите 5-8 г цинковой пыли и насыпьте ее на металлический лист. К цинковой пыли добавляйте по каплям при перемешивании тетрахлорид углерода ССl₄ до тех пор, пока смесь не превратится в густую массу. Затем сформируйте из этой массы горку. В центре горки сделайте углубление и насыпьте туда небольшое количество зажигательной смеси (например, Mg + S).

Теперь подожгите зажигательную смесь пламенем горелки Теклю с поддувом воздуха (через пипетку) [1].

Сразу же начнется активная реакция: произойдет вспышка, смесь раскалится, из нее повалит густой белый дым хлорида цинка ZnCl₂. Время от времени будет появляться и исчезать пламя. Все это похоже на вулкан в момент извержения. В нашем случае "извержение" продолжается около минуты. После реакции останется желтовато-черная масса.

Тетрахлорид углерода и цинк реагируют с образованием хлорида цинка ZnCl₂ и углерода (сажи):

СCl₄ + 2Zn = 2ZnCl₂ + C

За счет тепла реакции хлорид цинка легко сублимируется, а после охлаждения конденсируется в твердые частицы, жадно поглощающие из воздуха влагу.

Все операции следует выполнять в вытяжном шкафу либо на открытом воздухе. Тетрахлорид углерода летуч и ядовит!

__________________________________________________
¹ Просто поджечь смесь спичками или пламенем горелки без поддува воздуха не удается - пары СCl4 препятствуют доступу воздуха и отсекают пламя от смеси.

Смотреть Видео (44 Мб, .avi )

Пять лет спустя решил повторить эксперимент, поскольку предыдущее видео было снято с плохим разрешением (и без звука, хотя для данного опыта последнее терпимо). Провел два опыта, первый - не совсем удачный.

Взял 11 г цинковой пыли в первом опыте и 12 г - во втором. Цинковую пыль предварительно растер в ступке, т.к. в ней были комки. Тетрахлорида углерода взял значительно меньше стехиометрии - иначе смесь была бы слишком жидкая. На 2 опыта с избытком хватило 10 мл.

В первый раз поместил цинковую пыль в металлическую емкость, которая напоминала маленькую чашку Петри с высокими бортиками. Добавил тетрахлорид углерода, перемешал - образовалась подвижная паста. В прошлых опытах (5 лет назад) у меня была горелка Теклю, которая давала желтое холодное пламя - поэтому, чтобы поджечь смесь, приходилось сбоку вдувать воздух в пламя с помощью пипетки.

В этот раз была горелка, которая давала горячее синее пламя. Смесь формовать не стал - оно просто располагалась в сосуде в виде слоя. Направил сильное пламя горелки на смесь - это оказалось ошибкой. Смесь, в конце концов, загорелась, цинк раскалился докрасна, потом - до желтого каления, повалил белый дым.

Но горение смеси было непродолжительным - от нагрева пламенем много четыреххлористого углерода испарилось еще до начала реакции. После окончания реакции сверху смеси был углерод, снизу осталась непрореагировавшая цинковая пыль.

Смесь тетрахлорида углерода и цинковой пыли имеет тот недостаток, что загорается она не так и просто и одновременно смесь содержит легколетучий компонент, который легко испаряется [K1]. Поэтому нужно поджигать данную смесь быстро (с помощью какой-то зажигательной смеси), чтобы тетрахлорид углерода не успел испариться.

Во втором опыте взял 12 г цинковой пыли, на этот раз поместил ее на металлическую крышку от кофейной банки (без бортиков), добавил тетрахлорид углерода, перемешал, сформовал из пасты подобие горки. Сверху насыпал смесь порошка магния и серы, осторожно направил на зажигательную смесь пламя горелки (на этот раз не сверху, а сбоку).

Магний и сера давали резкие, короткие вспышки - видимо, размер частиц был слишком мелкий. Переусердствовать с нагревом смеси не хотелось, поэтому поджечь ее удалось далеко не сразу. Наконец реакция началась: смесь раскалилась сначала до красного, потом - до желтого цвета. Остатки магния и серы помогли смеси разгореться. Повалил густой белый дым хлорида цинка. Поток дыма образовал белый столб, дым заполнил всю вытяжку, к сожалению, в кадр это не попало, т.к. снимал горение смеси с близкого расстояния. Был выбор: снять собственно горение смеси или столб образующегося дыма: одновременно заснять, и то, и другое было проблематично.

После прекращения реакции на металлической крышечке остался углерод, под слоем углерода была непрореагировавшая цинковая пыль, хотя и в гораздо меньшем количестве, чем в предыдущем (неудачном) опыте.

Смотреть Видео (45 Мб, .avi )

Железный вулкан (горение смеси железного порошка и нитрата калия)

(№4 2009)

Чтобы показать извержение железного вулкана, смешивают 3-5 г железного порошка или железной пудры с равным по массе количеством сухого нитрата калия КNO₃, предварительно растертого в ступке. (Нитрат калия должен быть тщательно высушен!). Смесь помещают в углубление горки, сделанной из 4-5 столовых ложек сухого просеянного речного песка. В центре самой смеси также делают небольшое углубление. Далее раскаляют уголек в пламени газовой горелки и кидают его в средину смеси.

Начинается активное горение с выделением искр, белого дыма и сильным разогревом. Масса раскаляется до ярко-желтого цвета и очень напоминает лаву. Если вулкан с бихроматом аммония изображает выброс вулканического пепла, то ферратный вулкан больше напоминает другую стадию вулканического извержения - когда из кратера появляется лава.

Неприятным моментом при выполнении опыта является то, что смесь нитрата калия и железного порошка довольно трудно поджечь: она вполне выдерживает действие пламени горелки в течение нескольких минут. Один из выходов - раскаленный уголек достаточных размеров. Смесь также можно поджечь с помощью узкого газо-воздушного пламени (стеклодувная горелка или поддув воздуха в пламя обычной горелки через пипетку). В любом случае, перед демонстрацией опыта аудитории его необходимо тщательно отработать, в противном случае экспериментатор может попасть в неудобную ситуацию.

В некоторых источниках рекомендуют брать 2 массовых части КNO₃ на 1 часть железа. Однако такая смесь зажигается значительно хуже. Видимо, это соотношение взято из методик по синтезу феррата калия.

Действительно: при взаимодействии 2 ч. нитрата калия с 1 ч. железа образуется феррат(VI) калия К₂FeO₄.

Комментарии

^К1 Интересно: возможно ли инициировать смесь добавлением иода (или раствора иода в CCl₄)? В сухом четыреххлористом углероде цинк, скорее всего, будет пассивироваться иодом. Но в присутствии небольшого количества воды иодистый цинк будет растворяться.

<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>
<Опыты по химии - видео, фотографии, описание, обсуждение (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]