Химия и Химики № 9 2009. Химические водоросли (коллоидный сад) / Chemical Gardens (Colloidal Garden)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Этот красивый опыт уже был описан в прошлых номерах журнала [1]. В данной статье мы остановимся на одном из самых доступных его вариантов - химические водоросли на основе силикатов. Все, что необходимо для эксперимента - жидкое стекло (силикатный клей) и соли различных двух- и трехвалентных металлов. Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов натрия и калия.

В большой стакан или банку налейте жидкое стекло, разведенное примерно в три-четыре раза водой. Добавьте в раствор по щепотке солей меди, кобальта, никеля, железа, цинка, алюминия, марганца, магния и других поливалентных металлов. Для этих целей можно использовать любые растворимые соли - сульфаты, хлориды, нитраты, ацетаты и т.д. Желательно, чтобы кристаллики солей были крупными.

Со временем в стакане можно будет наблюдать рост "химических водорослей", которые состоят из нерастворимых силикатов металлов и напоминают настоящие нитчатые водоросли.

Цвет водорослей зависит от металла. Соли меди дают голубые водоросли, кобальта - сине-фиолетовые, магния, алюминия и цинка - белые, никеля - светло-зеленые, железа (III) - коричневые, хрома - зеленые, "марганцевые" водоросли сначала вырастают белыми, но со временем буреют, соли железа (II) дают темно-зеленые водоросли, которые потом также становятся бурыми (в обоих случаях изменение цвета происходит в результате окисления).

Наиболее красивые водоросли получаются из крупных кристаллов солей.

Если использовать хлорид железа (III) FeCl₃, то образуются толстые бурые водоросли, которые растут буквально на глазах - их рост может заметить даже самый нетерпеливый наблюдатель.(Вместо крупных кристаллов хлорида железа (III) подойдут сростки мелких кристаллов).

__________________________________________________
¹ См. подборку статей Химические водоросли (коллоидный сад) / Chemical Gardens (Colloidal Garden) [ссылка]. По мере выхода в нее будут добавляться новые статьи.

Как объяснить рост химических водорослей?

Вокруг кристаллов солей образуется пленка из нерастворимых силикатов - в результате реакции обмена. Эта пленка изолирует кристалл от раствора. Кристалл оказывается в "мешочке" и реакция прекращается. Но пленка силикатов обладает полупроницаемыми свойствами. Концентрация солей внутри "мешочка" значительно выше, чем снаружи. За счет разности осмотических давлений в средину "мешочка" проникает вода, в результате он постепенно раздувается и лопается. Реакция начинается вновь - пока не образуется новая пленка и т.д.

А какой состав этих нерастворимых силикатов? Силикаты, которые получаются в нашем опыте, не имеют четкого состава. Поэтому их строение нельзя передать простыми формулами.

Состав силикатов, что осаждаются из растворов солей двух- и трехвалентных металлов, зависит от условий получения. Он может сильно меняться от опыта к опыту. Дело в том, что это аморфные вещества, которые не имеют четко упорядоченной кристаллической решетки. Наглядный пример подобных материалов - оконное стекло.

Пару слов о том, где взять реактивы. Жидкое стекло, сульфаты меди и железа продаются в хозяйственных магазинах. Хлорид железа (III) используют для травления плат, поэтому его стоит поискать в магазинах радиотоваров, сульфат магния применяется как слабительное - он должен быть в аптеках. С другими солями дело сложнее - их придется попросить у знакомых химиков или получить самостоятельно.

Имейте в виду, что после нашего опыта отмыть стеклянную посуду очень трудно, а иногда и просто невозможно.

Многие металлы образуют нерастворимые осадки при взаимодействии с раствором силиката натрия или калия. Они представляют собой аморфные силикаты. Поскольку эти вещества имеют аморфную структуру, их состав может изменяться в широких пределах - в зависимости от условий получения. Поэтому формулы вроде: CuSiO₃, Al₂(SiO₃)₃, CaSiO₃ и т.п. являются условными и редко соответствуют составу осадка.

Смотреть Видео (9 Мб, .avi )