Грязевые вулканы

Реакция бихромата аммония (калия) и щавелевой кислоты
(№4 2009)

Возьмите 6 г щавелевой кислоты (H₂C₂O₄·2H₂O) и 4 г бихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ [1]. Вещества разотрите в ступке (отдельно), потом смешайте. Смесь высыпьте на керамическую пластинку в форме горки. В центре горки сделайте небольшое углубление. Если теперь смочить эту смесь водой, то ничего интересного не произойдет: можно разве что наблюдать слабое выделение газа.

Как же запустить вулкан? Очень просто: достаточно только слегка прикоснутся к смеси огнем, и начнется бурная реакция. В месте контакта сразу же образуется капелька темно-зеленой жидкости, из которой активно выделяются пузыри углекислого газа [2]. Скоро вся масса превратится в лужу почти черной "кипящей" жидкости, из которой активно выделяется СО₂ и во все стороны летят брызги.

В другом варианте опыта для того, чтобы начать извержение, смесь смачивают 5-6-ю каплями воды, после чего добавляют несколько капель конц. H₂SO₄. Разумеется, это более сложно и выглядит менее красиво.

В основе опыта лежит реакция окисления щавелевой кислоты ионом бихромата. В результате выделяется вода, углекислый газ и тепло. Смесь превращается в вязкую пузырящуюся жидкость. Темно-зеленый (почти черный) цвет "грязи" обусловлен образованием трехвалентного хрома.

Любопытно, что в журнале ХиЖ был описан аналогичный опыт, в котором вместо бихромата аммония используется бихромат калия K₂Cr₂O₇. В отличие от нашего случая, смесь H₂C₂O₄·2H₂O/K₂Cr₂O₇ бурно реагировала при добавлении одной капли воды или от легкого растирания. Однако когда мы попробовали повторить этот опыт, то оказалось, что бихромат калия вел себя аналогично бихромату аммония - при растирании смеси ничего не происходило, а в результате добавления воды наблюдалось лишь слабое выделение газа.

Возможно, причина таких расхождений заключается в том, что в первом случае реактивы содержали примеси, которые выступали в роли катализаторов реакции, в результате взаимодействие начиналось более активно.

__________________________________________________
¹ Точные количества веществ не имеют большого значения

² Постарайтесь поджечь смесь так, чтобы эта капелька скатилась в углубление в центре горки - опыт выйдет более красивым.

Смотреть Видео (18 Мб, .avi )

Через 5 лет решил повторить этот опыт. На этот раз - с бихроматом калия. Откуда я брал приведенные выше соотношения веществ - не помню. Скорее всего - установил экспериментально.

Какая реакция происходит между бихроматом и щавелевой кислотой, сказать сложно. Скорее всего, имеет место несколько параллельных и последовательных реакций. Условно (!) принял, что реакция соответствует уравнению

7H₂C₂O₄ + K₂Cr₂O₇ = 6CO₂ + 3H₂O + 2K[Cr(C₂O₄)₂(H₂O)₂]

т.е. на 1 моль бихромата калия (молярная масса K₂Cr₂O₇ 294.18 г/моль),
необходимо 7 моль щавелевой кислоты (H₂C₂O₄·2H₂O 126.07 г/моль),
следовательно, примерное массовое соотношение бихромат калия : щавелевая кислота (двухводная) составляет 1 : 3


Сначала взял 6 г щавелевой кислоты и 2 г бихромата. Растер вещества по отдельности в ступке, затем смешал. Высыпал горкой на лист бумаги, коснулся к верху кучки пламенем зажигалки.

"Извержение" прошло примерно, как пять лет назад (описано выше). Обратил внимания, что капли жидкой массы, которые образуются при контакте твердой смеси с пламенем, скатываются с горки вниз, что замедляет извержение.

В следующий раз взял 19.2 г щавелевой кислоты и 6.6 г бихромата, насыпал смесь горкой в чашке Петри - из нее жидкость не вытечет. Сверху горки сделал углубление - "кратер". Когда подносил пламя, постарался сделать, чтобы первая капля смеси стекла именно в "кратер".

"Извержение" грязевого вулкана в этот раз было более масштабным, хотя и закончилось быстрее.

Смотреть Видео (23 Мб, .avi )

Реакция перманганата калия и щавелевой кислоты
(№4 2009)

Аккуратно смешайте 6 г щавелевой кислоты (H₂C₂O₄·2H₂O) и 3 г перманганата калия KMnO₄ [3].

Смесь высыпьте на керамическую пластинку и капните в ее центр 1 каплю воды. Через несколько секунд смесь вскипит с выделением большого количества газа и пара.

Дело в том, что щавелевая кислота активно окисляется перманганатом калия с образованием воды, углекислого газа и выделением теплоты. Вода, которая при этом образовалась, служит растворителем и обеспечивает быстрое прохождение реакции.

Реактивы и посуда должны быть сухими, в противном случае "извержение" может начаться раньше, чем вы запланировали.

Есть и другой вариант данного опыта. В фарфоровую ступку насыпьте щавелевую кислоту, перманганат калия и разотрите содержимое. Почти сразу же начнется активная реакция.

Обратите внимание, что взаимодействие двух твердых веществ началось в результате растирания - без добавления даже капли воды.

***

Возьмите сухую таблетку гидроперита и аккуратно насыпьте на ее поверхность немного перманганата калия. При добавлении капли воды произойдет бурное вскипание смеси в результате реакции между перманганатом калия и перекисью водорода.

2KMnO₄ + 3H₂O₂ = 2KOH + 2MnO₂ + 2H₂O + 3O₂

Как и в предыдущем опыте, реакция KMnO₄ и гидроперита начинается и от совместного растирания веществ в ступке.

Гидроперит представляет собой соединение мочевины с перекисью водорода:

CO(NH₂)₂·H₂O₂

Аналогичный опыт можно провести, если посыпать таблетку гидроперита кристаллами тиосульфата натрия [K1]. При добавлении капли воды или от растирания веществ они бурно вскипят и превратятся в желтую кашу. Опыт следует делать под вытяжкой или на свежем воздухе, поскольку некоторые продукты реакции имеют неприятный запах.

Несмотря на внешнюю схожесть обеих реакций, пероксид водорода играет в них противоположную роль - при взаимодействии с перманганатом калия он является восстановителем, а тиосульфатом натрия - окислителем.

__________________________________________________
³ Точные количества веществ не имеют большого значения

Смотреть Видео (10 Мб, .avi )

Повторил опыт (через пять лет, как и в случае смеси щавелевая кислота - бихромат). Взял 6 г щавелевой кислоты (H₂C₂O₄·2H₂O) и 3 г перманганата калия KMnO₄, вещества отдельно растер в ступках и аккуратно смешал. Высыпал горкой в чашке Петри, вверху сделал углубление - "кратер" вулкана. Капнул в "кратер" несколько капель воды. Через пару секунд началось "извержение": смесь вскипела и превратилась в бурлящую коричневую массу. Вскоре масса успокоилась, сверху стала белой.

Смотреть Видео (14 Мб, .avi )

Разложение хромокалиевых квасцов KCr(SO₄)₂·12H₂O
(№4 2009)

Маленький искусственный гейзер на столе получится, если на электрической плитке сильно нагреть металлическую пластинку, после чего на нее поместить несколько крупных темно-фиолетовых кристаллов хромокалиевых квасцов KCr(SO₄)₂·12H₂O - додекагидрата сульфата хрома(III)-калия. Сначала поверхность кристаллов становится матовой, потом они, не теряя формы, плавятся, растворяясь в собственной кристаллизационной воде - ведь на 1 моль соли приходится целых 12 моль воды.

Образуется густой, почти черный расплав. По мере нагревания пластинки на поверхности расплава формируется пленка, которая периодически лопается из-за выделения паров воды. Сквозь образующиеся трещины показываются серые пузыри, похожие на грязевые пузыри в гейзерах. При более высокой температуре хромокалиевые квасцы полностью обезвоживаются и превращаются в зеленый порошок оксида хрома(III) Cr₂O₃, смешанный с бесцветным сульфатом калия.

В реакции термического разложения хромокалиевых квасцов образуется серная кислота Н₂SO₄, которая улетучивается вместе с парами воды:

Обратите внимание: для опыта важно, чтобы металлическая пластинка была хорошо нагрета. В противном случае кристаллы будут медленно разлагаться почти без выделения жидкости. Если квасцы выветрились (от хранения в неплотно закрытой банке), перед опытом их можно смочить несколькими каплями воды.

Смотреть Видео (25 Мб, .avi )

Комментарии

^К1 Реакция твердого тиосульфата и гидроперита автокаталитическая. Катализатором являются политионовые кислоты, образующиеся при первоначальном окислении тиосульфата. Эти сильные кислоты, сравнимые по силе с серной, вызывают разложение тиосульфата с образованием сульфата, серы сульфита и сероводорода. Последние два быстро окисляются перекисью водорода до сульфата и серы с выделением большого количества тепла. В результате реакция ускоряется, смесь вскипает, выделяя пар и неприятно пахнущие газы. Реакция тиосульфата и гидроперита была объектом интереса советских школьников, так как оба вещества можно было легко приобрести в аптеке и магазине фототоваров. Впрочем, сильная зависимость скорости реакции от температуры нередко приводила к неудачным демонстрациям в холодное время года. Так, один начинающий экспериментатор, не дождавшись начала процесса, не стал выбрасывать пакет со смесью, а положил его себе в карман брюк. Результат был вполне предсказуем - порча форменной одежды...

<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]