Химия и Химики № 7 2009. Химические вулканы

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

Химический вулкан (бихромат аммония и сахар) / Chemical Volcano (Ammonium Dichromate and Sugar)

Новый вариант - Химический вулкан и каталитическое горение сахара [ссылка]

На кафельную плитку насыпьте горку из 3-4 столовых ложек сахара. В центре сделайте углубление и насыпьте туда 10-15 гр бихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇. Саму горку сахара также слегка посыпьте бихроматом. Бихромат смочите несколькими каплями спирта (или другой горючей жидкости) и подожгите. (NH₄)₂Cr₂O₇ начнет разлагаться, при этом появится много красных и желтых искр. Образуется зеленый оксид хрома.

На первой стадии опыт напоминает обыкновенный химический вулкан. Под конец разложения бихромата аккуратно перемешайте раскаленный оксид хрома с сахаром, который находится снизу. В результате начнется беспламенное (каталитическое) горение сахара на поверхности оксида хрома. Частички Cr₂O₃ останутся в раскаленном состоянии до тех пор, пока не израсходуется все топливо. Заключительную стадию опыта проводят в темном помещении.

Смотреть Видео (44 Мб, .avi )

Химический вулкан на основе бихромата калия K₂Cr₂O₇ (бихромат калия и сера).
Chemical Volcano (Potassium Dichromate and Sulfur)

По мнению многих химиков самый красивый из химических вулканов получается при разложении бихромата аммония. С этим трудно не согласится, но бывают ситуации, когда под рукой есть бихромат калия, зато нет бихромата аммония. К сожалению, получить бихромат аммония из бихромата калия непросто [1].

Оказывается, что неплохой химический вулкан можно сделать и с бихроматом калия.

Разотрите в ступке 15 гр бихромата калия K₂Cr₂O₇ и 10 гр серы. Смесь насыпьте в нижнюю часть алюминиевой банки из-под пива (отрежьте дно так, чтобы остались бортики высотой 5-10 мм). Положите ее на металлическое кольцо, закрепленное в штативе, и нагрейте смесь с помощью газовой горелки. Постепенно сера расплавится и загорится. Немного позже начнется разложение бихромата калия с выделением кислорода. Как только смесь загорится, горелку отставляют в сторону. Из смеси будут бить красивые голубые языки пламени. Горение продолжается несколько минут. Постепенно вырастает горка из раскаленного оксида хрома Cr₂O₃.

В отличие от вулкана с бихроматом аммония выброса искр почти не наблюдается. Синие языки пламени особенно красиво выглядят в темноте. Опыт проводят под вытяжкой, поскольку образуется много едкого сернистого газа. Формально реакцию можно выразить уравнением.

K₂Cr₂O₇ + S = K₂SO₄ + Cr₂O₃

Избыток серы сгорает под действием кислорода воздуха:

S + O₂ = SO₂

Точное соотношение компонентов не имеет большого значения. В данном случае мы использовали количество серы в шесть раз большее, чем необходимо для первой реакции.

Нагревание бихромата калия с избытком серы можно использовать для получения оксида хрома. Полученный продукт следует отмыть от сульфата калия.

__________________________________________________
¹ Методика получения бихромата аммония из бихромата калия приведена в разделе Практическая химия [ссылка]. Для юных химиков она интересна только в плане ознакомления, поскольку в процессе синтеза используется хромовый ангидрид. Работа с хромовым ангидридом CrO₃ связана с серьезным риском для здоровья.

Смотреть Видео (26 Мб, .avi )

Горение смеси йодата меди или свинца с уротропином.
Lead Iodate and Hexamethylenetetramine

При горении смеси йодата свинца Pb(IO₃)₂ или меди Cu(IO₃)₂ с уротропином C₆H₁₂N₄ образуется большое количество бурого дыма иода. В ходе горения пламя практически не наблюдается. При избытке йодата дым получается бурым, в случае избытка уротропина - желтоватым, поскольку одновременно возгоняются йод и уротропин.

5C₆H₁₂N₄ + 18Cu(IO₃)₂ = 18CuO + 18I₂ + 30CO₂ + 30H₂O + 10N₂

Для выполнения эксперимента достаточно насыпать горку смеси на кафельную плитку и поджечь. В процессе горения смесь напоминает сильно дымящий вулкан.

Смотреть Видео (21 Мб, .avi )

Горение смеси оксида йода (V) и уротропина.
Iodine Oxide (V) and Hexamethylenetetramine

Возьмите 4 гр. оксида йода (V), смешайте его с 0.8 гр. растертого уротропина. Смесь высыпьте горкой на кафельную плитку и подожгите. Смесь быстро загорится, над ней появиться столб буровато-желтого дыма.

5C₆H₁₂N₄ + 18I₂O₅ = 30CO₂ + 30H₂O + 10N₂ + 18I₂

В данном случае мы взяли двукратный избыток уротропина, поэтому одновременно с горением уротропина происходит его сублимация.

Смотреть Видео (2 Мб, .avi )

Горение смеси меди и нитрата аммония
Copper and Ammonium Nitrate

В фарфоровой ступке смешайте 7 гр. мелкодисперсного порошка меди и 15 гр. нитрата аммония. Смесь разотрите и высыпьте горкой на кафельную плитку и подожгите. Появится столб густого белого дыма, смесь местами раскалится докрасна, но пламени практически не будет. Станет заметно выделение небольшого количества бурого газа - диоксида азота NO₂. После горения смеси останется черный оксид меди CuO. Перед началом эксперимента постарайтесь, чтобы горка имела как можно больший диаметр (иначе смесь по краям может не загореться).

Вместо порошка меди можно взять бронзовый порошок, который используется в качестве краски.

Мелкодисперсный порошок меди можно приготовить из сульфата меди. Для этого возьмите несколько чайных ложек медного купороса, добавьте к нему немного воды, 10-20 мл разбавленной серной кислоты и гранулы цинка (или кусочки железа). Через 10-30 минут образуется красный губчатый осадок меди. Смесь периодически перемешивайте. Примерно через час отфильтруйте осадок меди, хорошо промойте водой его, чтобы удалить остатки солей, потом - небольшим количеством спирта. После этого высушите осадок на сквозняке. Мелкодисперсный порошок меди постепенно окисляется на воздухе, поэтому, чем быстрее он высохнет, тем лучше. Промывка спиртом (или ацетоном) помогает удалить остатки воды и сильно ускоряет сушку.

Когда автор взял крупный порошок меди (вернее - сплава меди), полученный из монеты с помощью напильника, смесь горела плохо. Видимо, для эксперимента нужен достаточно мелкий порошок. Зато при осторожном нагревании смеси аммиачной селитры и крупного порошка меди, расплав окрасился в сине-зеленый цвет - это явный признак реакции меди с нитратом аммония.

Смотреть Видео (31 Мб, .avi )

Вулкан в стакане (разложение бихромата аммония).
Volcano in the Glass (Decomposition of Ammonium Dichromate)

Новый вариант - Вулкан в стакане (разложение бихромата аммония) [ссылка]

Выпарную чашку на 25 мл поставьте на дно стакана на 500 мл. С помощью воронки насыпьте в выпарную чашку бихромат аммония (NH₄)2Cr₂O₇, так чтобы образовалась горка. Подожгите бихромат аммония, бросив в центр кусочек горящего магния. Бихромат аммония будет бурно разлагаться, с образованием множества красных и желтых искр, а также зеленого оксида хрома Cr₂O₃ - "вулканического пепла". Эксперимент напоминает обыкновенный химический вулкан, с той разницей, что большая часть оксида хрома остается в стакане. Скоро полулитровый стакан заполнится на треть, затем наполовину, а разложение бихромата все еще будет продолжаться. Через слой зеленого оксида хрома будет пробиваться сноп красных искр. Под конец эксперимента почти весь полулитровый стакан заполнится зеленым Cr₂O₃.

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

Объем продукта реакции - Cr₂O₃ примерно в 25 раз больше объема исходного (NH₄)₂Cr₂O7. Причина очень проста - полученный оксид хрома имеет малую плотность, поскольку между его частицами содержится много воздуха. В этом отношении он напоминает настоящий пепел - даже тут прослеживается аналогия с вулканом.

Как видно из уравнения, при разложении бихромата аммония образуются водяные пары. В начальной стадии эксперимента они могут конденсироваться на стенках стакана, ухудшая видимость. Чтобы этого не происходило, стакан перед экспериментом желательно нагреть до 100-120 °С (берегитесь ожога!).

Если перед экспериментом нагреть не только стакан, но и сам бихромат, разложение будет протекать значительно более активно.

Смотреть Видео (24 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (18 Мб, .avi )