Последовательность действий:
Рецепт I: 4г пищевой лимонной кислоты, два кремня для зажигалок (содержат соединения церия (III и IV), 12мл раствора серной кислоты (1:2), 1,7г бромата калия KBrO 3 .
Раствор А: растворить два кремня от зажигалок в серной кислоте.
Раствор Б: в 10мл горячей воды растворить лимонную кислоту и туда же высыпать бромат калия. Для полного растворения веществ смесь слегка подогреть.
Приготовленные растворы быстро слить вместе и перемешать стеклянной палочкой.
Наблюдение: Появляется светло-желтая окраска, которая через 20секунд меняется на темно-коричневую, но спустя 20 сек вновь становится желтой. При температуре 45 градусов такое изменение можно наблюдать в течение 2 мин. Затем раствор мутнеет, начинают выделяться пузырьки оксида углерода (IV), а промежутки чередования цвета раствора постепенно увеличиваются в строго определенной последовательности: каждый следующий промежуток больше предыдущего на 10-15 сек.
Рецепт II: 2г лимонной кислоты растворить в 6мл воды, туда же добавить 0,2г бромата калия и 0,7мл концентрированной H 2 SO 4 . К смеси добавить воду до объема 10 мл, после чего внести 0,04г перманганата калия KMnO 4 и тщательно перемешать до полного растворения соли. Наблюдение: Происходит периодическая сменяемость цвета раствора. Механизм химических реакций можно объяснить как окислительно- восстановительный процесс, в котором роль окислителя выполняет бромноватая кислота, а восстановителя – лимонная:
KBrO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 +HBrO 3
9HBrO 3 + 2C 6 H 8 O 7 = 9HBrO +8H 2 O + 12CO 2
9HBrO + C 6 H 8 O 7 = 9HBr + 4H 2 O + 6CO 2
Изменение цвета раствора происходит под действием катализаторов – соединений церия и марганца, которые в свою очередь так же меняют степень окисления, но до определенной концентрации иона, после чего происходит обратный процесс.
11.31 Синтез пирофорного железа
Последовательность действий : готовят пирофорное железо путём сливания эквимолярных растворов оксалата аммония и сульфата железа (II) или соли Мора. Для приготовления растворов необходимо 20г соли Мора растворить в 20мл воды, 7,2г оксалата аммония растворить в 20мл воды. Растворы слить вместе. Выпадет осадок дигидрата оксалата железа (FeC 2 O 4 *2H 2 O). Осадок отфильтровать и тщательно отмыть от солей аммония. Промытый осадок высушить на фильтровальной бумаге и перенесите в пробирку. Пробирку укрепить в штативе наклонно отверстием слегка в низ. Осторожно нагреть в пламени горелки, выделяющиеся капли воды удалять фильтровальной бумагой. Когда вещество разложиться и превратиться в чёрный порошок, пробирку закрыть. Пробирку с пирофорным железом поставить остывать в безопасное место вдали от воспламеняющихся веществ.
Наблюдение: при высыпании на лист железа или асбеста пирофорное железо вспыхивает. Самовозгорание объясняется очень тонкой измельчённостью, большой поверхностью окисления. Поэтому после опыта остатки железа надо ликвидировать.
Хранить пирофорное железо нельзя, так как оно может вызвать пожар!
11.32 "Симпатические" чернила
Приходится признать, что некоторые виды чернил или давно исчезли из употребления, или применяются только в таких таинственных целях, как секретная переписка. Для такого рода тайнописи существует много способов, и все они используют секретные или "симпатические" чернила - бесцветные или слегка окрашенные жидкости. Написанные ими послания становятся видимыми только после нагревания, обработки специальными реактивами или в ультрафиолетовых либо инфракрасных лучах. Известно немало рецептов подобных чернил.
Тайные агенты Ивана Грозного писали свои донесения луковым соком. Буквы становились видимыми при нагревании бумаги. Ленин использовал для тайнописи сок лимона или молоко. Для проявления письма в этих случаях достаточно прогладить бумагу горячим утюгом или подержать ее несколько минут над огнем.
Знаменитая шпионка Мата Хари тоже использовала секретные чернила. Когда она была арестована в Париже, в ее гостиничном номере нашли пузырек с водным раствором хлорида кобальта, что и стало одной из улик при разоблачении ее шпионской деятельности. Хлорид кобальта можно успешно использовать для тайнописи: буквы, написанные его раствором, содержащим в 25мл воды 1г соли, совершенно не видимы и проявляются, делаясь синими, при легком нагревании бумаги. Секретные чернила широко применялись и в России революционерами-подпольщиками. В 1878 году Вера Засулич стреляла в петербургского градоначальника Трепова. Судом присяжных Засулич была оправдана, но жандармы пытались снова арестовать ее при выходе из здания суда. Однако ей удалось скрыться, сообщив заранее своим друзьям о плане побега по окончании суда при любом его решении. Записка с просьбой принести кое-что из одежды содержала на обратной стороне листка информацию, написанную водным раствором хлорида железа FeCl 3 (Засулич принимала это вещество как лекарство). Такую записку можно прочесть, обработав ее ватным тампоном, смоченным разбавленным водным раствором тиоцианата калия: все невидимые буквы станут кроваво-красными из-за образования тиоцианатного комплекса железа.
Члены тайной организации "Черный передел" тоже использовали в переписке невидимые чернила. Но из-за предательства одного из чернопередельцев, знавшего секрет расшифровки писем, почти все были арестованы. Тайные письма были написаны разбавленным водным раствором медного купороса. Проявлялся написанный такими чернилами текст, если бумагу подержать над склянкой с нашатырным спиртом. Буквы окрашиваются в ярко-синий цвет из-за образования аммиачного комплекса меди.
А вот китайский император Цинн Шихуанди (249-206 гг. до н. э.), во время правления которого появилась Великая Китайская стена, использовал для своих тайных писем густой рисовый отвар, который после высыхания написанных иероглифов не оставляет никаких видимых следов. Если такое письмо слегка смочить слабым спиртовым раствором йода, то появляются синие буквы. А император для проявления письма пользовался бурым отваром морских водорослей, видимо, содержащим йод.
Еще один рецепт секретных чернил включает применение 10%-го водного раствора желтой кровяной соли. Написанные этим раствором буквы исчезают при высыхании бумаги. Чтобы увидеть надпись, надо смочить бумагу 40%-м раствором хлорида железа. Ярко-синие буквы, которые появляются при такой обработке, уже не исчезают при высыхании. Появление букв связано с образованием комплексного соединения, известного под названием "турнбулева синь".
Помните историю с исчезновением записки Фантомаса. Исчезающие чернила можно приготовить, если смешать 50мл спиртовой настойки йода с чайной ложкой декстрина и отфильтровать осадок. Такие синие чернила полностью теряют цвет через 1-2 дня из-за улетучивания йода.
«Йодные часы» - это один из самых эффектных опытов, который демонстрирует химическую реакцию, а точнее – ее наглядное протекание с течением времени. В процессе волшебного эксперимента жидкость кардинально меняет цвет. Из полностью прозрачной она превращается в темно-синюю. Подготовив необходимые составляющие и затратив немного времени, этот опыт можно провести в домашних условиях.
Компоненты, необходимые для опыта
Подготовьте 3 стаканчика, емкость которых не должна быть меньше, чем 150 мл. Лучше брать стекло, но можно и плотный пластик. В аптеке необходимо приобрести обычный витамин С, в количестве 1 грамма. Можно использовать две таблетки, по 500 миллиграмм каждая. Там же купите 3%-ую перекись водорода и 2%-ый йодный раствор. Загляните в хозяйственный магазин. Там вам понадобится стаканчик для измерения количества жидкости (не менее 150 мл), мерные ложки и жидкий крахмал. Для проведения эксперимента подготовьте любые очки для защиты глаз.
Проведение опыта
Раствор №1 . Измельчите в емкости таблетку витамина. Порошок должен получиться однородным, без комков. Можно раздавить ее чем-либо тяжелым, поместив в целлофановый пакет. Размешайте получившуюся пудру 60 мл небольшим количеством теплой воды.
Раствор №2. С помощью мерной ложки отберите 5 мл (чайную ложку) раствора №1 и поместите в чистый стакан. Добавьте столько же йодного раствора и 60 мл воды. Произойдет реакция, и раствор №2 станет прозрачным.
Раствор №3. Возьмите 15 мл раствора перекиси и добавьте к нему мерной ложечкой 2,5 мл крахмала. Это все залейте 60 мл теплой чистой воды.
Финальная и наиболее зрелищная часть опыта требует зрителей и восхищенных взглядов. Раствор №2 полностью вылейте в емкость с раствором №3. Аккуратно перемешайте получившуюся жидкость и разделите на две части в разные емкости. Не пройдет и минуты, как полученный раствор №4 окрасится в насыщенный синий цвет.
Что важно знать
Жидкий крахмал для опыта «йодных часов» можно заменить 0,5 ч.л. обычного сухого крахмала. В таком случае на реакцию понадобится немного больше времени.
По окончанию опыта следует уничтожить используемую посуду. Вторично использовать ее не рекомендуется. Руки необходимо помыть очень тщательно.
Учитывая химическую составляющую компонентов опыта, не разрешается проводить его детям без присутствия взрослых. Для глаз желательно использовать защитные очки.
Химические часы
В опытах, которые так похожи на фокусы, бесцветные растворы окрашивались то в один, то в другой цвет, и происходило это сразу же, как по мановению волшебной палочки. И действительно, химические реакции идут очень быстро и, как правило, начинаются сразу же после смешения реагентов. Однако из этого правила есть исключения. Реакционная смесь может оставаться какое-то время бесцветной, а затем мгновенно окраситься. Хотите - через пять секунд, хотите - через десять; вы сами можете поставить "химические часы" на требуемое время.
Приготовьте два раствора. Состав первого: 3,9 г йодата калия KJO 3 на литр воды. Состав второго: 1 г сульфита натрия Na 2 SO 3 , 0,94 г концентрированной серной кислоты (осторожно!) и немного, несколько миллилитров крахмального клейстера - тоже на литр воды. Оба раствора бесцветны и прозрачны.
Отмерьте по 100 мл обоих растворов и быстро, лучше при перемешивании, прилейте второй к первому. Опыт удобнее ставить вдвоем - пусть ваш товарищ сразу же начнет отсчет времени по секундомеру или по часам с секундной стрелкой. Через шесть-восемь секунд (точное время зависит от температуры) жидкость мгновенно окрасится в темно-синий, почти черный цвет.
Теперь отмерьте вновь 100 мл второго раствора, а 50 мл первого разбавьте водой ровно вдвое. С секундомером в руках вы убедитесь, что время, прошедшее с момента сливания растворов до их окрашивания, тоже увеличится в два раза.
Наконец, смешайте 100 мл второго раствора с 25 мл первого, разбавленного водой вчетверо, т. е. до тех же 100 мл. "Химические часы" будут работать в четыре раза дольше, чем в первом опыте.
Этот опыт демонстрирует один из фундаментальных химических законов - закон действия масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Но вот в чем вопрос: почему растворы окрашиваются мгновенно после паузы, а не равномерно и постепенно, как этого следует ожидать?
Серная кислота в растворе вытесняет йодат- и сульфит-ионы из их солей. При этом в растворе образуется йодоводородная кислота HI, но живет она недолго и тут же вступает во взаимодействие с йодноватой кислотой HJO 3 . В результате выделяется свободный йод, он-то и дает цветную реакцию с крахмалом.
Если бы все шло именно так, то раствор и темнел бы постепенно, по мере выделения йода. Однако параллельно идет еще один процесс: сернистая кислота Н 2 SO 3 реагирует со свободным йодом и вновь образуется йодоводородная кислота. Эта реакция идет быстрее предыдущей, и йод, не успев окрасить крахмал, снова восстанавливается до JO3.
Выходит, что окраска не должна появиться вовсе? Обратите внимание: в ходе реакции сернистая кислота непрерывно расходуется, и как только вся она превратится в серную, йоду ничто уже не будет мешать реагировать с крахмалом. И тогда раствор мгновенно окрасится по всему объему.
Разбавляя раствор вдвое и вчетверо, вы уменьшали концентрацию йодата калия, и скорость реакции уменьшалась пропорционально.
Объяснение, кажется, заняло больше времени, чем сам опыт с часами...
В опытах, которые так похожи на фокусы, бесцветные растворы окрашивались то в один, то в другой цвет, и происходило это сразу же, как по мановению волшебной палочки. И действительно, химические реакции идут очень быстро и, как правило, начинаются сразу же после смешения реагентов. Однако из этого правила есть исключения. Реакционная смесь может оставаться какое-то время бесцветной, а затем мгновенно окраситься. Хотите - через пять секунд, хотите - через десять: вы сами можете поставить "химические часы" на требуемое время.
Приготовьте два раствора. Состав первого: 3,9 г иодата калия КIO 3 на литр воды. Состав второго: 1 г сульфита натрия Na 2 SO 3 , 0,94 г концентрированной серной кислоты (осторожно!) и немного, несколько миллилитров крахмального клейстера - тоже на литр воды. Оба раствора бесцветны и прозрачны.
Отмерьте по 100 мл обоих растворов и быстро, лучше при перемешивании, прилейте второй к первому. Опыт удобнее ставить вдвоем - пусть ваш товарищ сразу же начнет отсчет времени по секундомеру или по часам с секундной стрелкой. Через шесть-восемь секунд (точное время зависит от температуры) жидкость мгновенно окрасится в темно-синий, почти чёрный цвет.
Теперь отмерьте вновь 100 мл второго раствора, а 50 мл первого разбавьте водой ровно вдвое. С секундомером в руках вы убедитесь, что время, прошедшее с момента сливания растворов до их окрашивания, тоже увеличится в два раза.
Наконец, смешайте 100 мл второго раствора с 25 мл первого, разбавленного водой вчетверо, т. е. до тех же 100 мл. "Химические часы" будут работать в четыре раза дольше, чем в первом опыте.
Этот опыт демонстрирует один из фундаментальных химических законов - закон действия масс, согласно которому скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих веществ. Но вот в чем вопрос: почему растворы окрашиваются мгновенно после паузы, а не равномерно и постепенно, как этого следует ожидать?
Серная кислота в растворе вытесняет иодат- и сульфит-ионы из их солей. При этом в растворе образуется иодоводородная кислота HI, но живет она недолго и тут же вступает во взаимодействие с иодноватой кислотой НIO 3 . В результате выделяется свободный иод, он-то и дает цветную реакцию с крахмалом.
Если бы все шло именно так, то раствор и темнел бы постепенно, по мере выделения иода. Однако Параллельно идет еще один процесс: сернистая кислота H 2 SO 3 реагирует со свободным иодом и вновь образуется иодоводородная кислота. Эта реакция идет быстрее предыдущей, и иод, не успев окрасить крахмал, снова восстанавливается до IO 3 - .
Выходит, что окраска не должна появиться вовсе? Обратите внимание: в ходе реакции сернистая кислота непрерывно расходуется, и как только вся она превратится в серную, иоду ничто уже не будет мешать реагировать с крахмалом. И тогда раствор мгновенно окрасится по всему объему.
Разбавляя раствор вдвое и вчетверо, вы уменьшали концентрацию иодата калия, и скорость реакции уменьшалась пропорционально.
Объяснение, кажется, заняло больше времени, чём сам опыт с часами...
«Химические часы» прекрасно это демонстрирует: абсолютно прозрачная становится желтой, затем темно-синей, а потом вновь обесцвечивается.
Реактивы и оборудование:
- 30%-ная перекись водорода (100 мл);
- концентрированная серная кислота (1,1 мл);
- йодноватая кислота (3,52 г);
- крахмал (0,08 г);
- малоновая кислота (3,9 г);
- сульфат марганца(II) (0,85 г);
- дистиллированная вода;
- химические стаканы или колбы объемом 500 мл (3 шт).
Пошаговая инструкция
Приготовим три раствора.
Р-р №1: смешаем (100 мл) и дистиллированную воду (250 мл).
Р-р №2: к раствору йодноватой кислоты (3,52 г HIO₃ + 300 мл воды) аккуратно прильем концентрированную серную кислоту H₂SO₄ (1,1 мл).
Р-р №3: смешаем (0,08 г), малоновую кислоту CH₂(COOH)₂ (3,9 г), сульфат марганца(II) (0,85 г) и дистиллированную воду (200 мл).
В большой стакан сливаем три бесцветных раствора и наблюдаем изменение цвета. Жидкость сначала желтеет, затем принимает синюю окраску, а потом снова становится бесцветной.
Пояснение процесса
При взаимодействии компонентов раствор несколько раз будет менять окраску: от бесцветной к золотой и от золотой - к синей. Такие реакции называются колебательными. Во время первой реакции вырабатывается молекулярный - он придает раствору янтарную окраску. Далее йод превращается в трийодид-ион, который связывается с крахмалом и образует комплексное соединение темно-синего цвета. Параллельно протекает реакция между молекулярным йодом и малоновой кислотой - образуется йодмалоновая кислота. Концентрация йода падает (т.е. прекращается образование темно-синего комплекса с крахмалом), и раствор становится прозрачным. Под действием перекиси водорода происходит распад йодмалоновой кислоты с образованием углекислого газа, воды и йодид-иона. Далее снова образуется молекулярный йод, окрашивая раствор в янтарный цвет. Раствор периодически меняет окраску, и так повторяется много раз. После каждого цикла реакция замедляется, и следующий цикл происходит немного дольше, чем предыдущий. Со временем в растворе заканчивается малоновая кислота. Теперь нам нечем восстановить образовавшийся йод, и жидкость становится темно-синей - реакция затухает.
Меры предосторожности
Концентрированные растворы перекиси водорода и серной кислоты вызывают ожоги кожи и глаз - работайте с ними в резиновых перчатках и защитных очках.
Внимание! В эксперименте использованы токсичные и опасные для здоровья вещества. Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно.
