Интересные химические опыты

Бенгальские огни

Смесь веществ, которая при  сжигании дает яркий и искристый  белый или цветной огонь, изобрели древние пиротехники Бенгалии - части  Индии, расположенной вдоль Бенгальского залива. Вот откуда пошло название "бенгальский огонь". Бенгальские  огни, или бенгальские свечи, из Индии  распространились по всему миру.

Покупные бенгальские  свечи состоят из проволоки, на которую  нанесена горючая смесь, и обычно дают белый огонь. Для приготовления  цветных самодельных бенгальских  огней сначала замешивают крахмал  с водой и заваривают густой клейстер.

Затем растирают в ступке смесь железных опилок, алюминиевого или магниевого порошка, соли, окрашивающей пламя и влажной "бертолетовой соли" - хлората калия KClO₃ (Осторожно! Сухой хлорат калия при растирании может воспламенить металлические порошки!)

Полученную при растирании смесь  добавляют к крахмальному клейстеру  и тщательно перемешивают. Густую массу переносят в пробирку или  высокий стакан, поочередно окунают  в нее на глубину 8-10 см заранее подготовленные железные проволочки толщиной около 1 мм, вынимают их и дают стечь избытку массы, а потом вешают на веревку за крючок, загнутый на другом конце проволоки.

После подсушивания проволочки снова окунают в жидкую массу и опять сушат. Эти операции повторяют 3-5 раз, пока слой массы на проволоке не достигнет 5-6 мм в диаметре, после чего бенгальские свечи высушивают окончательно.

Зеленый бенгальский огонь  получают, смешивая без растирания 5 г влажного нитрата бария Ba(NO₃)₂ с 1 г алюминиевого или магниевого порошка, затем добавляют 3 г железных опилок. Другой рецепт для зеленого бенгальского огня включает 3,5 г борной кислоты B(OH)₃, 6,5 г влажного хлората калия, 2 г железных опилок и 1 г алюминиевого порошка.

Красный бенгальский огонь  дает смесь 4,5 г влажного нитрата стронция Sr(NO₃)₂, 5,5 г хлората калия, 3 г железных опилок и 1 г алюминиевого или магниевого порошка.

Желтый бенгальский огонь  будет радовать ваш взор, если его  приготовить из 3 г оксалата натрия Na₂C₂O₄, 5 г влажного хлората калия, 3 г железных опилок и 1 г алюминиевого или магниевого порошка.

Цветной огонь при горении бенгальских смесей получается из-за присутствия веществ, содержащих катионы бария, стронция, натрия или атомы бора, способные, попадая в пламя, излучать свет определенной длины волны в видимой области спектра. Железо Fe, алюминий Al и магний Mg в виде порошков или мелких опилок, сгорая, дают эффектные искры. При этом образуются оксид железа(III) Fe₂O₃ и отчасти Fe₃O₄, а также Al₂O₃ и MgO.

Основная реакция здесь - это окислительно-восстановительное взаимодействие KClO₃ с крахмалом, который условно можно обозначить формулой C₆H₁₀O₅:

4KClO₃ + C₆H₁₀O₅ = 4KCl + 6CO₂ + 5H₂O

Нитрат бария, который вызывает появление зеленого пламени, разлагается в присутствии восстановителей (железа, крахмала) до оксида бария, диоксида азота и кислорода:

2Ba(NO₃)₂ = BaO + 4NO₂ + O₂

Аналогичным образом разлагается  и нитрат стронция, придающий пламени красный цвет.

Оксалат натрия при горении смеси превращается в карбонат натрия и монооксид углерода:

Na₂C₂O₄ = Na₂CO₃ + CO

а борная кислота B(OH)₃, выделяя воду, переходит в оксид бора:

2B(OH)₃ = B₂O₃ + 3H₂O

Дополнительная  информация по оксалатам

Оксалаты - соли щавелевой кислоты H₂C₂O₄ ^. 2H₂O, бесцветного кристаллического вещества. Оксалаты щелочных металлов и аммония - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде; остальные оксалаты малорастворимы.

Сильные кислоты в своих  концентрированных водных растворах  разлагают оксалаты на соли этих кислот с выделением монооксида и диоксида углерода. Например, оксалат натрия Na₂C₂O₄ под действием концентрированной серной кислоты превращается в сульфат натрия , выделяя CO и CO₂:

Na₂C₂O₄ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO + CO₂ + H₂O

Щавелевая кислота - двухосновная и образует два ряда солей: средние, например, моногидрат оксалата калия K₂C₂O₄ ^. H₂O, и кислые - гидрооксалаты, например, моногидрат гидрооксалата калия KHC₂O₄ ^. H₂O. Принагревании почти все оксалаты разлагаются на карбонаты металлов и монооксид углерода CO. Так, оксалат кальция CaC₂O₄ превращается в карбонат кальция и монооксид углерода:

CaC₂O₄ = CaCO₃ + CO

При более сильном нагревании CaCO₃ выделяет диоксид углерода CO₂, переходя в оксид кальция CaO:

CaCO₃ = CaO + CO₂

Оксалаты в водных растворах  проявляют восстановительные свойства. Например, взаимодействие оксалата натрия в кислой среде с перманганатом калия ведет к выделению диоксида углерода:

5Na₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 10CO₂ + 5Na₂SO₄ + 8H₂O

"Бенгальская  бумага" 

Бенгальская бумага при поджигании сгорает цветным пламенем, не образуя  дыма и практически без запаха. Чтобы ее приготовить, полоски фильтровальной, туалетной или салфеточной бумаги пропитывают водным раствором солей, выделяющих нужный для горения кислород и окрашивающих пламя, по следующим  рецептам:

·  раствором 2 мл этилового спирта, 2 г хлората бария и 2 г хлората калия в 10 мл воды (бумага будет гореть эеленым пламенем);

·  раствором 2 мл этилового спирта, 2 г нитрата стронция и 1 г хлората калия в 10 мл воды (цвет пламени - красный);

·  раствором 2 мл этилового спирта, 2 г нитрата меди и 1 г хлората калия в 10 мл воды (пламя будет синего цвета).

·  раствором 2 мл этилового спирта, 1 г оксалата натрия и 1 г хлората калия в 10 мл воды (пламя будет желтого цвета).

Пропитанные растворами полоски непроклеенной бумаги сушат на воздухе, а потом поджигают. Зрелище - незабываемое!

Буран в стакане

В химический стакан емкостью 500 мл насыпаем 5 г бензойной кислоты  и уложим веточку сосны. Стакан закрываем  фарфоровой чашкой с холодной водой  и нагреваем над спиртовкой. Кислота  сначала плавится, потом превращается в пар (испаряется), и стакан заполняется  «снегом», который покрывает веточку  белыми хлопьями. 

Горящий снег 

В железную консервную банку  насыпаем снега и слегка уплотняем. Затем делаем в нем углубление (примерно на ¼ высоты банки), помещаем туда небольшой кусочек карбида  кальция и засыпаем сверху снегом. К снегу подносим зажженную спичку – появится пламя, «снег горит».

Карбид кальция медленно вступает в реакцию со снегом, в  результате чего образуется ацетилен, который при поджигании горит.

CaC₂ + 2H₂O ® Ca(OH)₂ + C₂H₂.

2C₂H₂ + 5O₂ ® 4CO₂ + 2H₂O + Q.

Гроза в стакане

 «Гром» и «молния» в стакане воды!

Сначала взвесьте 5–6 г бромата калия КВrО3 и 5–6 г дигидрата хлорида бария ВаCl2•2H2О и растворите эти бесцветные кристаллические вещества при нагревании в 100 г дистиллированной воды, а потом смешайте полученные растворы. При охлаждении смеси выпадет осадок малорастворимого на холоду бромата бария Ва(ВrO3)2:

2КВrO3 + ВаСl2 = Ва(ВrО3)2Ї + 2КСl.

Отфильтруйте выпавший бесцветный осадок кристаллов Ва(ВrО3)2 и промойте его 2–3 раза небольшими (5–10 мл) порциями холодной воды. Затем высушите промытый осадок на воздухе. После этого 2 г полученногоВа(ВrО3)2 растворите в 50 мл кипящей воды и профильтруйте еще горячий раствор.

Стакан с фильтратом поставьте  охлаждаться до 40–45 °С. Это лучше всего сделать на водяной бане, нагретой до такой же температуры. Температуру бани проверяйте термометром, и, если она понизится, снова подогрейте воду с помощью электрической плитки.

Закройте окна шторами  или выключите свет, чтобы в  комнате был полумрак, и вы увидите, как в стакане одновременно с  появлением кристаллов будут то в  одном, то в другом месте возникать  голубые искры – «молнии» и  раздаваться хлопки «грома». Вот  вам и «гроза» в стакане!

Световой эффект вызван выделением энергии при кристаллизации, а  хлопки – возникновением кристаллов.

Добывание «золота»

В одной колбе с горячей  водой растворяют ацетат свинца, а  в другой — иодид калия. Оба  раствора сливают в большую колбу, дают смеси остыть и демонстрируют  красивые золотистые чешуйки, плавающие  в растворе.

Pb (СН3СОО) 2 + 2KI = PbI2 + 2СН3СООК

Минеральный «хамелеон». В  пробирку наливают 3 мл насыщенного  раствора перманганата калия и 1 мл 10% -го раствора гидроксида калия. К полученной смеси при взбалтывании добавляют 10 — 15 капель раствора сульфита натрия до появления темно-зеленого цвета. При перемешивании цвет раствора становится синим, затем фиолетовым и, наконец, малиновым.

Появление темно-зеленого цвета  объясняется образованием манганата калия К2МпО4:

2KMnO4 + 2KOH + Na2SO3 = 2K2MnO4 + Na2SO4 + Н2О.

Изменение темно-зеленого цвета  раствора объясняется распадом манганата калия под влиянием кислорода воздуха:

4К2МпО4 + О2 + 2Н2О = 4КМпО4 + 4КОН.

Дым без огня

Дымовые завесы в результате горения веществ без пламени  и огня, эффектные клубы дыма на концертной эстраде либо при съемке занимательного исторического кинофильма или боевика - все это дело рук  химиков.Обычно для создания таких эффектов используют легко возгоняющиеся вещества, образующие в воздухе мельчайшие твердые частички дыма или тумана.  
Такое поведение характерно, например, для парафина, хлорида аммония, нафталина.

Один из "дымящих" составов готовят, смешивая 5 г нашатыря (хлорида аммония), 2 г нафталина, 2 г бертолетовой соли (хлората калия) и 1 г древесного угля. Поджигать такую смесь можно только на открытомвоздухе, поскольку при горении образуется густой дым без пламени, с неприятным запахом аммиака и нафталина.

Если вы хотите показать дым  в закрытом помещении, надо смочить  стакан изнутри несколькими каплями  соляной кислоты и, перевернув его  вверх дном, накрыть им ватку, смоченную нашатырным спиртом. Все внутреннее пространство стакана тотчас же заполнится белым дымом образующегося хлорида аммония. Чтобы поразить зрителей небывалым впечатлением, можно получить дым из воды. Для этого в стакан наливают воду и бросают туда кусочек "сухого льда" - твердого диоксида углерода. Вода тотчас же забурлит, и из стакана повалит густой белый дым, образованный охлажденными парами воды. Это дым совершенно безопасен.

Горения без пламени можно  добиться, используя катализаторы (ускорители химических реакций), например, оксид хрома(III) Cr₂O ₃. Это зеленый порошок, который входит в состав многих дешевых красок в качестве пигмента. Горение без пламени показывают так: на керамическую плитку ставят металлическую чашку, куда накапывают от горящей свечи немного парафина, стеарина или воска и сразу же, пока он не остыл, насыпают на него горкой порошок Cr₂O ₃. Надо, чтобы расплавленный парафин пропитал порошок только снизу, а верхний слой оксида хрома остался сухим. Теперь, если прикоснуться к вершине горки зажженной спичкой, начнется выделение обильного дыма, но пламени никто не увидит. В реакции горения парафина выделяется много тепла, поэтому он постепенно плавится и под действием капиллярных сил поднимается к вершине горки, испаряется и образует дым, состоящий из частичек твердого парафина.

Оксид хрома также поможет  показать таинственное исчезновение вещества без пламени и дыма. Для этого  складывают горкой несколько таблеток "твердого спирта" (сухого горючего), а сверху насыпают щепотку предварительно разогретого Cr₂O ₃. Через некоторое время вся горка превратится в щепотку зеленого порошка. Окисление уротропина -- основы твердого спирта в присутствии катализатора идет в соответствии cреакцией, где все продукты горения газообразны. Полоска бумаги, пропитанная раствором ацетата свинца и высушенная на воздухе, тоже горит без пламени; она только тлеет. При этом ацетат свинца превращается воксид свинца и выделяется углекислый газ.

Наконец, бездымное и беспламенное горение вещества можно показать, если налить в стакан 10--15 мл ацетона (Осторожно! Ацетон огнеопасен!) и опустить туда раскаленную медную проволоку так, чтобы она не касалась поверхности жидкости. Медная проволока будет светиться до тех пор, пока не израсходуется весь ацетон. Чтобы опыт стал еще эффектнее, в комнате гасят свет. На поверхности меди (которая служит катализатором и ускоряет реакцию) протекает окисление паров ацетона до уксусной кислоты и уксусного альдегида с выделением большого количества тепла.

Зеркальная колба

Зеркала появились задолго  до нашей эры. Сначала ими служили  отполированные до блеска металлические  пластинки из золота, серебра, меди, а также бронзы — сплава меди с оловом. Согласно летописям, с помощью  бронзовых зеркал Архимед в 212 г. до н.э. “жег дамские корабли в сражении при Сиракузах. Изготовлению зеркал современного типа (на стекле) начало положил в 1858 г. немецкий химик Юстус фон Либих.

Либих поступал следующим  образом. Обезжирив внутреннюю поверхность  колбы раствором соды — карбоната  натрия Na2CO3, он промывал ее водой, этиловым спиртом С2Н5ОН и диэтиловым эфиром (С2Н5)2O. После этого Либих наливал в колбу несколько миллилитров 10%-го водного раствора формальдегида НСНО (формалин). Добавив к смеси раствор аммиачного комплекса серебра состава [Ag(NH3)2]OH, он осторожно нагревал колбу, и через несколько минут она становилась зеркальной (серебро выделялось в виде тонкого налета на стенках колбы). Впоследствии вместо формалина Либих стал использовать для получения “серебряного зеркала” 10%-и раствор глюкозы С6Н12О6

Попробуйте повторить  опыт Либиха, только точно следуйте его описанию.

Чтобы приготовить раствор  аммиачного комплекса серебра — гидроксида диамминсеребра(I) (Ag(NH3)2OH, к раствору 1 г нитрата серебра AgNO3 в 100 мл воды по каплям добавляют 25%-й водный раствор аммиака NH3, пока выпавший вначале осадок оксида серебра Ag2O не перейдет в раствор в виде комплексной соли. При этом происходят реакции: