Интересные химические опыты

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 Цин 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 иода, то появляются синие буквы. А император для проявления письма пользовался бурым отваром морских водорослей, видимо, содержащим иод.

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 50 мл спиртовой настойки иода с чайной ложкой декстрина и отфильтровать осадок. Такие синие чернила полностью теряют цвет через 1--2 дня из-за улетучивания иода.

Синтез бертолетовой соли

Пригодится вам для  ваших незабываемых опытов.

Оборудование: 50 %- ный раствор гидроксида калия (KOH), перманганат калия (KMnO4), концентрированная соляная кислота (плотность =1,19 г. на кубический см), азотная кислота,

раствор нитрата серебра (AgNO3), прибор для получения хлора (с широкой газоотводной трубкой), химический стакан, две пробирки, стеклянная воронка, фильтр, железный штатив, горелка. Опыт проводится в вытяжном шкафу  или на открытом воздухе.

Соберите прибор для получения  хлора. В реакционную колбу насыпьте перманганата калия (слоем 1 см.), капельную  воронку наполните концентрированной  соляной кислотой и вставьте её в  колбу (проследите за тем, чтобы всё  было герметично). Налейте в химический стакан 30 – 40 мл 50 %- ный раствор гидроксида калия и нагрейте его почти до кипения (70 – 80 градусов) на асбестировнной сетке. Получите хлор, осторожно (по каплям) приливая соляную кислоту к перманганату калия (ТЯГА!). По газоотводной трубке должен идти равномерный медленный ток хлора.

Погрузите конец газоотводной рубки в горячий раствор щёлочи и пропустите ток хлора. Уже через 5–6 мин. Из раствора начнут выпадать белые  пластичные кристаллы бертолетовой соли.

3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3H2O.

Отчистка от ионов хлора:

Дайте раствору остыть, отфильтруйте выпавшие кристаллы, промойте их водой  на фильтре и испытайте часть фильтрата на присутствие ионов хлора. Для этого прилейте к фильтрату немного азотной кислоты и немного нитрата серебра. Если выпадет творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте, то промывание фильтрата продолжите до отрицательной реакции на Cl ион.

 

Синтез пирофорного железа

Оборудование: пробирки, воронки, фильтровальная бумага, сульфат железа ( FeSO4 ), оксалат аммония.

Хранить пирофорное железо нельзя, так как оно может вызвать  пожар. Готовят пирофорное железо путём  сливания эквимолярных растворов оксалата аммония и сульфата железа ( II ) или соли Мора. Для приготовления растворов возьмите 20 г. Соли Мора и растворите её в 20 мл. воды. Оксалат аммония в количестве 7,2 г. также растворите в 20 мл. воды. Растворы слейте вместе. Выпадет осадок дигидрата оксалата железа (FeC2O4 * 2H2O ). Осадок отфильтруйте и тщательно отмойте от солей аммония.

Промытый осадок высушите фильтровальной бумагой и перенесите в пробирку. Пробирку укрепите в  штативе наклонно отверстием слегка в низ. Нагрейте осторожно вещество в пламени горелки, выделяющиеся капли воды снимайте фильтровальной бумагой. Когда вещество разложиться  и превратиться в чёрный порошок, закройте пробирку. Пробирку с пирофорным железом поставьте остывать в  безопасное место вдали от воспламеняющихся веществ.

При высыпании на лист железа или асбеста пирофорное железо вспыхивает. Опыт очень эффектен.

Самовозгорание объясняется  очень тонкой измельчённостью, большой поверхностью окисления. Поэтому после опыта остатки железа надо ликвидировать.  

 

Уголь из сахара

Отвешивают 30 г сахарной пудры  и переносят ее в химический стакан. Приливают к сахарной пудре ~12 мл концентрированной серной кислоты. Перемешивают стеклянной палочкой сахар  и кислоту в кашеобразную массу. Через некоторое время смесь  чернеет и разогревается, и вскоре из стакана начинает выползать пористая угольная масса.

Фейерверк в жидкости

В мерный цилиндр наливаем 50 мл этилового спирта. Через пипетку, которая опущена до дна цилиндра, вводим 40 мл концентрированной серной кислоты. Таким образом, в цилиндре образуется два слоя жидкости с хорошо заметной границей : верхний слой -  спирт, нижний – серная кислота В цилиндр бросаем немного мелких кристалликов перманганата калия. Дойдя до границы раздела, кристаллики начинают вспыхивать – вот нам и фейерверк. Появление вспышек связано с тем, что при соприкосновении с серной кислотой на поверхности кристалликов соли образуется марганцевый ангидрид Mn₂O₇ – сильнейший окислитель, который поджигает небольшое количество спирта:

2KMnO₄ + H₂SO₄ ® Mn₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O.

Mn₂O₇ – зеленовато-бурая жидкость, неустойчива и при соприкосновении с горючими веществами поджигает их.

 

Химическая радуга

В семь больших пробирок, помещенных в демонстрационный штатив с белым фоном, сливаем попарно  растворы:

хлорид железа (III) и роданид калия (красный цвет);<

раствор хромата калия  подкисляем H₂SO₄ (оранжевый цвет); <

нитрат свинца и иодид  калия (желтый цвет); <

сульфат никеля (II) и гидроксид натрия (зеленый цвет);<

сульфат меди (II) и гидроксид натрия (голубой цвет); <

сульфат меди (II) и раствор аммиака (синий цвет); <

хлорид кобальта (II) и роданида калия (фиолетовый цвет).<

1. FeCl₃ + 3KCNS ® Fe(CNS)₃ + 3KCl
2. 2K₂CrO₄ + H₂SO₄ ® K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O
3. Pb(NO₃)₂ + 2KJ ® PbJ₂ + 2KNO₃
4. NiSO₄ + 2NaOH ® Ni(OH)₂ + Na₂SO₄
5. CuSO₄ + 2NaOH ® Cu(OH)₂ + 2Na₂SO₄
6. CuSO₄ + 4NH₃ ® [Cu(NH₃)₄]SO₄
7. CoCl₂ + 2KCNS ® Co(CNS)₂ + 2KCl

 

 

Химические водоросли

В стакан наливают разбавленный равным объемом воды раствор силикатного  клея (силиката натрия). На дно стакана  бросают кристаллы хлоридов кальция, марганца (II), кобальта (II), никеля (II) и  других металлов. Через некоторое  время в стакане начинают расти  кристаллы соответствующих труднорастворимых силикатов, напоминающие водоросли. 

Химические часы

Оборудование: 4 г. пищевой лимонной кислоты, два кремня для зажигалок ( содержат соединения церия (III и IV ), 12 мл. раствора серной кислоты (1:2), 1,7 г. бромата калия KBrO3.

Приготовьте 2 раствора. В  первом случае растворите два кремня от зажигалок в серной кислоте. Во втором – в 10 мл. горячей воды растворите лимонную кислоту и туда же высыпите броматкалия. Для полного растворения веществ смесь слегка подогрейте. Приготовленные растворы быстро слейте вместе и перемешайте стеклянной палочкой. Появляется светло-желтая окраска, которая через 20 сек. Меняется на темно-коричневую, но спустя 20 сек. вновь становится желтой. При температуре 45 градусов такое изменение можно наблюдать в течении 2 мин. Затем раствор помутнеет, начнут 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.

Есть и еще один рецепт: 2 г. лимонной кислоты растворить в 6 мл. воды, туда же добавьте 0,2 г. бромата калия и 0,7 мл. концентрированной H2SO4. К смеси добавьте воду до объема 10 мл., после чего в нее внесите 0,04 г. перманганата калия (KMnO4) и тщательно перемешайте до полного растворения соли. Происходит периодическая сменяемость цвета раствора.

Механизм химических реакций  можно объяснить как окислительно- восстановительный процесс, в котором роль окислителя выполняет бромноватая кислота, а восстановителя – лимонная:

KBrO3 + H2SO4 = KHSO4 + HBrO3

9HBrO3 + 2C6H8O7 = 9HBrO + 8H2O + 12CO2

9HBrO + C6H8O7 = 9HBr + 4H2O + 6CO2

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.

Химический вакуум в  склянке

Заполняют склянку углекислым газом. Наливают в нее немного  концентрированного раствора гидроксида калия и закрывают отверстие склянки очищенным крутым яйцом, поверхность которого смазана тонким слоем вазелина. Яйцо постепенно начинает втягиваться в склянку и с резким звуком выстрела падает на ее дно. (В склянке образовался вакуум в результате реакции:

СО2 + 2КОН = К2СО3 + Н2О.

Давление наружного воздуха  проталкивает яйцо.

Химический серпентарий

Тиоцианатная змея Вёлера

Однажды осенью 1820 года совсем еще молодой студент-медик Гейдельбергского университета Фридрих Вёлер, смешивая водные растворы тиоцианата аммония NH₄NCS и нитрата ртути Hg(NO₃)₂, обнаружил, что из раствора выпадает белый осадок. Вёлер отфильтровал раствор и высушил осадок полученного тиоцианата ртути Hg(NCS)₂, а потом любопытства ради поджег его. Осадок загорелся и произошло чудо: из невзрачного белого комочка, извиваясь, выползала и росла длинная черно-желтая "змея". Тиоцианат ртути после поджигания быстро разлагается с образованием черного сульфида ртути HgS, желтого объемистого нитрида углерода состава C₃N₄, углекислого газа и сернистого газа. Бурно выделяющиеся газы заставляют "ползти" змею, состоящую из твердых продуктов реакции. Просто удивительно, что из 1 г тиоцианата аммония и 2,5 г нитрата ртути получается в умелых руках змея длиной в 20--30 см. Однако соли ртути ядовиты, и работа с ними требует осторожности и внимания. Безопаснее показывать змею дихроматную.

Дихроматная змея

Смешивают, а затем растирают  в ступке 10 г дихромата калия K₂Cr₂O₇, 5 г нитрата калия KNO₃ и 10 г сахара. Полученный порошок увлажняют этиловым спиртом и коллодием и спрессовывают в стеклянной трубочке диаметром 4--5 мм. Получается "палочка" смеси, образующая при поджигании сначала черную, а потом зеленую змею, которая так же выползает и извивается, как тиоцианатная: она горит со скоростью 2 мм в секунду и удлиняется в 10 раз! Реакция горения сахарозы в присутствии двух окислителей -- нитрата калия и дихромата калия -- довольно сложна; в конечном итоге образуются черные частицы сажи, зеленый оксид хрома, расплав карбоната калия, а также углекислый газ и азот. Газы вспучивают смесь твердых продуктов и заставляют ее двигаться.

Другой рецепт изготовления дихроматной змеи включает смешивание порошков 1 г дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇, 2 г нитрата аммония NH₄NO₃ и 1 г сахарной пудры. Эту смесь смачивают водой, лепят из нее палочку и сушат на воздухе. Если палочку поджечь, из нее в разные сторону поползут черно-зеленые змеи. Продукты реакции здесь те же, что и в предыдущем рецепте

Нитратный червяк

В столовую тарелку насыпают 3--4 ложки просеянного речного  песка, делают из него горку с углублением  в вершине и готовят реакционную  смесь, состоящую из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложкисахарного песка, тщательно перетертых в ступке. Затем в углубление горки наливают еще 1/2 столовой ложки этилового спирта и насыпают 1 чайную ложку приготовленной нитратно-сахарной смеси. После этого остается только поджечь спирт. Сразу же на поверхности смеси появляются черные шарики обугленного сахарного песка, и вслед за ними вырастает черный блестящий и толстый "червяк", спускающийся с горки. Еслинитратно-сахарной смеси было взято не более 1 чайной ложки, то длина червяка не превысит 3--4 см. А его толщина зависит от диаметра углубления горки.

Спиртовая и глюконатная змеи

Это самые простые рецепты  из нашего химического серпентария. Если таблетку твердого спирта (сухого горючего) пропитать концентрированным водным раствором нитрата аммония, капая его из пипетки, а потом высушить, то после трех-четырехкратного повторения этих операций можно получить исходное сырье для спиртовой змеи. Подожженная таблетка вспучивается; цвет змеи черный. Разложение уротропина (CH₂)₆N₄, входящего в состав твердого спирта, в смеси с нитратом аммония, приводит к образованию углерода, углекислого газа, азота и воды.

Для получения глюконатной змеи достаточно поднести к пламени таблетку глюконата кальция, который продается в каждой аптеке. Из таблетки выползет змея, объем которой намного превышает объем исходного вещества. Разложение глюконата кальция, имеющего состав Са[CH₂OH(CHOH)₄COO]₂ ^. H₂O приводит к образованию оксида кальция, углерода, углекислого газа и воды.

Хлопающие полоски

Оборудование: фильтровальная бумага, спиртовой раствор йода, 25%-ный раствор аммиака, стеклянная палочка, лист жести (фанеры), стакан.

Фильтровальную бумагу поместите  в стакан со смесью раствора йода и  аммиака (1:1). Влажную бумагу нарежьте в виде тонких полосок и поместите  на лист жести для высушивания, сохнуть  они будут около суток. Прикасании стеклянной палочкой к опасным полоскам произойдёт хлопок, выстрел.

Чистый йодистый азот здесь  не образуется, а образуется его  молекулярное соединение с аммиаком NI3*NH3. В йодистом азоте азот имеет  степень окисления -3, а йод +1. Положительная  степень окисления у йода образует очень слабую связь с азотом. Вещество термодинамически неустойчиво, поэтому при взрыве разлагается с образованием паров йода и свободного азота: