Текст книги "Книга по химии для домашнего чтения"

Автор книги: Борис Степин

Соавторы: Людмила Аликберова
сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 27 страниц)

Кстати, этим методом делают и тонированные «под золото» зубные протезы.

Алхимики для окраски металлов применяли «божественную воду», которой был водный раствор полисульфида кальция CaS_x (x≥2) и сульфита кальция CaSO₃ зеленовато-желтого цвета. После погружения в такой раствор пластинки или изделия из хрома, свинца или олова приобретали желтовато-золотистый цвет. «Божественную воду» алхимики получали кипячением смеси серы S, гидроксида кальция Ca(OH)₂ и воды H₂O:

5S + 3Са(ОН)₂ = 2CaS₂ + CaSO₃ + 3Н₂O.

5.33. СТРАННЫЙ НИТИНОЛ

Кусок проволоки при комнатной температуре был упруг как сталь. В холодной же воде проволока вдруг стала мягкой. Ее согнули, и она осталась согнутой… Когда же ее погрузили в горячую воду, то произошло невероятное: проволока распрямилась с силой, как пружина, и приняла первоначальную форму, которую имела до обработки ее холодной водой.

Проволока была изготовлена из никелево-титанового сплава Ni—Ti. Такой сплав называют нитинолом. Пластину и проволоку из нитинола используют для изготовления тепловых двигателей, позволяющих тепловую энергию превращать непосредственно в механическую в результате перехода от одних кристаллических структур к другим. Такие двигатели могут использовать тепловую энергию океанов, морей, тепловых морских течений, подобных Гольфстриму, преобразуя ее в движение турбин, насосов, роторов генераторов электрической энергии и т. п.

5.34. КАПРИЗНЫЙ ТИТАН

Титан Ti получают восстановлением тетрахлорида титана TiCl₄ магнием Mg:

TiCl₄ + 2Mg = Ti↓ + 2MgCl₂.

Образующийся титан очень пористый, напоминает губку. Если реакцию вели в атмосфере аргона, то получается пластичный и весьма химически активный металл, который реагирует с хлороводородной кислотой с выделением водорода H₂ и образованием фиолетового раствора, содержащего трихлорид титана TiCl₃:

2Ti + 6HCl = 2TiCl₃ + 3Н₂↑.

Если в реактор вместе с аргоном попадает воздух, на поверхности металла образуется тонкий, но прочный слой нитрида титана TiN_x и оксидов состава TiO_2n-1, не поддающихся воздействию разбавленных кислот; такой титан еще и хрупок (см. 4.45).

5.35. ЧТО ТАКОЕ «ПЕВКАЯ МЕДЬ»?

«Певкая медь» на самом деле не медь, а бронза – сплав меди, олова и свинца. Такой сплав прочен, легкоплавок и текуч в жидком состоянии, а после отвердения – достаточно музыкален: из него отливали колокола. Содержание меди в колокольной бронзе 75–78%, олова 20–21%, свинца 2–3%. Иногда в расплав для звонкости добавляли и серебро.

5.36. КАКУЮ БОЛЕЗНЬ НАЗЫВАЮТ «ОЛОВЯННОЙ ЧУМОЙ»?

«Оловянная чума» – это не болезнь, а своеобразное явление, связанное с существованием двух аллотропных модификаций олова. У «серого олова» («модификация) кристаллическая структура сходна со структурой алмаза и устойчива ниже 13,2° С. «Белое олово» (β-модификация) имеет тетрагональную структуру. C этим оловом мы обычно имеем дело. При температуре 13,2° C обе модификации находятся в равновесии, а на сильном морозе β-модификация переходит в α-модификацию. Поскольку плотность и кристаллическая структура модификаций разные, оловянные изделия разрушаются. Остановить начавшийся процесс невозможно, поэтому его и назвали «оловянной чумой». Правда, этот процесс на слабом морозе идет медленно. Он быстро нарастает только при температуре ниже – 25° C и достигает максимальной скорости при – 48° C (см. 9.22).

5.37. ЕГИПЕТСКИЙ ГОРШОК

Как выплавляли золото в Древнем Египте?

Производство металлов, а особенно золота Au, в Древнем Египте считалось священным искусством, а металлургические знания были покрыты тайной. Много лет спустя выяснилось, что египтяне обрабатывали золотую руду расправленным свинцом Pb, растворяющим благородные металлы, и таким образом извлекали остатки золота (а заодно и серебра) из руд. Затем расплав подвергали окислительному обжигу в горшках, свинец переходил в оксид PbO. Главный технологический секрет этого обжига – материал горшков: их делали из костной золы. При плавке PbO впитывается в стенки горшка, увлекая с собой случайные примеси, а на дне остается очищенный сплав золота и серебра (см. 1–56; 10.9–10.13).

5.38. ИНДИКАТОР СЕРЕБРА

Для распознавания серебра на поверхность изделия наносят каплю слабого раствора дихромата калия в серной кислоте.

Серебро Ag – металл благородный, поэтому взаимодействия его при контакте с разбавленными кислотами не происходит. Иное дело, если в кислоте присутствует сильный окислитель – дихромат калия K₂Cr₂O₇. В этом случае серебро переходит в нерастворимый дихромат серебра Ag₂Cr₂O₇ ярко-красного цвета, по которому и распознают наличие в сплаве серебра:

6Ag + 7H₂SO₄ + 4K₂Cr₂O₇ = 3Ag₂Cr₂O₇↓ + Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 7Н₂O.

Если серебра в сплаве меньше 25%, то дихромат серебра не образуется. Проба очень чувствительна и практически не портит изделия из исследуемого сплава, иногда, правда, остается светлое пятнышко там, где наносили каплю раствора.

5.39. ЗАГАДКА О ЦАРЕ МЕТАЛЛОВ

Два оксида реагируют между собой, и при этом получаются две кислоты, одна ~ сильная, другая – слабая, к тому же неустойчивая, при разложении превращающаяся в первую. Сильная кислота, если ее посолить, растворяет царя металлов. Какие оксиды вступили в реакцию?

Прежде всего определим, какой металл – «царь металлов». Это, безусловно, золото; растворить его можно в «царской водке» (см. 3.13) – смеси концентрированных азотной и хлороводородной (соляной) кислот [именно такая смесь получится, если посолить – добавить хлорид натрия NaCl (поваренную соль) – концентрированную азотную кислоту HNO₃]. Оксиды, о которых шла речь вначале, – это диоксид азота NO₂ и вода H₂O (оксид диводорода). Их взаимодействие и дает смесь сильной HNO₃ и слабой HNO₂ кислот:

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂.

Слабая азотистая кислота постепенно разлагается с выделением монооксида азота NO, превращаясь в HNO₃:

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO↑ + H₂O.

При добавлении хлорида натрия к HNO₃ протекает реакция

HNO₃ + NaCl ↔ HCl + NaNO₃.

Золото взаимодействует с полученной смесью кислот с образованием тетрахлороаурата водорода:

Au + HNO₃ + 4HCl = H[AuCl₄] + NO↑ + 2Н₂О.

5.40. ГДЕ ПРЕДЕЛЫ БЛАГОРОДСТВА ЗОЛОТА?

Золото может по праву гордиться своим упорным химическим характером (см. 10.9–10.13). Известно очень мало химических веществ, с которыми оно желает взаимодействовать. Прежде всего это смесь концентрированных азотной HNO₃ и хлороводородной HCl кислот (см. 5.39), водный раствор цианида калия KCN (см. 6.3), раствор хлора Cl₂ в хлороводородной кислоте, расплав селеновой кислоты H₂SeO₄ и водный раствор смеси иодида калия KI и дииодоиодата калия К[I(I)₂]. Последние две реакции протекают так:

2Au + 6H₂SeO₄ = Au₂(SeO₄)₃ + 3SeO₂ + 6Н₂O,

2Au + K[I(I)₂] + KI = 2K[AuI₂].

В первой реакции золото превращается в селенат золота Au₂(SeO₄)₃, а часть селеновой кислоты восстанавливается до диоксида селена SeO₂. Во второй реакции образуется дииодоаурат калия. Эту реакцию используют для извлечения золота из бедных по его содержанию руд.

5.41. ХРУПКОЕ ЗОЛОТО

Золото, содержащее всего 1% примеси свинца, при ударе разлетится на куски. Даже при содержании свинца 0,01% золото уже теряет свою замечательную ковкость.

5.42. СЕРЕБРЯНЫЙ ЛЕС

Вы добавили к капле ртути, находящейся под водой, водный раствор нитрата серебра и с удивлением обнаружили, что поверхность ртути словно ожила. На ней появились сверкающие ростки, которые начали ветвиться и постепенно превратились в сверкающие деревца.

В сосуде протекала реакция вытеснения серебра Ag из его нитрата AgNO₃ ртутью Hg:

2AgNO₃ + Hg = 2Ag↓ + Hg(NO₃)₂.

Выделяющееся серебро образует на капле ртути нитевидные кристаллы. Причина протекающей реакции заключается в том, что серебро – менее активный металл, чем ртуть, поэтому ртуть восстанавливает серебро из растворов его солей в виде металла.

5.43. КАК БЬЕТСЯ «РТУТНОЕ СЕРДЦЕ»?

Если каплю ртути поместить на часовое стекло в водный раствор серной кислоты H₂SO₄, содержащий небольшое количество дихромата калия K₂Cr₂O₇, а потом прикоснуться к поверхности ртутной капли иголкой, то капля ртути начнет пульсировать, попеременно прикасаясь к иголке и отходя от нее, принимая то сферическую, то плоскую форму. Такая пульсация может длиться долго; при этом кажется, что капля ртути напоминает живое сердце.

На границе ртуть – раствор серной кислоты образуется своеобразный микроконденсатор – двойной электрический слой, состоящий из ионов. Поверхность ртути получает электрический заряд, который придает капле более плоскую форму из-за взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц. Прикосновение острия иглы снимает этот заряд, и капля становится сферической, отдаляясь при этом от острия иглы. Затем капля ртути снова приобретает заряд и, растекаясь, прикасается к игле. Заряд «стекает», капля принимает сферическую форму, и процесс снова повторяется.

5.44. МАСТЕР АМАЛЬГАМА

Маленькая девочка решила подновить мамин латунный наперсток и намазала его ртутью из недавно разбитого термометра. Чудеса! Старый наперсток заблестел как серебряный! Но недолго пришлось им пользоваться: ровно через неделю наперсток разломился на две половинки.

На поверхности латуни образовалась амальгама, и это привело к потере прочности металла. Что же такое «амальгама»?

Способность жидкой ртути Hg растворять другие металлы и образовывать сплавы – амальгамы – поражала воображение алхимиков и заставляла их делать фантастические выводы о свойствах этого вещества (см. 4.3). Особенно этому способствовало то, что при образовании амальгамы даже желтые и красные металлы (например, медь Cu) приобретают серебристо-белый блеск. Как правило, амальгамы – это просто растворы других металлов в ртути, жидкие или твердые, но они иногда содержат и соединения металлов с ртутью строго определенного состава и с определенными свойствами. Не образуют амальгам только металлы, которые не смачиваются ртутью, – кобальт Co, марганец Mn, никель Ni, молибден Mo, рений Re и некоторые другие. Не существует и амальгамы железа Fe – поэтому ртуть можно перевозить в железных цистернах. Амальгамы были известны давно: так, зеркала в старину делали, покрывая стекло амальгамой олова Sn (см. 1.27); золото издавна извлекали из бедных руд, обрабатывая их жидкой ртутью (см. 10.13). Полученную амальгаму золота разлагали, испаряя ртуть, причем все растворенное золото оставалось в виде мельчайших кристалликов. Из амальгам серебра и меди делали зубные пломбы: амальгама серебра химически инертна и в обычных условиях является твердым веществом, но легко размягчается при нагревании.

5.45. СУЩЕСТВУЕТ ЛИ АМАЛЬГАМА АММОНИЯ?

Электролиз сильно охлажденного концентрированного водного раствора хлорида аммония NH₄Cl с ртутным катодом или воздействием на NH₄Cl амальгамы натрия NaHg_t дает амальгаму аммония (NH₄)Hg_x:

NH₄Cl + NaHg_x = (NH₄)Hg_x + NaCl,

которая выделяется в виде твердого вещества, устойчивого только при температуре ниже -85° С. При нагревании до комнатной температуры оно становится пастообразным и одновременно разлагается на ртуть Hg, аммиак NH₃ и водород H₂:

Z(NH₄)Hg_x = 2xHg + 2NH₃↑ + H₂↑.

Амальгама аммония содержит растворенный в ртути радикал аммония NH₄, напоминающий своим поведением атом щелочного металла.

5.46. БЫВАЕТ ЛИ РТУТЬ ПОРОШКОМ?

Ртуть может быть порошкообразной в том случае, если она состоит из мельчайших капелек, поверхность которых покрыта веществом, препятствующим слипанию. Так, при взаимодействии нитрата диртути Hg₂(NO₃)₂ с гидроксидом натрия NaOH или сероводородом H₂S:

Hg₂(NO₃)₂ + 2NaOH = Hg↓ + HgO↓ + 2NaNO₃ + H₂O,

Hg₂(NO₃)₂ + H₂S = Hg↓ + HgS + 2HNO₃

выделяющаяся ртуть образует черный порошок из-за присутствия в реакционной смеси оксида ртути HgO или сульфида ртути HgS (см. 1.13).

5.47. ВЕЩЕСТВА-ХАМЕЛЕОНЫ

В старинных руководствах по химическому анализу рекомендуется использовать «раствор хамелеона» для определения в образцах неизвестного состава содержания сульфита натрия Na₂SO₃, пероксида водорода H₂O₂ или щавелевой кислоты H₂C₂O₄.

«Раствор хамелеона» – это раствор перманганата калия KMnO₄, который при химических реакциях, в зависимости от среды, меняет свою окраску по-разному. Например, в кислотной среде ярко– фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается из-за того, что из перманганат-иона MnO₄^- образуется катион Mn²⁺ ; в сильнощелочной среде из ярко-фиолетового MnO₄– получается зеленый манганатион MnO₄^2-. А в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде конечным продуктом реакции будет нерастворимый черно-бурый осадок диоксида марганца MnO₂. Вот как идет взаимодействие перманганата калия с различными веществами:

2KMnO₄ + 5Н₂С₂O₄ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 10CO₂↑ + 8Н₂O,

2KMnO₄ + 3Н₂O₂ = 2MnO₂ + 3O₂↑ + 2KOH + 2Н₂O,

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

Добавим, что благодаря своим окислительным свойствам и наглядному изменению окраски в химических реакциях перманганат калия нашел широкое применение в химическом анализе.

5.48. ПРОДЕЛКИ ИМИТАТОРА

Некий фокусник пообещал изумленным зрителям продемонстрировать превращение фиолетовых кристаллов квасцов в изумруд, топаз, янтарь или сапфир.

Настоящие драгоценные камни получить из квасцов (см. 151; 3.21), конечно, не удастся. А вот растворы, имитирующие цвета изумруда (см. 10.22), топаза (см. 10.33), янтаря (см. 10.1), сапфира (см. 10.42), получить можно. Для этого фокуснику придется запастись химическими реактивами. Растворив хромокалиевые квасцы [кристаллогидрат сульфата хрома-калия KCr(SO₄)₂∙12Н₂O] в воде, он получит фиолетовый раствор; обработка этого раствора избытком гидроксида калия KOH или натрия NaOH приведет к образованию раствора изумрудного цвета:

KCr(SO₄)₂ + 6КOH = K₃[Cr(OH)₆] + 2K₂SO₄.

Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия К₃[Cr(ОН)₆]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода H₂O₂, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый, цвет топаза:

2К₃[Cr(ОН)₆] + 3Н₂O₂ = 2К₂CrO₄ + 2КОН + 8Н₂O.

Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия K₂CrO₄. При подкислении желтого раствора серной кислотой H₂SO₄ появляется оранжевая окраска, напоминающая цвет янтаря:

2К₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O.

Водный раствор дихромата калия K₂Cr₂O₇ имеет оранжевый цвет. Наконец, добавляя к такому раствору пероксид водорода и диэтиловый эфир (C₂H₅)₂O, можно получить сложное пероксосоединение CrO(O₂)₂∙(C₂H₅)₂O, окрашивающее слой эфира в ярко-синий, «сапфирный» цвет.

5.49. ЗАГАДКА ДИХЛОРИДА

Химик обнаружил в шкафу запечатанную банку без надписи с кристаллами зеленого цвета внутри. Сохранился лишь обрывок этикетки со словом «дихлорид». При контакте этих зеленых кристаллов с водой раствор оказался фиолетовым; потом из этой фиолетовой жидкости начали выделяться пузырьки газа, а спустя несколько секунд она стала зеленой. При смешивании раствора сульфата меди CuSO₄ с теми же зелеными кристаллами выделились крупинки металлической меди… Какой дихлорид был в банке?

Не так уж много дихлоридов имеет зеленый цвет. Это, во-первых, тетрагидрат хлорида железа FeCl₂∙4Н₂O, гексагидрат хлорида никеля NiCl₂∙6Н₂O, безводные дихлориды меди CuCl₂, иридия IrCl₂ и платины PtCl₂ и безводный дихлорид ванадия VCl₂. Дихлориды иридия и платины в воде практически нерастворимы, дихлориды железа, меди и никеля дают зеленый (для железа – быстро желтеющий на воздухе) водный раствор, газы при этом не выделяются. Значит, дихлорид ванадия? Действительно, зеленые кристаллы VCl₂ образуют фиолетовый раствор, из которого выделяется водород, а окраска раствора становится зеленой:

2VCl₂ + 2Н₂O = 2VOCl + 2HCl + H₂↑.

Очевидно, ванадий в степени окисления (+II) настолько сильный восстановитель, что выделяет водород даже из воды. Не удивительно, что он осаждает и медь Cu из раствора сульфата меди CuSO₄, превращаясь в хлорид оксопентаакваванадия(IV):

VCl₂ + CuSO₄ + 6Н₂O = Cu + [V(H₂O)₅O]Cl₂ + H₂SO₄,

окрашивающего раствор в синий цвет.

5.50. ЧТО ТАКОЕ КРАСНАЯ АЗОТНАЯ КИСЛОТА?

Термин «дымящая красная азотная кислота» использовался вплоть до сороковых годов нашего века (см. 1.48). Это раствор диоксида азота NO₂ в азотной кислоте HNO₃. Он может быть получен как насыщением концентрированной азотной кислоты диоксидом азота, так и путем взаимодействия компонентов смеси, содержащей 2 моль нитрата натрия NaNO₃ и 1 моль серной кислоты H₂SO₄ при нагревании. Сначала при 100-110ºC, согласно уравнению

NaNO₃ + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HNO₃↑,

из смеси выделяется и перегоняется чистая азотная кислота HNO₃. Если повысить температуру до 150–170°С, то в реакцию вступает образовавшийся в растворе гидросульфат натрия NaHSO₄:

NaHSO₄ + NaNO₃ = HNO₃↑ + Na₂SO₄

и одновременно большая часть азотной кислоты начинает разлагаться с выделением диоксида азота и кислорода:

4HNO₃ = 2Н₂O↑ + O₂↑ + 4NO₂↑.

Диоксид азота, растворяясь в первых порциях отгоняемой азотной кислоты, и сообщает ей красно-оранжевый цвет. Никакого другого красителя здесь нет.

5.51. ДО ПОСИНЕНИЯ…

Каждая хозяйка и каждый школьник знают: крахмал, на который попал иод, синеет. Почему?

Крахмал состоит из длинных полимерных молекул, построенных из фрагментов глюкозы:

и закрученных по спирали так, что глюкозные шестиугольники образуют длинный цилиндрический канал. Молекулы иода I₂ «забираются» в этот канал, превращаются в нем в линейные анионы [I₅]-, отрывающие от фрагментов глюкозы электроны и выстраивающиеся длинной цепочкой:

…[ I₂—I^-—I₂] … [I₂– I^-—I₂]…

Так образуется соединение включения, называемое иногда «канальным» соединением, оно-то и имеет синюю окраску.

5.52. ЧЕМ ПРИМЕЧАТЕЛЬНЫ «БУРГУНДСКАЯ» И «БОРДОСКАЯ ЖИДКОСТИ»?

Оба препарата применяются садоводами и огородниками для борьбы с возбудителями грибковых болезней плодовых, овощных и декоративных культур. Обе жидкости готовят добавлением к водному раствору сульфата меди CuSO₄∙5Н₂O (медного купороса, см. 1.47), либо порошка гидроксида кальция Ca(OH)₂ (гашеной извести, см. 323), либо карбоната натрия Na₂CO₃ (соды, см. 1.19–1.22):

CuSO₄ + Ca(OH)₂ = Cu(OH)₂↓ + CaSO₄↓,

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃↓ + 2Na₂SO₄ + CO₂↑.

В первой реакции образуется суспензия гидроксида меди Cu(OH)₂ и сульфата кальция CaSO₄, называемая «бордоской жидкостью», во второй – суспензия основного карбоната меди (CuOH)₂CO3, получившая название «бургундской жидкости».

5.53. «ФИЛОСОФСКАЯ ШЕРСТЬ»

При горении парообразного цинка на воздухе появляется сине-зеленое пламя и образуются белые хлопья оксида цинка ZnO. В Средние века этот оксид называли «философской шерстью» из-за его волокнистого строения и способности участвовать во многих не всегда понятных реакциях.

Оксид цинка в виде белого порошка используется для приготовления цинковых белил. Однако, применяя эту краску, помните, что оксид цинка при нагревании желтеет, правда, при охлаждении желтизна медленно исчезает. Кстати, если в краску, наряду с оксидом цинка, добавить карбонат цинка ZnCO₃ (тоже белое вещество), то краска приобретет свойство антипирена, огнезащитного вещества: при сильном нагреве начнется ее разложение с выделением диоксида углерода CO₂:

ZnCO₃ = ZnO + CO₂↑,

который препятствует распространению огня.

5.54. ЧЕРНО-БЕЛЫЙ МИР РЕСТАВРАЦИИ

Посетители реставрационной мастерской увидели, как художник-реставратор протирал мокрым тампоном очень темную картину. По мере обработки чернота исчезала, а краски приобретали яркость и свежесть.

Старые мастера писали картины, добавляя в свинцовые белила различные пигменты. Свинцовые белила (см. 1.14) содержали основный карбонат свинца Pb(OH)₂∙2PbСО₃, который очень прочно связывается с маслом и среди всех белых красок обладает наибольшей кроющей способностью. Недостатком таких белил является их свойство постепенно темнеть на воздухе из-за образования черного сульфида PbS (атмосферный воздух всегда содержит следы сероводорода):

Pb(OH)₂∙2PbСO₃ + 3H₂S = 3PbS↓ + 4Н₂O + 2СO₂↑.

При обработке потемневших картин пероксидом водорода H₂O₂ черный сульфид свинца превращается в белый сульфат свинца PbSO₄, и картине возвращается ее прежний облик:

PbS + 4Н₂O₂ = PbSO₄ + 4Н₂O.

5.55. СВИНЦОВОЕ ЗЕРКАЛО

Сульфид свинца – непримечательный осадок бурого цвета. Но можно выделить его из раствора свинцовой соли с получением зеркальной поверхности.

Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую растворимую соль свинца, например нитрат свинца Pb(NO₃)₂ или ацетат Pb(CH₃COO)₂, гидроксиды натрия NaOH или калия KOH и тиокарбамид CS(NH₂)₂. При действии избытка NaOH на нитрат свинца в водном растворе образуется гексагидроксоплюмбат натрия:

Pb(NO₃)₂ + 6NaOH = Na₄[Pb(OH)₆] + 2NaNO₃.

Если к такому раствору добавить тиокарбамид и равномерно нагревать, то вскоре можно почувствовать запах аммиака NH₃:

Na₄[Pb(OH)₆] + CS(NH₂)₂ = PbS↓+ 2NH₃↑ + Na₂CO₃ + H₂O + 2NaOH.

В тщательно вымытом и обезжиренном реакционном сосуде (пробирка, колба) сульфид свинца осаждается на стекле зеркально блестящим слоем.

Интересно, что в тонком (не более 1∙10^-3 мм) слое сульфид свинца PbS является фотосопротивлением: электропроводность такого слоя при освещении резко возрастает.

5.56. ЦВИТТЕР-ИОН – ЧТО ЭТО?

Существуют ли ионы, несущие одновременно и положительный, и отрицательный заряд?

Такие ионы называют биполярными, или цвиттер-ионами. В частности, простейшая из аминокислот, а-аминоуксусная кислота H₂NCH₂COOH при pH 5,97 превращается в биполярный ион H₃N⁺CH₂COO^- за счет переноса протона к атому азота. В кислом растворе (рН < 7) такой ион становится основанием, акцептором протонов:

H₃N⁺CH₂COO^- + H₃O⁺ ↔ H₃N⁺CH₂COOH + H₂O.

В щелочной среде (pH > 7) биполярный ион оказывается кислотой, выделяя протон:

H₃N⁺CH₂COO^- + OH^- ↔ NH₂CH₂COO^- + H₂O.

5.57. БЕЛАЯ САЖА И БЕЛЫЙ ГРАФИТ

«Белая сажа», которую широко применяют в резиновой промышленности вместо черной сажи (углерода) при получении бесцветных резин, – это порошкообразный диоксид кремния SiO₂. А «белый графит» получают, обрабатывая обычный темно-серый графит фтором. При 375° C образуется полидикарбонмонофторид (C₂F)_n, а при 600°С – полимонокарбонмонофторид (CF)_n. Оба соединения сохраняют структуру графита, его термостойкость и низкий коэффициент трения, однако первое малоэлектропроводно, а второе – вообще электрический изолятор (чем они и отличаются помимо цвета от обычного графита, хорошо проводящего электричество).

5.58. ХИМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР – ГИПЕРБОЛОИД?

Предполагают, что в 1903 г. русский химик М. Филиппов создал химический лазер. Вот как пишет о нем поэт Л. Мартынов:

«Может быть, что в недрах кабинета

Измышлял он генератор света —

Фантазер, новатор по природе…»

(«Петербургская баллада»)

Летом 1903 г. химик и писатель Михаил Михайлович Филиппов был найден в своем доме бездыханным. Причина его смерти до сих пор остается тайной, а созданный им аппарат и рукописи исчезли. Филиппов, судя по отрывочным сведениям, видимо, создал химический лазер на основе нитрида трихлора Cl₃N – очень взрывчатой жидкости. Капелька Cl₃N, падая на доску толщиной 7 см, взрывается, пробивая ее насквозь. При этом в больших количествах выделяется лучистая энергия. По словам очевидцев и документам департамента полиции, опасавшегося, что Филиппов взорвет на расстоянии Зимний дворец, в созданный им аппарат входили большая колба с посеребренным дном и катушка Румфорда, что-то напоминающее телефонный аппарат с большим кристаллом хлорида натрия NaCl. Видели толстые доски, прожженные, будто кто-то их проткнул раскаленным гвоздем. На одной из них сохранилась надпись «10 шагов». Кто-то видел, как из окна кабинета Филиппова вылетал слабо мерцающий луч, и затем загорались деревянные строения, предназначенные к сносу. Считают, что Филиппов взрывал пары Cl₃N, которые вспыхивают красно-оранжевым пламенем (источником лучистой энергии вспышки служат возбужденные молекулы хлора). О том, что изобретение Филиппова – не выдумка, писал и Менделеев. Кстати, могилы Менделеева и Филиппова находятся на Волховом кладбище рядом. Не были ли химик Филиппов и изобретенный им аппарат реальными прототипами инженера Гарина и его гиперболоида в одноименном романе А. Н. Толстого?

5.59. ИЗВЕСТНО, ЧТО СВЕЧИ НЕ ДЫМЯТ. НО…

Свечи стали бездымными только после 1825 г., когда Шёврель (см. 2.39) положил начало новой отрасли в промышленности – производству стеариновых свечей. До этого применяли сильно чадящие сальные свечи, издающие неприятный запах. Правда, восковые свечи (из пчелиного воска) не коптили, издавали приятный аромат, но стоили дорого. Стеариновые же свечи горят очень светлым пламенем и почти не образуют дыма и копоти. Стеарин – это смесь стеариновой CH₃(CH₂)₁₂COOH, пальмитиновой CH₃(CH₂)₁₄COOH и небольшого количества других органических кислот (см. 3.27). Шёврель впервые выделил эти кислоты, омыляя сначала жир (сало) гидроксидом натрия NaOH или гидроксидом кальция Ca(OH)₂, а затем разлагая полученное «мыло» хлороводородной или серной кислотами. При этом стеариновая и пальмитиновая кислоты выделялись в виде белого, жирного на ощупь вещества.

Летом 1837 г. в России было создано Московское общество по выработке стеариновых свечей, открывшее первый свечной завод. Император Николай I назначил графа Строганова попечителем общества, освободив завод от уплаты налога на шесть лет. Позднее стеариновые свечи были заменены парафиновыми. Стеариновые свечи создали новую эру в истории освещения.

5.60. МОЖЕТ ЛИ КИСЛОТА ГОРЕТЬ?

Если эта кислота органическая – может. Например, безводная уксусная кислота CH₃COOH (см. 1.50) загорается при контакте с твердым пероксидом натрия Na₂O₂:

4Na₂O₂ + 9СН₃СООН = 2СO₂↑ + 8CH₃COONa + 6Н₂O.

Пероксид натрия – сильный окислитель, а уксусная кислота – восстановитель. В приведенной реакции выделяется значительное количество энергии в форме теплоты. Если 80%-ю уксусную кислоту нагреть в пробирке до кипения, то ее пары можно поджечь спичкой; при горении образуются длинные языки слабо светящего пламени:

CH₃COOH + 2O₂ = 2СO₂↑ + 2Н₂O↑.

C прекращением нагрева пробирки и образования паров горение заканчивается.

5.61. ТОПЛИВО РАКЕТ

Во время второй мировой войны польские партизаны обнаружили подземный завод, производивший топливо для немецких ракет, обстреливавших Лондон. Этим топливом оказался гидразин.

Гидразин H₂N—NH₂ (или N₂H₄) – бесцветная, довольно вязкая жидкость, дымит на воздухе и имеет запах, похожий на запах аммиака. Гидразин склонен к самовоспламенению и гигроскопичен, образует взрывоопасные смеси с воздухом, очень ядовит. Это сильный восстановитель: оксиды многих металлов – железа, хрома, меди – при контакте с ним реагируют столь бурно, что избыток гидразина воспламеняется и горит синим или фиолетовым пламенем. Кроме того, под действием этих оксидов идет каталитическое разложение гидразина на азот N₂ и аммиак NH₃:

3N₂H₄ = N₂↑ + 4NH₃↑.

Благодаря огромному тепловыделению в ходе реакции горения гидразина и большому объему газообразных продуктов:

N₂H₄ + O₂ = 2Н₂O↑ ⁺ N₂↑

он и использовался как компонент ракетного топлива.

5.62. ГИДРИДЫ ВМЕСТО БЕНЗИНА

Можно ли представить себе автомобиль, работающий на металлическом сплаве или на гидриде металла?

Подобные проекты высокоэффективного и, главное, экологически чистого (не загрязняющего окружающую среду) «водородного» автомобиля уже разработаны. Гидриды лития LiH и кальция CaH₂ разлагаются водой с выделением водорода (см. 6.21):

LiH + H₂O = LiOH + H₂T,

CaH₂ + 2Н₂O = Ca(OH)₂ + 2Н₂↑.

Подсчитано, что запас гидрида кальция, эквивалентный по получаемой в водородном двигателе энергии сорокалитровому запасу бензина, равен 98 кг (см. 6.21).

Установлено, что лантано-никелевый сплав, отвечающий соединению LaNi₅, способен поглощать значительное количество водорода и выделять его при сравнительно слабом нагреве. Такого рода сплавы также начинают применять в водородных двигателях.

5.63. «ЗАКРЫТЫЙ» ПЕРОКСИД ВОДОРОДА

Начиная с 1934 г. в Германии был наложен запрет на все публикации, связанные с пероксидом водорода. Как вы думаете, почему?

Свойства высококонцентрированных водных растворов пероксида водорода H₂O₂ своеобразны: они мгновенно воспламеняют органические вещества, многие металлы, а возникший огонь бывает невозможно потушить даже песком или с помощью огнетушителя, так как пероксид водорода является сильнейшим окислителем, и горение идет даже без доступа воздуха. Значит, можно использовать H₂O₂ как окислитель там, где кислорода на окисление топлива не хватает – например, для двигателей подводных лодок. Так пероксиду водорода пришлось принять псевдонимы «аурол», «оксилин», «топливо Т» и «перейти на нелегальное положение», т. е. по военному ведомству. Разложение пероксида водорода в присутствии катализаторов-перманганатов натрия или кальция [NaMnO₄ или Ca(MnO₄)₂] – по реакции

2Н₂O₂ = 2Н₂O↑ + O₂↑

(«холодный процесс») или взаимодействие H₂O₂ с органическим топливом с разогревом до 2000° C («горячий процесс») позволило разработать высокоэффективные энергетические установки не только для подводных лодок, но и для самолетов, а позже и для ракет ФАУ-1 и ФАУ-2 (см. 6.23–6.25).

5.64. КАКОЙ СПИРТ НАЗЫВАЮТ СУХИМ?

«Сухой спирт» – это смесь уротропина [гексаметилентетрамина (CH₂)₆N₄] с небольшим количеством парафина. Уротропин называют еще гексамином, уризолом или метенамином. Его получают выпариванием в вакууме смеси формальдегида HCHO и аммиака NH₃:

6НСНO + 4NH₃ = (CH₂)₆N₄ + 6Н₂O.

Впервые это вещество синтезировал Бутлеров (см. 2.33) еще в 1860 г. Это белое кристаллическое вещество со сладковатым вкусом, при горении дает желтовато-голубое пламя (как этиловый спирт), причем золы после сгорания не остается: все продукты горения газообразны:

(CH₂)₆N₄ + 9O₂ = 6СO₂↑ + 2N₂↑ + 6Н₂O↑.

К настоящим спиртам уротропин не имеет никакого отношения. Как горючее сухой спирт очень удобен: легко воспламеняется, легко гаснет, если закрыть его металлическим колпачком или тиглем. Поэтому его применяют в лабораториях, в турпоходах (в том числе для разжигания костра). При хранении надо беречь его от влаги.

5.65. АРОМАТ БЕНЗОЛА

Август-Вильгельм Гофман (1818–1892) – немецкий химик-органик, президент Лондонского и Немецкого химических обществ – каждый раз на лекции о бензоле говорил одно и то же: «Бензол обладает специфическим запахом. Одна моя знакомая дама как-то сказала, что он пахнет стираными перчатками».

На очередной лекции один из студентов, знавший эту шутку профессора, выкрикнул слова «стираными перчатками» еще до того, как Гофман успел их произнести. Профессор удивленно взглянул на студента и спросил: «Вы тоже знакомы с этой дамой»?