Текст книги "Книга по химии для домашнего чтения"

Автор книги: Борис Степин

Соавторы: Людмила Аликберова
сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 27 страниц)

Бензол – бесцветная жидкость, легко горючая (см. 9.21), с характерным запахом, отвечающая формуле C₆H₆, содержит в структуре так называемое ароматическое ядро, или бензольное кольцо.

5.66. ОСТАВИТЬ СЛЕД

Название графита – неметаллического простого вещества – происходит от итальянского «граффитто» – пишу, рисую. А какими металлами можно писать?

В античной древности для этой цели использовали свинцовые или серебряные палочки. Пригоден для письма или рисования и дисульфид молибдена MoS₂ – минерал молибденит. Кстати, из-за этого свойства сульфида молибдена элемент молибден Mo получил «чужое» имя: «молюбдос», по-гречески означает «свинец», пригодный для письма.

5.67. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КАРАНДАШИ И СОУС ДЛЯ ХУДОЖНИКОВ

Свинцовый карандаш известен больше других: в немецком языке слово «блайштифт» («свинцовый стержень»), обозначающее карандаш, сохранилось до сих пор. Однако бледно-серый цвет свинцового карандаша был слишком слабым. Более темную черту оставлял штифт (стержень) «из двух частей свинца и одной части прокованного молотком олова». Линия со временем под действием кислорода воздуха темнела, но легко удалялась с пергамента мякишем хлеба или пемзой. Серебряный штифт, доступный только богатым людям, давал темно-серую черту, которая коричневела с течением времени и не стиралась. Сохранились серебряные рисунки Леонардо да Винчи, Альбрехта Дюрера, Луки Кранаха – гениальных художников эпохи Возрождения. Тогда же появились и угольные карандаши-штифты, которые требовали предварительной обработки бумаги раствором клея-гуммиарабика. Родина графитового карандаша – тоже Итглия, Пьемонт. А в Париже изобрели «бархатный соус» – карандаш на основе белой глины и ламповой сажи. Позже Леонардо да Винчи нашел сангину – «красный мел», природный каолин, окрашенный оксидами железа. Следующее изобретение снова пришло из Франции – пастель, мел с добавками различных пигментов…

5.68. МЕТАЛЛОМ ПО СТЕКЛУ

Знаете ли вы, что некоторые металлы, например цинк, кадмий, магний и алюминий, обладают свойством оставлять металлические следы на стекле?

Самый прочный след оставляет алюминий Al, особенно если смочить стекло заранее несколькими каплями раствора ортосиликата калия K₄SiO₄. Если вы будете пользоваться этим способом, не забудьте очистить стекло от грязи и жира смесью измельченного карбоната калия K₂CO₃ (или мела – карбоната кальция CaCO₃) со спиртом C₂H₅OH. Алюминиевая надпись не удаляется механическим путем и при обработке кислотами.

5.69. «ОЛОВЯННОЙ КРИК» И ТРЕСК СЕРЫ

«Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь ее треск, значит она хороша; если же сера молчит и не трещит, то она нехороша…»

(Инструкция XIX в., Россия)

Своеобразный способ определения качества материала на слух применительно к сере не устарел и сейчас: «трещит» только сера S, содержащая не более 1% примесей. Характерный треск («оловянный крик») отличает белое олово Sn. Этот треск слышен при сгибании бруска или прутка металла.

5.70. БЫВАЕТ ЛИ В ПРИРОДЕ «ЧЕРНАЯ СЕРА»?

Соединение необычного состава S₄N4 (нитрид серы), полученное взаимодействием жидкого аммиака NH₃ с серой:

16NH₃ + 10S ↔ S₄N₄ + 6(NH₄)₂S,

оказалось сильным взрывчатым веществом, поэтому и приходится хранить его под слоем бензола. Если разлагать S₄N₄ при высоком давлении, то образуются обычная сера S₈ либо волокнистая полимерная сера S_x. В том и в другом случае в продукте замечали темные прожилки так называемой «черной серы», нерастворимой в сероуглероде.

Интересно, что сера S₈ – это простейший пример вещества-электрета, на поверхности которого долгое время сохраняются электрические заряды. Чтобы получить эти заряды, пластинку кристаллической серы нагревают, а потом медленно охлаждают в сильном электрическом поле.

5.71. ПУШКИН – ХИМИК?

О каких соединениях серы упоминал А. С. Пушкин в стихотворении 1832 г.:

«…Тогда услышал я (о, диво) запах скверный,

Как будто тухлое разбилося яйцо,

Иль карантинный страж курил жаровней серной.

Я, нос себе зажав, отворотил лицо…».

Конечно, здесь речь идет о сероводороде H₂S, известном своим отвратительным запахом, и диоксиде серы SO₂, который с глубокой древности использовали для дезинфекции (окуривание горящей серой).

5.72. МОКРЫЙ ФОСФОР

Почему красный фосфор при хранении на воздухе становится влажным?

Красный фосфор при хранении медленно окисляется с образованием декаоксида тетрафосфора:

4Р + 5O₂ = P ₄О₁₀,

а образующийся оксид гигроскопичен, т. е. активно поглощает влагу из воздуха:

P₄О₁₀ + 2Н₂O = (HPO₃)₄

(кстати, на этом его свойстве и основано использование P₄O₁₀ как осушителя газов и в химических реакциях в качестве водоотнимающего средства). Так как увлажненный красный фосфор содержит примесь метафосфорной кислоты, то для очистки его следует просто промыть водой или, еще лучше, водным раствором карбоната натрия Na₂CO₃, который нейтрализует тетраметафосфорную кислоту:

(HPO₃)₄ + 4Na₂CO₃ = 4Na₂HPO₄ + 4СO₂↑.

Применять раствор гидроксида натрия NaOH для этой операции не рекомендуется, так как фосфор с ним реагирует с образованием фосфина PH₃ и д и гидроортофосфата натрия:

4Р + 3NaOH + 3Н₂O = PH₃↑ + 3NaH₂PO₂.

После промывки фосфор высушивают в атмосфере сухого азота N₂ или диоксида углерода CO₂, что предотвращает его дальнейшее окисление.

5.73. САТАНИНСКИЕ ОГНИ

Двое мальчишек забрались ночью на старое кладбище посмотреть на привидение, о котором давно говорили в их деревне. Когда их глаза привыкли к темноте, то они увидели, как вспыхнул и погас огонек на одной могиле, затем он появился на другой, потом на третьей. Мальчики застыли в ужасе.

Появление блуждающих огней на старых кладбищах и болотах вызвано воспламенением на воздухе выделяющихся гидридов фосфора: дифосфана P₂H₄ и фосфина PH₃ (см. 5.72). Эти газы образуются при разложении органических соединений, содержащих фосфор. На воздухе дифосфан самовоспламеняется и зажигает фосфин:

2Р₂Н₄ + 7O₂ = P₄O₁₀ + 4Н₂O; 4РН₃ + 8O₂ = P₄O₁₀ + 6Н₂O.

Продуктом их сгорания является декаоксид тетрафосфора P₄O₁₀, который при взаимодействии с влагой воздуха образует мельчайшие капельки тетрамегафосфорной кислоты, дающие неясные, размывающиеся белые контуры «приведения»:

P₄О₁₀ + 2Н₂O = (HPO₃)₄.

5.74. УДИВИТЕЛЬНЫЙ КАРБИН

Карбин, одна из аллотропных форм существования углерода, представляет собой линейный полимер. Две его модификации белого цвета содержат ацетиленовые (α-карбин) и этиленовые (β-карбин) фрагменты:

H(—C≡C—C≡C—)_nН,

Н₂(—С=С=С—)_nН2.

На воздухе карбин, как и остальные аллотропные формы углерода, при нагревании окисляется и сгорает, превращаясь в диоксид углерода CO₂. А без доступа воздуха при высокой температуре углеродные цепи принимают гексагональную шестиугольную конфигурацию, и атомы углерода по-разному располагаются относительно двойной и тройной связей. Считают, что в этих условиях может существовать по крайней мере восемь разных форм карбина, различающихся по физическим свойствам. Эти формы устойчивы при температуре от 2700 до 3600°C. Кстати, графит, если его расплавить под сверхвысоким давлением, превращается в бесцветную текучую жидкость состава

содержащую фрагменты α-карбина.

5.75. ПОРОШОК КИСЛОТЫ

Концентрированная ортофосфорная кислота – это вязкая и липкая масса. Иногда, для проведения специальных синтезов, нужен тонкоизмельченный порошок ортофосфорной кислоты H₃PO₄. Как его получить?

Большинство веществ при сильном охлаждении становятся хрупкими. Ортофосфорная кислота при температуре жидкого азота тоже превращается в твердую и хрупкую массу, которая легко растирается в мелкий порошок.

5.76. ЧТО ТАКОЕ «ЗЕРКАЛЬНЫЙ УГЛЕРОД»?

Четыре модификации углерода – графит, алмаз, карбин и лонсдейлит – имеют кристаллическое строение. Графит и алмаз знают все. Карбин известен многим (см. 5.74). Четвертая разновидность кристаллического углерода «лонсдейлит» мало кому известна. Он обнаружен в метеоритах и получен искусственно, а строение его еще изучается. Сажу, кокс, древесный уголь относили к аморфным полимерам углерода. Однако теперь стало известно, что это тоже кристаллические вещества. Кстати, в саже обнаружили блестящие черные частицы, которые назвали «зеркальным углеродом». Зеркальный углерод химически инертен, термостоек, непроницаем для газов и жидкостей, обладает гладкой поверхностью и абсолютной совместимостью с живыми тканями. Особенно ценным является последнее. А структура зеркального углерода очень сложна и включает пачки из ленточных полимерных фрагментов, особым образом упакованных и перекрученных в пространстве.

5.77. МОЖНО ЛИ ПАЯТЬ ГРАФИТ?

Графит в чистом виде не только не спаивается, но и не плавится. Однако на практике бывают случаи, когда требуется соединение деталей из графита. Для этого рекомендуют воспользоваться химической реакцией образования карбида алюминия Al₄C₃:

4Аl + 3С = Al₄C₃.

В графитовый шов помещают прокладку из алюминия, а затем соединяемые детали сдавливают и нагревают место стыка до температуры, при которой алюминий и графит вступают в реакцию (около 1800° С). Образующийся карбид алюминия прочно соединяет («сращивает») детали, и тогда температуру повышают еще на 500° С. При 2300° C карбид алюминия распадается, а детали соединяются исключительно прочно.

5.78. САМАЯ ЛЕГКАЯ ЖИДКОСТЬ

Жидкий водород – самая легкая из жидкостей. Литр его весит всего 70 г, почти в 15 раз меньше, чем литр воды.

5.79. КАКОЕ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО САМОЕ ЛЕГКОЕ? САМОЕ ТЯЖЕЛОЕ?

Твердый водород – это самое легкое твердое вещество на Земле. При температуре -260° C его плотность около 0,076 г/см³. А самое тяжелое вещество – осмий (плотность 22,48 г/см³). Значит, твердый водород легче твердого осмия в 296 раз (см. 4.48).

В число наиболее плотных веществ входит и платина (см. 10.14).

…Однажды в ювелирную мастерскую француза Пьера-Франсуа Шабано при дворе испанского короля Карла III в Мадриде зашел некий маркиз Аранда, чтобы приобрести платиновые изделия. На столе ювелира стоял кованый платиновый кубик со стороной около 10 см. Старый маркиз хотел приподнять его, но не смог. «Вы смеетесь надо мной, – обиделся вельможа. – Платина приклеена чем-то к столу!». Но нет, кубик не был приклеен, просто он был слишком тяжел: его масса составляла 21,5 кг!

5.80. САМЫЕ ТЯЖЕЛЫЕ ЖИДКОСТИ

Тяжелые жидкости применяют для разделения твердых порошкообразных веществ или для определения их плотности так называемым иммерсионным (погружным) методом. Одна из первых тяжелых жидкостей, примененных для этих целей, – раствор Туле с плотностью 3,2 г/см³, названный так по имени предложившего его в 1878 г. французского ученого. Это концентрированный водный раствор тетраиодомеркурата калия K₂[HgI₄], полученного растворением иодида ртути HgI₂ в избытке концентрированного раствора иодида калия KI:

HgI₂ + 2KI = K₂[HgI₄].

В 1883 г. немецкий химик К. Рорбах предложил использовать вместо калиевой соли бариевую: плотность насыщенного водного раствора Ba[HgI₄] составляет 3,6 г/см³. Самые тяжелые из водных растворов получены в 1907 г. итальянцем Э. Клеричи. Это концентрированные растворы формиата таллия HCOOTl и малоната таллия CH₂(COOTl)₂, получающиеся в результате взаимодействия карбоната таллия с муравьиной кислотой HCOOH или с малоновой кислотой CH₂(COOH)₂ в водном растворе:

Tl₂CO₃ + 2НСOOН = 2НСООТl + H₂O + CO₂↑,

Tl₂CO₃ + CH₂(COOH)₂ = CH₂(COOTl)₂ + H₂O + CO₂↑.

Формиат и малонат таллия обладают исключительно высокой растворимостью в воде. Например, в 100 г воды можно растворить более 500 г формиата таллия, при этом плотность получаемого раствора составляет от 3,40 г/см³ при 20° C до 4,76 г/см³ при 90° С. А раствор, содержащий смесь обеих солей в соотношении один к одному по массе, может достигать плотности 4,324 г/см³ при 20° C и даже 5,0 г/см³ при 95° С. В таком растворе не тонут барит BaSO₄, кварц SiO₂, корунд Al₂O₃ и другие минералы.

5.81. ЖИДКИЙ УГЛЕРОД?

Свойства жидкого углерода до сих пор не изучены из-за экстремальности условий его существования. Проблему удалось решить только с помощью суперкомпьютера расчетным путем. Жидкое состояние, как выяснилось, должно существовать для углерода при температуре выше 4500 К и относительно низком давлении, углерод при этом состоит из трех– и пятиатомных «молекул» и должен иметь металлическую электропроводность. Экспериментального подтверждения результаты расчета пока еще не получили…

5.82. МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КСЕНОН

Подвергнув высокому давлению замороженный ксенон Xe, удалось превратить его в металл. А при очень низкой температуре (около -266° С) ксенон оказался сверхпроводником: электрическое сопротивление его упало до нуля.

5.83. САМЫЙ ЛЕГКИЙ ИНЕРТНЫЙ ГАЗ И САМАЯ ХОЛОДНАЯ ЖИДКОСТЬ

Гелий – наиболее легкий после водорода газ (см. 4.32). Он не образует соединений ни с одним химическим элементом. Гелий – самое химически инертное вещество на Земле. Его легкость и инертность используются в создании воздухоплавательных аппаратов. Во время первой мировой войны более 40 немецких дирижаблей, наполненных водородом, сгорело от зажигательных снарядов. Но однажды в дирижабль, сбрасывавший бомбы на Лондон, попал зажигательный снаряд. Дирижабль не вспыхнул, а медленно, истекая каким-то газом, улетел обратно, вызвав переполох в секретных службах Англии. Как выяснилось позже, он был наполнен гелием. Задолго до войны немецкие пароходы, возившие товары в Индию и Бразилию, возвращались обратно, нагруженные монацитовым песком как балластом. Песок содержал радиоактивный элемент торий Th и, следовательно, был гелиевым сырьем. Известно, что земной гелий образуется при радиоактивном распаде атомов урана, тория и некоторых других радиоактивных элементов. Поэтому He накапливается в минералах, подземных водах и газах (см. 9.23). Из монацита и получали He для наполнения дирижаблей. Кроме того, в Германии He добывали из воды минерального источника Наугейм, дававшего до 70 м³ газа в сутки.

Жидкий гелий – самая холодная из всех известных жидкостей. Ее температура кипения – 269° С.

5.84. САМОЕ ТУГОПЛАВКОЕ ВЕЩЕСТВО

Это неорганический полимер, сополимер карбидов гафния и титана состава (HfC∙4TiC)_n. Он начинает плавиться только при 4215°C! Среди металлов самым тугоплавким остается вольфрам W (температура плавления 3387°C).

5.85. ВОДОРОДНАЯ ДИВЕРСИЯ

Давно известно свойство водорода резко усиливать коррозию металлов и сплавов: это вещество чрезвычайно агрессивно, особенно когда его атомы отщепляют свой единственный электрон и превращаются в положительно заряженные ионы – протоны H⁺. В сто тысяч раз меньшие по размерам, чем любые другие катионы, протоны легко проникают в мельчайшие, едва зарождающиеся трещины и, соединяясь со свободными электронами, переходят снова в молекулярное состояние. Образовавшийся водород H₂ расширяет трещины подобно клиньям. Как избавиться от этого вредного явления?

Если в состав металла или смазки входит медь Cu, то тончайшая пленка металлической меди, образующаяся на поверхности трущихся деталей, препятствует развитию коррозии: металлическая медь не пропускает ионов водорода. Поэтому рекомендуется натирать детали составом, содержащим хлорид меди CuCl₂ и глицерин CH(OH)(CH₂OH)₂: пленка меди при этом становится плотнее. Другой способ – приработка трущихся поверхностей в присутствии металлсодержащих смазок, содержащих молибден Mo, бор В, кобальт Со, ванадий V и другие металлы.

5.86. НЕГОДНЫЙ КОНТЕЙНЕР

Палладий, казалось бы, прочный металл из семейства платины, но удержать в нем водород не удастся. Водород будет растворяться в металлическом палладии Pd. При комнатной температуре 1 см³ палладия в состоянии поглотить около 800 см³ (0,8 л) водорода. Сосуд при этом будет разбухать и давать трещины. Если же сосуд с водородом нагревать, то водород начнет протекать через трещины как вода сквозь решето. При 240° C за одну минуту 1 см² стенки палладиевого сосуда толщиной 1 мм пропустит до 40 см³ водорода. Чем выше температура, тем больше проницаемость палладия для водорода (см. 4.52).

5.87. ИСКРЯЩИЙСЯ КРИСТАЛЛ

Какое вещество искрится при кристаллизации?

Чтобы наблюдать это явление, надо смешать сульфаты калия K₂SO₄ и натрия Na₂SO₄ в молярных количествах, отвечающих реакции

Na₂SO₄ + 2K₂SO₄ + 10H₂O = Na₂SO₄∙2K₂SO₄∙10H₂O,

и затем к полученной смеси кристаллических солей добавлять порциями горячую воду. Когда все кристаллы растворятся, раствор следует оставить в темноте для охлаждения и кристаллизации. Скоро раствор, начнет искриться, при 60°С – слабо, а по мере охлаждения – все сильнее и сильнее. Когда кристаллов Na₂SO4∙K₂SO4∙10H₂O выпадет много, вы увидите целый сноп искр.

Если провести стеклянной палочкой по кристаллам, находящимся под маточным раствором, то снова появляются искры.

Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации соли выделяется большая энергия, почти полностью превращающаяся в световую.

5.88. БИБЛЕЙСКОЕ ЧУДО

Как описано в Библии (Дан. V, 26, 28), во время пира вавилонского царя Валтасара на стене дворца появилась рука, написавшая непонятные присутствовавшим слова: «Мене, мене, текел, упарсин». Иудейский пророк Даниил, расшифровав эти слова, предсказал гибель Валтасара, что вскоре и произошло.

Если растворить белый фосфор в дисульфиде углерода CS₂ (см. 1.30) и полученным концентрированным раствором нарисовать на мраморной стене руку, а за ней – слова, то можно наблюдать сцену, подобную пересказанной в Библии. Раствор фосфора в дисульфиде углерода бесцветен, поэтому рисунка сначала не видно. По мере испарения CS₂ белый фосфор выделяется в виде мельчайших частиц, которые начинают светиться и, наконец, вспыхивают – самовозгораются:

P₄ + 5O₂ = P₄О₁₀;

при сгорании фосфора рисунок и надпись исчезают; продукт горения – декаоксид тетрафосфора P₄O₁₀ – переходит в парообразное состояние и с влагой воздуха дает ортофосфорную кислоту:

Р₄O₁₀ + 6Н₂О = 4Н₃РО₄,

которая наблюдается в виде небольшого облачка сизого тумана, постепенно рассеивающегося в воздухе.

Можно добавить небольшое количество белого фосфора в застывающий расплав воска или парафина. Если куском застывшей смеси сделать надпись на стене, то в сумерках и ночью можно ее увидеть Светящейся. Воск и парафин защищают фосфор от быстрого окисления и увеличивают продолжительность его свечения.

5.89. КУСТ МОИСЕЯ

Однажды, как рассказывает Библия (Исх. III, I), пророк Моисей пас овец и увидел, «что терновый куст горит огнем, но не сгорает».

Среди синайских песков растет кустарник диптам, который в тех местах зовут «кустом Моисея». В 1960 г. польские ученые вырастили это растение в заповеднике, и в один из жарких летних дней оно действительно «загорелось» голубовато-красным пламенем, оставаясь при этом само невредимым. Исследования показали, что кустарник диптам выделяет летучие эфирные масла. В тихую безветренную погоду концентрация этих легколетучих масел в воздухе вокруг куста резко увеличивается; под действием прямого солнечного света они загораются и быстро сгорают с выделением энергии в основном в форме света. А сам куст остается целым и неповрежденным.

Легковоспламеняющихся веществ такого рода известно много. Так, дисульфид углерода CS₂ (в обычных условиях это бесцветная, очень летучая жидкость) в виде паров легко воспламеняется от любого нагретого предмета и сгорает светло-синим пламенем с такой низкой температурой, что в нем не обугливается бумага (см. 1.30).

5.90. ГОРЬКИЙ ИСТОЧНИК

Израильтяне под предводительством Моисея переходили безводную пустыню Сур. Измученные жаждой, они с трудом добрались до местечка Мерр, но обнаружили, что вода здесь горькая и пить ее невозможно. «И возроптали они на Моисея…» (Библия, Исх. XIV, 5–21). Но Бог повелел пророку бросить в воду растущее вблизи дерево. И – чудо! – вода стала пригодной для питья!

В окрестностях Meppa и сегодня существует горький источник: вода его насыщена сульфатом кальция CaSO₄. Рядом с источником растет кустарниковое дерево эльвах, соки которого содержат большое количество щавелевой кислоты H₂C₂O₄ в виде ее солей KHC₂O₄, K₂C₂O₄ (гидрооксалата и оксалата калия). Местное население перед использованием воды бросает в нее ветки кустарника, и она теряет свою горечь, так как оксалаты, попадая в воду, осаждают из нее оксалат кальция; CaC₂O₄ – менее растворимый, чем сульфат кальция:

KHC₂O₄ + CaSO₄ = CaC₂O₄↓ + KHSO₄.

Второй продукт реакции – гидросульфат калия, концентрация которого в воде крайне мала, – поглощается (сорбируется) корой кустарника.

5.91. ОРАНЖЕВЫЙ СВЕТ

Фокусник слил в сосуд два бесцветных раствора и как только смесь начала пениться, погасил свет. Зрители увидели отчетливое оранжевое свечение.

Фокусник прилил к водному раствору гидрохинона C₆H₄(OH)₂, дополнительно содержавшему карбонат калия K₂CO₃ и формальдегид НСНО, концентрированный водный раствор пероксида водорода H₂O₂. В сосуде начались окислительно-восстановительные реакции с превращением гидрохинона в хинон C₆H₄(O)₂ и формальдегида в муравьиную кислоту НСООН. Одновременно протекала реакция взаимодействия K₂CO₃ с образующейся муравьиной кислотой; при это выделялся газообразный диоксид углерода CO₂, который вспенивал раствор:

HCHO + H₂O₂ = НСООН + H₂O

K₂CO₃ + 2НСOOН = 2НСOOК + CO₂↑ + H₂O

Энергия, выделяющаяся в окислительно-восстановительных реакциях, почти полностью превращается в световую, чем и обусловлено оранжевое свечение раствора.

6. НЕОБЫЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ.

ХИМИЧЕСКИЕ КУРЬЕЗЫ

В сущности, любая химическая реакция уже необычна и таинственна как сама жизнь. Разве можно привыкнуть к тому, что одно вещество превращается в другое? И все же многие из таких превращений стали обыденными: сталкиваясь с ними ежедневно, мы уже над ними не задумываемся. Другие же превращения по-прежнему удивляют и поражают воображение. Речь в этом разделе пойдет и о курьезах, которые позволяют химикам проявить присущее им чувство юмора.

6.1. ДЬЯВОЛЬСКОЕ НАВАЖДЕНИЕ

Шел XVII век. Монастырь. Молодому монаху было поручено приготовить красную краску «скарлет». В соответствии с рецептом он взял водный раствор нитрата ртути Hg(NO₃)₂ и прилил к нему раствор иодида калия KI. Монах увидел, как раствор сначала стал красным, а затем прозрачным и бесцветным. Никакого красного осадка «скарлета» не образовалось. Объяснив происшедшее «дьявольским наваждением», монах бросил работу и стал молиться.

Красный осадок иодида ртути (краска «скарлет»), малорастворимый в воде, образуется только при смешивании строго стехиометрических количеств реагентов, отвечающих реакций

Hg(NO₃)₂ + 2KI = HgI₂↓ + 2KNO₃.

Вероятно, монах вылил в сосуд с раствором нитрата ртути весь раствор иодида калия, рассчитанный на несколько синтезов. Поэтому образовавшийся вначале осадок иодида ртути HgI₂ стал тотчас же взаимодействовать с избытком иодида калия, образуя прозрачный раствор тетраиодомеркурата калия (см. 5.80):

HgI₂ + 2KI = K₂[HgI₄].

6.2. КРИМИНАЛЬНАЯ ИСТОРИЯ C ЦИАНИДОМ КАЛИЯ

Однажды лаборант, вынув из сейфа банку с сильнейшим ядом – цианидом калия KCN, обнаружил, что крышка не закрыта, характерный слабый запах миндаля исчез, а объем содержимого банки несколько увеличился. Анализ показал, что в банке почти не осталось цианида калия.

В пропаже цианида калия «виноваты» диоксид углерода СО, (углекислый газ) и влага, которые всегда содержатся в атмосферном воздухе. Кристаллы цианида калия в открытой банке долго были в контакте с воздухом, гигроскопичный KCN поглощал влагу из воздуха и подвергался гидролизу:

KCN + H₂O ↔ HCN + КОН.

Продукт гидролиза – гидроксид калия – вступал в реакцию взаимодействия с CO₂:

KOH + CO₂ = KHCO₃,

а легколетучий циановодород HCN выделялся в газообразном состоянии. Общая реакция взаимодействия KCN с воздухом:

KCN + H₂O + CO₂ = KHCO₃ + HCN↑.

Добавим, что HCN в воздухе постепенно окислялся:

4HCN + 5O₂ = 2Н₂O + 4СO₂↑ + 2N₂↑

и терял свою токсичность, а кислород воздуха действовал на оставшийся цианид калия и медленно превращал его в цианат калия:

2KCN + O₂ = 2KNCO.

Если бы воздух был слишком влажен, то в присутствии большого количества влаги могла бы произойти еще одна реакция, обусловленная разрывом связей углерод – азот в цианид-ионах:

KCN + 2Н₂O = HCOOK + NH₃↑

с получением формиата калия HCOOK и аммиака NH₃.

6.3. ТАЙНА ЗОЛОТОГО КОЛЬЦА

У работницы химического цеха соскочило с пальца золотое кольцо и упало в аппарат с раствором цианида натрия NaCN. Сразу достать его не удалось, а на следующий день кольца в аппарате не нашли. Куда оно исчезло?

Золото взаимодействует с цианидом натрия в водном растворе в присутствии кислорода воздуха, превращаясь в дицианоаурат натрия:

4Au + 8NaCN + 2Н₂O + O₂ = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH.

Дицианоаурат натрия – хорошо растворимое бесцветное кристаллическое вещество. Приведенная реакция и является причиной исчезновения кольца.

В 1844 г. русский инженер Багратион (см. 5.22) предложил использовать эту реакцию для извлечения золота из бедных месторождений. После обработки золотоносной породы водным раствором NaCN с продувкой воздуха получают раствор Na[Au(CN)₂], в который затем добавляют избыток цинковой пыли:

2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au↓.

Осадок смеси золота и цинка промывают разбавленной хлороводородной кислотой, переводящей цинк в хлорид цинка:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑.

После удаления раствора и промывки осадок представляет собой чистое золото (см. 10.13).

6.4. НЕЗАДАЧЛИВЫЙ ЛАБОРАНТ

У начинающего лаборанта приключилась целая серия неудач: поставил он в сушильный шкаф вещество, включил нагрев… приходит, открывает шкаф, а там – пустая чашка, вещества как не бывало. Решил он перекристаллизовать соль, стал добавлять ее к кипящей воде, израсходовал все запасы соли, а насыщенного раствора так и не получил. Стал охлаждать раствор, но кристаллы так и нс выпали. Отчаявшись, выпарил раствор досуха и… увидел пустую чашку.

Вещество, без остатка разложившееся в сушильном шкафу, – это, вероятно, был гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃, который даже при комнатной температуре разлагается, а все продукты его разложения газообразны:

NH₄HCO₃ = NH₃↑ + H₂O↑ + CO₂↑.

Особенно быстро идет разложение в присутствии следов влаги и при нагревании (см. 5.4).

Соль, которую не удалось перекристаллизовать, – нитрит аммония NH₄NO₂. При нагревании раствора этого вещества в воде идет разложение:

NH₄NO₂ = N₂↑ + 2Н₂О↑.

Эту реакцию используют в лаборатории для получения чистого азота. Правда, для того чтобы избежать возможного перегрева и взрыва, к нитриту аммония добавляют хлорид аммония NH₄Cl (см. 5.3).

Между прочим, в кипящей воде разложение нитрита аммония с выделением газообразного азота может пройти незамеченным.

6.5. КАРБОНАТ ИЛИ КАРБАМИНАТ?

На экзамене студенту задали вопрос: «Какое вещество образуется при взаимодействии аммиака NH₃ с диоксидом углерода СO₂?» Студент ответил, что продуктом реакции будет карбонат аммония (NH₄)₂CO₃, однако экзаменатор признал ответ неудовлетворительным. Почему?

Карбонат аммония образуется только при взаимодействии аммиака и диоксида углерода в присутствии воды:

2NH₃ + CO₂ + H₂O = (NH₄)₂CO₃.

Сухие же газы реагируют между собой с образованием в обычных условиях карбамината аммония – соли карбаминовой кислоты NH₂COOH:

2NH₃ + CO₂ = (NH₂COO)NH₄.

Если эту реакцию проводить при высокой температуре и большом давлении, то продуктом реакции будет уже карбамид (мочевина):

2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O.

Карбаминат аммония при растворении в воде превращается в карбонат аммония:

(NH₂COO)NH₄ + H₂O = (NH₄)₂CO₃.

Порошок карбоната аммония при стоянии на воздухе в открытых сосудах постепенно выделяет аммиак NH₃ и переходит в гидрокарбонат аммония (см. 6.4):

(NH₄)₂CO₃ = NH₄HCO₃ + NH₃↑.

6.6. БИТВА ЗА АЗОТ

Странное сражение: большинство уступает меньшинству в битве за овладение азотом!

Если действовать хлором Cl₂ на концентрированный водный раствор хлорида аммония NH₄Cl, то в кислой среде при pH < 4 образуется нитрид трихлора Cl₃N, выделяющийся в виде желтых маслянистых, капель, взрывающихся при нагревании или ударе (см. 5.58). В среде, близкой к нейтральной, при pH 5–8, продуктом реакции является хлоримин NHCl₂ – вещество, не выделенное в индивидуальном состоянии и существующее только в растворе в указанном интервале значений водородного показателя. В щелочной среде при pH > 8,5 получается хлорамин NH₂Cl – бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом.

6.7. НЕВЕРОЯТНО, НО ФАКТ

Может ли при добавлении кислоты к раствору соли выделиться гидроксид металла?

На первый взгляд подобное событие кажется совершенно невероятным. Однако вспомним, что гидроксиды некоторых металлов амфотерны и растворимы в избытке щелочи – скажем, гидроксида калия КОН. При этом образуются комплексные соли (гидроксокомплексы) – например, гидроксобериллаты:

Be(OH)₂ + 2KOH = К₂[Ве(ОН)₄].

Это соединение устойчиво только в избытке КОН, а при осторожном подкислении раствора разрушается, образуя осадок гидроксида бериллия Be(OH)₂:

К₂[Ве(ОН)₄] + 2HCl = 2КСl + Be(OH)₂↓ + 2Н₂O.

Правда, дальнейшее действие кислоты будет уже лишено «фантастических» особенностей и укладывается в обычную схему:

гидроксид металла + кислота = соль + вода или

Be(OH)₂ + 2HCl = BeCl₂ + 2Н₂O.

6.8. ПАТРОНЫ СВЕЖЕГО ВОЗДУХА

Герои романа Жюля Верна «С Земли на Луну» Барбикен и его два спутника во время полета использовали для регенерации кислорода нагревание бертолетовой соли KClO₃, а для поглощения углекислого газа (диоксида углерода CO₂) – гидроксид натрия NaOH. Каким способом сейчас удаляют из воздуха замкнутых помещений (подводные лодки, космические корабли) образующийся при дыхании людей углекислый газ?

Разложение при нагревании триоксохлората калия KClO₃ (бертолетовой соли) протекает с выделением кислорода O₂:

2КСlO₃ = 2КСl + 3O₂↑,

а поглощение диоксида углерода CO₂ (углекислого газа) гидроксидом натрия приводит к образованию карбоната натрия Na₂CO₃:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O.

В современных системах регенерации дыхательного воздуха и удаление CO₂, и возмещение убыли O₂ совмещены в одном процессе, протекающем без энергетических затрат:

2Na₂O₂ + 2СO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂↑,

4NaO₂ + 2СO₂ = 2Na₂CO₃ + 3O₂↑.

В первом случае используют пероксид натрия Na₂O₂, а во втором – надпероксид натрия NaO₂.

6.9. МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ АКТИВНОСТЬ

При взаимодействии активных металлов с разбавленными кислотами выделяется водород:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑.

Могут ли менее активные металлы, такие как ртуть или медь, вытеснять из кислот водород?