Текст книги "Занимательная химия"

Автор книги: Владимир Рюмин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 13 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

Переливание… вверх

Всегда ли переливаемое вещество льется сверху вниз? Мы так привыкли переливать жидкости, которые во много раз тяжелее воздуха, что нам и в голову не приходит ставить подобный вопрос. А между тем, подумав, вы сами легко сообразите, что нельзя из пробирки с водородом перелить этот газ в другую пробирку тем же приемом, какой мы применяем при переливании воды. В этом случае придется как раз обратно – переливать из нижней пробирки в верхнюю.

Наполнив под водой одну из пробирок водородом, берем другую «пустую», то есть наполненную воздухом, и, держа последнюю отверстием вниз, ставим ее рядом с первой. Теперь пробирку с водородом быстро переворачиваем вверх отверстием так, чтобы оно пришлось как раз под отверстием второй пробирки (рис. 12). Если опыт удался, легкая вспышка при приближении второй пробирки к пламени спиртовой лампы покажет нам, что водород «перелился» в нее из первой пробирки. Известный навык, требующийся для такого опыта, приобретается после двух-трех упражнений.

Рис. 12. Переливание вверх

Мыльные пузыри

Обратили ли вы внимание, что мыльные пузыри зимой поднимаются вверх, а летом падают вниз? Это происходит оттого, что теплый воздух легче холодного и зимой разница между температурой воздуха в комнате (особенно вблизи окон) и выдыхаемого вами в пузырь достаточна, чтобы преодолеть тяжесть его оболочки. Наполняя мыльные пузыри водородом, можно увидеть их летящими ввысь и в самый жаркий летний день. Как бы тепел и легок ни был летний воздух, он все же тяжелее водорода. Чтобы получить пузыри величиной с крупное антоновское яблоко, возьмите совершенно чистое, так называемое марсельское мыло, изготавливаемое из оливкового масла, настрогайте его перочинным ножом мелкими стружками и растворите в воде, добавив потом к ней глицерина. Мыла и глицерина возьмите поровну (например, по 5 граммов), а дистиллированной или мягкой дождевой воды вчетверо больше (20 граммов). Всыпав мыло в пузырек и залив водою, оставьте стоять на сутки, потом долейте глицерином и, хорошо взболтав, дайте смеси постоять еще сутки. Такая смесь будет вам служить долго; для опытов же ее достаточно брать каждый раз по 1 чайной ложке.

Укрепив в отверстии газоотводной трубки прибора для добывания водорода соломинку с расщепленными концами, легко научиться при ее помощи выдувать крупные пузыри. Надо только несколько изменить газоотводную трубку, надев на ее конец отрезок резиновой, а в другой конец последней вставив стеклянную трубку с оттянутым концом. Сжимая резиновую трубку пальцами, можно регулировать быстроту выдувания. Пузыри поднимаются в комнате до самого потолка, а на открытом воздухе в безветренную погоду улетают так высоко, что скрываются из глаз.

Рис. 13. Взрыв мыльного пузыря

Можете привязанным к палке горящим огарком подорвать в полете и такой «мыльный аэростат». Только не забывайте о близости прибора для получения водорода! Налив мыльную воду в глубокую тарелку и погрузив в нее конец газоотводной трубки, получите целую гору мыльной пены. Если отнести тарелку подальше от прибора с водородом, можно взорвать пену.

Загадочный фонтан

«Ого, какое сложное сооружение!» Согласен, сооружение внушительное, но не такое уж сложное, как кажется.

Длинной резиновой трубкой я соединяю наш аппарат для получения водорода с горлом бутылки, дно у которой отрезано. Образовавшимся стеклянным цилиндром прикрыт пористый глиняный сосуд от гальванического элемента, поставленный дном вверх на круглую стеклянную пластинку с отверстием в центре (рис. 14). Длинная стеклянная трубка, состоящая из двух отдельных отрезков, соединенных резиновой трубочкой, выходит верхним концом в пористый сосуд, а нижним пропущена через пробку двугорлой банки. Все это устройство поддерживается металлической штангой с зажимом. Склянка налита водой; из ее второго горла выступает стеклянная трубка с оттянутым концом; нижний конец ее опущен почти до дна склянки. Все щели и зазоры соединений плотно замазаны замазкой.

Рис. 14. Фонтан

Пока я объяснял вам устройство прибора, я все время сжимал пальцами резиновую трубочку, соединяющую длинные вертикальные стеклянные трубки. Отойдите подальше, чтобы вас не облило водою; я опускаю руку, и… каков фонтан! Он бьет из узкого отверстия левой трубки на высоту чуть ли не целого метра. Зажав вновь резиновую трубочку, я останавливаю фонтан; отпустив опять, даю ему бить. Не будем, впрочем, увлекаться этим зрелищем и прекратим получение водорода; он в данном случае выходит прямо на воздух, а вы знаете, как опасна такая смесь. Откроем окно, чтобы очистить в комнате воздух, и разберем прибор на части. Этот опыт основан на диффузии (проникновении) водорода через пористые стенки глиняного сосуда. Оттуда газ проходит в двугорлую склянку и давит на воду, заставляя ее бить высоким фонтаном.

Из желтого в зеленое без прибавления синего

Раз уже у нас идет речь о водороде и под руками имеется кальций, покажу вам еще один опыт. Он не особенно эффектен, но поучителен. В стакане – красно-желтый раствор хлорного железа. Как превратить его цвет в зеленый, не приливая к нему синей краски? Бросаем в стакан кусочек кальция; выделяется водород, и жидкость постепенно зеленеет. Это очень важная в химии реакция восстановления, противоположная реакции окисления. Не будем пока на ней останавливаться, но в дальнейшем я еще напомню вам об этом опыте. Он поможет нам отчасти выяснить тайну строения окружающих нас веществ.

«Последний перманентный газ»

В XIX веке газы делились на перманентные (постоянные) и сгущаемые в жидкость. Одним из перманентных был и водород. В 1877 году Кальете и Пикте доказали, что всякий газ должен сгуститься в жидкость, лишь бы удалось охладить его ниже его «критической» температуры, при которой и выше которой он никаким давлением сгущен быть не может. Вслед за ними Врублевский и Ольшевский доказали это положение, обратив в жидкости кислород, азот и окись углерода, а Дюар – сгустив водород.

Но в 1895 году был открыт новый газ – гелий, неизвестный во времена Дюара. Как ни велики были достижения Дюара, давшие возможность получать твердую углекислоту («сухой лед») и кислород из воздуха, путем удаления из жидкого воздуха азота выпариванием при несколько высшей температуре, гелий долгие годы никому не удавалось сгустить. Неужели были правы ученые прежних лет? Неужели гелий действительно перманентный газ? Даже при —268 °C он оставался газом. Почти три десятилетия гелий истощал терпение ученых, не желая подчиниться общему для всех газов закону.

Только в 1922 году удалось, наконец, Камерлингу Онесу, доведшему понижение температуры до —268,8 °C, сгустить этот «последний перманентный газ». Кезанг при – 271,9 °C заморозил гелий в твердое, абсолютно прозрачное тело. Это произошло в 1926 году. Камерлингу Онесу не удалось дожить до этого дня, он умер несколькими месяцами раньше. О гелии, об интересном пути его открытия, нам еще придется сказать в дальнейшем. Это легчаишии из газов, за исключением водорода, и идет он на наполнение дирижаблей, так как он не горюч и не взрывается в смеси с воздухом. Им же наполняют газосветные лампы, сигнализирующие сквозь туман. При прохождении через гелий тока такая лампа светит красным светом.

Глава 4
Газ разнообразного применения

Это уже отчасти знакомый вам хлор. Выйдемте в сад, и я ближе познакомлю вас с этим газом, так как, добывая его в комнате, мы рискуем очутиться в положении одного химика-дилетанта, который своими опытами переполошил всех жильцов многоэтажного дома. Чтобы самому экспериментатору не стать жертвой газа, лучше, делая опыты, дышать через платок, смоченный раствором гипосульфита натрия. Техники так и зовут его «антихлором», применяя для удаления следов хлора из отбеливаемых последним пряжи, тканей и бумажной массы.

Вообще, надо заметить, что хлор задолго до использования в военном деле готовился в больших количествах для различных технических целей, а опыт войны привел к применению хлора в земледелии для избавления растений от вредителей. Им же проводится и обезвреживание бактерий – в виде белильной извести и хлорной воды этот газ является испытанным дезинфекционным средством. В конце XIX века медики научились дезинфицировать им живой организм человека. Оказывается, что если вдыхание воздуха, содержащего достаточную примесь хлора, вызывает удушье и даже смерть, то воздух с очень ничтожным содержанием хлора вылечивает от гриппа и других болезней дыхательных путей, убивая болезнетворных микробов, но не разрушая тканей организма.

Но самое любопытное, что хлор, будучи сам боевым газом, служит средством защиты от действия еще более страшного, чем он, газа иприта (горчичного газа). Иприт – это тоже одно из сложных производных хлора. Не испугайтесь его научного названия: дихлордиэтилсульфид. Химик, впервые его открывший, писал о нем: «Поразительно, как вещество, с виду такое безобидное, малолетучее, почти нерастворимое в воде, со слабым запахом, с совершенно нейтральной реакцией и с химической структурой, при которой совершенно нельзя предполагать столь опасных свойств, – оказывает такое сильное действие». А надо отдать должное, действие иприта чрезвычайно сильное. Тяжелые ожоги кожи, трудно заживающие, гноящиеся язвы, гнойное воспаление легких, слепота, бронхит, лихорадка, наконец, смерть – таковы последствия отравления ипритом. Эта маслянистая бесцветная жидкость, разлитая на каком-либо пространстве, может держаться в почве в течение месяцев, делая местность необитаемой. Средство его обеззараживания – нейтрализация иприта хлором. Как тут не вспомнить пословицу: «Клин клином вышибают!» Попутно скажу, что еще ужаснее иприта другое сложное производное хлора, мышьяка, углерода и водорода – люизит, хотя не испытанный на полях сражения, но когда-то практиковавшийся для «бескровного» разгона демонстраций. Его называют «смертельной росой». Подсчитано, что 50 аэропланов, несущих начиненные люизитом бомбы, могут уничтожить все население Нью-Йорка…

Что одно и то же вещество может являться и ядом, и лекарством, химикам давно известно. Такие страшные яды, как мышьяк, стрихнин, синильная кислота и прочие, раньше применялись в медицине. И даже иприт в определенной дозе и смеси испытывался в качестве средства для лечения туберкулеза. Начальник химической службы США сказал, что со времени изобретения пороха ничто не внесло таких изменений в способы ведения войны, как отравляющие вещества. С момента, когда действие этих веществ не станет зависимо от погоды, методы войны резко изменятся. Одежда бойцов должна стать газонепроницаемой, пища – исключительно консервированной, тяга – исключительно механической, убежища должны иметь приток кислорода и пр. и пр. Страшная вещь ураганный артиллерийский обстрел!.. А знаете, какой незначительный эффект он дает в сравнении с количеством выпущенного металла?

Вот цифры: длительный обстрел 25 ООО снарядов дал 2 убитых и 25 раненых, столько же снарядов с отравляющими веществами вывели из строя 300 человек. Трудно, конечно, сказать, какие именно отравляющие вещества путем газовых атак и «химических» бомб, сбрасываемых с аэропланов, применят державы в подготавливаемых ими войнах. Одно несомненно – что учиться защите от отравления «военным газом» должен каждый из нас. Одна из лучших мер – противогаз, то есть защитная маска и костюм. Надев их, человек дышит через вещества, связывающие химически отравляющие вещества, следовательно, обезвреживающие их, и тем защищает легкие и кожные покровы. Теперь уже выработаны и универсальные противогазы, позволяющие свыше часа оставаться в атмосфере, в которой моментально гибнет всякое живое существо.

Итак, аппарат для получения хлора мною уже собран и готов для использования. Он несложен и состоит из колбы с воронкой и газоотводной трубкой, опущенной прямо на дно стеклянного цилиндра для сбора газа. Цилиндр сверху прикрыт куском картона с отверстием для трубки. Хлор в два с половиной раза тяжелее воздуха, так что его можно, в особенности на открытом воздухе, собирать таким упрощенным способом. В воде же он хорошо растворяется, – в холодной лучше, чем в горячей. Поэтому если собирать его под водою, как мы это делали с водородом, то воду надо брать как можно более горячей, хотя при этом трудно избежать лопания сосудов для сбора газа.

В колбе находится тесто из перекиси марганца с соляной кислотой. Колба стоит на треножнике, покрытом проволочной сеткой из асбеста (для равномерного нагревания колбы), под которую я поставил спиртовую лампочку. Нагревать надо не очень сильно. Зажигаю спирт, и реакция начинается. Замечаете, как желтеет воздух в колбе? Богатая кислородом перекись марганца отдает его соляной кислоте, отнимая от нее водород. Марганец же при обменной реакции поглощает хлор, обращаясь в хлористый марганец, но так как всего выделяющегося при этом хлора он связать не может, то часть газа остается в свободном состоянии. Этот зеленовато-желтый газ, постепенно вытесняющий воздух из колбы и цилиндра, и есть хлор. Вы, вероятно, уже чувствуете его запах, так как он наполнил сборный сосуд и начал переливаться через край. У меня под рукой несколько таких цилиндров. Заменяю цилиндр, наполненный хлором, новым, а первый прикрываю куском стекла.

Хлор и Фарадей

Я думаю, что имя Майкла Фарадея вам знакомо? Он стал основателем электротехники, открыв «превращение магнетизма в электричество», то есть возникновение тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Это привело к изобретению динамо-машины[10]10
  Динамо-машина, или динамо, – устаревшее название генератора, служащего для выработки постоянного электрического тока из механической работы. Динамо-машина была первым электрическим генератором, который стал применяться в промышленности. В дальнейшем ее вытеснили генераторы переменного тока. В настоящее время термин «динамо» используется в основном для обозначения небольшого велосипедного генератора.


[Закрыть], преобразующей механическую энергию в электрический ток высокого напряжения. Но Фарадей, что не все знают, был не только электриком, но и одним из крупнейших химиков своего времени. В частности, он первый доказал, что хлор может быть сгущен в жидкость.

Фарадею, когда он работал над сгущением хлора, пришлось выслушать нотацию от одного из ученых, зашедших в лабораторию. «Молодой человек, надо чище мыть химическую посуду, у вас внутри трубки я вижу какие-то жирные капли. Перекись марганца можно заменить марганцево-калиевой солью; тогда и нагревать не нужно». Фарадей промолчал, но на другой день послал своему критику записку: «То, что вы сочли грязью, был жидкий хлор». А ученый и не подозревал, что хлор может быть сгущен в жидкость.

Хлор, цветы и цвета

Сорвите, пожалуйста, вон ту прекрасную розу и пару-другую каких-либо ярко окрашенных цветов. Обрызгиваю их из пульверизатора водой (для растворения хлора) и опускаю в сосуд с хлором. Куда делась их чудная окраска? Смотрите, как они побледнели, какими стали некрасивыми. Бросаю в тот же цилиндр несколько ярких кусочков ткани, тоже увлажнив их предварительно. Они обесцвечиваются. Во второй цилиндр лью одну за другой жидкости разных цветов, подкрашенные растительными и искусственными органическими красками; туда же вливаю немного чернил из чернильницы и, закрыв отверстие цилиндра стеклом, взбалтываю смесь, пока она не обесцветится. Впрочем, с обесцвечивающей способностью хлора мы с вами уже знакомы: мы пользовались ею в опытах-фокусах, с которых начали нашу беседу. Только тогда мы брали не газообразный хлор, а его раствор в воде – хлорную воду. Ее легко приготовить. Погрузим трубку, отводящую газ из колбы, в сосуд с холодной водой, например в перевернутую реторту (рис. 15).

Рис. 15. Получение хлорной воды

Желтоватые пузырьки газа исчезают, не дойдя до поверхности воды: газ успевает раньше раствориться. Хлорная вода белит не хуже хлора (повторите опыт обесцвечивания цветов и красок); однако в заводской практике для беления не всегда можно пользоваться газообразным хлором или его водяным раствором. Чаще для беления, а также для дезинфекции хлор берут в виде хлорной извести. В ней он связан химически, но связь эта непрочна, хлор из нее легко выделяется; оттого-то белильная известь и имеет его запах. Хлорную известь можно достать готовой; поэтому для химических фокусов, основанных на обесцвечивании хлором, вам нет надобности самим ее готовить, как мы это делаем сейчас, а можно заменить ее водой, настоянной на белильной извести. Кстати, ее белящее действие вдвое сильнее, чем у газообразного хлора. Курьез заключается в том, что хлор не сам белит краски, – их обесцвечивает кислород, выделению которого в свободном состоянии способствует хлор. Сам же хлор является сильным разрушителем волокон пряжи и тканей. Оттого-то на предприятиях отбеленные хлором изделия отмываются раствором гипосульфита, как мы уже о том говорили. Вы заметили, как желтеют листы очень старых газет, какой ломкой становится бумага, на которой они напечатаны? Это результат отбеливания хлором бумажной массы.

Окраска хлором в синий цвет

Хлором можно не только белить, но и красить. При помощи хлора бесцветное можно сделать цветным. В пробирке, которую я держу в руке, бесцветный жидкий клейстер. Опускаю в пробирку газоотводную трубку от прибора для получения хлора, – газ проходит через раствор, но не поднимается выше его уровня, раствор же, как видите, приобретает красивый фиолетово-синий цвет. Клейстер был мною сварен из крахмала в растворе йодистого калия. Из этого последнего хлор вытеснил йод, который с крахмалом дает темно-синее окрашивание. Попутно замечу, что это очень чувствительная реакция на крахмал и (в упрощенном виде, когда берется прямо готовая настойка йода) служит она для нахождения крахмала в качестве подмеси к творогу, какао, колбасам и пр. Не забудьте об этой реакции: она еще послужит нам для одной химической шутки за чайным столом.

Окраска хлором в красный цвет

Многие, даже красильные мастера, вообще не слышали, что хлором можно красить, но изучавшие химию знают, что он выделяет йод из соединений последнего и что йод окрашивает крахмал в синий цвет. Но даже и они не все знакомы с фактом, что хлором можно красить и в красный цвет. Как это делается, сейчас покажу.

Йод – элемент группы хлора, твердое тело. Его спиртовой раствор – обычное средство лечения порезов, опухолей и др. Беру один из стеклянных цилиндров с хлором и отливаю из него немного газа в другой, пустой (то есть наполненный воздухом) цилиндр. Прикрываю последний сверху стеклом и несколько раз переворачиваю его вверх и вниз, чтобы хлор хорошенько смешался с воздухом. Обратите внимание, что хлора было взято так мало, что смесь газов осталась бесцветной. Опускаю в цилиндр влажную полоску фильтровальной бумаги и вынимаю ее оттуда окрашенной в розовый цвет. Повторяю опыт, прилив немного больше хлора, – бумажка принимает интенсивно красную окраску. Бумагу я увлажнял раствором бромистого калия, к которому была прибавлена капля щелочного раствора, флуоресцеина[11]11
  Флуоресцеин (диоксифлуоран) – органическое соединение, флуоресцентный краситель. Обладает сильной желто-зеленой флуоресценцией (отсюда и название).


[Закрыть]. Хлор вытесняет из бромистого калия бром, а бром превращает флуоресцеин в эозин, органический краситель интенсивно-розового цвета, обладающий весьма большой красящей способностью.

Эту его способность мы также используем в свое время для одного забавного химического фокуса. Описанным путем в военное время можно было обнаружить следы хлора в воздухе ранее, чем он дойдет до окопов, и тем предохранить воюющих от опасности отравления, дав им время надеть предохранительные маски.

Еще окраска хлором

Беру пробирку и, налив ее до половины водой, растворяю в ней кристаллик зелено-коричневого безводного хлористого железа. Слабо-зеленоватое окрашивание раствора почти совсем незаметно. Погружаю в пробирку газоотводную трубку от аппарата для добычи хлора и пропускаю некоторое время газ через раствор. Жидкость принимает красно-желтоватый цвет: хлористое железо превратилось в хлорное. Эта реакция противоположна действию водорода на хлорное железо. Хотя в данном случае кислород в реакции не участвовал, она все же относится к реакциям окисления.

Говоря о восстановлении железной соли водородом, я сказал, что она поможет нам выяснить одну из тайн строения веществ. Постараюсь выполнить обещанное. Бром – элемент, относящийся к группе галогенов, красно-бурая жидкость с неприятным запахом. Вся эта группа элементов с водородом дает кислоты, не содержащие кислорода (например, соляная кислота). Железо дает с кислородом два оксида: трехвалентный и двухвалентный. С хлором железо дает тоже два соединения – хлорное и хлористое железо. Тайной же химического строения веществ является то обстоятельство, что элементы соединяются друг с другом в строго определенных весовых отношениях, и когда один из них присоединяется к другому в различных количествах, то эти количества находятся в простых кратных отношениях одно к другому. Так, в воде на одну весовую часть водорода приходится 8 весовых частей кислорода, а в перекиси водорода – 8 х 2, то есть 16.

Пока довольно. Мы ведь решили больше развлекаться занимательными химическими опытами, а выводы из них делать лишь попутно и в небольших «порциях».