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 ложки сахарного 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. Если нитратно-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.
ядеть настоящим колдуном!
Сад химика
"Под небом голубым есть город золотой
С прозрачными воротами и яркою звездой.
А в городе том сад -- все травы да цветы..."
(А. Волохонский и А. Хвостенко)
Висячие сады Семирамиды называли одним из семи чудес света. Чего там только не было, каких диковин из растительного мира!.. Однако точно не было кристаллических растений, которые может вырастить дома любой начинающий химик.
Сатурново дерево называют иногда деревом Парацельса (1493--1541) -- врача-алхимика, основателя фармацевтической химии. Готовя одно из своих лекарств растворением в уксусной кислоте металлического свинца, он задумал добавить еще и ртуть, а потому внес в сосуд кусочки цинка (в те времена многие химические элементы и даже очень распространенные металлы еще не были по-настоящему идентифицированы, и считалось, что цинк содержит много ртути, от этого он такой легкоплавкий). Не имея времени продолжить опыт, Парацельс оставил сосуд на несколько дней, и как же сильно он был поражен, увидав на кусочках цинка блестящие веточки неизвестной природы! Ученый счел, что ртуть, затвердев, вышла из кусочков цинка. Позже красивое "дерево" получило название сатурнова по алхимическому названию свинца: ведь "ствол", "сучья" и "ветки" его состоят из свинца.
Чтобы вырастить сатурново дерево, наливают в высокий стакан или стеклянный цилиндр водный раствор 25--30 г ацетата свинца в 100 мл воды и погружают в него очищенную тонкой наждачной бумагой пластину или стержень из цинка. Можно вместо этого подвесить на нитке несколько кусочков цинка, тоже очищенных наждачной бумагой. С течением времени на цинковой поверхности вырастают ветвистые и блестящие сросшиеся между собой кристаллы свинца. Их появление вызвано реакцией восстановления свинца из соли более активным в химическом отношении металлом цинком.
Парацельсу приписывают и получение кристаллов олова на кусочках цинка -- дерева Юпитера. Чтобы вырастить такое "дерево", в высокий стеклянный сосуд наливают водный раствор 30--40 г хлорида олова SnCl2 в 100 мл воды и погружают цинковую пластинку. Очень быстро на ней вырастает дерево из кристалликов олова черного цвета.
Серебряное деревце Дорфмана получается, если в стеклянный стакан с каплей ртути на дне налить 10%-й водный раствор нитрата серебра AgNO3. Сначала ртуть покрывается серой пленкой амальгамы серебра (сплава ртути с серебром), а через 5--10 секунд на ней начинают очень быстро расти блестящие игольчатые кристаллы серебра. Спустя несколько минут иглы начинают ветвиться, а через час в сосуде вырастает сверкающее серебряное деревце. Здесь очень важно точно соблюсти рекомендованную концентрацию нитрата серебра: при более низком содержании AgNO3 роста кристаллов металлического серебра не наблюдается, а при более высоком -- кристаллизация серебра идет по всей массе раствора без образования ветвистых кристаллов.
Ферроцианидные цветные кустики необычного цвета, похожие то на веточки кораллов, то на заросли джунглей, получаются:
· если в раствор 30--50 г желтой кровяной соли в 1 л воды добавить два-три кристаллика хлорида или сульфата марганца, цинка, никеля;
· если в раствор 100--150 г медного купороса или 30--50 г хлорида никеля в 1 л воды добавить кристаллики красной кровяной соли.
В результате взаимодействия катионов солей с гексацианоферрат-анионами выпадают труднорастворимые осадки, из которых вырастают синие, зеленые, розовые или белые ветвистые "кустики".
Химический "осенний сад" с желтой травой и золотистыми листьями "вырастает", если:
· в раствор 30--50 г хромата калия в 1 л воды добавить кристаллик хлорида бария;
· в раствор 100--150 г нитрата свинца добавить несколько кристалликов хромата калия;
· слить 10%-е растворы нитрата свинца и иодида калия. Осадку иодида свинца дают отстояться, сливают с него жидкость и растворяют в подкисленной уксусной кислотой горячей воде. Медленно охлаждая сосуд с раствором, получают "парящие" в жидкости тончайшие золотистые пластинки кристаллов иодида свинца. Происходит образование желтых нитевидных кристаллов малорастворимых солей -- хромата бария и хромата свинца и золотисто-желтых пластинчатых кристаллов иодида свинца ("осенний сад" в стеклянной банке.
Химический аквариум получается, если в стеклянную банку с водным раствором 1 л жидкого стекла в 0,5--0,7 л воды одновременно из двух стаканов вылить водные растворы сульфата хрома Cr2(SO4)3 и хлорида железа FeCl3, то в банке вырастут силикатные "водоросли" желто-зеленого цвета, которые, причудливо переплетаясь, опускаются сверху вниз. А добавив в банку по каплям раствор медного купороса, мы заселим аквариум "морскими звездами" и "морскими ежами". Рост "водорослей" -- результат кристаллизации соединений железа, меди и хрома -- гидроксидов и гидроксосиликатов, которые образуются в результате обменных реакций.
Чтобы запечатлеть фантастические пейзажи, существует следующий способ. Готовят теплый раствор 2--3 г желатина в 100 мл воды и 10--15%-е водные растворы окрашенных солей (сульфата меди, дихромата калия, нитрата никеля и т.п.). Затем раствор желатина смешивают с десятикратным объемом раствора соли и выливают смесь на обезжиренную стеклянную пластинку. Через пару дней тонкий слой раствора желатина с примесями солей теряет воду, высыхает, и на стекле появляются причудливые узоры из цветных кристаллов
Секретные чернила
"Давно повывелись
в миру чернильницы
и нет лиловых
навзрыд
чернил."
(А. Вознесенский, "Рукопись")
Приходится признать, что некоторые виды чернил или давно исчезли из употребления, или применяются только в таких таинственных целях, как секретная переписка. Для такого рода тайнописи существует много способов, и все они используют секретные или "симпатические" чернила -- бесцветные или слегка окрашенные жидкости. Написанные ими послания становятся видимыми только после нагревания, обработки специальными реактивами или в ультрафиолетовых либо инфракрасных лучах. Известно немало рецептов подобных чернил.
Тайные агенты Ивана Грозного писали свои донесения луковым соком. Буквы становились видимыми при нагревании бумаги. Ленин использовал для тайнописи сок лимона или молоко. Для проявления письма в этих случаях достаточно прогладить бумагу горячим утюгом или подержать ее несколько минут над огнем.
Знаменитая шпионка Мата Хари тоже использовала секретные чернила. Когда она была арестована в Париже, в ее гостиничном номере нашли пузырек с водным раствором хлорида кобальта, что и стало одной из улик при разоблачении ее шпионской деятельности. Хлорид кобальта можно успешно использовать для тайнописи: буквы, написанные его раствором, содержащим в 25 мл воды 1 г соли, совершенно невидимы и проявляются, делаясь синими, при легком нагревании бумаги.
Секретные чернила широко применялись и в России революционерами-подпольщиками. В 1878 году Вера Засулич стреляла в петербургского градоначальника Трепова. Судом присяжных Засулич была оправдана, но жандармы пытались снова арестовать ее при выходе из здания суда. Однако ей удалось скрыться, сообщив заранее своим друзьям о плане побега по окончании суда при любом его решении. Записка с просьбой принести кое-что из одежды содержала на обратной стороне листка информацию, написанную водным раствором хлорида железа FeCl3 (Засулич принимала это вещество как лекарство). Такую записку можно прочесть, обработав ее ватным тампоном, смоченным разбавленным водным раствором тиоцианата калия: все невидимые буквы станут кроваво-красными из-за образования тиоцианатного комплекса железа.
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.
А не попробовать ли и вам, любезные наши читатели, приготовить секретные чернила и написать ими таинственное письмо? Ведь, как утверждает в своих "Лирических одностишиях" наш современник поэт Вл. Вишневский, "Мы в детстве все недоиграли в прятки..."
Светящиеся опыты
Искры под водой
Разве можно поверить тому, что вещество при кристаллизации из водного раствора выделяет под водой сноп искр?
Но попробуйте смешать 108 г сульфата калия K2SO4 и 100 г декагидрата сульфата натрия Na2SO4 . 10H2O (глауберовой соли) и добавить порциями при помешивании немного горячей дистиллированной или кипяченой воды, пока все кристаллы не растворятся.
Раствор оставьте в темноте для охлаждения и кристаллизации двойной соли Na2SO4 . 2K2SO4 . 10H2O.
Как только начнут выделяться кристаллы, раствор будет искриться: при 60 °С слабо, а по мере охлаждения все сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый сноп искр.
Если провести стеклянной палочкой по выделившимся на дне сосуда кристаллам, то снова появятся искры.
Свечение и образование искр вызваны тем, что при кристаллизации двойной соли, которая получается по реакции
2K2SO4 + Na2SO4 + 10H2O = Na2SO4 . 2K2SO4 . 10H2O,
выделяется много энергии, почти полностью превращающейся в световую.
Двойные соли
Двойными называют соли, образованные двумя разными катионами с одним и тем же анионом.
Например, при упаривании водного раствора, содержащего 1 моль сульфата калия K2SO4 и 1 моль сульфата алюминия Al2(SO4)3 выделяется не смесь этих солей, а однородные кристаллы "алюмокалиевых квасцов" - додекагидрата сульфата алюминия-калия KAl(SO4)2. 12 H2O, имеющие характерную октаэдрическую форму.
Двойные соли можно рассматривать как комплексные соединения, существующие только в кристаллическом состоянии. При растворении в воде они полностью распадаются на ионы.
Так, квасцы диссоциируют на катионы калия K+ и гексаакваалюминия [Al(H2O)6]3+, сульфат-ионы SO42-- и молекулы воды:
KAl(SO4)2 . 12 H2O = K+ + [Al(H2O)6]3+ + 2SO42--
Поэтому химическое поведение водных растворов двойных солей не отличается от поведения составляющих их обычных солей.
Квасцы
Квасцы - групповое название двойных солей состава МЭ(SO4)2. 12H2O, где М - калий K, рубидий Rb, цезий Cs, аммоний NH4, а Э - алюминий Al, хром Cr, железо Fe и другие элементы в степени окисления (+III), дающие при диссоциации солей трехзарядные катионы.
Квасцы хорошо растворяются в воде, их водные растворы имеют вяжущий кисловатый вкус и кислую реакцию из-за гидролиза, например:
[Al(H2O)6]3+ + H2O <<здесь знак обратимости >> [Al(H2O)5(OH)]2+ + H3O+
При нагревании квасцы сначала плавятся в содержащейся в них воде, а затем эту воду теряют, образуя безводные соли. Дальнейшее нагревание превращает квасцы в смесь оксидов металлов.
Оранжевый свет
Появление этого удивительного свечения также вызвано почти полным превращением энергии химической реакции в световую.
Чтобы его наблюдать, приливают к насыщенному водному раствору гидрохинона C6H4(OH)2 10-15%-ный раствор карбоната калия K2CO3, формалин - водный раствор формальдегида HCHO и пергидроль - концентрированный раствор пероксида водорода H2O2. Свечение жидкости лучше наблюдать в темноте.
Свечение вызвано окислительно-восстановительными реакциями превращения гидрохинона C6H4(OH)2 в хинон (C6H4)O2, а формальдегида HCHO - в муравьиную кислоту HCOOH:
C6H4(OH)2 + H2O2 = (C6H4)O2 + 2H2O,
HCHO + H2O2 = HCOOH + H2O
Одновременно протекает реакция нейтрализации муравьиной кислоты карбонатом калия с образованием соли - формиата калия HCOOK и выделением диоксида углерода CO2 (углекислого газа), поэтому раствор вспенивается:
2HCOOH + K2CO3 = 2HCOOK + CO2 + H2O