Цветные перлы

Нихромовую или платиновую проволоку от старой термопары сверните "ушком" и, нагрев это ушко в пламени горелки или спиртовки, захватите им немного буры Na₂B₄O₇ · 10H₂O. Поместив проволоку в пламя, расплавьте буру.
Образовавшийся прозрачный бесцветный шарик ("перл") буры погрузите в раствор соли кобальта(II) и снова внесите в пламя. Перл окрашивается в синий цвет.
Если бесцветный перл буры погрузить в раствор соли никеля(II), то в пламени горелки он окрасится в красно-бурый цвет, а после охлаждения станет золотисто-желтым.
Если вместо соли никеля использовать соль хрома(III), получится перл изумрудно-зеленого цвета.
Суть опыта заключается в получении переохлажденных расплавов (стекол), состоящих из метабората натрия NaBO₂, окрашенных примесями метаборатов кобальта, никеля или хрома составов
Co(BO₂)₂, Ni(BO₂)₂ и Cr(BO₂)₃.

Чешуйчатый дракон

Нарисуйте на листе плотной бумаги контур фигуры дракона (или другого сказочного персонажа). Вырежьте бумажную фигурку в двух экземплярах, поместите между двумя слоями бумаги достаточно большой пласт ваты и сшейте обе бумажных фигурки с помощью иголки и белой нитки. Получается объемная заготовка нашего будущего "дракона".
Приготовьте горячий концентрированный раствор, содержащий на 100 мл воды 30 г поваренной соли (хлорида натрия), 50 г сахара (сахарозы), 30 г селитры (нитрата калия) и 30 г мочевины (карбамида). Если какого-нибудь из перечисленных веществ у вас нет, можно обойтись и теми, которые имеются.
Не охлаждая раствора, окуните в него объемную заготовку игрушечного "дракона" так, чтобы жидкость пропитала слой ваты, и подвесьте "дракона" с помощью проволочки над блюдцем, куда сможет стекать избыток раствора.
Когда игрушка высохнет, вы увидите, что "дракон" покрыт блестящей кристаллической "чешуей". Этой игрушкой можно украсить новогоднюю елку.

 

Химический серпентарий, или фараоновы змеи

"Ты знакома с ветхой притчей
Про коварную змею..."
(Г. Гейне, "Книга песен")

В одном из библейских преданий говорится, как пророк Моисей, исчерпав все иные аргументы в споре с фараоном, совершил чудо, превратив жезл в извивающуюся змею... Фараон был посрамлен и напуган, Моисей получил разрешение покинуть Египет, а мир получил очередную загадку.

Шли века и тысячелетия, алхимия постепенно превращалась в науку химию... Наконец, химикам XIX века удалось придумать нечто похожее на чудо "фараоновой змеи".

Тиоцианатная змея Вёлера

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

Дихроматная змея

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

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

Нитратный червяк

В столовую тарелку насыпают 3--4 ложки просеянного речного песка, делают из него горку с углублением в вершине и готовят реакционную смесь, состоящую из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной 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.

Химические диковинки

"Я чудеса творю что день
В капризе прихотливом..."
(Г. Гейне, "Книга песен")

Некоторые химические опыты настолько удивительны, что рассказам химиков о них не верят, пока не убедятся воочию в правоте сказанного. В сущности, любые химические превращения веществ всегда поражают воображение, но среди них есть "чемпионы" по необычности и неожиданности.

Искрящиеся кристаллы

Попробуйте смешать 108 г сульфата калия и 100 г декагидрата сульфата натрия (глауберовой соли) и добавить порциями при помешивании немного горячей кипяченой воды, пока все кристаллы не растворятся. Раствор оставьте в темноте для охлаждения и кристаллизации двойной соли. Как только начнут выделяться кристаллы, раствор будет искриться: при 60 ^oС слабо, а по мере охлаждения все сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый сноп искр. Если провести по выделившимся кристаллам на дне сосуда стеклянной палочкой, то снова появятся искры. Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации двойной соли состава Na₂SO₄ ^. 2K₂SO₄ ^. 10H₂O выделяется много энергии, почти полностью превращающейся в световую.

Оранжевый свет

Это тоже результат почти полного превращения энергии химической реакции в световую. Чтобы его наблюдать, приливают к насыщенному водному раствору гидрохинона 10--15%-й раствор карбоната калия, формалин и пергидроль. Свечение жидкости лучше наблюдать в темноте. Свечение вызвано окислительно-восстановительными реакциями превращения гидрохинона в хинон, а формальдегида -- в муравьиную кислоту. Одновременно протекает реакция нейтрализации муравьиной кислоты с карбонатом калия с выделением углекислого газа, и раствор вспенивается.

Красный осадок белого вещества

Сульфат бария BaSO₄ -- тяжелый белый порошок, нерастворимый в воде. Это известно всем химикам, таким он и описан во всех справочниках и книгах по химии. Но вот вы взяли раствор бесцветного сульфата калия K₂SO₄ с добавкой фиолетового перманганата калия KMnO₄, добавили к нему раствор хлорида бария и, к своему удивлению, обнаружили, что выпал осадок красного цвета. Промывка красного осадка для удаления примеси перманганата калия не дает никакого результата, осадок остается красным. Осадок красного цвета представляет собой не чистый сульфат бария, а твердый раствор KMnO₄ в BaSO₄, где в кристаллической решетке сульфата бария часть сульфат-ионов замещена перманганат-ионами. Ясно, что такой осадок не обесцветится даже при самой тщательно промывке водой.

Облако из колбы

Обыкновенная колба выпускает в пространство целое облако дыма. Вот как это происходит.В большую колбу насыпают кристаллический карбонат калия слоем 1--2 см и осторожно наливают 10%-й водный раствор аммиака в таком количестве, чтобы его слой, покрывающий кристаллы, был не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной кислоты. Из горла колбы вырывается плотная струя густого белого дыма, который под собственной тяжестью сползает по ее наружным стенкам, стелется по поверхности стола и, добравшись до края, хлопьями медленно падает на пол. Появление белого дыма вызвано реакциями:

NH₃ + HCl = NH₄Cl,
K₂CO₃ + 2HCl = 2KCl + CO₂ + H₂O

Аэрозоль (воздушная взвесь мельчайших кристалликов) хлорида аммония, который получается по первой реакции, увлекается из колбы углекислым газом, выделяющимся по второй реакции. Углекислый газ тяжелее воздуха, и поэтому "дым" падает на пол.

Фрукты и овощи на елке

Кроме покупных игрушек, хорошо украсить лесную красавицу самоделками. Подойдут игрушки из яичной скорлупы, бумажные флажки и гирлянды, а также искусственные фрукты и овощи, которые изготовить совсем нетрудно.
Прежде всего надо сварить крахмальный клейстер с антисептическими и противопожарными добавками - иодидом ртути(II) и алюмокалиевыми квасцами KAl(SO₄)₂. Если нет HgI₂, можно воспользоваться небольшим количеством медного купороса CuSO₄ или буры Na₂B₄O₇.
Когда клейстер остынет, в него осторожно на несколько секунд окунают комки ваты. Из ваты, смоченной клейстером, лепят яблоки, груши, огурцы, помидоры и раскладывают их сушить на полиэтиленовую пленку. Просохшие "овощи" и "фрукты" раскрашивают гуашевыми красками, акварелью или фломастером.

Серебро из воды

"Не схимник, а химик
Решает задачи."
(М. Анчаров, "Песня про радость")

Еще один вполне вполне обыденный предмет нашей жизни -- зеркало. Мало кто знает, что зеркала появились задолго до нашей эры; сначала ими служили отполированные до блеска металлические пластинки из золота, серебра, меди и бронзы. Изготовлению зеркал современного типа (на стекле) начало положил в 1858 году немецкий химик Юстус фон Либих.

Обезжирив внутреннюю поверхность колбы раствором соды, Либих промыл ее водой, этиловым спиртом и диэтиловым эфиром, а после этого налил в нее несколько миллилитров 10%-го раствора формальдегида (формалина). Добавив к формалину раствор аммиачного комплекса серебра состава [Ag(NH₃)₂]OH, он осторожно нагрел колбу. Через несколько минут она стала зеркальной. Вместо формалина Юстус Либих использовал для получения "серебряного зеркала" и 10%-й раствор глюкозы. Чтобы приготовить раствор аммиачного комплекса серебра, к водному раствору 1 г нитрата серебра AgNO₃ в 100 мл воды по каплям добавляют 25%-й водный раствор аммиака, пока выпавший вначале осадок оксида серебра Ag₂O не перейдет в раствор в виде комплексной соли. В реакции получения "серебряного зеркала" комплексный серебросодержащий катион восстанавливается до серебра, а формальдегид НСНО окисляется до муравьиной кислоты НСООН:

2[Ag(NH₃)₂]OH + HCHO + 3H₂O = 2Ag + 4NH₃ ^. H₂O + HCOOH.

Реакции, вызывающие образование зеркала, стали позднее использовать для качественного обнаружения в растворе альдегидов и глюкозы, а сам раствор комплексного соединения серебра получил название реактива Толленса по имени немецкого химика Бернгарда-Христиана-Готфрида Толленса, предложившего в 1881 году использовать это соединение в аналитической химии.

Вот такие чудеса можно творить, используя комплексные соединения серебра.

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.

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

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.

Платок-хамелеон

"Прихоти производят разнородные действия во нраве, как лекарства в теле."
(Козьма Прутков, "Мысли и афоризмы")

Рука-волшебница

Растворите в стакане воды две чайные ложки хлорида кобальта, намочите полученным розовым раствором белый хлопчатобумажный платок и высушите его на батарее отопления или нагретым утюгом. Платок станет голубым.
Покажите зрителям голубой платок, а потом скомкайте его, сожмите в руке и несколько раз сильно подуйте на него.
Платок увлажнится и станет бледно-розовым.
Объяснение изменений цвета состоит в том, что при нагревании розовый хлорид гексааквакобальта [Co(H₂O)₆]Cl₂ теряет часть воды и превращается в [Co(H₂O)₄]Cl₂ голубого цвета. При увлажнении две молекулы воды возвращаются на место, и соединение опять становится розовым.

Это эффектное превращение, связанное с образованием и разрушением комплексных солей, позволит вам без труда причислить себя к команде чародеев.

Перья в бриллиантах

Приготовьте горячий концентрированный раствор, содержащий поваренную соль (хлорид натрия) и сахар (сахарозу). Для этого в 50 мл кипящей воды растворите 30 г NaCl и 30 г C₁₂H₂₂O₁₁.
Затем, не охлаждая раствор, окуните в него заготовку "перьев", вырезанную из ватманской бумаги, и предоставьте раствору постепенно принимать комнатную температуру.
После остывания раствора заготовка окажется покрытой бесцветными кристаллами, похожими на драгоценные камни. Чтобы они не осыпались с бумаги, их обрабатывают из аэрозольного баллончика бесцветным лаком для волос.
"Перья" - отличное украшение "мушкетерской" шляпы или новогоднего маскарадного костюма.

Огненная надпись

Она появляется на бумаге при реакции разложения нитрата калия KNO₃. Вот как показывают этот эффектный опыт.
На листе бумаги намечают контурный рисунок и готовят концентрированный раствор нитрата калия. Для этого в 15 мл горячей воды растворяют при перемешивании 20 г KNO₃. Затем с помощью кисточки пропитывают бумагу по контуру рисунка этим раствором, не оставляя пропусков и промежутков.
Когда бумага высохнет, надо коснуться горящей лучинкой какой-нибудь точки на контуре. Тотчас же появится "искра", которая будет медленно двигаться по контуру рисунка, пока не замкнет его полностью.
Почему это происходит?
Вспомним, как разлагается при нагревании нитрат калия KNO₃: он превращается в нитрит калия KNO₂ и выделяет кислород.
От выделяющегося кислорода бумага обугливается и обгорает, а разлагаться начинают следующие, соседние порции кристаллического нитрата калия. Все это производит еще большее впечатление, если в помещении темно.

 

Невероятное исцеление

"Прихоти производят разнородные действия во нраве, как лекарства в теле."
(Козьма Прутков, "Мысли и афоризмы")

Филиппинские лекари прославились умением "вырезать" больные органы без скальпеля и "зашивать" раны без ниток. Что в легендах о филиппинской медицине правда, что выдумка, не будем судить. Лучше попробуем показать зрителям "химическую" хирургию с "живой" и "мертвой" водой.

Химическая хирургия и волшебное исцеление

Для этого эффектного опыта вам потребуются 10%-й раствор хлорида железа FeCl₃ и 5%-е растворы тиоцианата аммония NH₄NCS и фторида натрия NaF. И еще нужен будет доброволец из зрителей, который согласится, чтобы на нем провели демонстрацию медицинского чуда. В крайнем случае экспериментатор может показать опыт на себе самом. Лучше всего для этого подойдет участок кожи на руке от локтевого сгиба до ладони или кисть руки.

Сначала смочите ватку "спиртом" (на самом деле это будет раствор тиоцианата аммония). Потом продезинфицируйте скальпель, не жалея "иода" (в роли иода будет выступать раствор хлорида железа). Вместо настоящего скальпеля можно использовать стеклянную или деревянную палочку. Теперь будем делать "надрез".

Хлорид железа взаимодействует с тиоцианатом аммония с образованием ярко окрашенных комплексных соединений состава [Fe(H₂O)₃(NCS)₃], цвет которых очень похож на цвет крови...

А теперь "заживим рану". Для этого возьмем раствор фторида натрия NaF или фторида калия KF (этот раствор будет играть роль "живой воды") и смажем "рану". Кровь исчезнет, а под ней -- здоровая кожа.Фторидные соли при взаимодействии с тиоцианатными комплексами железа дают очень прочные бесцветные фтороферратные комплексные анионы.

Вот и все. Не забудьте хорошо вымыть "прооперированную" руку водой, чтобы не осталось следов использованных реактивов.

Это эффектное превращение, связанное с образованием и разрушением комплексных солей, позволит вам без труда причислить себя к команде чародеев.

Металл исчезает

"Не схимник, а химик
Решает задачи."
(М. Анчаров, "Песня про радость")

Иногда странным химическим превращениям подвергаются самые обыденные предметы и вещества, казалось бы, досконально нам известные.

Фокусы алюминия

Кто не знает, что алюминиевая посуда служит целыми десятилетиями? Но иногда происходят удивительные вещи: она исчезает буквально на глазах. Возьмем алюминиевую ложку и тщательно очистим ее мелкозернистой наждачной бумагой, а потом обезжирим ее, опустив на 5--10 минут в ацетон. После этого окунем ложку на несколько секунд в раствор нитрата ртути(II) (Осторожно! Соединения ртути ядовиты!), содержащий в 100 мл воды 3,3 г Hg(NO₃)₂. Как только поверхность алюминия в растворе соли ртути станет серой, ложку надо вынуть, обмыть кипяченой водой и высушить, промокая (но не вытирая) фильтровальной или туалетной бумагой. На ваших глазах начнутся чудеса: металлическая ложка постепенно будет превращаться в белые пушистые хлопья, и вскоре от нее останется только невзрачная сероватая кучка "пепла".

Что же произошло? Алюминий -- активный в химическом отношении металл. Обычно он защищен от атмосферного кислорода и влаги тонкой оксидной пленкой на его поверхности. Обработав алюминий солью ртути, мы разрушили защитную пленку. Находясь в растворе нитрата ртути, алюминий вытесняет из соли металлическую ртуть. На очищенной поверхности ложки появляется тонкий слой амальгамы алюминия (сплава алюминия и ртути). Амальгама не защищает поверхность металла, и он превращается в пушистые хлопья метагидроксида алюминия AlO(OH). Израсходованный в этой реакции металл пополняется новыми порциями растворенного в ртути алюминия. И вот вместо блестящей ложки на бумаге остается метагидроксид алюминия и мельчайшие капельки ртути. Если после раствора нитрата ртути алюминиевую ложку сразу же погрузить в дистиллированную воду, то на поверхности металла появятся пузырьки газа и чешуйки белого вещества. Это водород и метагидроксид алюминия.

Медная агрессия

Подобным образом ведет себя алюминий в водном растворе хлорида меди СuCl₂. Попробуйте опустить в этот раствор очищенную и обезжиренную алюминиевую пластинку. Вы увидите образование коричневых хлопьев металлической меди и выделение пузырьков газа. Выделение меди -- это понятно: более активный химически металл алюминий вытесняет медь из ее солей. Но как объяснить выделение газа ? Оказывается, в этом случае тоже разрушается защитная пленка на поверхности алюминия, и он начинает выделять из воды водород и превращаться в метагидроксид алюминия.

Кислота-защитница

Неожиданной защитницей алюминия оказывается концентрированная азотная кислота. Чтобы в этом убедиться, очищенную и обезжиренную алюминиевую проволоку опускают в пробирку, наполненную на треть высоты концентрированной азотной кислотой, а через 5 минут вынимают и ополаскивают водой. Теперь погружают проволоку в другую пробирку с разбавленной (1:1) соляной кислотой. Та часть проволоки, которая побывала в концентрированной азотной кислоте, останется без изменений, а на поверхности остальной (верхней) части проволоки начнется энергичное выделение газа. Идет химическая реакция, алюминий растворяется в кислоте с выделением водорода и AlCl₃. Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, вызывая появление на активных участках его поверхности тончайшей защитной пленки. Он защищает поверхность металла от контакта с соляной кислотой.

Вот такие чудеса можно творить, используя самые обыкновенные вещи и вещества.

 

Люминофоры

На занятиях химического кружка можно приготовить светящиеся составы - люминофоры, или фосфoры. После того, как их подвергнут освещению, они некоторое время продолжают светиться в темноте. Вещества, из которых готовят люминофоры, должны быть предварительно подвергнуты тщательной очистке (например, перекристаллизацией) или иметь высокую квалификацию по чистоте (например, "хч" или "осч" -- "химически чистый" или "особо чистый"). Вот рецепты приготовления некоторых светящихся составов.
Фиолетовое свечение: карбонат кальция (20 г), карбонат магния (1,2 г), сульфат натрия (1,0 г), сульфат калия (1,0 г), сера (6,0 г), сахароза (1,0 г), нитрат висмута(III) (1 мл 0,5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 750-800 °С в течение 45 минут.
Зеленое свечение: карбонат кальция (20 г), сульфат натрия (1,0 г), тетраборат натрия (0,8 г), сера (6,0 г), сахароза (0,8 г), нитрат висмута(III) (1 мл 5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 800-900 °С в течение 15 минут.
Сине-зеленое свечение: карбонат кальция (4 г), карбонат магния (2 г), карбонат стронция (16 г), сульфат натрия (0,8 г), тетраборат натрия (0,5 г), сера (6,0 г), сахароза (0,3 г), нитрат висмута(III) (1 мл 0,5%-ного раствора); растереть в фарфоровой ступке и прокалить при 650-700 °С в течение 60 минут.
Синее свечение: карбонат кальция (4,0 г), карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (1,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (3,0 г), сера (8,0 г), перхлорат аммония (8,0 г), сахароза (1,0 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH₄ClO₄), осторожно смешать с NH₄ClO₄ и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.
Ярко-зеленое свечение: карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (2,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (4,0 г), сера (7,0 г), перхлорат аммония (10,4 г), сахароза (0,8 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH₄ClO₄), осторожно смешать с NH₄ClO₄ и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.
Зеленое свечение: карбонат стронция (2,0 г), карбонат магния (4,0 г), сульфат натрия (2,4 г), оксид цинка (6,0 г), сульфид бария (2,0 г), сера (7,0 г), перхлорат аммония (8,0 г), сахароза (0,8 г); растереть в фарфоровой ступке (без NH₄ClO₄), осторожно смешать с NH₄ClO₄ и прокалить в пламени газовой горелки в течение 15 минут.
Смеси освещают ультрафиолетовыми лучами, после чего будет наблюдаться их свечение в темноте.

Искусственные драгоценности

Попробуйте изготовить сувениры к празднику - искусственные самоцветы.
В пламени газовой горелки разогрейте, а потом растяните тонкую стеклянную трубочку в стеклянную нить. Затем эту нить надо погрузить в пробирку с раствором нитрата кобальта(II), после чего внести ее в горячую зону пламени горелки.
Нить превращается в стеклянный шарик синего цвета, похожий на сапфир. Синяя окраска стекла обусловлена примесью кобальта.
Аналогичным образом вы сможете изготовить стеклянный шарик, окрашенный в зеленый цвет, опуская стеклянную нить в раствор соли хрома(III), а потом сплавляя в пламени горелки. Этот шарик будет похож на изумруд.

 

Дым без огня

"Дозорный у будки
Поглядывал вокруг --
На север,
На юг,
На запад,
На восток, --
Не виден ли дымок."
(С. Я. Маршак, "Пожар")

Дымовые завесы в результате горения веществ без пламени и огня, эффектные клубы дыма на концертной эстраде либо при съемке занимательного исторического кинофильма или боевика -- все это дело рук химиков. Обычно для создания таких эффектов используют легко возгоняющиеся вещества, образующие в воздухе мельчайшие твердые частички дыма или тумана.
Такое поведение характерно, например, для парафина, хлорида аммония, нафталина.

Один из "дымящих" составов готовят, смешивая 5 г нашатыря (хлорида аммония), 2 г нафталина, 2 г бертолетовой соли (хлората калия) и 1 г древесного угля. Поджигать такую смесь можно только на открытом воздухе, поскольку при горении образуется густой дым без пламени, с неприятным запахом аммиака и нафталина.

Если вы хотите показать дым в закрытом помещении, надо смочить стакан изнутри несколькими каплями соляной кислоты и, перевернув его вверх дном, накрыть им ватку, смоченную нашатырным спиртом. Все внутреннее пространство стакана тотчас же заполнится белым дымом образующегося хлорида аммония. Чтобы поразить зрителей небывалым впечатлением, можно получить дым из воды. Для этого в стакан наливают воду и бросают туда кусочек "сухого льда" -- твердого диоксида углерода. Вода тотчас же забурлит, и из стакана повалит густой белый дым, образованный охлажденными парами воды. Это дым совершенно безопасен.

Горения без пламени можно добиться, используя катализаторы (ускорители химических реакций), например, оксид хрома(III) Cr₂O ₃. Это зеленый порошок, который входит в состав многих дешевых красок в качестве пигмента. Горение без пламени показывают так: на керамическую плитку ставят металлическую чашку, куда накапывают от горящей свечи немного парафина, стеарина или воска и сразу же, пока он не остыл, насыпают на него горкой порошок Cr₂O ₃. Надо, чтобы расплавленный парафин пропитал порошок только снизу, а верхний слой оксида хрома остался сухим. Теперь, если прикоснуться к вершине горки зажженной спичкой, начнется выделение обильного дыма, но пламени никто не увидит. В реакции горения парафина выделяется много тепла, поэтому он постепенно плавится и под действием капиллярных сил поднимается к вершине горки, испаряется и образует дым, состоящий из частичек твердого парафина.

Оксид хрома также поможет показать таинственное исчезновение вещества без пламени и дыма. Для этого складывают горкой несколько таблеток "твердого спирта@ (сухого горючего), а сверху насыпают щепотку предварительно разогретого Cr₂O ₃. Через некоторое время вся горка превратится в щепотку зеленого порошка. Окисление уротропина -- основы твердого спирта в присутствии катализатора идет в соответствии c реакцией, где все продукты горения газообразны. Полоска бумаги, пропитанная раствором ацетата свинца и высушенная на воздухе, тоже горит без пламени; она только тлеет. При этом ацетат свинца превращается в оксид свинца и выделяется углекислый газ.

Наконец, бездымное и беспламенное горение вещества можно показать, если налить в стакан 10--15 мл ацетона (Осторожно! Ацетон огнеопасен!) и опустить туда раскаленную медную проволоку так, чтобы она не касалась поверхности жидкости. Медная проволока будет светиться до тех пор, пока не израсходуется весь ацетон. Чтобы опыт стал еще эффектнее, в комнате гасят свет. На поверхности меди (которая служит катализатором и ускоряет реакцию) протекает окисление паров ацетона до уксусной кислоты и уксусного альдегида с выделением большого количества тепла.

Гирлянда из кристаллов

Буквы или фигуры можно вырастить из кристаллов.
Для этого потребуется сделать из проволоки каркасы этих букв или фигур, обмотать их шерстяными нитками (лучше - белой пряжей), а потом опустить их в теплый насыщенный раствор алюмокалиевых квасцов KAl(SO₄)₂ · 12H₂O с добавкой хромокалиевых квасцов KCr(SO₄)₂ · 12H₂O или медного купороса CuSO₄ · 5H₂O.
Пройдет несколько суток, и на каркасе вырастут красивые кристаллы - бесцветные, сиреневого или светло-голубого цвета. Их осторожно вынимают из раствора, промокают фильтровальной бумагой и покрывают бесцветным лаком, чтобы они не "выветривались", то есть не теряли кристаллизационную воду.
Кристаллические письмена, бусы, звезды и гирлянды отлично украсят новогоднюю елку.

Выходки сахара

"И если бы ты была сахар,
Боюсь, я вызвал бы дождь."
(Б. Гребенщиков)

Сахар (сахароза), этот распространенный в быту продукт питания, в умелых руках и с добавкой некоторых реактивов может стать главным героем химической эпопеи, настоящей драмы в трех частях.

Часть первая. "Я вся горю, не пойму отчего"

Сахароза C₁₂H₂₂O₁₁ в обычных условиях не горит: если поднести к куску сахара зажженную спичку, он будет плавиться, частично обугливаться, но не гореть. Если же на кусок сахара насыпать совсем немного пепла от сигареты и снова поднести огонь, сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием. Попробуйте и убедитесь!

Суть изменений в поведении сахара состоит в том, что зола табака, содержащая карбонаты щелочных металлов, служит катализатором горения этого вещества. Считается, что главную роль здесь играет карбонат лития Li₂CO₃. Сахар сгорает, превращаясь в углекислый газ и воду.

Часть вторая. "Змея подколодная"

Сладкий сахар может превратиться в "черную гадюку", если насыпать в тарелку 3--4 столовые ложки сухого просеянного речного песка и сделать из него горку с углублением на вершине, пропитать песок этиловым спиртом, а потом заложить в углубление горки хорошо растертую в ступке смесь 1 столовой ложки сахарной пудры и 1 чайной ложки питьевой соды и поджечь эту смесь. Через 2-3 минуты на поверхности смеси появятся черные шарики, а у основания - черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорит, смесь чернеет, и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная змея с "воротником" из догорающего спирта. Змея тем длиннее, чем дольше горит спирт. В пламени горящего спирта сахар плавится и обугливается, а выделяющийся из соды углекислый газ вспучивает и двигает горящую массу. Остаток после горения -- карбонат натрия, смешанный с мельчайшими частичками угля.

Часть третья. "Кисло-сладкий дуэт, или почти детективная история"

Концентрированная серная кислота "нападает" на сахар и "отнимает" от него воду, что в переводе на язык детектива означает "и жизнь, и кошелек". Вот как это происходит. Сахарную пудру помещают в высокий стеклянный стакан, чуть-чуть смачивают водой и перемешивают. Потом к влажному сахару приливают 30--40 мл концентрированной серной кислоты (Осторожно! Серная кислота -- едкое и опасное вещество!), быстро перемешивают стеклянной палочкой, которую оставляют в середине стакана, заполненного смесью. Через одну--две минуты сахар начинает чернеть, вспучиваться и в виде объемистой, рыхлой и ноздреватой массы черного цвета подниматься, увлекая стеклянную палочку. Смесь в стакане сильно разогревается и даже немного дымится. Сахар сердится, но против серной кислоты он бессилен. Серная кислота не только отнимает от сахарозы воду, но и частично обугливает (окисляет) ее. Выделяющаяся при реакции вода в основном поглощается серной кислотой с образованием гидратов, отсюда сильное тепловыделение, а углекислый газ, который получается при окислении сахарозы, и сернистый газ, образующийся при восстановлении серной кислоты, вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой.

Эти "сладкие" опыты, где использованы окислительно-восстановительные реакции, позволят вам выглядеть настоящим колдуном!

 

Вулканы на столе

"И ты, Вулкан, что пред горнами
В дне ада молнию куешь!"
(Г.Р. Державин, "Афинейскому витязю")

Самый известный из "домашних" вулканов -- дихроматный --первым наблюдал немецкий химик Рудольф Бёттгер, который прославился как изобретатель современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина.

Вулкан Бёттгера

В 1843 году Рудольф Бёттгер получил дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ -- оранжево-красное кристаллическое вещество. Он решил испытать это вещество. Насыпав на тарелку горку кристаллов, он поднес к ней горящую лучинку. Кристаллы не вспыхнули, но вокруг конца горящей лучинки что-то "закипело", начали стремительно вылетать раскаленные частицы. Горка стала увеличиваться и скоро приняла внушительные размеры. Изменился и цвет: вместо оранжевого он стал зеленым. Позднее было установлено, что дихромат аммония самопроизвольно разлагается не только от зажженной лучинки или спички, но и от нагретой стеклянной палочки. При этом выделяется газообразный азот, пары воды, твердые частички раскаленного оксида хрома и большое количество теплоты. Идет внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция.

Вулкан Лемери

Французский химик, аптекарь и врач Никола Лемери (1645--1715) в свое время тоже наблюдал нечто похожее на вулкан, когда, смешав в железной чашке 2 г железных опилок и 2 г порошкообразной серы, дотронулся до нее раскаленной стеклянной палочкой. Через некоторое время из приготовленной смеси начали вылетать частицы черного цвета, а сама она, сильно увеличившись в объеме, так разогрелась, что начала светиться. Вулкан Лемери -- результат простой химической реакции взаимодействия железа и серы с образованием сульфида железа. Эта реакция протекает весьма энергично и сопровождается значительным тепловыделением.

Ферратный вулкан

Чтобы показать этот опыт, тоже очень эффектный, смешивают 1 г железного порошка или пудры с 2 г сухого нитрата калия, предварительно растертого в ступке. Смесь помещают в углубление горки, сделанной из 4--5 столовых ложек сухого просеянного речного песка, смачивают этиловым спиртом или одеколоном и поджигают. Начинается бурная реакция с выделением искр, буроватым дымом и сильным разогревом. При взаимодействии нитрата калия с железом образуется феррат калия и газообразный монооксид азота, который, окисляясь на воздухе, дает бурый газ -- диоксид азота. Если твердый остаток после окончания реакции поместить в стакан с холодной кипяченой водой, получится красно-фиолетовый раствор феррата калия.

Все три вулкана будут выглядеть особенно эффектно, если показывать их в вечернем полумраке на открытом воздухе. А если вы занимаетесь "химической вулканологией" в помещении, позаботьтесь о безопасности зрителей, усадив их подальше от демонстрационного стола: вдыхание продуктов "вулканических" реакций очень вредно! Нельзя наклоняться над "вулканом" и прикасаться к нему, пока процесс не закончится и все вещества не остынут!!!

 

Безопасный вулкан

Чтобы приготовить вулкан, вполне безопасный и тем не менее очень эффектный, потребуется тарелка, пластилин, питьевая сода (гидрокарбонат натрия), уксусная кислота (можно воспользоваться столовым уксусом - 3 - 9%-ным раствором уксусной кислоты), краситель (можно взять фукорцин из домашней аптечки или красный пищевой краситель, или даже свекольный сок), любая жидкость для мытья посуды.

Пластилин делят на две части и одну из них раскатывают в плоский "блин" - основание вулкана, а из второй лепят полый конус с отверстием наверху (склоны вулкана). Защепив обе части по краям, надо налить внутрь воду и убедиться, что "вулкан" не пропускает ее снизу. Объем внутренней полости "вулкана" не должен быть очень велик (лучше всего 100-200 мл, это емкость чайной чашки или обычного стакана). Вулкан на тарелке ставят на поднос.

Чтобы "зарядить" вулкан "лавой", готовят смесь жидкости для мытья посуды (1 столовая ложка), сухой питьевой соды (1 столовая ложка) и красителя (достаточно нескольких капель). Эту смесь наливают в "вулкан", а потом добавляют туда уксус (четверть чашки). Начинается бурная реакция с выделением углекислого газа. Из жерла вулкана показывается ярко окрашенная пена...
После опыта не забудьте тщательно вымыть тарелку.

 

Вино из воды и сказочное изобилие

"Но в этих реках такая вода,
Что я пью, не дождавшись тоста."
(Б. Гребенщиков)

В народных сказках часто встречаются чудесные предметы и явления: то всесильные колдуны превращают вино в воду или воду в вино, то герои внезапно оказываются в загадочном краю, где текут молочные реки в кисельных берегах... Показать эти чудеса с помощью химических реактивов чрезвычайно просто, а если опыты сопровождаются сказкой, даже давно знакомой, то впечатления у юных зрителей будут неизгладимыми.

Вода превращается в вино

В два стакана на 1/3 их объема наливают воду и добавляют в один 3--4 капли спиртового раствора фенолфталеина, а в другой -- чайную ложку соды (карбоната натрия) Na₂CO₃. Если теперь соединить содержимое обоих стаканов (вылить раствор из первого стакана во второй), жидкость сразу же станет красно-малиновой из-за того, что индикатор фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в яркий цвет. Вот и получилось "вино"! Причина щелочности среды в нашем растворе -- гидролиз карбоната натрия, приводящий к тому, что в растворе появляется щелочная среда.

Не давайте никому пробовать на вкус это "вино": сода относительно безвредна, но фенолфталеин -- сильное слабительное средство...

А теперь давайте превратим вино в воду. Для этого в освободившемся стакане приготовим раствор серной кислоты (1/3 стакана воды плюс 1 чайная ложка 20%-й серной кислоты). Если полученный раствор вылить в "вино", оно должно обесцветиться. Серная кислота взаимодействует с карбонатом натрия c образованием продуктов, не подверженных гидролизу -- сульфата натрия, углекислого газа и воды.

По другому рецепту вино из воды получают, используя реакцию взаимодействия хлорида железа FeCl₃ и тиоцианата калия или аммония (KNCS или NH₄NCS). Для опыта берут очень разбавленные водные растворы этих веществ. А обесцвечивание "вина" достигается добавлением раствора фторида натрия или калия.

Фруктовый кисель

Чтобы попасть в чудесный край, где реки текут в кисельных берегах, делают следующее. В стакан наливают на 1/5 его объема 10%-й водный раствор хлорида кальция СаCl₂ и добавляют к нему 3--4 капли спиртового раствора фенолфталеина. В другой стакан наливают до половины раствор жидкого стекла. Раствор из первого стакана выливают во второй и быстро перемешивают смесь стеклянной палочкой. Содержимое стакана сразу становится красным и густым, как желе, так что стеклянная палочка может стоять вертикально.Своим получением "желе" обязано химической реакции образования силикатов кальция и одновременно идущему гидролизу полисиликата натрия (жидкого стекла) с образованием щелочной среды. А фенолфталеин в щелочной среде приобретает малиновый цвет.

Молочные реки

Где кисельные берега, там и молочные реки. В один стакан насыпают 2 чайные ложки хлорида кальция, а в другой -- столько же соды (карбоната натрия) и наливают в каждый стакан воды примерно на 1/3 их объема. Затем полученные растворы сливают вместе, и жидкость становится белой, как молоко. "Молоко" получается в результате обменной реакции, приводящей к выделению осадка карбоната кальция CaCO₃.

Этот опыт надо демонстрировать быстро, так как карбонат кальция выпадает в осадок, и зрители могут заметить, что это вовсе не молоко.

Химический творог

К разбавленному водному раствору хлорида бария BaCl₂ или нитрата свинца Pb(NO₃)₂ добавляют разбавленный водный раствор сульфата калия K₂SO₄. Сразу же образуется рыхлый белый осадок творожистого вида, состоящий из сульфата бария BaSO₄ или свинца PbSO₄. Он довольно скоро оседает на дно стакана.

Это "вкусные" опыты, связанные с обменными реакциями, позволят вам прослыть настоящими волшебниками.

Букет в банке

Сделайте из бумаги, пропитанной крахмальным клейстером, искусственные цветы, и поместите их в большую стеклянную банку с крышкой.
Разместите их внутри сосуда так, чтобы получился красивый букет, и внесите в банку несколько капель спиртовой настойки иода.
Затем плотно закупорите банку крышкой. Через 20-30 минут лепестки "цветов" окрасятся в синий цвет: именно такую окраску приобретает крахмал в присутствии иода, пары которого после испарения спирта заполнят внутренний объем банки.

Бенгальские огни

Смесь веществ, которая при сжигании дает яркий и искристый белый или цветной огонь, изобрели древние пиротехники Бенгалии - части Индии, расположенной вдоль Бенгальского залива. Вот откуда пошло название "бенгальский огонь". Бенгальские огни, или бенгальские свечи, из Индии распространились по всему миру.

Покупные бенгальские свечи состоят из скрученной проволоки, на которую нанесена горючая смесь, и обычно дают белый огонь. Для приготовления цветных самодельных бенгальских огней сначала замешивают крахмал с водой и заваривают густой клейстер.

Затем растирают в ступке смесь железных опилок, алюминиевого или магниевого порошка, соли, окрашивающей пламя и влажной "бертолетовой соли" - хлората калия KClO₃ (Осторожно! Сухой хлорат калия при растирании может воспламенить металлические порошки!)

Полученную при растирании смесь добавляют к крахмальному клейстеру и тщательно перемешивают. Густую массу переносят в пробирку или высокий стакан, поочередно окунают в нее на глубину 8-10 см заранее подготовленные железные проволочки толщиной около 1 мм, вынимают их и дают стечь избытку массы, а потом вешают на веревку за крючок, загнутый на другом конце проволоки.

После подсушивания проволочки снова окунают в жидкую массу и опять сушат. Эти операции повторяют 3-5 раз, пока слой массы на проволоке не достигнет 5-6 мм в диаметре, после чего бенгальские свечи высушивают окончательно.

Зеленый бенгальский огонь получают, смешивая без растирания 5 г влажного нитрата бария Ba(NO₃)₂ с 1 г алюминиевого или магниевого порошка, затем добавляют 3 г железных опилок. Другой рецепт для зеленого бенгальского огня включает 3,5 г борной кислоты B(OH)₃, 6,5 г влажного хлората калия, 2 г железных опилок и 1 г алюминиевого порошка.

Красный бенгальский огонь дает смесь 4,5 г влажного нитрата стронция Sr(NO₃)₂, 5,5 г хлората калия, 3 г железных опилок и 1 г алюминиевого или магниевого порошка.

Желтый бенгальский огонь будет радовать ваш взор, если его приготовить из 3 г оксалата натрия Na₂C₂O₄, 5 г влажного хлората калия, 3 г железных опилок и 1 г алюминиевого или магниевого порошка.

Цветной огонь при горении бенгальских смесей получается из-за присутствия веществ, содержащих катионы бария, стронция, натрия или атомы бора, способные, попадая в пламя, излучать свет определенной длины волны в видимой области спектра. Железо Fe, алюминий Al и магний Mg в виде порошков или мелких опилок, сгорая, дают эффектные искры. При этом образуются оксид железа(III) Fe₂O₃ и отчасти Fe₃O₄, а также Al₂O₃ и MgO.

Основная реакция здесь - это окислительно-восстановительное взаимодействие KClO₃ с крахмалом, который условно можно обозначить формулой C₆H₁₀O₅:

4KClO₃ + C₆H₁₀O₅ = 4KCl + 6CO₂ + 5H₂O

Нитрат бария, который вызывает появление зеленого пламени, разлагается в присутствии восстановителей (железа, крахмала) до оксида бария, диоксида азота и кислорода:

2Ba(NO₃)₂ = BaO + 4NO₂ + O₂

Аналогичным образом разлагается и нитрат стронция, придающий пламени красный цвет.

Оксалат натрия при горении смеси превращается в карбонат натрия и монооксид углерода:

Na₂C₂O₄ = Na₂CO₃ + CO

а борная кислота B(OH)₃, выделяя воду, переходит в оксид бора:

2B(OH)₃ = B₂O₃ + 3H₂O

Кстати: что такое "оксалаты"?

Оксалаты - соли щавелевой кислоты H₂C₂O₄ ^. 2H₂O, бесцветного кристаллического вещества. Оксалаты щелочных металлов и аммония - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде; остальные оксалаты малорастворимы.

Сильные кислоты в своих концентрированных водных растворах разлагают оксалаты на соли этих кислот с выделением монооксида и диоксида углерода. Например, оксалат натрия Na₂C₂O₄ под действием концентрированной серной кислоты превращается в сульфат натрия , выделяя CO и CO₂:

Na₂C₂O₄ + H₂SO4 = Na₂SO₄ + CO + CO₂ + H₂O

Щавелевая кислота - двухосновная и образует два ряда солей: средние, например, моногидрат оксалата калия K₂C₂O₄ ^. H₂O, и кислые - гидрооксалаты, например, моногидрат гидрооксалата калия KHC₂O₄ ^. H₂O. При нагревании почти все оксалаты разлагаются на карбонаты металлов и монооксид углерода CO. Так, оксалат кальция CaC₂O₄ превращается в карбонат кальция и монооксид углерода:

CaC₂O₄ = CaCO₃ + CO

При более сильном нагревании CaCO₃ выделяет диоксид углерода CO₂, переходя в оксид кальция CaO:

CaCO₃ = CaO + CO₂

Оксалаты в водных растворах проявляют восстановительные свойства. Например, взаимодействие оксалата натрия в кислой среде с перманганатом калия ведет к выделению диоксида углерода:

5Na₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 10CO₂ + 5Na₂SO₄ + 8H₂O

А еще можно приготовить "бенгальскую бумагу"

Бенгальская бумага при поджигании сгорает цветным пламенем, не образуя дыма и практически без запаха. Чтобы ее приготовить, полоски фильтровальной, туалетной или салфеточной бумаги пропитывают водным раствором солей, выделяющих нужный для горения кислород и окрашивающих пламя, по следующим рецептам: раствором 2 мл этилового спирта, 2 г хлората бария и 2 г хлората калия в 10 мл воды (бумага будет гореть эеленым пламенем); раствором 2 мл этилового спирта, 2 г нитрата стронция и 1 г хлората калия в 10 мл воды (цвет пламени - красный); раствором 2 мл этилового спирта, 2 г нитрата меди и 1 г хлората калия в 10 мл воды (пламя будет синего цвета). раствором 2 мл этилового спирта, 1 г оксалата натрия и 1 г хлората калия в 10 мл воды (пламя будет желтого цвета).

Пропитанные растворами полоски непроклеенной бумаги сушат на воздухе, а потом поджигают. Зрелище - незабываемое!

Апельсин, лимон, яблоко

Чтобы показать чудесное превращение "апельсинового сока" в "лимонный" и "яблочный", надо приготовить водный раствор дихромата калия K₂Cr₂O₇ и раствор щелочи NaOH (гидроксида натрия). В крайнем случае, подойдет и раствор соды Na₂CO₃. А еще - разбавленную серную кислоту H₂SO₄ и раствор сульфита натрия Na₂SO₃.
Сначала чародей покажет зрителям колбу или стакан с раствором дихромата калия. Этот раствор - оранжевого цвета, цвета апельсина. Потом, добавив щелочь или раствор соды, превратит "апельсиновый сок" в "лимонный". Это происходит, когда оранжевый дихромат-анион Cr₂O₇^2-- превращается в желтый хромат-анион CrO₄^2--.
Кстати, можно сделать и наоборот: из лимонного сока -- апельсиновый. Стоит лишь добавить немного серной кислоты, как произойдет реакция превращения хроматных ионов в дихроматные.
А если к раствору дихромата калия K₂Cr₂O₇ добавить немного разбавленной серной кислоты и сульфита натрия, то жидкость сразу же позеленеет из-за того, что идет окислительно-восстановительная реакция.
Дихромат калия K₂Cr₂O₇ -- сильный окислитель, а сульфит натрия Na₂SO₃ -- восстановитель. В результате реакции получается яблочно-зеленый раствор сульфата хрома Cr₂(SO₄)₃, а сульфит натрия Na₂SO₃ превращается в сульфат натрия Na₂SO₄ (оба бесцветные):

K₂Cr₂O₇ + 3Na₂SO₃ + 4H₂SO₄ =
= Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

Обратного хода от яблок к апельсинам и лимонам нет: окислительно-восстановительную реакцию повернуть вспять не удастся.