Шоу-химия

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 SO₄^2-- и молекулы воды:
KAl(SO₄)₂ ^. 12 H₂O = K⁺ + [Al(H₂O)₆]³⁺ + 2SO₄^2--
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

Гидрохинон и формальдегид

Гидрохинон (1,4-дигидроксибензол) - бесцветное кристаллическое вещество состава C₆H₄(OH)₂. Молекула гидрохинона содержит бензольное кольцо, в котором два атома водорода в пара-положении замещены на две гидроксильные группы.
Гидрохинон хорошо растворим в воде, этиловом спирте и ацетоне, он сильный восстановитель и в этом качестве используется в фотографическом процессе, входя в состав проявителя.
Под действием окислителей гидрохинон превращается в хинон (бензохинон) состава (C₆H₄)O₂. В свободном состоянии хинон образует желтые кристаллы, малорастворимые в воде, хорошо растворимые в этиловом спирте и в водных растворах щелочей.

Формальдегид HCHO (альдегид муравьиной кислоты) - бесцветное газообразное вещество с острым запахом. Водный 40%-ный раствор HCHO носит название формалина. При упаривании или длительном хранении формалина происходит полимеризация формальдегида с образованием параформальдегида, или параформа - бесцветного твердого вещества.
Это продукт полимеризации формальдегида с молекулами, имеющими строение длинных цепей состава
H ( - CH₂ - O - CH₂ - O - CH₂ - )_nOH,
где n принимает значения от 8 до 100. При нагревании параформ снова превращается в газообразный формальдегид.
Впервые формальдегид получил немецкий химик Андреас Маргграф в 1740 году, а параформ выделил русский химик Александр Бутлеров в 1861 году.

Пероксид водорода

Чистый пероксид водорода H₂O₂ - бледно-голубая сиропообразная жидкость, которая при охлаждении ниже --1 °С превращается в бледно-голубые кристаллы. Водный 30%-ный раствор H₂O₂ называют пергидролем.
Безводный H₂O₂ неустойчив при хранении, особенно на свету. Его разложение часто протекает со взрывом:
2 H₂O₂ = 2 H₂O + O₂╯
Пероксид водорода смешивается с водой в любых соотношениях и в водных растворах проявляет свойства очень слабой кислоты:
H₂O₂ + H₂O <<здесь знак обратимости>> HO₂^-- + H₃O⁺
Нейтральные соли пероксида водорода называют пероксидами, а кислые - гидропероксидами (например, Na₂O₂ - пероксид натрия, NaHO₂ - гидропероксид натрия).
Пероксид водорода проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства, но первые выражены сильнее.
Впервые H₂O₂ был получен в 1818 году французским химиком Луи Тенаром при действии охлажденной серной кислоты на пероксид бария BaO₂:
BaO₂ + H₂SO₄ = H₂O₂ + BaSO₄╱
Помимо H₂O₂, в этой реакции выделяется тяжелый белый осадок - малорастворимый в воде сульфат бария BaSO₄.