Ложка исчезает, или три опыта с алюминием

     Химический  барометр

     Наверное, вы знаете, как по поведению лягушек  можно определить погоду. В сухую  погоду, с уменьшением влажности воздуха, лягушки сидят в воде и на дорожках сада их не увидишь. Кожа лягушки очень легко теряет влагу и не терпит высушивания. Наоборот, при повышенной влажности воздуха, перед дождем квакушки выбираются из воды и скачут в траве.

     Предсказывать погоду можно и с помощью химического барометра, или «штормгласса». Растворяют в 19,5 мл этилового спирта С₂Н₅ОН 4,4 г камфары и добавляют заранее приготовленный раствор 2,3 г нитрата натрия NaNO₃ и 2,3 г хлорида аммония NH₄C1 в 16 мл воды. Смесь тут же замутится, образуются белые хлопья; ее несколько минут встряхивают или перемешивают, а потом заполняют ею на 4/5 высоты стеклянную пробирку или мерный цилиндр с пробкой и герметично закупоривают (можно даже залить пробку расплавленным парафином).

     При хорошей погоде жидкость в пробирке чистая и прозрачная, а осадок находится на дне. Если надвигается дождь, осадок медленно поднимается кверху, в растворе появляются маленькие звездчатые кристаллики. При похолодании происходит образование игольчатых кристаллов. Если предстоит буря, жидкость «вскипает», поднимая кристаллы камфоры до самого верха.

     Причудливое поведение кристаллов камфары в  этих устройствах приписывают изменениям электромагнитного поля Земли, однако строго научного объяснения действия «химического барометра» пока не найдено.    

     Бумажный  гигрометр

     Гигрометр — это прибор для определения  влажности воздуха. Он тоже помогает предсказывать погоду: ведь когда  влажность воздуха увеличивается, то жди дождя. Такой прибор изготовить до смешного просто. Конечно, он будет примитивным и количественных показателей не даст.

     Широкую стеклянную трубку диаметром 2—3 см закрывают  с одной стороны пробкой, к  которой внутри трубки на проволочке прикрепляют полоску фильтровальной бумаги, смоченной водным раствором  хлорида кобальта и высушенной на воздухе. Трубку подвешивают на наружную стену дома пробкой вверх. Чем больше влажность воздуха, тем ярче розовая окраска бумаги; в сухом воздухе бумага обесцвечивается и даже синеет.

     Гексагидрат хлорида кобальта(II) СоС1₂∙6Н₂О — это соединение, в котором вся вода связана в виде аквакомплекса [Со(Н₂0)₆]²⁺. Изменение цвета хлорида кобальта связано с потерей части воды, входящей в состав аквакатиона кобальта. При этом хлорид гексааквакобальта(II) синеет, а при поглощении влаги, наоборот, розовеет: 

     [Со(Н₂0)₆]С1₂ → [Со(Н₂0)₄]С1₂ + 2H₂O                              

     розовый               голубой   

     Семь  рецептов “секретных”  чернил

     Приходится  признать, что некоторые виды «особенных»  чернил давно уже исчезли из употребления и остались достоянием истории секретной переписки. Попробуем заглянуть на её страницы.

     «Во время обыска квартиры Б. Савинкова  я случайно поставил стакан с горячим  чаем на обычное письмо. Когда поднял стакан, то под ним увидел проступающие между строчек письма буквы» — так писал в своем донесении некий жандармский капитан.

     Для такого рода тайнописи существует много  способов, и все они используют секретные, или симпатические, чернила — бесцветные пли слегка окрашенные жидкости. Написанные ими послания становятся видимыми только после нагревания, обработки специальными реактивами или в ультрафиолетовых либо инфракрасных лучах. Известно немало рецептом подобных чернил. Приведем некоторые из них.

     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 и Париже в 1917г., в ее гостиничном номере нашли пузырек с водным раствором хлорида кобальта(II), что и стало одной из улик при разоблачении ее шпионской деятельности. Буквы, написанные раствором хлорида кобальта(II) СоС1₂, 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 г. 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(III) FeCl₃. Засулич принимала это вещество как лекарство.

     Такую записку можно прочесть, обработав  ее ватным тампоном, смоченным водным раствором тиоцианата калия: все невидимые буквы станут кроваво-красными из-за образования комплекса — тритиоцианатотриакважелеза(III).

     Члены российской тайной организации «Черный  передел» тоже использовали в переписке невидимые чернила. Тайные письма были написаны разбавленным водным раствором медного купороса. Проявлялся такой текст, если бумагу держали над склянкой с нашатырным спиртом — водным раствором аммиака. Буквы окрашиваются в ярко-синий цвет из-за образования аммиачного комплекса состава [Cu(NH₃)₄]SO₄.

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 йода, то появляются синие буквы. А император для проявления письма пользовался бурым отваром морских водорослей, содержавшим йод.

     Еще один рецепт секретных чернил включает применение водного раствора желтой кровяной соли — гексацианоферрата(II) калия K₄[Fe(CN)₆]. Написанные этим раствором буквы исчезают при высыхании бумаги. Чтобы увидеть надпись, надо смочить бумагу раствором хлорида железа(III) FeCl₃. Ярко-синие буквы, которые появляются при такой обработке, не исчезают при высыхании. Появление букв связано с образованием комплексного соединения KFe[Fe(CN)₆].

     Помните ли вы историю с исчезновением  записки Фантомаса? Исчезающие чернила можно приготовить, если смешать 50 мл спиртовой настойки йода с чайной ложкой крахмала или декстрина и отфильтровать осадок. Такие синие чернила полностью теряют цвет через 1—2 дня из-за улетучивания йода.   

     Мечта реставратора

     Многие  произведения живописцев прошлых веков, написанные масляными красками, со временем потемнели. Причина этого — образование на их поверхности черного сульфида свинца PbS: основу красок раньше составляли свинцовые белила. Это была основная соль — дигидроксид-карбонат дисвинца(II) состава РЬ₂СO₃(ОН)₂. Сульфид свинца неизбежно появлялся под воздействием сероводорода, всегда в очень незначительном количестве присутствующего в воздухе. Можно ли восстановить красоту картин старых мастеров?

     Проведем  такой опыт: приготовим в химическом стакане разбавленный водный раствор нитрата свинца(II) Pb(NO₃)₂ и прильем к нему разбавленный раствор карбоната натрия Na₂CO₃. Выпадет белый осадок.

     Перемешаем  стеклянной палочкой содержимое стакана  и перенесем часть суспензии (раствора вместе с осадком) в другой стакан. Добавим сюда сероводородную воду — раствор сероводорода в воде. Белая суспензия сразу же станет черной. Теперь добавим к черной взвеси пероксид водорода Н₂О₂ и перемешаем содержимое стакана. Оно снова станет белым! При стоянии на дне стакана окажется тяжелый белый осадок. Какие же здесь произошли изменения? Нитрат свинца(II) и карбонат натрия образуют малорастворимый Рb₂СО₃(ОН)₂: 

     2Pb(NO₃)₂ + 2Na₂CO₃ + Н₂О = Pb₂CO₃(OH)₂↓ + 4NaNO₃ + CO₂↑ 

     Именно  он был основой свинцовых белил, которые служили для приготовления краски любого цвета — желтой, голубой, розовой, зеленой. Белый Рb₂СО₃(ОН)₂ взаимодействует с сероводородом, превращаясь в черный сульфид свинца(II): 

     Рb₂СO₃(ОН)₂ + 2H₂S = 2PbS↓ + CO₂↑ + 3H₂O 

     А пероксид водорода окисляет черный сульфид  свинца до белого сульфата свинца(II): 

     PbS + 4Н₂О₂ = PbSO₄ + 4H₂O 

     Вот почему исчезает чернота и картина  принимает первоначальный вид, когда  реставратор обрабатывает поверхность  красочного слоя тампоном, смоченным раствором пероксида водорода.

     Отметим, что картины современных художников не чернеют, так как вместо свинцовых белил в живописи стали использовать цинковые даже титановые, созданные на основе оксида цинка ZnO и диоксида титана ТiO₂.  

     Катализатор на ниточке

     Существуют  вещества, которые при введении их в водный раствор пероксида водорода Н₂О₂ вызывают его разложение. Сами они в реакции не участвуют и, когда их извлекают из раствора, остаются невредимыми: какого-либо изменения их массы не наблюдается. Такие вещества называют катализаторами.

     Проведем  опыт. В химический стакан нальем 30%-ный водный раствор Н₂О₂ (пергидроль) и опустим в жидкость привязанный на ниточке кусочек диоксида марганца МnО₂ черного цвета. Тотчас же наступает энергичное разложение пероксида водорода. Жидкость мутнеет от выделяющихся пузырьков кислорода О₂. Тлеющая лучинка, опущенная в стакан в момент выделения кислорода, вспыхивает и загорается над поверхностью жидкости. Но стоит вынуть МnО₂ из стакана, как разложение Н₂О₂ прекращается.

     Катализатор МnО₂ вызывает реакцию диспропорционирования Н₂О₂: 

     2Н₂О₂ = 2Н₂O + O₂↑ 

     Аналогичную картину можно наблюдать при  погружении в раствор пероксида  водорода кусочка активированного  угля.  

     Анилиновый  черный

     В 1863 г. английский химик Томас Лайтфут  экспериментировал с анилином C₆H₅NH₂ и его производными. В одном из опытов он добавил к гидрохлориду анилина C₆H₅NH₂∙НС1 раствор дихромата калия К₂Сr₂О₇, и реакционная смесь неожиданно стала черной. Так был получен первый в мире искусственный краситель — анилиновый черный. Брутто-формула этого соединения C₄₈H₃₄N₈, а со строением его молекул химики разбираются до сих пор. Краситель анилиновый черный обладает сочным черным цветом, с ним не может сравниться никакой другой черный краситель.

     Попробуйте  воспроизвести опыт Лайтфута. В пробирке к 0,5 мл анилина прилейте равный объем концентрированной хлороводородной кислоты НС1. После этого в пробирку введите 4 мл концентрированного водного раствора дихромата калия К₂Сr₂О₇ и оставьте пробирку с ее содержимым постоять в течение 5 — 10 минут. В течение этого времени оранжевый цвет жидкости, характерный для дихроматов, начинает сменяться черным. Затем вылейте жидкость из пробирки в химический стакан на 100 мл, нагрейте ее до кипения и кипятите около 1 минуты. Потом охладите и отфильтруйте черный осадок, промойте его на фильтре водой и высушите на воздухе. Вот так вы и получите знаменитый анилиновый черный — краситель, нерастворимый в воде и этиловом спирте.  

     Комплекс  Либавия

     В 1597 г. немецкий алхимик и врач Андреас  Либавий проводил опыты с медным купоросом, отыскивая новое лекарство для лечения ран, кожных болезней и опухолей. Однажды он добавил к голубому водному раствору медного купороса — сульфата меди(II) CuSO₄ — водный раствор аммиака NH₃ и с изумлением увидел, как раствор стал интенсивно-синим. Он не нашел объяснения случившемуся, бессильны оказались и все его современники. Так Либавий получил первое комплексное соединение, природу которого химики выяснили только в конце XIX в.

     Давайте повторим старинный опыт, которому в 1997 г. исполнилось 400 лет. Налейте в  химический стакан на 1/4 его объема раствор сульфата меди(II) (250 г CuSO₄∙5Н₂O на 1000 мл воды) и небольшими порциями при перемешивании стеклянной палочкой добавьте раствор аммиака, который получается разбавлением 100 мл 25%-ного раствора NH₃ водой до объема 1 л. Вначале в стакане появляется голубой осадок. Если продолжать добавление раствора аммиака, то он исчезает, а жидкость становится интенсивно-синей. Перенесите половину жидкости в другой стакан и добавьте порциями разбавленную (1:4) серную кислоту. Перед вашими глазами снова мелькнет голубой осадок, потом он исчезнет, а жидкость станет голубой, как в начале опыта.