Ложка исчезает, или три опыта с алюминием

     Бесцветный  спиртовой раствор индикатора фенолфталеина  в щелочной среде (при pН > 8) всегда окрашивается в малиновый цвет. Причина щелочности среды в нашем растворе — гидролиз карбоната натрия.

     А теперь давайте превратим вино снова  в воду. Для этого в освободившемся стакане приготовим раствор серной кислоты H₂SO₄. К 1/4 стакана воды добавим 5 мл 20% -ной серной кислоты. Если полученный раствор вылить в «вино», оно должно обесцветиться — среда становится нейтральной: 

     Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O 

     Вино  из воды получают и другим способом, используя реакцию взаимодействия хлорида железа FeCl₃ и тиоцианата аммония NH₄NCS. Для опыта берут очень разбавленные водные растворы этих веществ. А обесцвечивание «вина» достигается добавлением раствора фторида натрия или калия.

Кассиев золотой пурпур

     «Не превращение металлов в золото должно быть целью химии, а приготовление  лекарств», — писал Парацельс  в ХVI в. Одним из таких лекарств считалось «растворенное золото», или «кассиев золотой пурпур», названный в честь римского сенатора Кассия (1 в. до н. э.), которому легенда приписывала открытие и применение целебного раствора.

     «Растворенное золото» — коллоидный раствор  этого благородного металла —  можно приготовить и самостоятельно. Чтобы получить раствор пурпурного цвета, надо сначала собрать изрядное количество осколков фарфора или стекла с позолотой. Затем приготовить «царскую водку» — смесь, состоящую из 30 мл концентрированной соляной кислоты НСl и 10 мл концентрированной азотной кислоты НNO₃. Хранить смесь кислот надо в плотно закрытой склянке, использовать с максимальной осторожностью, беречь руки и особенно глаза.

     После того как позолоченные черепки обезжирены любым моющим средством (например, стиральным порошком), надо промыть их водой  и протереть позолоту ватным тампоном, смоченным в ацетоне. Подготовленные осколки берут пинцетом за края и, держа над стаканом, капают пипеткой на позолоту царской водкой. При этом надо стараться не по пасть жидкостью на пинцет. В смеси кислот золото химически растворяется: 

     Au + 4HCl + HNO₃ = H[AuCl₄] + NO↑ + 2H₂O 

     Место, где была позолота, промывают несколькими  каплями дистиллированной воды и  сливают в тот же стакан. Полученный раствор тетрахлороаурата(III) водорода H[AuCl₄] сливают в склянку с притертой стеклянной пробкой.

     Затем растворяют 1 г дигидрата хлорида  олова(II) SnCl₂∙2H₂O в 100 мл воды. Чтобы предотвратить гидролиз хлорида олова(II), добавляют немного соляной кислоты. Несколько капель раствора SnCl₂ добавляют в стакан с тетрахлороауратом(III) водорода. Сперва жидкость становится желто-коричневой, а через несколько минут появляется алая окраска. Это и есть коллоидный раствор золота — «кассиев золотой пурпур». Цвет его зависит от концентрации реагентов и принимает разные оттенки — от алого до фиолетового.

     Хлорид олова(II) восстанавливает золото до мельчайших коллоидных частиц, а сам окисляется до гексахлоростаннат(IV)-иона: 

     2H[AuCl₄] + 2SnCl₂ + 4HCl = 2Au↓ + 3H₂[SnCl₆] 

     В 1898 г. этот опыт детально изучил и описал в своей статье австрийский химик  Рихард Зигмонди. 

Малиновый фонтан

     Аммиак  очень хорошо растворим в воде (1170 л NH₃ на 1 л воды при температуре О ⁰С). При этом он частично превращается в слабое основание — гидрат аммиака NH₃∙H₂O — и подвергается обратимому протолизу. На этих свойствах аммиака основан эффектный опыт — цветной фонтан.

     Готовят сухую круглодонную колбу с резиновой  пробкой и трубкой. Колбу закрепляют вверх дном в кольце штатива и  наполняют сухим аммиаком, получая  его нагреванием смеси 10 г хлорида  аммония NH₄Cl 16 г гидроксида кальция Са(ОН)₂ в колбочке с газоотводной трубкой по реакции: 

     2NH₄Cl + Са(ОН)₂ = СаСl₂ + 2H₂O↑ + 2NH₃↑ 

     Аммиак  легче воздуха, поэтому его собирают, вытесняя воздух из большой колбы. У  ее горловины во время опыта держат влажную красную лакмусовую бумажку. Как только она посинеет, указывая на присутствие в воздухе большого количества аммиака (вещества с основными свойствами), круглодонную колбу закрывают пробкой с трубкой. Опустив трубку в чашу с водой, куда предварительно добавлен индикатор фенолфталеин, впрыскивают в колбу несколько капель воды.

     Они растворяют собранный в колбу  аммиак, создается разрежение, и  под действием атмосферного давления вода с растворенным в ней индикатором  с силой устремляется в колбу. Там она мгновенно окрашивается в малиновый цвет: среда в растворе аммиака щелочная.

Раствор-хамелеон

     Удивительное  животное тропических стран, меняющее на глаза окраску кожи: то она  ярко-зеленая, то почти багровая, а  потом — в жёлто-бурая... Это  хамелеон. Есть и химический «хамелеон»: именно так называли химики-аналитики ХIХ в. растворы перманганата калия. Как же он меняет цвет?

     В коническую колбу на 1/4 ее объема налейте  темно-фиолетовый раствор перманганата калия КМnО₄, Затем добавьте в колбу концентрированный водный раствор гидроксида калия в объеме, примерно равном 1/4 объема раствора КМnО₄ и вращением колбы смешайте растворы. После этого прилейте концентрированный водный раствор сульфита калия К₂SO₃ в объеме, равном объему раствора KОН. Жидкость после перемешивания станет изумрудно-зеленой. Теперь быстро, сразу после появления окраски, добавьте в колбу хлорную воду (водный раствор хлора). Раствор в колбе снова станет фиолетовым.

     Здесь протекают окислительно-восстановительные  реакции. Первая из них приводит к  образованию манганата калия  К₂MnO₄, придающего раствору зеленый цвет:

     2КМnО₄ + 2KOH + K₂SO₄ = 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

     Хлорная вода содержит сильный окислитель хлор Сl который превращает манганат калия в фиолетовый перманганат: 

     2К₂MnO₄ + Cl₂ = 2КМnО₄ + 2KCl 

     Добавление  хлорной воды необходимо вести быстро, так как манганат калия неустойчив из-за способности к диспропорционированию. А это может вызвать исчезновение зеленой окраски раствора и появление черного осадка диоксида марганца MnO₂: 

     3К₂МnО₄ + 2H₂O = 2КМnО₄ + MnO₂↓ + 4KOH  

Задумчивая  реакция

     Есть  такие химические реакции, которые сразу после смешивания реагентов никак себя не проявляют. Растворы до поры до времени остаются бесцветными и прозрачными, хотя на самом деле в них протекает бурная химическая жизнь. Но вот наступает момент, когда реакция «просыпается», у раствора появляется окраска.

     Понаблюдаем за одной из таких реакций. Приготовим две мерные колбы емкостью 1 л. В  первую колбу надо насыпать 2 г порошка  триоксоиодата(V) (иодата) калия КIО₃ и налить из бюретки 13,3 мл концентрированной серной кислоты Н₂SO₄ с плотностью 1,84 г/мл, а затем дистиллированной воды до метки на горловине колбы. Во вторую колбу надо насыпать 1 г сульфита натрия Na₂SO₃, добавить 25 мл крахмального клейстера (1 г крахмала и 100 мл воды) и тоже долить дистиллированной воды до метки. Раствор во второй колбе неустойчив, его надо готовить непосредственно перед опытом. Оба раствора тщательно перемешаем, переворачивая каждую колбу, закрытую пробкой.

     Итак, начнем. В стакан наливаем 100 мл раствора из первой колбы, включаем секундомер и при непрерывном перемешивании быстро добавляем 100 мл раствора из второй колбы. Вначале как будто ничего не происходит. Только пощелкивает секундомер. И вдруг... бесцветная жидкость внезапно становится темно-синей, почти черной. Если теперь взять новую порцию первого раствора — 50 мл и добавить к ней 50 мл воды, а дальше поступить, как указано выше, то секундомер «отстучит» до появления окраски вдвое большее время.

     Вот что происходит в жидкости. Триоксоиодат-ион   окисляет сульфитный ион  а сам восстанавливается до йодид-иона :  

     + 3 =  + 3 

     Эта реакция протекает медленно. Как  только в растворе появляются йодид-ионы, начинается вторая реакция, более быстрая:  

     + 5 + 6 = 3 + 9 

     Еще быстрее идет третья реакция:  

     +  + 3 = 2 +   + 2 

     Свободный йод, который окрашивает крахмал в синий цвет, является в растворе лишь после окисления всех сульфитных анионов.

     Описанный здесь опыт впервые выполнил немецкий химик Ганс Генрих Ландольт в 1892 г. Впоследствии сам опыт стали называть опытом Ландольта, а реакции такого типа — реакциями Ландольта.  

Союз  ионов меди и йода

     Что произойдет, если в водном растворе вдруг встретятся катионы меди Сu²⁺ и йодид-анионы ? Образуется ли соединение и какое именно? Или они, встретившись, пойдут каждый своей дорогой? Попробуем разобраться в этой химической ситуации посредством эксперимента.

     В коническую колбу нальем 50 мл водного  раствора сульфата меди(II), содержащего 2 г CuSO₄ в 100 мл воды. К нему добавим 5—10 мл водного раствора иодида калия КI (20 г соли и 80 мл воды). Если дать колбе немного постоять, то мы увидим на дне бурый осадок, а над осадком — коричневую жидкость. Если к содержимому колбы добавить при перемешивании водный раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ (2 г в 100 мл воды), можно добиться обесцвечивания раствора и осадка. Сольем жидкость с белого осадка, добавим около 100 мл дистиллированной воды, перемешаем, вращая колбу, и перенесем часть суспензии в Химический стакан. Сюда же добавим избыток раствора тиосульфата натрия до исчезновения осадка и получения бесцветного прозрачного раствора.

     Теперь  рассмотрим наблюдаемые химические явления. В первой реакции произошло  выделение йода и образование  белого осадка иодида меди(I) СuI: 

     2CuSO₄ + KI = 2CuI↓ + I₂ + 2K₂SO₄

     Вначале кажется, что осадок СuI — бурого цвета. Но это не так. Дело в том, что йод в условиях избытка йодид-ионов превращается в дииодоиодат-ионы [I(I)₂]^-, которые окрашивают раствор в интенсивно- коричневый цвет:  

     I₂ + KI = K[I(I)₂] 

     При добавлении небольшого количества тиосульфата  натрия в колбе протекает окислительно-восстановительная реакция: 

     2Na₂S₂O₃ + K[I(I)₂] = Na₂S₄O₆ + 6NaI + KI 

     Все продукты этих реакций бесцветны. Вот  почему исчезает бурая окраска жидкости и осадка. Растворение белого осадка иодида меди(I) СuI при введении избытка тиосульфат-ионов связано с реакциями образования тиосульфатного комплекса состава [Cu(SO₃S)₂]^3–  — бис(тиосульфато)купрат(I)-иона: 

     СuI + 2Na₂S₂O₃ = Na[Cu(SO₃S)₂] + NaI  

Беспокойный металл

     Этот  чрезвычайно эффектный опыт следует  вести, приняв необходимые меры предосторожности — металлический натрий бурно взаимодействует с водой. Особенно следует беречь глаза!

     Достаньте пинцетом из склянки с безводным  керосином кусочек металлического

     натрия, осушите его фильтровальной бумагой  и отрежьте ножом небольшую порцию. Бросьте этот кусочек в чашу с водой, куда предварительно добавили 5—6 капель спиртового раствора фенолфталеина. Кусочек натрия расплавится, превратится в блестящую капельку металла, которая начнет беспорядочно «бегать» по поверхности воды, при этом оставляя за собой красно-малиновый след. При движении капельки слышно потрескивание, иногда она окутывается слабо-синеватым пламенем. Если капелька беспокойного металла прилипнет к стеклянной стенке чаши, то произойдет небольшой взрыв!

     Все эти химические явления наблюдал в 1807 г. английский химик Гемфри Дэви, впервые получивший металлический натрий. Только фенолфталеина у него не было, этот индикатор был синтезирован много позже.

     Разберем  по порядку все наблюдения. Взаимодействие натрия с водой сопровождается значительным выделением теплоты, от этого он плавится и превращается в шарик. Плотность расплавленного натрия меньше плотности воды, поэтому он и плавает на поверхности воды, а не тонет. Продуктами реакции являются газообразный водород Н₂, пузырьки которого подталкивают шарик и заставляют его «бегать» по поверхности воды, и гидроксид натрия NaOH. Гидроксид натрия создает за двигающимся натрием щелочную среду, от которой фенолфталеин приобретает красно-малиновый цвет, образующий «дорожку» за шариком. Уравнение протекающей реакции довольно простое: