Ложка исчезает, или три опыта с алюминием

     Большой стеклянный цилиндр тщательно вымойте горячей водой и по стенке налейте в него горячий водный раствор тиосульфата натрия, наполняя цилиндр на 1/3 его высоты. Готовить этот раствор надо, внося в 45 мл горячей воды 450 г пентагидрата тиосульфата натрия Na₂SO₃S∙5Н₂О.

     Осторожно по стеклянной палочке на этот раствор  налейте, не смешивая с ним, горячий раствор ацетата натрия (300 г тригидрата ацетата натрия CH₃COONa∙3Н₂О на 45 мл воды). Раствор ацетата натрия тоже Должен занять 1/3 высоты цилиндра.

     Наконец, в верхнюю часть цилиндра на 1/3 его высоты налейте горячую воду, не перемешивая её с нижними слоями раствора. Затем цилиндр накройте часовым стеклом и дайте ему остыть до комнатной температуры.

Na₂SO₃S∙5Н₂0 и осторожно опустите в самый нижний слой раствора. Тотчас же вокруг кристаллика начнется образование «цветка» из бесцветных кристаллов пентагидрата тиосульфата натрия. К другой стеклянной палочке прикрепите кристаллик ацетата натрия CH₃COONa∙3Н₂О и опустите во второй слой раствора. Здесь также начнется кристаллизация «цветка» из соли, но кристаллы будут другой формы. Так вы получите в цилиндре «оранжерею» с диковинными «цветами», состоящую из двух слоев блистающих на свету прозрачных кристаллов изумительной красоты. 

Фантастические  пейзажи на стекле

     Чтобы запечатлеть причудливые узоры из мелких цветных кристалликов солей, существует следующий способ. Готовят теплый раствор 2—3 г желатина в 100 мл воды и 10—15%-ные водные растворы окрашенных солей (сульфата меди CuSO₄, дихромата калия К₂Сr₂О₇, хлорида никеля NiCl₂, хлорида кобальта СоСl₂ и т. п.). Эти растворы будут содержать 10—15 г каждой соли в 100 г воды.

     Затем раствор желатина смешивают с  десятикратным объемом раствора соли и выливают смесь на обезжиренную стеклянную пластинку, чтобы получился слой толщиной 2—3 мм. Пластинку оставляют в горизонтальном положении для испарения воды. Через один − два дня тонкий слой раствора желатина с примесями солей высыхает и на стекле появляются причудливые узоры из цветных кристаллов синего, оранжевого, зеленого, розового цветов. 

Кольца  Лизеганга

     Немецкий  физикохимик Рафаэль Лизеганг в 1867 г. придумал свой способ получения  пейзажей на стекле, получивший название «кольца Лизеганга». В центр застывшего на стекле слоя желатина, содержащего 10% дихромата калия К₂Сr₂O₇, помещают большую каплю концентрированного водного раствора нитрата серебра(1) AgNO₃ (90 г соли в 100 мл воды). Через несколько дней в слое желатина появляются концентрические кольца красно-бурого цвета. В застывшем слое желатина происходит отложение колец из кристаллического Ag₂Cr₂O₇, полученных по обменной реакции: 

     К₂Сr₂О₇ + 2AgNO₃ = Ag₂Cr₂O₇↓  + 2KNO₃ 

     Вот в чем причина удивительной формы  выделения осадка. Водный раствор  нитрата серебра проникает в  студень постепенно, и на некотором расстоянии от центра капли образуется насыщенный раствор дихромата серебра, из которого выделяются кристаллы этой малорастворимой соли. К месту их роста медленно подтягиваются находящиеся вблизи дихроматные анионы , благодаря чему вокруг кольца с осадком Ag₂Cr₂O₇ образуется зона, свободная от дихромата калия, а значит — бесцветная. В эту зону сквозь кольцо осадка устремляются новые ионы Ag⁺ и . Они подходят к участкам желатина, содержащим анионы , образуя второе красно-бурое кольцо из кристаллов дихромата серебра... Потом все процессы повторяются вновь, пока хватает введенных реактивов. 

 

 Заросли из серы

     Берут широкий химический стакан емкостью 2 л, в который вставляют до 1/3 высоты две П-образные стеклянные палочки разной высоты перпендикулярно друг другу так, чтобы одна из них проходила под другой и они не доходили до стенок стаканов на 4—5 мм. В стакан наливают раствор сульфата меди(II) CuSO₄ с содержанием соли 50—100 г в 1 д воды. Жидкость должна наполнять стакан на 4/5 его объема. Стакан накрывают часовыми стеклами и ставят в холодильник для охлаждения.

     В большую пробирку, закрепленную в  деревянной или металлической держалке, насыпают примерно на 1/3 ее объема кусочки  черенковой или комовой серы. Тонко измельченную серу («серный цвет») в этом опыте использовать не рекомендуется, так как при плавлении это вещество сильно вспенивается.

     Пробирку  осторожно нагревают над пламенем до тех пор, пока вся сера не превратится  в желтую легкоподвижную жидкость. Затем усиливают нагревание. Расплав сначала становится густым, а потом, ближе к точке кипения, снова делается жидким. Когда сера закипит, ее выливают в раствор сульфата меди. При выливании расплава делают круговые движения рукой так, чтобы струйки расплава ложились в разные места на скрещенных стеклянных палочках. Иногда в этот момент сера загорается, но на это можно не обращать внимания: ведь ей предстоит встреча с водой. Если пробирка после выливания серы продолжает обгорать, ее надо наполнить водой из запасного стакана.

     В результате на стеклянных палочках повисают тонкие, тягучие коричнево-желтые нити пластической серы — полная иллюзия тропических джунглей, перевитых лианами. Через час «лианы» становятся твердыми и на их поверхности появляется желтоватый налет мелких кристалликов серы. Благодаря раствору CuSO₄ нити «лиан» приобретают зеленоватый оттенок, поскольку рассматривать их приходится через голубую жидкость.

 

 

Замшелые  камни

     На  дно широкого стеклянного сосуда с достаточно толстыми стенками осторожно опускают речную гальку. Можно насыпать и бесцветный речной песок слоем толщиной 3—5 см. Затем наливают на половину объема сосуда концентрированный водный раствор сульфата меди(II) CuSO₄. После этого в раствор добавляют смесь цинковой пыли и гранулированного цинка до исчезновения голубой окраски жидкости.

     Частицы цинка покрываются лохматым налетом  кирпично-красного цвета, похожим на мох, и оседают на камнях или песке. Это говорит о выделении кристаллов меди в результате окислительно-восстановительной реакции: 

     CuSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cu↓

     Цинк  можно заменить алюминием А1, но в этом случае для предотвращения гидролиза сульфата алюминия A1₂(SO₄)₃, образующегося в реакции: 

     3CuSO₄ + 2А1 = A1₂(SO₄)₃ + 3Cu↓, 

к раствору сульфата меди заранее добавляют 5—10 мл разбавленной серной кислоты, которая  с медью не взаимодействует.

     То, что арабский алхимик Джабир аль-Хайян  на рубеже I и II тысячелетий называл «превращением железа в медь», на самом деле было процессом, очень похожим на рассмотренные здесь опыты. В растворе медного купороса железные клинки покрывались слоем меди, выделившейся по реакции: 

     CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu↓

     Полная  иллюзия превращения одного металла  в другой! Жаль только, что алюминий во времена алхимиков еще не был известен.  

 

             Целлюлозные водоросли

     В 1857 г. швейцарский химик Матиас Швейцер  обнаружил, что концентрированный водный раствор комплексного соединения — гидроксида тетраамминмеди(II) [Cu(NH₃)₄](OH)₂ растворяет вату и кусочки фильтровальной бумаги. Это было для него первой неожиданностью, а второй оказалось превращение полученного раствора в нитевидные «водоросли», если полученный вязкий раствор влить тонкой струйкой в сосуд с разбавленной серной кислотой. Так Швейцер впервые в истории химии получил нити чистой целлюлозы.

     Воспроизведем опыт Швейцера. В химический стакан емкостью 1—2 л нальем на 3/4 его объема разбавленную серную кислоту (54 мл концентрированной H₂SO₄ на 1 л воды).

     После этого приготовим реактив Швейцера. Для этого к 150—200 мл водного раствора сульфата меди (10—15 г соли на 100 мл воды) добавим в небольшом избытке  разбавленный раствор гидроксида натрия, Выпавший голубой осадок гидроксида меди Сu(ОН)₂ отфильтруем, а потом обработаем 15%-ным раствором аммиака. Осадок превратится в растворимый  ярко-синий  комплекс   —   гидроксид  тетраамминмеди(II) [Cu(NH₃)₄](OH)₂: 

     CuSO₄+ 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ 

     Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ 

     Теперь  приступим к растворению целлюлозы. В химический стакан емкостью 500 мл нальем 100 мл раствора полученного аммиачного комплекса (реактива Швейцера) и туда же поместим небольшой кусок ваты или обрывки фильтровальной бумаги. После перемешивания целлюлоза растворяется и образуется темно-синяя жидкость. Набираем эту жидкость в шприц емкостью 25—50 мл и выпускаем ее в стакан с разбавленной серной кислотой. Образуются тонкие шелковистые нити своеобразных «водорослей». Раствор при этом становится небесно-голубым, как вода горного озера, отражающего чистое небо.

     В кислотной среде аммиачный комплекс разрушается по реакции:

     [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 3H₂SO₄ = CuSO₄ + 2(NH₄)₂SO₄ + 2H₂O 

     В результате выделяется осадок целлюлозы. Волокна медно-аммиачного «шелка», из которого состоят полученные нами «водоросли», в несколько раз тоньше волокон натурального шелка и далее тоньше паутины. Их долгое время использовали для изготовления легких тканей, подмешивали к шерсти, синтетическим волокнам. 

Эмалевые  пейзажи на металле

     Мастера Древнего Египта, Индии, Китая и алхимики средневековой Европы умели готовить разноцветные эмали и с их помощью  наносить на металл рисунки — мифологические сюжеты, жанровые сцены и пейзажи. «Рисовать» с помощью эмали — это целое искусство. Но им можно овладеть, если набраться терпения и точно следовать приведенным рецептам.

     Один  из самых простых способов получения  и использования эмали заключается  в следующем. Растирают в фарфоровой ступке 5 г тетрабората натрия Na₂B₄O₇∙10Н₂О (буры), 10 г оксида свинца(II) РbО и 2 г оксида кобальта(II) СоО, пересыпают полученную смесь в фарфоровый тигель, уплотняя ее слой стеклянной палочкой или фарфоровой ложечкой так, чтобы получился конус с вершиной в середине тигля. Уплотненная смесь должна занимать в тигле не более 3/4 его объема. Тигель помещают в муфельную или тигельную печь и нагревают до 800—900 ⁰С. После прекращения выделения пузырьков газа смесь сплавляется, и легкоплавкая эмаль готова. Горячий тигель с расплавом берут щипцами и сразу же выливают его содержимое на стальной лист с гладкой поверхностью. После охлаждения расплав превращается в «стекло» сине-фиолетового цвета. Это промежуточный этап получения эмали. Чтобы образовалось «стекло» зеленого цвета, вместо оксида кобальта(II) в исходную смесь вводят 2 г оксида меди(II) СuО.

     Эмалевое  «стекло» синего или зеленого цвета  надо разбить молотком или фарфоровым пестиком и затем растереть в фарфоровой ступке. Порошок высыпают на лист толстого стекла, добавляют немного воды и растирают до сметанообразного состояния плоским дном фарфоровой ступки. Поверхность выбранной для эмалирования толстой металлической (алюминиевой или медной) пластинки зачищают тонкозернистой наждачной бумагой, обезжиривают (моют в растворе стирального порошка) и высушивают на воздухе. После этого на чистую и сухую поверхность металла шилом наносят контурный рисунок.

     Полученные  углубления с помощью кисточки заполняют  полужидкой массой измельченного эмалевого «стекла» так, чтобы она выступала над поверхностью. Затем пластинку, не наклоняя, берут щипцами и высушивают над пламенем горелки, а после этого нагревают над тем же пламенем до тех пор, пока смесь не наплавится на металл в виде сине-фиолетового или зеленого узора по контуру рисунка. Не меняя горизонтального положения пластинки, ставят ее на металлическую подставку для охлаждения.

     При сплавлении смеси, состоящей из тетрабората  натрия, оксидов свинца и кобальта (или меди), образуются бораты, имеющие сложный состав.  

Зимний  пейзаж на стекле

     Приготовьте в химическом стакане при нагревании насыщенный раствор сульфата магния. К этому горячему раствору добавьте несколько капель заранее приготовленного столярного клея. Перемешайте содержимое стакана стеклянной палочкой. Полученную смесь надо нанести на кусок чистого оконного стекла ровным слоем при помощи кисти.

     Через некоторое время на стекле появляются кристаллы, образующие «ледяные узоры»: при понижении температуры из пересыщенного раствора соли выпадают кристаллы ветвистой формы.  

«Иней»

     Насыпьте  на дно химического стакана слой нафталина высотой 0,5—-1 см и укрепите в нем несколько еловых или  березовых веточек. Стакан поставьте  на электроплитку, а сверху на него поставьте наполненную водой круглодонную колбу. Через некоторое время после начала нагревания веточки покроются блестящими кристаллами нафталина, похожими на иней. Нафталин летуч и легко возгоняется, а потом кристаллизуется из газовой фазы.

     Проводя опыт, нельзя допускать попадания  паров нафталина в воздух помещения: они токсичны. 

<