Волшебные огни
·Светящаяся надпись
·И вдруг вспыхнула свеча!
·Свеча и волшебная палочка
·Цветное пламя свечи
·Спиртовые огни
·Вода вместо спичек, или Пероксид-воспламенитель
·Горящая кислота
·Огненный дождь... взаперти
·Железо горит!
·И с помощью лимонной кислоты...
·Пламя — и сноп искр
·Горящий снег
·Зеленое пламя
·Факел из эфира
·Фейерверк над тиглем
·Огни в жидкости
·Небесный огонь
·Натрий-колдун
·Хромовая зажигалка
·Волшебное пламя
·Пробирка-факел
·Самовозгорание?
·В кислороде...
По одной из библейских легенд, на стене дворца вавилонского царя Валтасара во время пира вдруг возникли светящиеся письмена.
Химики доказали, что такое чудо возможно: на черной стене может вспыхнуть, а потом погаснуть надпись или рисунок. Для этого надо приготовить специальные фосфорные «карандаши». В пробирку вносят 1 г белого фосфора Р4 (осторожно, он ядовит и огнеопасен!) в виде нескольких горошин и добавляют 2 г стеарина или парафина. Закрывают пробирку тампоном из стекловаты и нагревают на водяной бане, периодически взбалтывая. После расплавления содержимого пробирки ее охлаждают в холодной воде. Когда смесь затвердеет, пробирку разбивают и извлекают застывший стержень (это надо делать, предварительно надев резиновые перчатки). Хранить его можно только под слоем воды, в закрытой склянке. Если таким «карандашом» сделать надпись на куске картона, то в темноте она будет светиться, а потом постепенно исчезнет.
Стеарин защищает белый фосфор от быстрого окисления кислородом воздуха и тем самым увеличивает продолжительность свечения. А само свечение вызвано реакцией медленного окисления фосфора:
Р4 + 3О2 = Р4О6
Р4О6 + 2О2 = Р4О10
с образованием в конечном счете оксида фосфора(V) Р4010, вступающего во взаимодействие с влагой воздуха. При этом получаются мельчайшие капельки ортофосфорной кислоты Н3Р04, образующие легкий белый дымок.
За 2000 лет до н. э. жрецы Древнего Египта во время богослужений вызывали внезапное возгорание огней в храмах и этим повергали молящихся в ужас. Простые люди полагали, что с огнем в храм входит сам верховный бог Аммон — создатель сущего, творец плодородия...
Внезапное возгорание свечи легко может показать учитель химии или руководитель химического кружка. Этот опыт состоит из двух операций. Вначале в склянке с пришлифованной пробкой готовят раствор белого фосфора Р4 (3 — 4 кусочка, каждый размером с горошину) в 10— 15 мл сероуглерода (дисульфида углерода) CS2. Затем фитиль свечи «разлохмачивают» на отдельные ниточки и пропитывают их полученным раствором из капельницы так, чтобы он не потек по самой свечке. После этого наступает время ожидания. Дисульфид углерода быстро испаряется, оставляя на фитиле свечи мельчайшие частички белого фосфора. Фосфор окисляется на воздухе с выделением значительного количества теплоты, а это через некоторое время (обычно 15—10 минут) вызывает «внезапное» воспламенение свечи.
Зажечь свечу без спичек можно вполне безобидным способом, но то же под контролем преподавателя или руководителя химического кружка. Для этого потребуется сначала имитировать настоящую свечу — тонкую стеклянную пробирку облить снаружи расплавленным парафином или стеарином (можно даже просто накапать парафин с горящей свечи, держа ее наклонно). В пробирку наливают на 1/2 ее объема этанол С2Н5ОН (этиловый спирт) и надевают на нее металлический колпачок с отверстием, через которое пропущен фитиль из 5 — 10 ниток бумажной пряжи. Колпачок тоже надо облить расплавленным парафином.
Пламя свечи можно сделать зеленым, красным, синим, если поступить следующим образом. Надо расплавить обычную свечу в металлической миске, вынуть из расплава фитиль, а в расплав внести немного (1/2 чайной ложки на одну свечу) соли, вызывающей окраску пламени.
Красное пламя получается, если в расплав добавить хлорид стронция SrCl2·6Н2О, зеленоватое — при введении в расплав хлорида бария ВаС12·2Н2О. Малиновый цвет можно придать пламени, если к расплаву добавить хлорид лития LiCl. А желтый цвет появится, если ввести в парафин свечи хлорид натрия NaCl или оксалат натрия Na2C2O4. Сине-зеленый цвет пламени получается при смешивании расплава с хлоридом меди CuCl2. Расплав тщательно перемешивают с солью и выливают в фарфоровое блюдечко для варенья. Там же по центру располагают фитиль, выставив один его конец из расплава. После того как расплав застынет, можно опробовать новые «свечи».
Если соль, способную окрашивать пламя, внести в горящий этиловый спирт С2H5ОН, то пламя станет цветным. Для этого поступают следующим образом. В три небольшие чашки кладут тампоны из волокнистых веществ — пакли, ваты или асбеста, пропитанные концентрированными водными растворами солей, окрашивающих пламя, а затем отжатые и высушенные. После этого тампоны обливают этиловый спиртом в таком количестве, чтобы часть его осталась в чашке, и поджигают. Если такие чашки расставить в разных местах комнаты, то можно получить «гирлянду» зеленых, красных, желтых, малиновых и синих огней без дыма и запаха. «Букет» из цветных огней получают, располагая чашки с горящим спиртом друг около друга на разной высоте. По мере выгорания следует добавлять в чашки спирт, пользуясь длинной пипеткой емкостью 15—25 мл и погружая ее конец под тампон в жидкость.
Вместо солей, перечисленных ранее, можно использовать нитраты лития, стронция, меди и натрия. Однако эффект будет гораздо слабее из-за того, что эти соли менее летучи.
Вода вместо спичек, или Пероксид-воспламенитель
Цветное пламя можно получить и совсем другим способом. Особенно интересно, что в роли «спичек», поджигающих горючую смесь, будет... вода!
Для этого опыта потребуются три фарфоровые тарелки, в которые мы поместим соответственно:
· смесь равных объемов (например, по 1 чайной ложке) сухого пероксида натрия Na2O2 и алюминиевой пудры, смешанной со щепоткой соли, окрашивающей пламя;
· cмесь, состоящую из двух объемов (две чайные ложки) сухого пероксида натрия и одного объема (одна чайная ложка) сухих древесных опилок;
· втрое сложенный листок фильтровальной бумаги, на которую насыпают немного (1 чайную ложку) сухого пероксида натрия Na2O2.
Во вторую и третью тарелки (с опилками и с бумагой) тоже добавляют понемногу соли, вызывающей окраску пламени. После этого, поставив тарелки подальше друг от друга, приливают на смеси по 3 — 4 капли воды из длинной пипетки. В первой тарелке смесь сгорает ослепительным цветным пламенем и со вспышкой. В остальных тарелках загораются и горят опилки и бумага, а пламя хотя и спокойное, но тоже цветное.
Механизм воспламенения смесей таков: вода разлагает пероксид натрия Na202 до гидроксида натрия NaOH и кислорода O2:
2Na2O2 + 2Н2O = 4NaOH + O2↑
с таким большим выделением теплоты, что от этого загорается не только алюминиевая пудра, но также целлюлоза бумаги и древесины.
При сгорании алюминия образуются оксид алюминия и оксид натрия, которые взаимодействуют между собой с образованием алюмината натрия:
2А1 + 3Na2O2 = А12O3 + 3Na2O;
Al2O3 + Na2O = 2NaA1O2
В фарфоровую чашку насыпают чайную ложку сухого пероксида натрия Na2O2, не содержащего примеси карбоната натрия Na2CО3, и щепотку соли (SrCl2∙6Н20, ВаС12∙2Н2О, LiCl и др.), вызывающей окраску пламени. Затем на эту смесь выливают из длинной пипетки 3 — 4 капли 90 — 98% -ной уксусной кислоты СН3СООН (так называемая «ледяная» уксусная кислота). После падения каждой капли кислоты на пероксид натрия происходит ослепительная цветная вспышка, которая отличается редкой красотой.
Химическая реакция горения кислоты не отличается особой сложностью: ее продукты — гидроксид натрия NaOH и монооксид углерода СО:
2Na2O2 + CH3COOH = 4NaOH + 2СО↑
Пероксид натрия впервые получил французский химик Жозеф Гей-Люссак в 1811 г. Он же наблюдал вспышки концентрированной уксусной кислоты при контакте с Na2O2.
На дно большой бутыли (емкостью 3 — 5 л) насыпают слой сухого речного песка толщиной 2—3 см и затем наполняют ее хлором. Хлор, как известно, можно получить действием концентрированной соляной кислоты на диоксид марганца или перманганат калия. Для этого в круглодонную колбу насыпают на 1/4 ее объема Мп02 или КМnO4 и вставляют резиновую пробку с капельной воронкой и отводной стеклянной трубкой. Колбу закрепляют в штативе и помещают в вытяжной шкаф. Затем наливают в капельную воронку соляную кислоту и начинают по каплям добавлять ее в круглодонную колбу. Начинается реакция:
МnO2 + 4НСl = МnСl2
(или 2KMnO4 + 16НС1 = 2КС1 + 2МnСl2 + 5C12↑ + 8H2O)
Длинную газоотводную трубку погружают в большую бутыль до самого ее дна. Хлор тяжелее воздуха и будет постепенно вытеснять его. Чтобы узнать, наполнена ли бутыль хлором, подносят к ее горловине фильтровальную бумажку, смоченную водным раствором иодида калия. В результате реакции:
2KI + С12 = 2КС1 + I2
выделяется иод I2 и бумажка чернеет. Бутыль, наполненную хлором, закрывают пробкой. Выполнив эти операции, растирают в фарфоровой ступке сурьму Sb до порошкообразного состояния и наполняют этим порошком небольшую пробирку на 1/4 ее объема. Вынув пробку, осторожно постукивая по пробирке пальцем, небольшими порциями высыпают порошок сурьмы в бутыль с хлором. Сурьма тотчас же воспламеняется и сгорает, образуя «огненный дождь» и разбрасывая во все стороны искры. Склянка наполняется белым дымом продуктов взаимодействия сурьмы и хлора: