Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения
5.89. КУСТ МОИСЕЯ
Однажды, как рассказывает Библия (Исх. III, I), пророк Моисей пас овец и увидел, «что терновый куст горит огнем, но не сгорает».
Среди синайских песков растет кустарник диптам, который в тех местах зовут «кустом Моисея». В 1960 г. польские ученые вырастили это растение в заповеднике, и в один из жарких летних дней оно действительно «загорелось» голубовато-красным пламенем, оставаясь при этом само невредимым. Исследования показали, что кустарник диптам выделяет летучие эфирные масла. В тихую безветренную погоду концентрация этих легколетучих масел в воздухе вокруг куста резко увеличивается; под действием прямого солнечного света они загораются и быстро сгорают с выделением энергии в основном в форме света. А сам куст остается целым и неповрежденным.
Легковоспламеняющихся веществ такого рода известно много. Так, дисульфид углерода CS2 (в обычных условиях это бесцветная, очень летучая жидкость) в виде паров легко воспламеняется от любого нагретого предмета и сгорает светло-синим пламенем с такой низкой температурой, что в нем не обугливается бумага (см. 1.30).
5.90. ГОРЬКИЙ ИСТОЧНИК
Израильтяне под предводительством Моисея переходили безводную пустыню Сур. Измученные жаждой, они с трудом добрались до местечка Мерр, но обнаружили, что вода здесь горькая и пить ее невозможно. «И возроптали они на Моисея…» (Библия, Исх. XIV, 5–21). Но Бог повелел пророку бросить в воду растущее вблизи дерево. И — чудо! — вода стала пригодной для питья!
В окрестностях Meppa и сегодня существует горький источник: вода его насыщена сульфатом кальция CaSO4. Рядом с источником растет кустарниковое дерево эльвах, соки которого содержат большое количество щавелевой кислоты H2C2O4 в виде ее солей KHC2O4, K2C2O4 (гидрооксалата и оксалата калия). Местное население перед использованием воды бросает в нее ветки кустарника, и она теряет свою горечь, так как оксалаты, попадая в воду, осаждают из нее оксалат кальция; CaC2O4 — менее растворимый, чем сульфат кальция:
KHC2O4 + CaSO4 = CaC2O4↓ + KHSO4.Второй продукт реакции — гидросульфат калия, концентрация которого в воде крайне мала, — поглощается (сорбируется) корой кустарника.
5.91. ОРАНЖЕВЫЙ СВЕТ
Фокусник слил в сосуд два бесцветных раствора и как только смесь начала пениться, погасил свет. Зрители увидели отчетливое оранжевое свечение.
Фокусник прилил к водному раствору гидрохинона C6H4(OH)2, дополнительно содержавшему карбонат калия K2CO3 и формальдегид НСНО, концентрированный водный раствор пероксида водорода H2O2. В сосуде начались окислительно-восстановительные реакции с превращением гидрохинона в хинон C6H4(O)2 и формальдегида в муравьиную кислоту НСООН. Одновременно протекала реакция взаимодействия K2CO3 с образующейся муравьиной кислотой; при это выделялся газообразный диоксид углерода CO2, который вспенивал раствор:
HCHO + H2O2 = НСООН + H2O K2CO3 + 2НСOOН = 2НСOOК + CO2↑ + H2OЭнергия, выделяющаяся в окислительно-восстановительных реакциях, почти полностью превращается в световую, чем и обусловлено оранжевое свечение раствора.
6. НЕОБЫЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ.
ХИМИЧЕСКИЕ КУРЬЕЗЫ
В сущности, любая химическая реакция уже необычна и таинственна как сама жизнь. Разве можно привыкнуть к тому, что одно вещество превращается в другое? И все же многие из таких превращений стали обыденными: сталкиваясь с ними ежедневно, мы уже над ними не задумываемся. Другие же превращения по-прежнему удивляют и поражают воображение. Речь в этом разделе пойдет и о курьезах, которые позволяют химикам проявить присущее им чувство юмора.
6.1. ДЬЯВОЛЬСКОЕ НАВАЖДЕНИЕ
Шел XVII век. Монастырь. Молодому монаху было поручено приготовить красную краску «скарлет». В соответствии с рецептом он взял водный раствор нитрата ртути Hg(NO3)2 и прилил к нему раствор иодида калия KI. Монах увидел, как раствор сначала стал красным, а затем прозрачным и бесцветным. Никакого красного осадка «скарлета» не образовалось. Объяснив происшедшее «дьявольским наваждением», монах бросил работу и стал молиться.
Красный осадок иодида ртути (краска «скарлет»), малорастворимый в воде, образуется только при смешивании строго стехиометрических количеств реагентов, отвечающих реакций
Hg(NO3)2 + 2KI = HgI2↓ + 2KNO3.Вероятно, монах вылил в сосуд с раствором нитрата ртути весь раствор иодида калия, рассчитанный на несколько синтезов. Поэтому образовавшийся вначале осадок иодида ртути HgI2 стал тотчас же взаимодействовать с избытком иодида калия, образуя прозрачный раствор тетраиодомеркурата калия (см. 5.80):
HgI2 + 2KI = K2[HgI4].6.2. КРИМИНАЛЬНАЯ ИСТОРИЯ C ЦИАНИДОМ КАЛИЯ
Однажды лаборант, вынув из сейфа банку с сильнейшим ядом — цианидом калия KCN, обнаружил, что крышка не закрыта, характерный слабый запах миндаля исчез, а объем содержимого банки несколько увеличился. Анализ показал, что в банке почти не осталось цианида калия.
В пропаже цианида калия «виноваты» диоксид углерода СО, (углекислый газ) и влага, которые всегда содержатся в атмосферном воздухе. Кристаллы цианида калия в открытой банке долго были в контакте с воздухом, гигроскопичный KCN поглощал влагу из воздуха и подвергался гидролизу:
KCN + H2O ↔ HCN + КОН.Продукт гидролиза — гидроксид калия — вступал в реакцию взаимодействия с CO2:
KOH + CO2 = KHCO3,а легколетучий циановодород HCN выделялся в газообразном состоянии. Общая реакция взаимодействия KCN с воздухом:
KCN + H2O + CO2 = KHCO3 + HCN↑.Добавим, что HCN в воздухе постепенно окислялся:
4HCN + 5O2 = 2Н2O + 4СO2↑ + 2N2↑и терял свою токсичность, а кислород воздуха действовал на оставшийся цианид калия и медленно превращал его в цианат калия:
2KCN + O2 = 2KNCO.Если бы воздух был слишком влажен, то в присутствии большого количества влаги могла бы произойти еще одна реакция, обусловленная разрывом связей углерод — азот в цианид-ионах:
KCN + 2Н2O = HCOOK + NH3↑с получением формиата калия HCOOK и аммиака NH3.
6.3. ТАЙНА ЗОЛОТОГО КОЛЬЦА
У работницы химического цеха соскочило с пальца золотое кольцо и упало в аппарат с раствором цианида натрия NaCN. Сразу достать его не удалось, а на следующий день кольца в аппарате не нашли. Куда оно исчезло?
Золото взаимодействует с цианидом натрия в водном растворе в присутствии кислорода воздуха, превращаясь в дицианоаурат натрия:
4Au + 8NaCN + 2Н2O + O2 = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH.Дицианоаурат натрия — хорошо растворимое бесцветное кристаллическое вещество. Приведенная реакция и является причиной исчезновения кольца.
В 1844 г. русский инженер Багратион (см. 5.22) предложил использовать эту реакцию для извлечения золота из бедных месторождений. После обработки золотоносной породы водным раствором NaCN с продувкой воздуха получают раствор Na[Au(CN)2], в который затем добавляют избыток цинковой пыли:
2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au↓.Осадок смеси золота и цинка промывают разбавленной хлороводородной кислотой, переводящей цинк в хлорид цинка:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑.После удаления раствора и промывки осадок представляет собой чистое золото (см. 10.13).
6.4. НЕЗАДАЧЛИВЫЙ ЛАБОРАНТ
У начинающего лаборанта приключилась целая серия неудач: поставил он в сушильный шкаф вещество, включил нагрев… приходит, открывает шкаф, а там — пустая чашка, вещества как не бывало. Решил он перекристаллизовать соль, стал добавлять ее к кипящей воде, израсходовал все запасы соли, а насыщенного раствора так и не получил. Стал охлаждать раствор, но кристаллы так и нс выпали. Отчаявшись, выпарил раствор досуха и… увидел пустую чашку.
Вещество, без остатка разложившееся в сушильном шкафу, — это, вероятно, был гидрокарбонат аммония NH4HCO3, который даже при комнатной температуре разлагается, а все продукты его разложения газообразны:
NH4HCO3 = NH3↑ + H2O↑ + CO2↑.Особенно быстро идет разложение в присутствии следов влаги и при нагревании (см. 5.4).
Соль, которую не удалось перекристаллизовать, — нитрит аммония NH4NO2. При нагревании раствора этого вещества в воде идет разложение:
