Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения
Знаете ли вы, что в основе одного из самых старых способов получения чистой ортофосфорной кислоты лежит реакция Маргграфа?
Маргграф (см. 1.61) предложил получать ортофосфорную кислоту H3PO4 нагреванием белого или красного фосфора с азотной кислотой:
P4 + 20HNO3 = 4Н3РO4 + 20NO2↑ + 4Н2O.После удаления газообразного диоксида азота остается только водный раствор ортофосфорной кислоты (см. 5.75).
8.7. ЗНАМЕНИТАЯ БЕРТОЛЕТОВА СОЛЬ
Для получения триоксохлората калия KClO3 Бертолле (см. 2.41) предложил пропускать хлор Cl2 в горячий раствор гидроксида калия KOH в воде. Уже через несколько минут из раствора начинают выпадать белые пластинчатые кристаллы KClO3:
6КOН + Cl2 = KClO3 + 5КСl + 3Н2O.Кристаллы отфильтровывают и высушивают при температуре не выше 100°С. Триоксохлорат калия применяют в производстве спичек (см. 1.30–1.32). Описанная выше простая реакция получила впоследствии название реакции Бертолле, а ее продукт — «бертолетова соль» (см. 9.39).
8.8. СМЕСЬ КИБАЛЬЧИЧА
Так называли смесь, состоящую из триоксохлората калия KClO3 и сахара C12H22O11. Ее использовали в качестве запала к кустарно изготовленным бомбам. Если смочить смесь каплей концентрированной серной кислоты H2SO4, то происходит сильная вспышка (см. 1.28):
3КСlO3 + H2SO4 = 2СlO2↑ + KClO4 + K2SO4 + H2O.Выделяющийся диоксид хлора ClO2 тотчас же разлагается на хлор Cl2 и кислород O2:
2ClO2 = Cl2↑ + 2O2↑,воспламеняя сахар:
C12H22O11 + 12O2 = 12СO2↑ + 11H2O.Примечание. Николай Иванович Кибальчич (1854–1881) — русский инженер, участник покушения на Александра II, создатель проекта реактивного летательного аппарата.
8.9. КАК ПОЛУЧИТЬ КИСЛОТУ КАРО?
Реакция Каро (Никодем Каро, 1871–1935, немецкий химик) — это реакция взаимодействия триоксохлоросульфата водорода HSClO3 с безводным пероксидом водорода H2O2 (см. 5.63):
HSClO3 + H2O2 = H2SO5 + НСl.Один из продуктов реакции — пероксомоносерную кислоту H2SO5 — еще до сих пор называют кислотой Каро. Она образует легкоплавкие бесцветные красивые кристаллы, прикосновение которых к бензолу C6H6 сопровождается взрывом. Это один из сильнейших окислителей. Есть еще способ получения кислоты: надо смешать концентрированную серную кислоту с пероксодисульфатом калия K2S2O8, а затем добавить в полученную кашицу лед:
K2S2O8 + H2O = K2SO4 + H2SO5.8.10. ЖИДКОСТЬ ВАККЕНРОДЕРА
Эта жидкость — смесь политионовых кислот состава H2SxO6, где x > 3, тонкодисперсной серы и небольших количеств серной кислоты H2SO4 (см. 1.49; 5.71).
В 1845 г. немецкий химик, врач и аптекарь Генрих-Вильгельм-Фердинанд Ваккенродер (1798–1854) установил, что при пропускании сероводорода H2S в охлаждаемый ниже 0ºC водный раствор диоксида серы SO2 образуется «необычная смесь», получившая впоследствии его имя. Образование одной из политионовых кислот такой смеси:
H2S + 3SO2 = H2S4O6.8.11. ПРОБА ПО ГЕМПЕЛЮ
Вальтер Гемпель (1851–1916) — немецкий химик-аналитик — предложил проводить восстановление серосодержащих веществ натрием Na, магнием Mg или алюминием Al. Для этого исследуемый образец в сухом виде он помещал на листочек или пластинку металла, заворачивал в бумагу и обертывал тонкой проволокой, а затем поджигал. Серосодержащие вещества в процессе восстановления металлами превращались в сульфиды. Потом Гемпель растягивал проволоку и погружал продукты сгорания в пробирку с водой. Если теперь слегка подкислить раствор, произойдет выделение сероводорода H2S:
Al2S3 + 6HCl = 3H2S↑ + 2АlСl3,который можно обнаружить по почернению фильтровальной бумажки, смоченной раствором нитрата свинца Pb(NO3)2 или сульфата меди CuSO4:
Pb(NO3)2 + H2S = PbSi + 2HNO3.Образующиеся сульфиды свинца PbS или меди CuS вызывают появление на бумаге черных пятен (см. 9.33).
8.12. ДВА ОТКРЫТИЯ ГЛАУБЕРА
Немецкий алхимик Глаубер (см. 1.48; 2.25) впервые получил многие соли и кислоты. В истории химии наиболее известны две реакции Глаубера.
Первая реакция Глаубера — получение сульфата натрия при взаимодействии хлорида натрия NaCl с серной кислотой H2SO4 (см. 152):
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl↑.Вторая из предложенных Глаубером реакций связана с синтезом трихлорида сурьмы SbCl3 («сурьмяного масла», см. 3.47):
3HgCl2 + Sb2S3 = 2SbCl3↑ + 3HgS↓.При нагревании смеси хлорида ртути HgCl2 и сульфида сурьмы Sb2S3 хлорид сурьмы отгоняется и собирается в охлаждаемом приемнике.
8.13. СОПЕРНИЧЕСТВО КИСЛОРОДА И ХЛОРА
Генри Дикон (1822–1876) — английский химик-технолог — в 1867 г. разработал способ непрерывного получения хлора Cl2 путем каталитического окисления хлороводорода HCl кислородом воздуха при температуре 400°C с участием катализатора дихлорида меди CuCl2:
4HCl + O2 = 2Сl2 + 2Н2O.Эта реакция получила название реакции Дикона, а промышленная технология — процесса Дикона. В процессе Дикона получают не чистый Cl2, а смесь воздуха с 11% Cl2. Из этой смеси Cl2 не выделяют, так как она им бедна, а используют смесь для производства хлорной извести CaCl(OCl) (см. 3.23):
Ca(OH)2 + Cl2 = CaCl(OCl) + H2O.8.14. ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЮТ РЕАКЦИЮ ФОГЕЛЯ?
Вернер Фогель (р. 1925 г.) — немецкий химик-аналитик — предложил применять для открытия примеси соединений кобальта Co в анализируемых растворах реакцию образования тиоцианатного комплекса этого элемента, вызывающего синее окрашивание раствора. Реакция Фогеля заключалась в добавлении к исследуемому раствору концентрированного водного раствора тиоцианата аммония NH4NCS:
CoCl2 + 4NH4NCS ↔ (NH4)2[Co(NCS)4] + 2NH4Cl.Продукт реакции тетратиоцианатокобальтат аммония — синего цвета. Чувствительность реакции Фогеля повысится, если к раствору добавить амиловый спирт C5H11OH. Полученный комплекс практически полностью перейдет в слой спирта, который не смешивается с водным раствором, а интенсивность окраски возрастает (см. 5.16).
8.15. ФЕЛИНГОВЛ ЖИДКОСТЬ
Реактив Фелинга («фелингова жидкость») — это раствор сульфата меди CuSO4 и тартрата калия-натрия KNa(C4H4O6) в 10%-м водном растворе гидроксида натрия NaOH. Все указанные вещества взаимодействуют следующим образом:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4, Cu(OH)2 + 2KNaC4H4O6 = Na2[Cu(C4H4O6)2] + 2KOH.В первой реакции образуется гидроксид меди Cu(OH)2, который в осадок не выпадает, а тотчас же вступает в реакцию образования растворимого дитартратокупрата натрия Na2[Cu(C4H4O6)2], придающего жидкости синий цвет. Таким образом, реактив Фелинга содержит этот комплекс, сульфат натрия Na2SO4 и гидроксиды натрия и калия КОН. Реактив Фелинга применяют для обнаружения соединений мышьяка:
Na3AsO3 + 2Na2[Cu(C4H4O6)2] + 4NaOH = Cu2O↓ + Na3AsO4 + 4Na2(C4H4O6) + 2Н2O,а также альдегидов, моносахаридов и др. соединений, с которыми при нагревании он образует желто-оранжевые, красные вещества или красновато-желтый осадок оксида димеди Cu2O. «Фелингову жидкость», в частности, используют для диагностики диабета путем определения содержания сахара в моче больных.
Реактив был предложен немецким химиком-органиком и технологом Германом-Христианом Фелингом (1812–1885) в 1849 г.
8.16. ПРОБА БЕТТЕНДОРФА
Антон-Йозеф-Губерт Беттендорф (1839–1902), немецкий химик, предложил в 1869 г. для обнаружения мышьяка As (см. 4.23) в растворе добавлять к концентрированной хлороводородной кислоте HCl несколько капель анализируемого раствора, а затем 0,5 мл концентрированного раствора дихлорида олова SnCl2 в той же кислоте. В этом случае жидкость, если в ней содержится соединение мышьяка, например его трихлорид AsCl3, быстро буреет, и через некоторое время выпадает черный осадок мышьяка, а в растворе остается гексахлоростаннат водорода H2[SnCl6]:
