Чудеса на выбор, или химические опыты для новичков

Глава первая. Чудеса для разминки

Для начала — химическая разминка. Без тренировки чудеса ни у кого не получаются. Так что будем учиться, практиковаться, набивать себе руку на самых простых превращениях. А дальше, когда дело пойдет на лад, возьмемся и за что-нибудь посерьезнее.

Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться.

Для первого опыта нужны два вещества, которые, наверное, найдутся дома: пищевая сода (химики называют ее бикарбонатом или гидрокарбонатом натрия) и уксус. Налей в стакан воды на треть, добавь несколько капель уксуса, а потом набери примерно четверть чайной ложки соды и высыпь ее в стакан. Смесь сразу же запузырится, как будто вскипит. Так и должно быть: из раствора выделяется углекислый газ, тот самый, что в лимонаде и в газированной воде.

Теперь чуть изменим опыт: соду в раствор уксуса не высыпай, а опускай прямо в ложке и сразу размешивай. Вот теперь кипение так кипение — жидкость в стакане бурлит и клокочет.

Давай испробуем и третий вариант. Приготовь чистую стеклянную пластинку или кафельную плитку, положи ее на стол и капни в середину немного воды, чтобы получилась небольшая лужица. В двух пузырьках приготовь по отдельности два раствора: все той же пищевой соды (немного порошка разболтай в воде) и уксуса (капни в пузырек с водой несколько капель). Из растворов соды и уксуса устрой еще две лужицы, по бокам от первой — той, что из чистой воды. А теперь возьми палочку или пластмассовую соломинку и аккуратно, чтобы случайно не перемешать жидкости, соедини крайние лужицы со средней каналами.

Что будет дальше, ты, конечно, уже догадался: будет выделяться углекислый газ. Но где же он?

Имей терпение. Один раствор слева, другой — справа, и нужно время, чтобы они встретились. А как только они встретятся, то примерно посередине, на границе между областью соды и областью уксуса, появятся пузырьки.

Сделав первый химический опыт (может быть, первый в жизни), не мешает передохнуть и поразмыслить. Давай подумаем о том, отчего сода и уксус взаимодействуют друг с другом то бурно, а то лениво, не торопясь.

Все вещества состоят из молекул — это тебе, надо полагать, известно. Углекислый газ в нашем опыте выделяется, как только молекулы соды и молекулы уксуса соприкоснутся. Когда ты всыпал соду в раствор уксуса, она тоже стала растворяться в воде и ее молекулы начали сталкиваться с молекулами уксуса. Говорят, что началась реакция — этим словом химики называют превращения веществ, их взаимодействие. Запомни его, пожалуйста, оно еще не раз встретится, и не только в этой книжке.

А потом ты принялся размешивать содержимое стакана. И конечно, помог большему числу молекул соды и уксуса встретиться, столкнуться, соединиться. При этом интенсивно высвобождались молекулы углекислого газа — и жидкость словно вскипела.

В третьем же опыте, с лужицами на стекле, мы все сделали наоборот: разделили молекулы, помешали им сразу встретиться. Однако вспомни, как распространяется по квартире запах варенья или духов — пройдет некоторое время, пока их молекулы достигнут, наконец, твоего носа и ты ощутишь приятный аромат. Вот так же неспешно двигались в воде многочисленные молекулы соды и уксуса, а когда встретились посередине лужицы, то сообщили об этом пузырьками…

Опыт совсем простой, а объяснения долгие. Дальше будет большей частью наоборот. Но здесь, на нехитром примере, ты узнал сразу немало нового: что такое химическая реакция, с чего она начинается (помнишь — со встречи молекул), как эту встречу ускорить или замедлить. На всякий случай добавлю, что очень часто для ускорения реакции, для ее усиления вещества нагревают. По мере нагрева молекулы движутся все быстрее и быстрее, поэтому им еще легче, даже без нашей помощи, найти друг друга и вступить в реакцию.

И последнее замечание, прежде чем мы перейдем к следующим опытам. Все, что происходит в колбах, стаканах и пузырьках, химики умеют сокращенно записывать в виде формул и уравнений. В нашем случае они бы написали так:

NaHCO₃ +СН₃СООН=CH₃COONa +Н₂O +СO₂.

Но для тех, кто еще химии не знает, такая запись — как ребус без отгадки. Поэтому там, где нужно, будем описывать реакцию полностью, словами. В нашем случае так: при реакции соды с уксусной кислотой образуются ацетат натрия, вода и углекислый газ. Объяснение долгое, но означает оно то же самое, что написано в уравнении.

Продолжаем разминку. Проведем несколько красивых опытов один за другим и без особых объяснений. Но сначала купи в аптеке пузырек настойки йода, пачку фенолфталеина и пипетку. Да, пожалуй, еще, чтобы лишний раз не ходить, по флакончику нашатырного спирта и хлорида кальция. Все это стоит буквально копейки. Флакончики поставь на место, а таблетки фенолфталеина растолки в порошок, всыпь в стакан и налей в него на два-три пальца воды. Размешай как следует, дай постоять и перелей жидкость без осадка в чистый пузырек. Чтобы не спутать, приклей к пузырьку, как мы договорились, этикетку с такой надписью: «Раствор фенолфталеина».

В два чистых стакана налей воды из-под крана — не больше, чем на треть высоты. В первый стакан капни пипеткой две-три капли раствора фенолфталеина, во второй — насыпь полчайной ложки кальцинированной (стиральной) соды и размешай. Обе жидкости совершенно прозрачны. Но как только ты перельешь жидкость из одного стакана в другой, смесь станет малиновокрасной. Выглядит совсем как фокус. А химики очень часто используют эту реакцию. Она помогает им сразу распознать вещества — наподобие тех, что находятся в растворе стиральной соды. Таких веществ есть немало; их общее имя — основания.

Давай теперь обесцветим красную жидкость из предыдущего опыта. А сделать это проще простого. У оснований есть противники, с которыми они не могут ужиться вместе: это кислоты. В том числе и уксусная кислота. Несколько чайных ложек уксуса, добавленных к малиновому раствору, сделают его опять бесцветным. А попутно вырвется на свободу углекислый газ (как и в опытах с пищевой содой).

Это свойство — вступать в реакцию с основаниями — присуще всем кислотам, не одной только уксусной. Можешь взять вместо нее, скажем, лимонную кислоту, растворив несколько крупинок в воде; результат будет тот же.

А есть ли у нас еще какое-нибудь вещество, которое окрашивало бы фенолфталеин в красный цвет? Есть: нашатырный спирт. Капни несколько капель в пузырек или стакан, разведи водой, добавь фенолфталеина — жидкость и покраснеет. Налей немного кислоты — окраска исчезнет. Только не бери нашатырного спирта помногу: у него резкий, неприятный запах.

Такие вещества, как фенолфталеин, называют индикаторами. Это латинское слово означает «указатель»; иными словами, вещество указывает, есть ли в растворе основание или кислота. Индикатором может служить, например, отвар свеклы: в присутствии кислоты он становится более ярким. Теперь ты понимаешь, зачем в борщ иногда добавляют немного кислоты? Правильно, чтобы он в тарелках выглядел красиво.

И в листьях краснокочанной капусты есть подобные вещества. Прокипяти немного такой капусты в кастрюльке с водой и перелей отвар в стакан. В другой стакан капни на дно несколько капель нашатырного спирта. А теперь добавь туда капустного отвара. Он из сине-красного сразу станет зеленоватым: так капуста реагирует на основание. Добавь немного кислоты и посмотри, что из этого выйдет.

Если есть охота, можешь проверить индикаторные способности других цветных отваров. Например, из свежих или сушеных ягод черники, ежевики, малины, смородины. Или из ярко окрашенных фруктов — темной сливы, граната, вишни. А также из некоторых цветочных лепестков: ириса, фиалки, пиона.

Удобнее всего пропитать отваром ягод и лепестков узкие полоски белой бумаги и при необходимости погружать эти полоски в испытуемый раствор. Химики очень часто пользуются именно такой заранее пропитанной и высушенной бумагой (она называется индикаторной).

Если, например, отвар темнокрасных лепестков пиона сам по себе имеет фиолетовый цвет, то индикаторная бумага, пропитанная таким отваром, в растворах кислот становится красной, а в растворах оснований — сначала синей, а потом желтой.

Возможно, красящие вещества некоторых растений будут очень плохо переходить в горячую воду, и яркого отвара из них не удастся приготовить. Тогда ДРУГУЮ порцию ягод или лепестков можно залить небольшим количеством одеколона или ацетона; они-то наверняка растворят красящие вещества. Но помни, пожалуйста: эти жидкости легко загораются, поэтому, работая с ними, обязательно следи, чтобы рядом никто не зажег спичку, не включил газ.

А еще индикатор можно приготовить из соков, разбавленных водою, или из компотов. Чтобы пропитать несколько десятков бумажных полосок, хватит половины стакана компота, так что вряд ли тебя кто-нибудь упрекнет в расточительности. А работают «компотные» кислотно-щелочные индикаторы очень неплохо. Например, индикатор из черносмородинового компота в растворе кислоты будет отчетливо красным, в растворе основания — явно синим…

Впрочем, не станем тебе подсказывать. Ты и сам сможешь уже испытать самодельные индикаторы и выяснить, как они ведут себя при разных обстоятельствах. Но, пожалуйста, не доверяй все своей памяти: запиши непременно, как меняется цвет, когда твой самодельный индикатор встречается с кислотой или с основанием. Я бы советовал тебе сделать табличку (так удобнее), но можещь записывать подряд на листе бумаги. Потом эти записи тебе наверняка пригодятся, потому что индикаторы очень часто бывают нужны для химических опытов. И в этой книжке ты встретишься с ними еще не раз.

А пока попробуй проверить, какие свойства — кислоты или основания — у различных пищевых продуктов. Для опыта возьми молоко, кефир, лимонад, минеральную воду, бульон и т. п. Чтобы не переводить впустую продукты, отлей немного жидкости в пузырек и опускай туда пропитанные заранее индикатором бумажные полоски.

Испытай на кислотность и другие вещества. Например, раствор какого-нибудь отбеливающего средства или препарата для чистки раковин. Ты увидишь, что иногда такие средства показывают реакцию, характерную для кислот, иногда — для оснований. Это не случайно: ведь от кислотности зависит чистящая и моющая способность. Поэтому химики и инженеры, разрабатывая каждый новый препарат, заранее подбирают для него наилучшее соотношение кислот и оснований.

Да, вот еще что: после некоторой тренировки все эти опыты с индикаторами ты, если захочешь, можешь показывать своим товарищам как фокусы. Подумай сам, какие заклинания сказать, чтобы фокус оставил неизгладимое впечатление. Надеюсь, ты догадаешься упомянуть заранее о «превращении воды в кровь» или о чем-нибудь подобном. В конце концов даже эти несложные подготовительные химические превращения мы тоже можем считать чудесами…

На первый случай готов подсказать тебе, как поставить фокус с «водой» и «кровью», хотя, если бы ты сам придумал что-то свое, было бы еще лучше. Вот мой совет. Оклей стеклянную банку цветной бумагой и, если хочешь, нарисуй на ней какие-нибудь таинственные знаки. Приготовь несколько чистых стаканов. Вообще-то достаточно трех, но, чтобы зрители думали, будто фокус очень сложен, лучше взять пять-шесть стаканов. В один стакан добавь несколько капель любой кислоты и как-нибудь его пометь, чтобы сразу можно было отличить этот стакан от остальных. В другой стакан насыпь немножко стиральной соды, залей ее водой и размешай. В третий стакан, понятное дело, капни немного раствора фенолфталеина. В банку налей самую обычную воду.

Теперь сам фокус. Скажи зрителям, что в банке чистая вода, и, чтобы показать, что это правда, отпей для убедительности глоток-другой. Потом наполни все стаканы водой из банки: вода останется прозрачной. Затем воду из всех стаканов (кроме того, конечно, в котором кислота) влей обратно в банку. Жидкость в ней станет красной. Зрители убедятся в этом, если вылить ее в пустые стаканы: «вода» превратилась в «кровь»!

Вновь слей содержимое всех стаканов в банку — именно всех, включая стакан с кислотой. Жидкость, как ты понимаешь, обесцветится. Разлей ее по стаканам и покажи зрителям: «кровь» стала «водой». Не забудь, конечно, про заклинания. Но помни: теперь эту «воду» пить ни в коем случае нельзя!

Переходим к йодной настойке, которую мы недавно покупали в аптеке. Простоты ради эту настойку часто называют просто йодом, что коротко, хотя и неточно, потому что в ней, кроме йода, есть и другие вещества. Но для нас важен именно йод.

Итак, отлей немного йодной настойки в чистый флакончик и разбавь примерно таким же количеством воды. Теперь достань картофелину, разрежь ее ножом и на свежий срез капни из пипетки каплю разбавленной настойки. Картошка на глазах посинеет.

Но картофель, как и почти всякая другая пища, состоит из многих веществ. Какое же из них синеет под действием йода?

Синеет крахмал. Его, кстати, обычно и делают из картофеля (хотя иногда из кукурузы или риса). Дома, пожалуй, найдется немного крахмала (любого). Чайную ложку крахмала разболтай в половине стакана холодной воды — получится что-то вроде молока. Капни несколько капель йода, и «молоко» поголубеет.

Разумеется, это прекрасная основа для еще одного фокуса, только надо заранее капнуть йод в другой стакан и дать ему высохнуть. Если потом вылить туда «молоко», предварительно «приказав» ему посинеть, оно немедленно «послушается»…

Сложное вещество, которое образуется при соединении йода с крахмалом, довольно неустойчиво, и окраска вскоре исчезает. Этот процесс можно еще ускорить. В фотомагазинах продают сульфит натрия; купи один пакетик. А если его не окажется, то сгодится содержимое большого патрона обычного проявителя для фотопленок — в нем находится то же вещество, только с добавками, которые нам не помешают. Раствори немного сульфита натрия в воде. Снова разрежь картофелину, капни на нее, как и прежде, разбавленную йодную настойку и, полюбовавшись синевой, капни на то же место раствор сульфита натрия. Окраска сразу же исчезнет. (Остаток сульфита натрия не выбрасывай — пригодится.)

А вот еще способ, как избавиться от синевы. Четверть чайной ложки крахмала залей половиной стакана холодной воды, размешай и подогрей в кастрюльке, время от времени помешивая. У тебя получится жидкий клейстер. Остуди его и добавь несколько капель йода, чтобы крахмальная жидкость стала синей. Тем временем в другой стакан налей воды до половины и насыпь немного стиральной соды. Теперь влей туда, не торопясь, синий крахмальный раствор — его окраска на глазах исчезнет. Но если лить и дальше, то окраска вновь появится и будет становиться все ярче.

В фотомагазине продают еще одно вещество, которое называют по-разному: тиосульфат натрия, гипосульфит. Это вещество тоже реагирует с йодом, причем очень наглядно. Налей в стакан воды до половины и добавь несколько капель йода, чтобы получился раствор, по цвету похожий на чай. А теперь набери деревянной палочкой или чайной ложкой немного тиосульфата, высыпь его в этот «чай». И размешай ложечкой. «Чай» тут же превратится в «воду». Тоже, кстати, неплохо для фокуса…

Не надоела разминка? Тогда продолжаем. Займемся вплотную углекислым газом. Тем более что до сих пор мы имели дело только с жидкостями и порошками, а всякий настоящий химик должен уметь обращаться и с газами.

Углекислый газ мы добудем хотя бы из бутылки с минеральной водой (или лимонадом). Надо только, чтобы он не разлетелся во все стороны, а попал, куда ему следует. Лучше всего поступить так: в пробке (корковой или пластмассовой) проделать отверстие, плотно вставить в него стеклянную трубку, на нее надеть резиновую трубку, в другой конец резиновой трубки вставить еще одну трубку (хотя бы от пипетки), и ее направить, куда требуется. Но можно на скорую руку приготовить устройство и попроще: взять немного теста (посоветуйся с мамой или с бабушкой) и любую гибкую трубочку. Как только откроешь бутылку, вставляй в нее трубочку и быстро замазывай горлышко тестом. Газу некуда больше деваться, как только идти в трубку…

А выпускать углекислый газ мы будем в известковую воду. Попроси на стройке совсем немного, буквально несколько граммов, гашеной извести — наверное, тебе не откажут. Измельчи ее как следует и положи половину чайной ложки извести в стакан. Залей горячей водой до середины стакана, размешай и дай постоять с полчаса; внизу останется осадок, сверху будет прозрачный раствор, который называют известковой водой. Аккуратно, по стенке, чтобы не поднять со дна стакана белый осадок, слей ее в другой стакан.

Если ты не достанешь гашеную известь, вот рецепт для ее самостоятельного приготовления: разбавь водой аптечный раствор хлорида кальция и добавляй по каплям нашатырный спирт, пока не появится обильная белая муть. И в этом случае дай жидкости отстояться. Прозрачный раствор, который ты перельешь в другой стакан, окажется той же самой известковой водой.

Теперь возьми бутылку с лимонадом или другим шипучим напитком, открой и сразу вставь в горлышко пробку с трубкой или замажь трубку тестом. Другой конец трубки опусти в стакан с прозрачной известковой водой. Из лимонада побегут пузырьки углекислого газа. Если они бегут медленно, поставь бутылку в теплую воду. Эти пузырьки, попадая в известковую воду, делают ее мутной, белесой, словно молоко. На самом деле здесь образуется вещество, которое химики называют карбонатом кальция. Его знает каждый школьник. И ты с ним не раз имел дело. Потому что карбонат кальция — это самый обычный мел. И понятно, что мелкие его частицы делают воду похожей на молоко.

Но не торопись прекращать опыт! Пожертвуй на науку еще одну бутылку лимонада (тем более что после опыта его можно и выпить, хотя, увы, он будет почти без пузырьков). Вновь быстро закрой бутылку пробкой или тестом и продолжай пропускать углекислый газ через известковую воду. Пройдет не так уж много времени, и раствор опять станет прозрачным! Это углекислый газ вступил в реакцию с только что образовавшимся мелом и появилось новое вещество — гидрокарбонат кальция. Оно, в отличие от мела, хорошо растворяется в воде.

Углекислый газ для таких опытов можно получить и без лимонада. Вообще без всяких устройств и приборов. С помощью твоих собственных легких.

Ты наверняка знаешь, что воздух, который мы выдыхаем, содержит много углекислого газа. А если так, то, значит, и от него должна мутнеть известковая вода. Давай проверим.

Известковую воду придется приготовить заново (она не может стоять долго — помутнеет сама по себе). Когда она отстоится, слей, как и прежде, прозрачный раствор в чистый стакан.

Каким бы способом ты ни получил известковую воду, налей ее в небольшой аптечный флакончик (или в пробирку, если она у тебя есть), вставь стеклянную трубочку или соломинку и подуй в нее несколько раз, стараясь дышать поглубже. Вода замутится, а это верный признак того, что в воздухе, который ты выдыхаешь, есть углекислый газ. Если хочешь, дай подышать в трубочку и приятелям, только не забывай перед каждым опытом менять мутную известковую воду на прозрачную.

Такой опыт можно сделать и цветным, чтобы, к примеру, показывать фокус. Дело в том, что известковая вода, как и стиральная сода, окрашивается фенолфталеином в красный цвет. А когда содержащаяся в ней гашеная известь превращается в мел, фенолфталеин на нее больше не действует, и окраска исчезает.

Догадался, как будет выглядеть опыт?

Вот так: в свежую известковую воду добавим несколько капель раствора фенолфталеина, нальем красный раствор в пробирку или пузырек и подуем через трубку. Красное станет белесым.

А вот вариант этого опыта: немножко стиральной соды, буквально на кончике ложки, насыпь в пузырек, залей (но не доверху) водой, капни 2–3 капли фенолфталеина. А потом подуй в розовый раствор. Окраска и на этот раз пропадет, только жидкость будет не мутной, а прозрачной.

Разминка подходит к концу, еще немного — и примемся с тобой за чудеса посерьезнее. Какое бы химическое упражнение сделать напоследок? Давай вот это — с «марганцовкой»[1] из аптечки. Если ты внимательно прочитаешь, что написано на этикетке, то узнаешь, что полное химическое имя этого вещества — перманганат калия. Почти черные крупинки перманганата, растворяясь в воде, дают яркий фиолетово-красный раствор. Совсем малое количество вещества, буквально щепотка, может окрасить много литров воды. Брось несколько крупинок в стакан, залей водой и размешай.

Вылей половину раствора в раковину и долей стакан водой доверху (старайся выливать так, чтобы не запачкать раковину, иначе потом ее придется долго отмывать). Опять отлей половину стакана и долей воды. И так — еще десять, даже двадцать раз. Цвет будет постепенно бледнеть, но очень долго он останется розовым, хотя, кажется, при таком разбавлении там, в воде, и нет уже почти «марганцовки».

У тебя, конечно, остался от предыдущих опытов сульфит натрия — тот, что из фотомагазина. Немножко сульфита — скажем, четверть чайной ложки или даже меньше — раствори в пузырьке с водой. А в три других пузырька налей, но не доверху, растворы перманганата калия. В первом раствор пусть будет темно-фиолетовым. Во втором пузырьке раствор надо разбавить посильнее, чтобы он стал розово-красным. А в третьем — еще сильнее, до бледно-розового цвета.

Когда закончишь эти приготовления, добавь во все три пузырька раствор сульфита натрия, приготовленный с самого начала. Бледно-розовая жидкость станет почти бесцветной, розово-красная — бурой. А там, где был фиолетовый раствор, появятся густые бурые хлопья. Это из «марганцовки» образовалось вещество, которое называют диоксидом (или двуокисью) марганца. То же вещество и оставляет бурый налет на раковине, если вовремя не смыть его проточной водой. Трешь его, трешь — а ему хоть бы что…

Если испачкал химически, то химически надо и отчищать. Попробуй добавить в склянку с побуревшим раствором аптечную перекись водорода и несколько капель уксуса (или несколько щепоток лимонной кислоты). Посмотри, что произойдет с окраской.

Теперь ты знаешь рецепт на тот случай, если нечаянно испачкаешь раковину «марганцовкой»: добавь к перекиси водорода немного кислоты, смочи этим раствором тряпочку и протри раковину разок-другой. А потом смой чистой водой, и раковина вновь станет белой. Можно обойтись и одной лимонной кислотой, без перекиси, но тогда тереть придется дольше и сильнее.

В молекулах перманганата калия много кислорода, того самого кислорода, который всем нам необходим для дыхания. И в подходящих условиях молекулы отдают лишний кислород. Тогда говорят, что они окисляют какое-нибудь вещество. В нашем недавнем опыте перманганат калия окислял сульфат натрия. А вообще-то про него говорят, что он сильный окислитель: может отдавать кислород разным веществам. И при этом так изменять их, что они из вредных становятся безвредными. Поэтому-то «марганцовку» и держат в аптечках: она обеззараживает ранки, уничтожает многих опасных микробов. Каким образом? Да окислением!

Проверим-ка эти свойства на таком нехитром опыте. В один пузырек налей чистую свежую воду, в другой — долго стоявшую воду, а еще лучше из болотца или старой лужи. В оба пузырькц добавь немного окислителя — розовый раствор перманганата калия. В чистой воде он и останется розовым. А в воде из лужи обесцветится. В стоячей воде скапливаются, особенно в теплую погоду, многие малополезные вещества. «Марганцовка» их окисляет, разрушает, а сама при этом обесцвечивается.

Кстати, опытные туристы берут с собой в поход немного «марганцовки». Даже если после кипячения вода вызывает сомнение — можно ли ее пить? — то несколько крупинок этого вещества сделают ее вполне безопасной. Только не стоит класть много «марганцовки»: бледно-розовый раствор — то, что надо.

Чудеса для разминки на этом заканчиваются. Надо полагать, ты потренировался, набрался опыта, понял, что многое тебе под силу. А может быть, и узнал кое-что полезное. С таким багажом смело можно двигаться дальше.

За какие чудеса примемся? Да за какие хочешь. На выбор!