Чудеса на выбор, или химические опыты для новичков

Глава вторая. Разноцветные чудеса

Может быть, тебе потому предлагают чудеса поярче, что ты еще маленький? Чудеса для забавы? Ничего подобного. И умудренные опытом химики очень часто вытворяют такие цветные фантазии в своих колбах — залюбуешься! И не ради забавы, а для дела. Есть даже специальное название — «цветные реакции», его можно встретить в самых серьезных химических книгах.

Чудеса красивые и серьезные одновременно — это как раз то, что нам с тобой нужно!

Индикаторы, принимая то один, то другой цвет, помогали нам отличить кислоту от основания. Например, уксус от нашатырного спирта. Но часто этого недостаточно. Как, скажем, отличить одну кислоту от другой? Для этой очень важной цели химики придумали и проверили множество реакций, пожалуй, для всех мало-мальски распространенных веществ. Такие реакции всегда чем-нибудь приметны, они позволяют по какому-либо признаку сразу и безошибочно определить то или иное вещество. Этим признаком очень часто служит окраска.

С одной цветной реакцией, помогающей опознать одно распространенное вещество, ты уже знаком: крахмал, который содержится во многих растениях, синеет в присутствии крошечной добавки, даже следов йода. К сожалению, это редкий случай, а для большинства химических анализов нужны вещества, которые тебе, пожалуй, нигде не купить. Но, впрочем, кое-что можно придумать…

Вот, скажем, аммиак, водный раствор которого, нашатырный спирт, ты уже покупал в аптеке. Как узнать аммиак? Во-первых, по запаху: один раз понюхаешь — навсегда запомнишь. Да только не всегда удобно нюхать (а иногда и просто невозможно). Тогда — цветная реакция.

Брось в стакан или в склянку с водой несколько крупинок медного купороса и размешай как следует. Раствор должен быть бледно-голубым; если же он окажется темным, разведи его водой. В эту бледно-голубую жидкость влей немного нашатырного спирта. Раствор тотчас станет ярко-синим. Это аммиак, соединившись с медным купоросом, образовал такое яркое вещество. И выдал себя с головой.

Другая реакция — тоже с медным купоросом. Приготовь в стакане раствор, но не такой бледный, как раньше, а яркосиний (то есть возьми побольше медного купороса). Положи в него ненужные железные предметы — хотя бы старые гвозди или шурупы, только не ржавые. И займись какими-нибудь другими делами, впрочем, поглядывая иногда на раствор с гвоздями. Некоторое время спустя ты заметишь, что раствор из синего стал зеленым. А когда вынешь из него гвозди (но только не пальцами, а пинцетом или хотя бы бельевой прищепкой — это общее правило на все химические случаи), то увидишь, что они стали медно-красными.

Когда гвозди лежали в медном купоросе, железо постепенно вытесняло из него медь и становилось на ее место. В результате получился зеленый железный купорос. А куда было деваться вытесненной меди? Разве что оседать прямо на гвозде. Что она и делала, покрыв гвоздь красной медной пленкой.

Чтобы распознать некоторые вещества, химики испытывают их огнем. Хитрость тут в том, что многие простые вещества, которые входят в состав сложных веществ (например, медь — в медный купорос, кальций — в хлорид кальция), обладают свойством окрашивать пламя.

Причем не в один и тот же цвет, а в самые разные цвета.

Если дома есть спиртовка, можешь ею воспользоваться. А можешь взять свечку. Но в любом случае делай опыт только при взрослых — с огнем шутки плохи! И будь внимателен: рядом не должно быть бумаги, тряпок и любых других вещей, которые легко загораются.

Найди мягкую проволочку, лучше всего нихромовую — из этой проволоки делают спирали электрических плиток, утюгов и т. п. Конечно, плитку или утюг ломать для этого не надо; вполне сгодится и перегоревшая спираль из старого электрического прибора. В крайнем случае купи самую дешевую спираль в магазине электротоваров.

Не очень длинный кусок спирали распрями и закрепи в какой-нибудь держалке: например, намотай один конец проволоки на карандаш или зажми в бельевой прищепке. На другом конце сделай маленькую петельку диаметром не больше, чем полсантиметра. Нагрей петельку на огне и опусти ее в стакан с чистой водой — это нужно для того, чтобы проволочка стала чистой, без загрязнений, которые могут исказить всю картину. Сделай так несколько раз, пока пламя не перестанет менять цвета при внесении проволочки.

Возьми немножко поваренной соли — той самой, что в солонке; ее химическое имя — хлорид натрия. Смешай соль с равным количеством нашатыря (хлорида аммония). Не спутай, пожалуйста, нашатырь с нашатырным спиртом: первый — белый порошок, употребляемый при пайке, поэтому его продают в хозяйственных магазинах; второй — жидкость с резким запахом. В нашем опыте, как и при пайке, нашатырь очищает проволоку и помогает соли быстро улетучиваться.

В смесь соли и нашатыря капни две-три капли воды, обмакни проволочную петельку и внеси в пламя. Оно сразу станет ярко-желтым. Так оно реагирует на натрий. Честно говоря, натрий даже в малых количествах заставляет пламя желтеть, и особых приготовлений к этому опыту можно было бы и не делать: достаточно просто «посолить» пламя. Но во всех остальных случаях тщательная подготовка очень желательна: не все вещества действуют на пламя столь же энергично.

Следующим веществом может быть хлорид кальция. Если у тебя есть порошок, поступи с ним так же, как описано выше. Если жидкость, обмакни очищенную петельку прямо в нее. Кальций окрашивает пламя в ярко-красный цвет, но беда в том, что такие вещества редко обходятся без примесей натрия, и в результате желтая окраска подавляет характерную красную. Поэтому хорошо бы запастись синим стеклышком (или голубыми солнечными очками) и глядеть на пламя через него: синее стекло задерживает желтые лучи. Это, кстати, полезно и при разглядывании пламени с другими веществами — и в них не исключена примесь соединений натрия.

Тот же опыт, не забывая каждый раз очищать проволоку огнем и водой, повтори с медным купоросом и с тремя веществами, которые ты сможешь купить в аптеке: с хлоридом калия, оксидом цинка и борной кислотой (эта кислота твердая, ее продают в виде порошка). Погляди и запиши на всякий случай, как изменяют цвет пламени вещества, в состав которых входят калий, цинк и бор. И в этих опытах, если пламя окажется желтым из-за примеси натрия, возьми голубой фильтр.

Займемся чудесами иного рода. Если раньше у вас появлялась окраска, то теперь она будет исчезать.

В пузырек с водой капни чуть-чуть синих чернил для авторучки, чтобы раствор был бледно-голубым. В тот же пузырек положи растолченную таблетку активированного угля. Закрой горлышко пальцем и взболтай смесь. Она посветлеет на глазах. Дело в том, что такой уголь буквально впитывает своей поверхностью молекулы красителя, извлекая их из воды. А когда окрашенное вещество поглощено углем, его, понятное дело, уже не видно.

Попробуй поставить тот же опыт с другими красящимц веществами, например с чернилами разных цветов и с гуашевыми красками (но во всех случаях бери сильно разбавленные растворы).

Ты убедишься, что уголь способен поглощать многие вещества.

Такая способность присуща не одному только углю. Некоторые глины так и называют — отбеливающими. Влажный порошок мела тоже впитывает в себя краски (и поэтому мелом чистят иногда разные загрязненные предметы). Можешь испытать, как впитывают, поглощают красящие вещества клочки промокательной бумаги, лоскутки старой ткани, почва из цветочного горшка. Или, скажем, кукурузные палочки. Если несколько палочек положить в банку, в которую ты капнешь заранее пипеткой каплю одеколона, а потом закрыть банку крышкой, то минут через десять, открыв крышку, ты не почувствуешь уже запаха: его поглотило пористое вещество, из которого состоят кукурузные палочки. Такое поглощение — цвета ли, запаха ли — химики называют адсорбцией.

Вернемся к цвету, который у нас появлялся, менялся и исчезал. Сейчас он будет переходить от одного вещества к другому.

В пробирку или пузырек налей примерно на треть воды и добавь с десяток капель йодной настойки, чтобы получился не очень темный, буроватый раствор. Поверх раствора налей столько же бензина (возможно, в вашем семейном хозяйстве он есть, а если нет, придется сходить в хозяйственный магазин).

Проводя этот опыт, а также любой иной, в котором будут участвовать бензин и другие горючие вещества, помни, что поблизости не должно быть огня — ни газовой горелки, ни даже спички!

Закрыв пузырек пробкой, встряхни как следует его содержимое и оставь в покое на несколько минут. Бензин легче воды, поэтому смесь расслоится: вода останется внизу, а бензин всплывет вверх — он с водой не смешивается. Но, пустившись в путь наверх, он прихватит с собою и йод, потому что йод в воде растворяется плохо, а в бензине хорошо. В результате нижний, водный, слой окажется почти бесцветным, бензиновый — темно-бурым.

Аккуратно, не перемешивая, слей верхний, бензиновый, слой в другой пузырек, закрой его пробкой и оставь в покое. Тем временем приготовь немного свежей меди — такой опыт ты ставил совсем недавно, погружая железные гвозди в раствор медного купороса. С гвоздя, покрасневшего в растворе, соскреби старой ложкой или какой-нибудь железкой налет только что осевшей меди. Когда наберется щепотка красного влажного порошка, всыпь его сразу же в пузырек с бензиновым раствором и опять закрой пробкой.

Теперь встряхни пузырек несколько раз и наблюдай за окраской раствора. Спустя минуту-другую она исчезнет или, по меньшей мере, станет почти незаметной. Это йод вступил в реакцию с медью, и при этом получилось бесцветное соединение — йодид меди.

Такой же опыт можно поставить и с кусочками медной фольги (она похожа на серебристую алюминиевую фольгу, в которую заворачивают шоколад, только красноватого цвета). Однако в этом случае реакция будет идти гораздо медленнее, и понадобится встряхивать раствор несколько минут, прежде чем окраска исчезнет.

То, что происходило в пузырьке с йодом, когда в него налили бензин, называется по-научному экстракцией. Это очень распространенный прием, и не только в химии. С помощью растворителей экстрагируют, извлекают масло из семян подсолнечника и ядрышек ореха. А когда экстракции подвергают кофейные зерна, то получают коричневую жидкость, из которой потом выпаривают воду, и остаток — пушистый порошок — раскладывают в банки с надписью «Растворимый кофе».

Поставим еще один опыт с экстракцией. На сей раз мы сделаем зеленое бесцветным, а бесцветное зеленым.

Источником зелени нам послужат свежие листья любого растения: от салата до крапивы. Для ускорения дела можно растереть лист-другой, но можно оставить их нетронутыми — как хочешь. Положи их в тонкостенный стакан (обязательно в тонкостенный: толстый, граненый, может лопнуть) и залей небольшим количеством разбавленного спирта. Можно взять, скажем, рюмку водки (такое ее применение — для химических опытов — самое, по-моему, правильное), а можно и одеколон: в нем тоже есть спирт. Ты уже догадался, наверное, что будет дальше. Но при комнатной температуре спирт будет зеленеть довольно долго. Поэтому поставь стакан в кастрюльку с горячей водой (химики называют ее водяной баней), причем желательно ставить стакан не прямо на дно, а на какой-нибудь деревянный кружок. Когда вода в кастрюльке остынет, пинцетом достань из стакана листики. Они обесцветились, а спирт стал изумрудно-зеленым. Знаешь, что мы извлекли из листьев? Хлорофилл, зеленый краситель, который помогает растениям «питаться» солнечной энергией.

Из этого опыта можно сделать два полезных вывода. Во-первых, если ты нечаянно запачкал коленки травой, то оттереть их можно спиртом или одеколоном. Во-вторых, для украшения тортов, пирогов и прочих домашних сладостей часто бывает нужен зеленый краситель, безвредный для человека. Теперь ты знаешь, как его приготовить. Спирт тут не повредит, ведь красителя потребуется несколько капель. Но если ты извлекаешь хлорофилл для употребления в пищу, то, пожалуйста, не бери одеколон и позаботься о том, чтобы листья были съедобные и не горькие — салата, шпината и т. п. А то получится крем с луковым запахом…

Экстракция, как ты, наверное, заметил, основана на том, что разные вещества растворяются по-разному. Вернемся к примеру с кофе, который, кстати, в холодной воде почти не растворяется. Цикорий растворяется намного лучше. Если в склянку с холодной водой бросить немного молотого кофе с цикорием, видно, что часть порошка плавает на поверхности (это кофе), а часть растворяется и опускается вниз, оставляя за собой коричневый след (это, понятное дело, цикорий).

На способности веществ по-разному растворяться в одной и той же жидкости основан любопытный и часто применяемый способ распознавания и разделения примесей. Этот способ называют хроматографией.

Надеюсь, у тебя сохранился еще раствор хлорофилла из зеленых листьев. Сейчас мы проверим, одно это вещество или смесь.

Достань из тетрадки чистую белую промокашку (строго говоря, и она имеет научное имя — фильтровальная бумага). Положи ее на стекло или на кафельную плитку и в середину нанеси из пипетки каплю раствора хлорофилла. Подожди, пока пятно расплывется, и в середину капни каплю спирта (можно изопропилового, его применяют для чистки стекла и продают под названием ИПС). Когда капля впитается, капни следующую; и так несколько раз. Пятно будет становиться все больше и больше, и на нем четко заметны два разноцветных кольца: одно желтовато-зеленое, а другое серо-зеленое. Это две разновидности хлорофилла, обе они были в листьях, а теперь разделились на бумаге благодаря тому, что по-разному растворяются в спирте. Химики так и называют этот способ «бумажная хроматография»; они пользуются особой пористой бумагой, которую, как видишь, вполне можно заменить промокашкой.

А вот другой вариант хроматографии. Может быть, он окажется более доступным, поскольку растворителем будет служить просто чистая вода.

Вырежь из фильтровальной бумаги (то есть из промокашки) полоску шириною в один-два пальца и на одном из ее концов, примерно в сантиметре от края, проведи чернилами черточку. На другом конце полоски проткни отверстие, вставь в него палочку или карандаш и положи на края высокого стакана таким образом, чтобы полоска оказалась внутри стакана, но не задевала бы за стенки и чуть-чуть не доставала бы до дна. Очень осторожно, чтобы брызги не попали на бумажную полоску, налей по стенке стакана немного воды. Как только нижний край полоски окажется в воде, перестань лить воду и внимательно следи за тем, что будет дальше.

А будет вот что: вода станет подыматься вверх по бумаге. И пусть подымается, пока не дойдет почти до конца. Вот тогда вынь полоску из стакана и дай ей высохнуть. Ты увидишь на ней уже не одну, а несколько черточек разного цвета и на разной высоте. Это вода, которая служит растворителем в чернилах, так разогнала по бумаге разные красящие вещества.

Надо сказать, что чернила любого цвета редко делают из одного-единственного красителя: гораздо чаще из смеси. Так что можешь испытать в своем домашнем хроматографе синие, красные, зеленые и черные чернила, гуашевые краски, различные красители для окраски тканей (их продают в хозяйственных магазинах) да и любые другие окрашенные жидкости, включая сок и фруктовую воду.

Может случиться и так, что чистая вода плохо разделяет вещества. Тогда испытай другие варианты, тем более что опыт несложен и не отнимет много времени. Попробуй вместо воды взять смесь равных количеств воды и уксуса — это будет кислый растворитель. Испытай и основной растворитель — две-три столовые ложки нашатырного спирта на стакан воды. Можно, конечно, взять спирт или изопропиловый спирт.

Для хроматографии используют не только бумагу. Несложные опыты можно ставить и с крахмалом. Две-три чайные ложки крахмала взболтай с небольшим количеством изопропилового спирта (ИПС) или одеколона, нанеси жидкую смесь на стекло и дай высохнуть. Потом на сухую пластинку капни одну каплю цветного вещества, дай подсохнуть, нанеси каплю спирта и последи, как расплывается пятно. Если это была смесь веществ, появятся окрашенные кольца. Попробуй разделить таким способом какие-нибудь жидкости из домашней аптечки — скажем, валерьяновые капли, микстуру от кашля или настойку календулы.

И последний вариант для домашнего использования — с крахмалом, насыпанным в длинную прозрачную трубку. Нижний конец трубки заткни ватой, насыпь слой крахмала высотою около 10 см. Влей сверху немного окрашенной жидкости (раствора хлорофилла, разбавленных чернил, сока и т. д.) и, когда она пропитает слой крахмала наполовину, добавь немного спирта или другого растворителя. На белом крахмале возникнут красивые разноцветные полосы. Попробуй сам подобрать разные окрашенные вещества и разные растворители. А чтобы в конце концов не запутаться, что же получилось в результате этих весьма серьезных опытов, запиши добытые тобою сведения в тетрадку (лучше в виде таблицы).

Вообще, должен сказать, ты уже справедливо считаешь себя юным химиком, а каждый уважающий себя химик ведет лабораторную тетрадь (или журнал), куда записывает свои наблюдения и результаты опытов. Пора и тебе завести такой лабораторный журнал. Записывай в него, что, когда и как ты делал, какие получил результаты, какие сделал для себя выводы. Все это займет буквально минуты, а пользы и пищи для размышлений даст немало. Иначе зачем бы взрослые экспериментаторы тратили время на записи в журналах?

После такого серьезного дела позволим себе немного передохнуть и предпримем несколько разноцветных чудес просто для забавы. Для них надо будет запастись стеклом, только не обычным, оконным, а жидким. Есть такое вещество — силикат натрия, его раствор в воде, густой и липучий, называют жидким стеклом. Его часто применяют в строительстве; впрочем, и в быту тоже, но под другим названием — силикатный конторский клей. Пожалуй, для нашей цели клей несколько густоват, поэтому отлей его в небольшой флакончик и смешай пополам с водой. Имей в виду, что жидкое стекло, как только оно высохнет, ничем уже не отдерешь, и поэтому, если посадил пятно силикатного клея на стол или на одежду, отмой его водой, и немедленно. По этой же причине я не советую тебе приклеивать таким клеем фотографии в альбом или рисунки на стену.

Налей в пробирку или в пузырек примерно на треть аптечного хлорида кальция и капни несколько капель раствора фенолфталеина. В другой пузырек налей примерно столько же разбавленного силикатного клея. А теперь содержимое первого пузырька перелей во второй и взболтай смесь. Она, во-первых, покраснеет и, во-вторых, загустеет наподобие студня или желе. В который раз — опыт совсем как фокус.

Еще один вариант опыта-фокуса с жидким стеклом: вместо хлорида кальция возьми две-три щепотки сульфата магния (в аптеке его продают под названием горькой соли, или английской соли) и брось в пузырек, наполовину наполненный водой. Взболтай, добавь три-четыре капли разбавленного силикатного клея и как следует размешай. Опять в пузырьке образуется студень, только на этот раз бледно-розовый.

Своим умением получать красный студень из бесцветных растворов ты можешь воспользоваться для раскраски картинок без красок и цветных карандашей. Хотя бы вот таким образом. Нарисуй на листе бумаги карандашом контур рисунка и все, что внутри контура, «закрась» прозрачным раствором фенолфталеина. Другой лист бумаги целиком покрой разбавленным силикатным клеем. Сложи оба листа, прижми один к другому и дай им побыть вместе три-четыре минуты. Аккуратно отдели листки — и ты увидишь, что нарисованная тобою картинка сама собой выкрасилась в красный цвет.

Сделать невидимое видимым — не такое уж особенное чудо. Для этого есть много рецептов, и все они очень давно известны. Например, такой: взять порошок нашатыря на кончике ложки, всыпать в маленький флакончик с водой. Прозрачный раствор будет служить тебе чернилами. Обмакни в него чистое перо и напиши или нарисуй что-нибудь на обычной писчей бумаге. Дай бумаге как следует высохнуть, но не вздумай только для ускорения дела класть ее в теплое место, скажем на батарею. Ничего пока не видно — ведь раствор был прозрачным.

А теперь нагреем наш листок бумаги. Чтобы он случайно не загорелся, лучше всего нагревать над электроплиткой с закрытой спиралью, держа листок пинцетом или прищепкой. Если такой плитки нет, можно нагревать над свечкой (или спиртовкой). Однако бумагу с невидимым рисунком надо держать над огнем достаточно высоко, чтобы она грелась, но не загоралась! Ты увидишь, как по мере нагревания на чистом листе бумаги начнет проступать рисунок или надпись — то, что ты начертил пером.

Чтобы превратить невидимое в видимое, необязательно покупать какие-то специальные вещества. Вместо чернил можно использовать некоторые продукты, которые, вполне возможно, найдутся в холодильнике или кухонном шкафу. Скажем, молоко. Или сок лимона. Или сок, выжатый из лука. Или хотя бы столовый уксус. Но во всех случаях, чтобы проявить надпись или картинку, надо нагреть листок бумаги над плиткой или свечкой, следя за тем — напомню еще раз, — чтобы он был достаточно далеко от плитки или от пламени.

Разноцветные чудеса на этом заканчиваются. Разумеется, в этой главе. А вообще-то их очень много. В следующих главах ты еще встретишься по разным поводам с новыми цветными реакциями.