Чудеса на выбор, или химические опыты для новичков

Глава третья. Полезные чудеса

Еще так недавно химические превращения казались тайной за семью печатями. Теперь ты кое-что знаешь и кое-что умеешь. Не обратить ли знание и умение на пользу дела? Я имею в виду какое-нибудь домашнее дело, которое так или иначе приходится выполнять — то ли по своему желанию, то ли по просьбе старших.

Между прочим, чуть ли не в каждом магазине, где продают нужные в домашнем хозяйстве вещи, есть отдел химических товаров. Страшно и подумать, как наши далекие предки, не знавшие ни мыла, ни стиральных порошков, отмывали свою грязную одежду в речной воде…

Нет, я не собираюсь учить тебя, как правильно стирать. Но коль скоро и стирка, и многое другое имеют прямое отношение к химическим чудесам, давай поставим опыты, которые помогут тебе понять, что же при этом происходит. И может быть, набравшись новых знаний, ты кое-что будешь делать лучше и быстрее…

Маленький кусочек хозяйственного мыла положи в пузырек с теплой водой, закрой пузырек пальцем и взболтай хорошенько. К мыльному раствору добавь несколько капель раствора фенолфталеина. Малиновый цвет, как ты помнишь, свидетельствует о том, что перед нами основание. Или, как часто говорят химики, у этого раствора щелочная реакция (щелочи — самые распространенные и очень активные основания; мы с ними напрямую стараемся дела не иметь, потому что они очень едкие).

Давно было известно, что мыло, растворяясь, взаимодействует с водой и образует пусть слабую, но щелочь. И думали, что именно поэтому мыло и снимает грязь с рук и белья. И стиральная сода тоже дает щелочной раствор, и она тоже неплохо отстирывает белье, особенно если прокипятить как следует…

Но все оказалось не так. Более того, все оказалось наоборот. Сода стирает потому, что она, соединяясь с загрязнениями (а это чаще всего бывает какой-нибудь жир), образует вещества наподобие мыла.

Так давай и мы с тобой получим мыло из соды, только не в тазу во время стирки, а заранее, в пробирке или в стакане.

Нагрей в кастрюльке немного воды и сыпь в нее порциями стиральную (кальцинированную) соду, постоянно размешивая. Когда сода перестанет растворяться, в твоем распоряжении будет крепкий, как говорят, концентрированный ее раствор. В горячем виде осторожно перелей его в небольшую, но обязательно тонкостенную склянку, лучше всего в пробирку. Пипеткой, каплю за каплей, добавляй растительное масло, пока оно не перестанет растворяться. Масло можно заменить растопленным воском, но тогда, понятно, пипеткой его уже не накапаешь.

В склянке образовалось мыло, но пока оно находится там в жидком виде. На мыловаренном заводе такое мыло высаливают, то есть добавляют в раствор соль (самую обычную, поваренную). Поступи точно так же. Одна-две щепотки соли — и твердое мыло всплывет на поверхность. Аккуратно сними его и испытай — как оно мылится, образует ли пену, что за реакция у него с фенолфталеином.

К сожалению, из тех веществ, что есть в нашем распоряжении, хорошего мыла, которым можно стирать и умываться, не сделать. Вот если только из стеарина…

Возьми несколько обломков от стеариновой свечки (бывают еще парафиновые свечки, они для этого опыта не годятся). Нагрей обломки в тонком стакане, поставленном в очень горячую воду. Когда стеарин расплавится, добавь крепкий раствор стиральной соды. Тут же появится белая масса. Это и есть мыло. Дай ему постоять еще несколько минут в горячей воде, а затем осторожно, чтобы не обжечься (надень рукавицы), вылей в спичечный коробок. Когда масса застынет, у тебя окажется кусочек мыла, которое можно использовать для стирки.

А можно поставить и опыт «наоборот»: из куска мыла приготовить свечу. Настругай ножом хозяйственного мыла, сложи стружки в хорошо вымытую консервную банку, влей воды и нагрей, лучше на водяной бане, не забывая все время перемешивать деревянной палочкой. Как только мыло растворится, добавь к нему уксус — и на поверхность всплывет белая масса. Это стеарин. Когда банка остынет, он соберется на поверхности. Собери его ложкой, переложи в чистую посуду, промой водой и заверни в салфетку или в фильтровальную бумагу, чтобы стеарин высох. Теперь приготовь из него свечку.

Возьми толстую нитку (например, от фитиля для керосинки) и опусти ее в подогретый и расплавленный стеарин. Вынь фитиль, дай стеарину затвердеть и опять опусти в расплавленную массу. Поступай так до тех пор, пока на фитиле не нарастет свечка. А можешь для простоты обмазать один раз фитиль только что приготовленной, еще теплой массой — и свеча из мыла готова.

Но вернемся к мылу. Отчего оно все-таки моет? Хитрость в том, что у молекулы мыла «голова» и «хвост» очень не похожи друг на друга. Один конец молекулы (пусть это будет «голова») легко соединяется с жирами и другими подобными веществами. А другой конец (то есть «хвост») питает такую же любовь к воде. Наскочив на частицу грязи, молекулы мыла прикрепляются к ней «головами», образуя нечто вроде ежиных иголок. А вода, ухватившись за «хвосты», растаскивает частицы грязи в разные стороны и уносит их с собой. Так грязное становится чистым.

Увы, молекулы глазом не разглядеть, так что придется тебе поверить мне на слово. Но кое-что мы все же увидим.

Например, вот что. Три одинаковых пузырька наполовину заполни водой, но разной: первый пузырек — дождевой или из растопленного снега (можно соскрести иней с морозильника), второй — обычной, водопроводной водой, третий — минеральной, из бутылки. Если минеральной воды не окажется, то в обычную воду добавь столовую ложку раствора хлорида кальция или половину чайной ложки горькой соли — смотря по тому, что у тебя осталось в запасе от старых опытов. Отдельно, в тонкостенном стакане, раствори немного мыла в горячей воде. Удобнее взять мыльные хлопья (примерно столовую ложку без верха на полстакана воды); если нет готовых хлопьев, настругай ножом с куска хозяйственного мыла. Размешай как следует, чтобы раствор был прозрачным.

Теперь сам опыт. По каплям добавляй в первый пузырек мыльный раствор. После каждой капли встряхивай как следует и следи, не появилась ли пена. Не забудь считать капли. Как только пена станет пышной и устойчивой, прекращай капать. Запиши число капель и переходи к следующему пузырьку. Ты увидишь, что водопроводной воде для образования пены требуется больше мыла, чем дождевой, а минеральной — еще больше.

Происходит это вот отчего. В дождевой (или снеговой) воде почти нет растворенных примесей, а в водопроводной и минеральной они есть, причем в минеральной их особенно много: они-то и придают ей лечебные свойства. Интересующие нас примеси — это соли, но не натрия, как поваренная соль, а кальция и магния. Воду с такими солями называют жесткой, без них — мягкой.

Считая капли одного и того же мыльного раствора, потраченные на получение пены, ты можешь сравнить жесткость воды из разных источников: например, из колодца, пруда, речки. Сравни также кипяченую воду с сырой: при кипячении жесткость воды уменьшается, но, к сожалению, не исчезает.

Соли жесткости можно увидеть своими глазами. Для этого надо всю воду выпарить, хотя бы на пламени свечи. Осторожно подержи над пламенем старую чайную ложку, в которую налита вода (возьми воду по очереди из разных источников), и сравни, сколько остается осадка в разных случаях. Не забудь после каждого выпаривания как следует отмыть ложку от осадка.

Мыло в жесткой воде вступает в реакцию с солями кальция и магния — теми самыми, что оставались в ложке, — и теряет все свои моющие способности. Раствори в миске с водой несколько столовых ложек горькой соли или сухой морской соли (ее тоже продают в аптеке). Попробуй теперь постирать в такой воде мылом какой-нибудь грязный лоскуток и погляди, будет ли какой-нибудь толк от этой затеи.

А теперь в точно такую же воду всыпь немного стирального порошка — любого, какой найдется дома. И сразу появится хорошая пена. Лоскуток мигом станет чистым, стоит лишь слегка потереть его. Потому что стиральные порошки, в отличие от мыла, не боятся жесткой воды. Соли им не вредят, они отстирывают грязь даже в морской воде.

Однако не любой стиральный порошок годится для всех случаев стирки. Раствор порошка, как и раствор мыла, тоже бывает щелочным, а в таком случае он хорош для хлопка и льна, но не для шерсти и шелка. И если вдруг появились сомнения, можно ли выстирать с каким-нибудь порошком, скажем, шерстяной свитер, то этот вопрос ты сможешь разрешить без посторонней помощи. Раствори немного порошка в воде и капни фенолфталеина. Покраснел раствор — значит, он содержит щелочь, а она для шерсти опасна; не покраснел или стал слегка розовым — опасности нет.

В старые времена стиральных порошков не было и в помине, а обычное мыло считалось предметом роскоши. Тогда для стирки брали разные другие вещества: ту же соду, золу некоторых деревьев, растительные отвары. До мыла им далеко, но все-таки они стирали.

В корнях некоторых растений содержатся вещества, действующие наподобие мыла (было даже такое выражение — «мыльный корень»). Попробуй испытать отвар корней цикламена или примулы, распространенных комнатных растений, а также вороньего глаза и куколи, растущих в средней полосе. Впрочем, ради простоты можно взять отвар фасоли или горчичного порошка. Что и говорить, горчичному не тягаться со стиральным, но все же мылится…

От стирки всего шаг к другой химической процедуре — чистке.

Долгих объяснений при этих опытах не будет: хотя цель новая (выведение пятен), средства старые и уже знакомые — экстракция да окисление. Вот, скажем, жировые пятна. Их можно удалить экстракцией, подобрав хороший растворитель — бензин или скипидар. Но, пожалуйста, помни: такие растворители горючи! Огня поблизости быть не должно!

С жирным пятном надо поступить так: смочить ватку растворителем, протереть несколько раз, и жир перейдет в раствор. Что нам и требовалось. Однако на ткани может остаться расплывшийся след. Протри его раствором стирального порошка, сполосни водой и дай высохнуть.

Надеюсь, ты сам догадаешься, что ради таких опытов не надо сажать пятна на одежду. И вообще лучше не браться сразу за чистку костюма или пальто (безразлично, своего или чужого). Заготовь несколько лоскутков ткани, посади на них пятна и потренируйся. Опыты закончатся удачно — переходи к более серьезным делам. Но имей в виду, что некоторые ткани могут разрушаться или менять цвет под действием тех или иных растворителей. Поэтому где-нибудь с изнанки проверь сначала, не портится ли ткань при такой чистке. Чудеса чудесами, но осторожность, знаешь ли, не помешает.

Масляную краску одним растворителем вывести трудно (хотя и можно, если пятно совсем свежее). Смочи пятно скипидаром до размягчения, а потом сними бензином. И в этом случае не забудь предварительно проверить ткань.

С чернилами на одежде дело посложнее. Тут понадобится немножко (несколько капель) спирта — он растворяет красители, которые входят в состав чернил. Но одной экстракцией все-таки не обойтись. Придется привлечь и адсорбцию. Насыпь на пятно немножко толченого мела или зубного порошка, капни чуть-чуть спирта, и когда мел впитает, адсорбирует чернила, сними его тупым ножом. Если повторить процедуру несколько раз, мел в конце концов перестанет окрашиваться, а это значит, что он полностью впитал в себя чернила. Остатки высохшего мела стряхни щеткой — и дело с концом.

А как с обещанным окислением? Хотя бы так: если на белую ткань пролили сок или на нее попала раздавленная ягода, то поможет перекись водорода с добавкой нескольких капель нашатырного спирта. Смочи раствором ватку, протри пятно, промой чистой водой — и пятно, скорее всего, исчезнет. Но не вздумай мазать перекисью водорода цветные ткани! Это очень сильный окислитель, и, вполне возможно, вместе с пятном перекись снимет и краску с ткани.

Если же на одежду попал йод, которым смазывали ранку, то напомню: ты уже ставил опыт с йодом и гипосульфитом натрия. Тогда гипосульфит обесцвечивал йод в пузырьке; теперь он бесследно выведет его с ткани. В этой реакции тоже происходит окисление, только роль окислителя взял на себя йод из пятна.

Раз мы заговорили об йоде, давай с его помощью совершим одно весьма полезное чудо: порисуем йодной настойкой на железе. Вернее, проделаем в железе углубления, как бы процарапаем его. Такой процесс называют травлением и часто используют на заводах; только берут для этой цели не йод, а другие вещества, которые действуют еще сильнее.

Пусть, к примеру, ты решил написать свое имя на собственном перочинном ноже. Пожалуйста! То место, где будет надпись, протри как следует наждачной бумагой, чтобы поверхность заблестела. Зажги свечку и наклони ее так, чтобы несколько капель попало на поверхность металла. Слегка подогрей ножик, тогда стеарин или парафин, из которого сделана свечка, расплывется тонким слоем. Когда он застынет, иголкой процарапай на нем имя (или рисунок, если захочешь), обязательно до самого металла. В канавки закапай из пипетки аптечную йодную настойку. Несколько минут спустя раствор заметно побледнеет, тогда капни еще одну порцию йода. Около часа не трогай нож, затем сотри следы от свечки и вымой его как следует. На железной поверхности останутся отпечатки царапин.

Конечно, для этого опыта необязательно брать именно нож, можно взять, скажем, гаечный ключ от велосипеда или любой другой железный предмет. Но зачем свечка?

Затем, что она мешала йоду вступить в реакцию с железом. А в царапинах, где реакция шла, образовалось новое вещество — йодид железа, рыхлый порошок, который легко удаляется с поверхности.

Кстати, йод травит не только железо, но и медь, и медные сплавы, например латунь, из которой делают дверные ручки. Хорошие вещи травить не стоит, но вышедшие из употребления…

Если же медная или латунная вещь (вполне хорошая) потемнела от времени и покрылась зеленоватым налетом — как ее отчистить? Хозяйки знают: надо потереть нашатырным спиртом или кашицей из нашатырного спирта и меди. Но почему?

Кусочек красной медной проволоки намотай на карандаш или зажми в бельевой прищепке, на другом конце проволоки сделай маленькую спиральку. Подержи эту спиральку в пламени. Довольно скоро поверхность покроется черным налетом. Это кислород воздуха при нагревании окислил медь, и она превратилась в оксид меди. Еще горячую проволоку опусти во флакончик с нашатырным спиртом. Раздастся шипение, и спиралька опять станет блестящей и красной. Оксид меди разложился, из него вновь образовалась чистая медь. Понятно, почему хозяйки используют для чистки нашатырный спирт? А зубной порошок они добавляют для того, чтобы он впитывал в себя загрязнения. Ты же помнишь, это называется адсорбцией.

Повтори этот опыт несколько раз, и жидкость во флакончике будет мало-помалу окрашиваться в голубой цвет. Там образуется очень сложное вещество, наподобие того, которое помогало нам отличать нашатырный спирт от других веществ.

Почерневшую медную проволоку можно очистить и по-другому. Нагретую спиральку опусти в аптечную соляную кислоту (она неопасна, потому что сильно разбавлена). Медь вновь станет блестящей, а жидкость — голубой. Еще один вариант: раскаленной спиралькой дотронься до нашатыря (хлорида аммония), насыпанного на донышко пузырька. Взовьется облако белого дыма — это улетучивается нашатырь, — и спиралька в который раз засверкает как новенькая. Попробуй опустить почерневшую спиральку в пузырек, на дно которого налито немного одеколона. Спирт, который содержится в одеколоне, также вернет ей прежний красный цвет.

Но отчего же хозяйки отдают предпочтение нашатырному спирту? Да оттого, что он действует и без нагрева. Хотя и медленнее.

Еще немного про чистку. Но не дверных ручек, а умывальника в ванной. Или какой-нибудь фаянсовой посуды. Бывает так, что сразу не вымоешь, а потом трешь, трешь старую грязь, а она никак не отходит.

Однако умывальник можно почистить без всяких усилий. Но прежде чем браться за него, потренируйся на старой тарелке или на эмалированной миске. Чем грязнее, тем лучше.

Перманганат калия («марганцовку») залей небольшим количеством уксуса и этой смесью намажь грязные места. Если ты считаешь, что уксус пахнет неприятно, замени его лимонной кислотой — смешай ее с перманганатом поровну и добавь воды.

Предмет, который ты намазал смесью, оставь в покое на полчаса, а потом вымой водой. Грязь и в самом деле куда-то подевалась (мы-то с тобой знаем — ее окислила «марганцовка»). Но до чего же все перепачкано теперь каким-то бурым налетом! Пожалуй, еще страшнее, чем до опыта.

Пустяки. С этой грязью ты уже умеешь бороться. Помнишь, как ты удалял пятна от «марганцовки»? Так же поступи и сейчас. В перекись водорода насыпь немного лимонной кислоты и размешай (можно добавить в перекись и уксус). Набери эту жидкость на ватку или тряпку и спокойно, без усилий, проведи по запачканным местам. Они вновь засияют, как будто и не было бурых пятен. И главное, обрати внимание: ни тереть не надо, ни отдраивать…

Вообще-то таким способом можно чистить не только фаянсовые умывальники и тарелки, но и ванны, и эмалированные кастрюли. Однако при частом употреблении кислота может повредить эмаль. Так что, если кастрюля очень уж грязная, можно иногда почистить ее «марганцовкой». Но в остальных случаях лучше брать те чистящие средства, которые продаются в магазинах.

Не знаю, замечал ты или нет, но во время некоторых химических реакций — в том числе и тех, что сопровождаются окислением, — выделяется тепло. Иногда это только на пользу, так как при нагревании многие реакции идут гораздо быстрее. Иногда же во вред, поскольку реакция при повышенной температуре может пойти совсем не так, как задумано, и тогда смесь веществ приходится охлаждать. А бывают такие случаи, когда реакцию проводят специально для того, чтобы выделялось тепло. Самый наглядный и самый понятный пример — горение: дров в печке, газа в котельной, бензина в автомобильном двигателе, мазута в топке тепловой электростанции.

Давай-ка и мы получим тепло с помощью химической реакции. Причем не будем выбрасывать это тепло на ветер, а попробуем его использовать. Предлагаю соорудить химическую грелку.

Вообще-то есть немало разных химических грелок. Некоторые из них продают в магазинах, где торгуют товарами для охотников и рыболовов. Но сделать такие устройства нам, пожалуй, не под силу — и конструкция сложная, и не все вещества можно купить. Так что сделаем что-нибудь попроще.

Возьми небольшую стеклянную банку, например из-под майонеза, и вложи в нее согнутую в спираль алюминиевую проволоку. Проволока должна хорошо прилегать к стенкам, а согнуть ее надо затем, чтобы побольше алюминия вошло в стеклянную банку.

Приготовь смесь, которая будет вступать с алюминием в реакцию. Три чайные ложки медного купороса хорошенько смешай с двумя чайными ложками поваренной соли; напоминаю, что нужно пользоваться ложкой, специально выделенной для опытов, а не той, которой едят. Может случиться, что в смеси попадутся большие крупинки, в несколько миллиметров. Разотри их ложкой, иначе будущая реакция может замедлиться.

К смеси соли и купороса добавь примерно 30 г древесных опилок. Так как опилки легкие, то чайной ложкой их отмерять долго. Требуемое количество — это примерно пять столовых ложек, или две пригоршни. Размешай вещества как следует и наполни смесью банку с алюминиевой проволокой, но не до самого верха, а на сантиметр-другой ниже. Потому что нам надо еще налить в банку воду — без нее грелка работать не начнет.

Теперь главная операция: вливаем в банку четверть стакана воды (если этого окажется слишком много, и часть воды не впитается опилками, лишнюю воду сразу слей). Подожди немного, буквально минуту-другую, и грелка начнет излучать тепло. Очень скоро температура достигнет примерно 50 °C. И еще часа два после этого химическая грелка будет теплой.

В стеклянной банке, набитой смесью, идет сразу несколько химических реакций. Когда ты будешь знать химию получше, ты без труда разберешься, что же там происходит с алюминием. А пока удовлетворимся результатом: грелка греет, и это главное.

Прежде чем закончить главу и перейти к другим химическим чудесам, может быть, не столь полезным, но не менее любопытным, поставим еще один опыт, который, наверное, когда-нибудь да пригодится. Сделаем на стекле морозный узор. Даже летом.

Налей в склянку теплую воду, не очень много, не больше столовой ложки. Небольшими порциями, каждый раз хорошо размешивая, всыпь нашатырь (хлорид аммония). Как только он перестанет растворяться, кисточкой нанеси раствор на кусок стекла или на зеркальце (гляди, не порежься!). Теперь придется подождать, пока вся вода не испарится. А когда воды не останется, на стекле появится узор, очень похожий на морозный. Только вместо льда — кристаллы хлорида аммония. Тепло им не страшно, но смотри, чтобы на них не попала вода. Несколько капель — и конец чуду…