Чудеса на выбор, или химические опыты для новичков

Глава пятая. Летние чудеса

Ни зимних, ни весенних, ни осенних чудес в этой книжке нет, а летние есть. Отчего так?

Оттого, что, во-первых, навряд ли ты проводишь летние каникулы в безделье, и несколько химических опытов будут в это время очень кстати. И во-вторых, превращения, о которых ты узнаешь в этой главе, возможны летом, и только летом: для них нужны растения. Причем большей частью не комнатные, а те, что растут в поле или на огороде. Так что выхода нет: летом — или никогда…

Кое-какие сугубо летние опыты ты уже ставил: когда собирал окрашенные растения для приготовления индикаторов, когда извлекал хлорофилл из зеленых листьев. Если же ты эти опыты пропустил, сейчас самое время наверстать упущенное. Возможно, обстоятельства не позволят тебе заняться химическими опытами летом. Тогда запаси хотя бы впрок листья и лепестки, высуши их и спрячь. А как-нибудь позже, когда представится возможность, приготовь из них, как рассказано в первой главе, самодельные индикаторы.

Первым делом запасемся кое-какими растениями: из них мы будем готовить настоящие краски. Но прежде чем отправиться в поле или в лес, прочти объяснения, не слишком долгие.

До XIX века люди не знали иных красителей, кроме тех, которые поставляла им природа. Для красок брали размолотые камни, обожженные земли, цветные глины. А когда надо было окрасить ткань для одежды, то употребляли красильные растения. Иногда кору, иногда листья, корни, стебли, цветы.

Сейчас почти все красители делают на химических заводах. Лишь иногда, очень редко, кое-какие природные вещества используют для художественных красок. И все реже можно встретить названия, которые прежде были общеизвестны: красный сандал, индиго, кампешевое дерево, кармин.

Любопытно бы проверить, в самом ли деле старинные красители так хороши. Но кампешевое дерево растет в Южной Америке… И все же кое-что можно раздобыть, не отправляясь в далекие страны. В привычных нам растениях тоже есть красящие вещества. Их-то мы и извлечем. А чтобы не зря стараться, приготовим самодельные акварельные краски, то есть растворимые в воде.

Способ извлечения красителей из всех растений один и тот же: измельчи, положи в чистую эмалированную посуду и долго, несколько часов, кипяти в воде на маленьком огне, чтобы получился крепкий отвар. Поскольку посуда при этом может окраситься, лучше новую кастрюлю не брать. Вымыв посуду как следует, можешь готовить в ней следующий отвар.

Имей в виду, что отвар должен быть в меру густым, а не совсем как водичка; если он жиденький, то подержи его еще на огне без крышки, чтобы часть воды испарилась. Досуха упаривать не надо: все равно потом придется растворять в воде.

Теперь очень важное замечание. Дальше я буду называть растения по именам, но вполне возможно (и очень даже вероятно), что ты не знаешь, как выглядят все эти травы, деревья и кусты. Посоветуйся с кем-нибудь, кто хорошо разбирается в растениях. Например, с учителем биологии. Или найди в библиотеке справочную книгу по ботанике. В таких справочниках есть обычно и описания растений, и их изображения.

Собирая растения, прояви умеренность. Для приготовления отвара вполне достаточно взять несколько экземпляров; сколько именно, заочно сказать трудно, но, во всяком случае, чем крупнее экземпляры, тем меньше их требуется. И безусловно, счет должен идти не на десятки, а на единицы.

С какого цвета начнем? С красного!

Чтобы получить красный краситель, приготовь отвар из стеблей зверобоя и для яркости добавь немного уксуса. Другой вариант: отвар из корня подмаренника. Третий: из корней конского щавеля (в этом случае добавь к отвару немного квасцов). Четвертый вариант: из ольховой коры, которую до этого надо три-четыре дня вымачивать в воде.

Предвижу вопрос: а почему не приготовить краситель из чего-нибудь более привычного, скажем, из свеклы? Потому, что краска будет нестойкой. И еще потому, что свекольный сок чутко реагирует на изменение кислотности. Даже для леденцов и сладких кремов берут не свекольные отвары, а другие, более стойкие — скажем, из черного винограда.

Желтый цвет тоже распространен в природе. Для красителя годятся цветы подмаренника, кора орешника, листья, ягоды и кора ольховидной крушины, любые части дрока красильного. Если же взять плоды барбариса, то получится краситель лимонного оттенка. А из стеблей и листьев чистотела — оранжевый.

Перейдем к зеленому красителю. Казалось бы, его можно сделать из любых листьев, но это совсем не так. Хлорофилл, который ты умеешь добывать из листьев, в воде не растворяется и для акварельных красок не годится. Впрочем, ярко-зеленый отвар получается из листьев трилистника. Чуть более тусклый, серовато-зеленый краситель можно добыть из стеблей и листьев манжетки, предварительно измельченных (чем мельче, тем лучше).

Синий краситель советуют готовить из цветов живокости или корней птичьей гречишки. Но, пожалуй, самый яркий синий цвет получается, если корни девясила подержать перед варкой в нашатырном спирте.

Из сухой коры жостера можно сделать коричневый краситель. А еще проще приготовить отвар из высушенной шелухи репчатого лука.

Происхождение фиолетового красителя очевидно: из ягод черники или ежевики. А как бы получить черный цвет?

Можно отварить ягоды или корни воронца. Но это необязательно. Дело в том, что отвары, которые ты уже приготовил, чернеют в присутствии веществ, содержащих железо. Добавь к какому-либо отвару немного железного купороса — и черный краситель готов. Железный купорос продают в хозяйственных магазинах, но если вдруг его не оказалось, приготовь его из медного купороса, опустив в голубой раствор железные опилки.

Как только у тебя наберется несколько отваров, приступай к изготовлению краски. В нее надо бы ввести вещество, которое скрепит краску с бумагой. Можно добавить немножко клея, приготовленного на воде, например казеинового или поливинилацетатного. Но это и ненадежно и неинтересно. Поступим так, как поступали в старину настоящие мастера приготовления красок.

Воспользуемся тем, что эти чудеса — летние, и добудем липкое вещество с вишневого, сливового или абрикосового дерева.

На стволах фруктовых деревьев собирается липкая смола, которую называют камедью. Сними, стараясь не запачкаться, несколько кусочков камеди (дереву это не повредит) и раствори в воде с добавкой уксуса (в воде без кислоты растворение идет очень медленно). Воды возьми немного больше, чем камеди. Заготовь раствор сразу для всех красок, которые ты собираешься сделать. Для каждого цвета тебе понадобится примерно 5 — 10 г такого клеящего раствора.

Другая составная часть краски — вещество, которое не даст ей растекаться по бумаге, то есть достаточно густое вещество. Например, патока, мед. Или если жалко переводить вкусные вещи, то аптечный глицерин. Раствор камеди смешай с равным количеством глицерина. Если же ты остановил свой выбор на меде, возьми его втрое меньше, чем глицерина.

Вещества, добытые из растений, легко портятся, как еда, которую держат не в холодильнике. Чтобы твоя краска не загнивала и не покрывалась плесенью, добавь в нее несколько капель какого-нибудь жидкого дезинфицирующего вещества. Скажем, раствора фенола (он же карболовая кислота), раствора резорцина или крезола — что найдется в ближайшей аптеке.

Перемешай тщательно все составные части будущей краски и последним добавь густой отвар красителя. Возьми его примерно столько же, сколько у тебя получилось основы для краски. Не забудь разделить ее на несколько порций, по числу заготовленных отваров. Размешай еще раз как следует — и самодельная краска готова.

Может быть, тебе покажется странным, что она жидкая, а не твердая, в плитках. Однако художники нередко пользуются именно такой краской; ее продают в тюбиках и называют полужидкой. Краска собственного изготовления, наверное, уступит фабричной, зато сделана своими руками.

Из твоей самодельной краски мало-помалу испаряется вода, а это ей не на пользу. Если ты решил сохранить краску надолго, до осени или до зимы, обязательно перелей ее в плотно закрывающиеся склянки, скажем, в аптечные пузырьки с резиновыми пробками.

Надеюсь, что работа с природными красителями доставит тебе удовольствие. При желании можешь продолжить ее, но с другой целью: не для рисования, а для окраски ткани. Заодно познакомишься с одним из самых древних и уважаемых ремесел — с ремеслом красильщика.

Только, пожалуйста, не пытайся сразу покрасить вещь, имеющую хоть какую-нибудь ценность. Возьми несколько чистых хлопчатобумажных или льняных лоскутков, желательно белых, а если имеешь дело с шерстяной пряжей, то отмотай немного. Раствора приготовь немного, в миске. А когда убедишься, что опыт прошел успешно, что у краски подходящий цвет и держится она прочно, тогда можешь переходить от опыта к практике, попросив разрешения у старших. Но помни: вещь, которую ты собираешься покрасить, должна быть из того же материала, что и в опыте. И пусть все-таки она будет не новой и не дорогой…

Чтобы природная краска получилась яркой и не смывалась первой же каплей воды, ткань в былые времена протравливали, то есть держали в горячем растворе квасцов, купороса или другого вещества. Поступай так же: кусок хлопчатобумажной или льняной ткани или пряжу подержи в горячем растворе квасцов, а потом клади в горячий отвар. Будь осторожен, следи за тем, чтобы не обрызгаться и не обжечься. Доведи отвар до кипения, убавь огонь, и пускай ткань прокрашивается примерно полчаса. Потом дай ей остыть, не вынимая из миски.

Отвар для крашения тканей должен быть значительно жиже, чем для акварельных красок. Если будешь использовать один из запасенных тобою отваров, то разбавь его водой. Как именно — сказать трудно. Подбери крепость раствора опытным путем. Краска получится бледной — добавь отвару, слишком густой и темной — подлей воды.

Вот несколько растений, из которых раньше готовили красящие растворы для тканей. Луковая шелуха: после действия квасцов льняная или шерстяная ткань становится желто-красной, после железного купороса — зеленой. Корень ревеня дает болотный цвет после железного купороса. Кора ольхи: темно-красный цвет. Кора ясеня: синий цвет. Листья березы: серо-зеленый цвет.

Размолотые зерна сырого кофе, отваренные с добавкой стиральной соды, окрашивают шерсть в зеленый цвет, если предварительно протравить ее в растворе квасцов.

Пора переходить к другим летним опытам. Но если тебе не хочется расставаться с крашением, то вот задание для самостоятельной работы: проверь красящие действия других растений. Годятся ли они для акварельных красок и для тканей? Надо ли брать протраву и какую именно? Не исключено, что тебе удастся найти такое сочетание, которое прежде никому не было известно. Вот и получается, что вроде бы ты недавно стал заниматься химическими опытами, а гляди-ка — уже можешь сделать скромное открытие…

Займемся цветами, которые и сами, без нашей помощи, окрашены природными красителями. В прошлом веке была такая мода: писать имена гостей на цветочных лепестках и раскладывать лепестки на столе, возле тарелок, чтобы каждому гостю было ясно, какое место за столом ему предназначено…

Принцип здесь тот же, что при работе с индикаторами: под действием кислоты или щелочи красящее вещество цветка приобретает новый оттенок. Если взять, скажем, лепестки розы, то написанное кислотой обычно краснеет, а щелочью — синеет или зеленеет.

У тебя широкое поле деятельности — можешь испытать самые разные лепестки. Купи в канцелярском магазине несколько тонких перышек и ручку. Меняя раствор, которым ты пишешь на лепестках, не забудь промыть перо чистой водой. Старайся оставлять на лепестке линии потоньше. Вместо пера можешь взять иголку или тонкую кисточку.

Теперь о кислотах и щелочах. Испробуй уксус, раствор лимонной кислоты, аптечную соляную кислоту. Прими к сведению, что сильная кислота может прожечь лепесток насквозь; если так случится, разбавь ее водой. Но не слишком, потому что очень слабая кислота может вообще не оставить следов. Что касается щелочей, то испытай раствор стиральной соды и нашатырный спирт; правда, при этом раствор тоже может оказаться слишком или недостаточно крепким.

Цветки, на которых ты будешь писать, я не стану называть: выбери их сам. Годятся и садовые, и домашние цветы: например, узамбарская фиалка, цикламен, примула. Так что опыт можно при желании поставить и зимой.

Имей в виду, что не все вещества обязательно будут действовать на лепесток. Не удалось сделать надпись — смени раствор, ни один из твоих растворов не дал результата — что ж, придется взять лепестки другого цветка.

Ты уже добывал из растений индикаторы, моющие вещества, красители. Это далеко не все, что есть в растениях, но остальные вещества трудновато добыть простыми средствами. Разве что ингибиторы…

Есть такие вещества, которые замедляют химические реакции, мешают им идти с положенной скоростью. Это и есть ингибиторы.

Представь себе, что железную деталь надо очистить от ржавчины. Сдирать напильником или наждачной шкуркой долго и не очень приятно; но если опустишь деталь в кислоту, того и гляди, она разъест вместе с ржавчиной и само железо. В таких случаях нужны ингибиторы: они замедлят реакцию кислоты с железом.

Один из ингибиторов с длинным названием «гексаметилен тетрамин» (или уротропин) продается в аптеке — разумеется, совсем для других целей. Но, наверное, интереснее добыть ингибиторы из растений. Помни: трех-четырех экземпляров растений достаточно — ведь ингибитора понадобится немного.

Из того, что растет на огороде, представят интерес картофель, помидоры и мак. Тебе потребуются листья и стебли, поэтому дождись, пока будет собран урожай, а потом бери образцы для испытаний. Годятся и некоторые дикие растения: тысячелистник, алтей лекарственный, чистотел.

Ингибитор будем извлекать экстракцией. Измельчи листья и стебли и залей слабым раствором соляной кислоты (аптечную кислоту разведи равным или несколько большим количеством воды). Посуду, в которой ты проводишь экстракцию, накрой крышкой и оставь примерно на неделю, чтобы раствор кислоты извлек побольше веществ из стеблей и листьев. Если кислоты нет, можно взять вместо нее бензин или ацетон, но в этом случае надо плотно закрывать посуду и держать ее в таком месте, где нет и не может быть огня: бензин и ацетон горючи.

Когда зелень настоится, приготовь раствор, который будет снимать ржавчину с железа. К 100 мл аптечной соляной кислоты добавь 5 мл заготовленного экстракта; воспользуйся мензуркой или мерным стаканчиком. Если деталь не очень ржавая, то возьми кислоту пополам с водой.

Теперь смело можешь класть в раствор железную деталь. Через несколько минут она заблестит как новенькая, а железу — никакого вреда. Для проверки опусти какую-нибудь ненужную ржавую железку просто в раствор кислоты и посмотри, что из этого выйдет.

Пожалуйста, делая этот опыт, будь осторожен, так как и одна капля разбавленной кислоты может испортить одежду. Как только закончишь опыт, сразу вылей остатки раствора. Если ты собираешься использовать очищенную деталь, вымой ее под струей воды.

Несколько слов о том, почему растительные ингибиторы мешают кислоте разъедать железо. Молекулы некоторых веществ, содержащихся в растениях, закрепляются на поверхности металла. Они не дают молекулам кислоты подойти к железу и таким образом защищают его.

Напоследок — чудеса иного рода. Поглядим, как растения ухитряются без всяких насосов качать воду снизу вверх, от корней к листьям.

Возьми свежую морковку, срежь ботву и сверху, там, где у морковки лунка, вставь стеклянную трубку. Налей в стакан воду и поставь в нее морковку стоймя. Придумай, как укрепить ее, чтобы она не падала. До половины трубки налей подсоленную воду и понаблюдай, что будет дальше.

А будет вот что: жидкость в трубке начнет подниматься. Если все проделать аккуратно, то вода, может статься, даже выльется из трубки. Это морковка перекачивает воду из стакана, заставляя ее двигаться вверх. Так же она ведет себя на грядке, когда ты поливаешь ее водой. Соль нужна лишь для того, чтобы опыт шел быстрее.

Если есть терпение, можно обойтись и без соли. Прямо на клумбе, примерно в 10 см от земли, срежь стебель отцветшего георгина или табака. Надень на остаток стебля короткую резиновую трубку, вставь в нее стеклянную трубочку и привяжи ее к колышку, вбитому рядом. Если резиновая трубка сидит на стебле неплотно, замажь место соединения пластилином. Теперь — за поливку. Поливай обильно, и очень скоро в стеклянной трубке появится жидкость. Постарайся взять трубку поуже и сделай соединения поплотнее — жидкость поднимется быстро и высоко.

То же явление можно обнаружить и без всякой трубки. Полей хорошенько какое-нибудь небольшое растеньице, скажем настурцию, и накрой его перевернутой банкой. Довольно скоро на листьях появятся капельки воды.

Попробуем разобраться, в чем тут дело. Для скорости будем работать с моделью растения. Моделью нам послужит сахарный сироп.

В маленькой кастрюльке разогрей воду и, пока она еще теплая, насыпь в нее столько сахару, чтоб он больше уже не растворялся. Заполни этим сиропом стакан доверху и закрой листком целлофана или пергамента, хорошо размоченным в воде (листок должен стать мягким). Туго обвяжи листок ниткой и проследи, чтобы под ним не осталось пузырьков воздуха. Такое устройство — это увеличенная в тысячи раз модель растительной клетки.

Поставь стакан в банку и налей сверху воды, чтобы она закрыла стакан. Через несколько часов листок раздуется и образует пузырь. Размоченный листок служит перегородкой. Он пропускает через себя молекулы воды, но задерживает гораздо более крупные молекулы сахара. Такие перегородки называют полупроницаемыми. Что же происходит, когда по одну их сторону вода, а по другую сироп? Молекулы воды стараются проникнуть в стакан и разбавить крепкий сахарный раствор. В результате стакан переполняется жидкостью и листок принимает форму пузыря.

Примерно то же происходит в растительных клетках, заполненных клеточным соком. В нем растворены важные для жизни растения вещества. Вода, стараясь разбавить сок, идет от корней к листьям. А излишек ее испаряется через крохотные отверстия, которые есть в каждом зеленом листе.

Ломтик лимона или разрезанную пополам ягоду садовой земляники посыпь сахарной пудрой — сразу же начнет выделяться сок. Он проникает через перегородки в растительных клетках и разжижает раствор сахара, который образовался на поверхности лимона или клубники (садовой земляники).

Из овощей тоже выделяется сок, если их посолить. Когда квасят капусту, сок образуется очень быстро и без всякой воды. Ты уже знаешь почему.

Стебель травы и ствол дерева пронизаны тонкими и тончайшими сосудами. Такие узкие трубочки — капилляры — помогают воде, да и любой жидкости, двигаться снизу вверх без посторонней помощи. Самые тонкие из них работают, как хороший насос.

Срежь несколько стеблей и веток разных растений. Например, стебли крапивы и тюльпана, ветку сирени. Воду, слегка подкрашенную чернилами (лучше красными), налей в несколько банок. Перед самым опытом обрежь под водой стебли и ветки и поставь их в подкрашенную воду. Через несколько часов вынь растения и сделай несколько срезов — вдоль стебля и поперек стебля. Рассмотри их через лупу: подкрашенная вода сделала сосуды растений видимыми. Но зачем надо было обрезать ветки под водой?

Налей в тарелку подкрашенную воду, опусти в нее не очень тонкий стебель и отрежь кусочек под водой. Такой же стебель срежь на воздухе и тоже поставь его в подкрашенную воду. Через несколько минут вынь оба стебля, разрежь вдоль и погляди, в каком из них краска продвинулась дальше.

В тоненьких сосудах растений легко могут появиться воздушные пробки. Они обязательно помешают воде подняться вверх, к листьям и цветам. И растение скоро завянет. А когда стебель срезают под водой, воздушной пробки нет.

Теперь можешь с полным основанием советовать другим: перед тем как ставить цветы в вазу, их надо обрезать под водой — ведь ты же доказал это с помощью эксперимента. Воде легко будет проникнуть к цветам, и они надолго сохранят свежесть.

Последний опыт в этой главе целиком подводный. Он покажет тебе, как идет одна из важнейших на земле реакций — реакция фотосинтеза, в ходе которой зеленые листья под действием света выделяют кислород — газ, жизненно необходимый всему живому на земле. Не будь на нашей планете зеленых растений и фотосинтеза, не было бы ни животных, ни людей…

Сам опыт достаточно прост.

Для него надо раздобыть небольшой аквариум или хотя бы двухлитровую стеклянную банку. Сосуд непременно должен быть прозрачным — не забудь, что кислород образуется под действием света. А воду в этот сосуд можно налить любую — колодезную, речную, из крана. Чтобы опыт шел быстрее, не помешает добавить с четверть стакана минеральной воды. Содержащиеся в ней соли служат питанием для растения. В сосуд с водой положи любое аквариумное растение. Накрой растение перевернутой стеклянной (обязательно прозрачной!) воронкой, а на ее носик надень перевернутую пробирку.

Рядом с аквариумом или банкой, примерно в полуметре или немного ближе, поставь настольную лампу, включи ее и направь свет на растение под воронкой. Время от времени поглядывай на растение, наблюдай, как оно себя ведет. Несколько часов спустя в пробирке соберется заметное количество газа. Аккуратно извлеки пробирку из сосуда, быстро переверни ее горлышком вверх и введи внутрь погасшую, но еще тлеющую тонкую лучинку. Тотчас лучинка вспыхнет, а это верный признак того, что в пробирке кислород.

Однако, может быть, ты считаешь, что свет не так уж нужен для образования кислорода? Прекрасно: поставь точно такой же опыт в темноте.