Горизонты техники для детей, 1963 №1 (8)

Химия в нашем доме

Вы уже не раз слышали о том, что различные тела увеличивают свой объем под влиянием температуры. Когда мне было столько лет, сколько сейчас вам, мне тоже рассказывали об этом, но тогда я еще не очень верил рассказам. Ну скажите сами, как это может быть, что холодный кусок железа меньше горячего? Впрочем, что касается железа, то, вероятно, все-таки так и есть, иначе люди не оставляли бы просвета между рельсами железнодорожного полотна. Но может ли быть больше воды, если ее подогреть? Или, например, разве станет больше шоколада, если его нагреем?

Думаю, что и у вас в этом вопросе есть немало сомнений и поэтому хочу с вами проделать один очень простой, но интересный опыт. Поверьте мне, что лучше всего запоминается то, что сделано собственными руками.

Берем чистую литровую бутылку с плотно закупоривающей ее пробкой. Лучше всего, если это будет резиновая пробка. Просверливаем в пробке отверстие и вкладываем в него тонкую стеклянную трубку, длиной около 15 см. Отверстие в пробке можно просверлить металлической трубкой с тонкими стенками, заточенными на конце. Если у вас нет такой трубки, отверстие можно прожечь раскаленным гвоздем. Делая отверстие, помните, что резина эластична и для того, чтобы стеклянная трубка сидела плотно в пробке, отверстие должно быть меньше диаметра трубки.

Приготовив все это, наливаем в бутылку кипятку. Но осторожно! Не торопитесь! Если сразу нальете в холодную бутылку много горячей воды, бутылка лопнет. Налейте сначала на дно немного теплой воды (не кипящей), а затем через воронку долейте кипятку. Обернем бутылку и тряпочку, чтобы не обожгла руки, и встряхнем. Затем плотно закрываем пробкой бутылку. В пробку вставляем трубку и в трубку доливаем доверху воды. Таким образом у нас есть бутылка с трубкой, наполненная доверху очень горячей водой.

Что делаем дальше? Терпеливо ждем, пока вода в бутылке остынет. Мы увидим тогда очень интересное явление. Кому хочется поскорей увидеть это интересное явление, поставьте бутылку в холодное помещение, только обязательно вертикально. Пока вода в бутылке будет остывать, мы сделаем два новых лабораторных прибора: сетку из асбеста и охладитель.

Если трудно достать готовую асбестную сетку, возьмем кусок металлической сетки и вырежем из нее квадрат, сторона которого на 5 см больше диаметра нашего треножника. Если есть кусок асбеста или асбестной веревки (постарайтесь достать в авторемонтной мастерской), смочите его водой. Получится густая масса, тщательно ее размешайте и добавьте столько же объемных частей размельченной глины. Все тщательно перемешайте. Эту массу тонким слоем накладываем на обе стороны сетки так, чтобы получился круг, диаметром равным диаметру кольца треножника. Асбест надо высушить (оставить на 24 часа) и сетка уже готова.

Если же нет и асбеста, можно на сетку положить тонкий слой глины с добавкой 15 % мелкого песка и 10 % поваренной соли. Такая сетка хуже асбестной, так как наложенный на нее слой надо периодически снимать и накладывать новый. На сетку будем ставить стеклянные сосуды и подогревать в них воду.

Сейчас, когда вода в бутылке уже, наверное, остыла, посмотрим что же произошло в бутылке. Оказывается воды стало меньше: мы ведь налили ь трубку воды доверху, а видим, что сейчас верхняя часть трубки без воды. Как вы думаете, почему это произошло? Вода, остывая, сжимается, или, как мы говорим, уменьшает свой объем. Когда вода была горячая, она занимала всю бутылочку, а когда остыла, сжалась, то есть в бутылке стало ее меньше (см. черт. 1а и 1б).

Как видно, жидкость действительно расширяется под влиянием нагрева. Это свойство используется при изготовлении термометров. Ртуть в ртутном термометре расширяется и сжимается при изменении температуры, и по шкале в стеклянной трубочке измеряем температуру в градусах.

Проделаем еще один опыт. Выставим за окно стакан с горячей водой, окрашенной синими чернилами, чтобы она остыла. А пока изготовим охладитель.

Как видите (см. рис. 2), наш охладитель состоит из стеклянного колпака от керосиновой лампы, двух трубок, одной длинной стеклянной трубки, диаметром 8-10 мм, в двух меньших изогнутых под прямым углом стеклянных трубок. Сначала подгоняем диаметры пробок. Пробки должны плотно закрывать отверстие колпака.

Пробки могут быть обыкновенные или резиновые. В каждой из них просверливаем два отверстия: одно — точно посредине, а второе — ближе к краю. Затем вкладываем пробки в отверстия колпака и через отверстие в центре каждой пропускаем длинную стеклянную трубку. В боковые отверстия пробок вставляем короткие изогнутые трубочки. Чтобы трубочки легче проходили, надо смазать их тонким слоем глицерина.

Если пробки резиновые, охладитель уже готов. Если же натуральные пробки, охладитель надо герметизировать, покрывая лаком места соединения колпака с пробкой. Готовый охладитель откладываем в сторону, он нам может когда-нибудь пригодиться.

Наш стакан пусть пока стоит за окном. В другой такой же стакан наливаем до половины кипятку. Теперь возьмем стакан из-за окна. В приготовленную заранее стеклянную трубочку наливаем немного холодной окрашенной чернилами воды, и по одной капли с небольшой высоты капаем в стакан с кипятком. Заметим, что окрашенные капли холодной воды тонут в кипятке. Разве холодная вода тяжелее теплой?

Оказывается, что да. Если вы когда-нибудь плавали в озере или пруде, знаете, что в жаркий день вода на поверхности очень теплая. Но достаточно нырнуть, или заплыть глубже и встать в воде на дно, вы задрожите от холода. И все это потому, что холодная вода тяжелее и собирается на дне. В то же время теплая, которая легче, поднимается вверх.

Круговорот теплой и холодной воды используется в центральном отоплении. Нагретая в котле вода поднимается по трубам вверх к радиаторам, а холодная — по другим трубам стекает обратно в котел.

Мы на только что проделанном опыте доказали, что холодная вода тяжелее горячей, увидели, что теплая вода занимает больше места, чем холодная, то есть в любом сосуде поместится меньше теплой воды, чем холодной.

Но всегда ли так, что чем более холодная вода, тем ее больше поместится в сосуд? Нет, не всегда. От 100 °C до 4 °C вода становится все тяжелее, но затем опять легкая, следовательно — занимает опять все больше места. Как это проверить? Лучше всего таким образом. В маленькую бутылочку наливаем доверху холодной воды и плотно закрываем пробкой. Зимой принесем с улицы в кастрюле немного снега или мелкого льда и смешаем все с поваренной солью. На 3 ложки льда или сбитого снега берем 1 ложку соли. В смесь ставим бутылочку с водой. Лед или снег с солью обладают очень низкой температурой, приблизительно около —17 °C. Через 30–40 минут вода замерзнет и бутылочка лопнет, так как замерзающая вода в ней не поместится. Собственными глазами мы увидим, что остывающая вода до температуры ниже 4 °C увеличивает свой объем.

В том, что одновременно с ростом объема она становится все легче, убедиться еще проще. Ведь куски льда всегда плавают в воде и не тонут.

Я еще не сказал, впрочем думаю, что все знают, что вода замерзает при температуре 0 °C.

Ваш дядя Пробирка