Горизонты техники для детей, 1970 №2

Химия в нашем доме

Газ можно себе представить как совокупность непрерывно движущихся маленьких частиц, расположенных на больших расстояниях друг от друга. На этих расстояниях они не притягиваются и не отталкиваются, а даже если столкнутся одна с другой, отлетают в противоположные стороны, как упругие мячики. Они испытывают земное притяжение. Поэтому-то все газы на земле скопились вне поверхности, образуя атмосферу. И в отличие от жидкости, создающей на земле ровную поверхность, газы такой поверхности не образуют. Не бывает и так, чтобы частица газа упала на землю и лежала как пылинка твердого тела или капелька воды. А все объясняется тем, что частицы газа непоседливы, находятся в непрерывном движении. Энергией для этого движения служит тепло, поэтому само движение называем тепловым движением частиц газа. Если частица газа „осядет” на землю или, например, на дно какого-либо сосуда, то в момент соприкосновения с ним она начнет получать тепло, то есть энергию, которая заставит ее оторваться от земли или сосуда. Энергию для движения частицы газа получают и от своих сестер во время столкновения с ними и от стенок сосуда, в котором они находятся. В свою очередь они сами передают тепло стенкам и предметам. И не только тепло. Ударяя о стенки сосуда, частицы газа оказывают на них давление, точнее, действуют с определенной силой. Величина этой силы тем больше, чем большее количество частиц газа ударяет о стенки. В закрытом сосуде такое увеличение силы (давления) получается тремя способами. Во-первых, можно ввести в сосуд дополнительные частицы газа. Во-вторых, можно уменьшить объем газа (если одна стенка подвижная). И в-третьих, можно подогреть сосуд. В последнем случае, правда, число частиц не увеличится, но они будут быстрее двигаться, получив дополнительную энергию. Одна и та же более энергичная частица ударит о стенку, скажем, в два раза чаще, что равносильно тому, будто бы додали в сосуд еще одну частицу.

Каждое количество воздуха в закрытом сосуде характеризуется четырьмя величинами:

Все эти величины зависят друг от друга и изменение одной из них влечет за собой изменение другой или даже всех остальных. Те, кто уже изучал на уроках физики это явление, знают, что оно носит название закона Бойля и Мариотта. Этот закон действует в условиях, которые давайте называть обычными. Оказывается, что слишком большие давления или очень низкие температуры „необычны” для газов. В таких условиях газы перестают быть газами и становятся жидкостями, а иногда и очень твердыми телами. Одни газы сжижаются уже при небольших давлениях и слабом „морозе”. Для других нужно создавать огромные давления и очень низкие температуры, каких на земле не бывает. Но в каждом случае нужно и изменение величины давления и температуры. Это и понятно. Газ до тех пор остается газом, пока его частицы свободны и находятся в непрерывном движении. Надо забрать у них тепловую энергию, чтобы они перестали бегать, а потом прижать их друг к другу, чтобы они, как бы желая согреться, сгруппировались в большие и тяжелые капельки жидкости.

Самый распространенный газ — это окружающий нас воздух, который, впрочем, представляет собой смесь всех известных на земле газов. Химический состав воздуха различен на различной высоте. Воздух у самой поверхности земли, то есть тот, которым мы дышим, имеет везде одинаковый состав, а именно:

В воздухе содержатся также небольшие количества других газов, таких как неон (Ne), криптон (Кr), ксенон (Хе), гелий (Не) и самый легкий газ — водород.

А теперь, ребята, давайте проделаем с вами вместе кое-какие опыты с газами. Их, конечно, лучше всего проводить в школьных химических кабинетах или дома, под наблюдением взрослых.

1 литр водорода в обычных условиях весит 0,09 грамма, то есть в 14,5 раза легче воздуха (нормальными условиями для газов называем давление, равное 760 мм ртутного столба, и температуру 0° Цельсия). Цель первого опыта — доказать, что водород — газ легкий (см. рис. 1).

На технических весах подвесьте вверх дном два одинаковых сосуда и, если понадобится, уравновесьте весы разновесами. К одному из сосудов подведите по трубке водород, выделяющийся в аппарате Киппа. Более легкий газ — водород — вытеснит из сосуда воздух, заполнит его. Весы будут показывать, что сосуд с воздухом тяжелее.

Познакомьтесь поближе и с действием аппарата Киппа, которым пользуются в лабораториях для получения различных газов, например, сероводорода (воздействием соляной кислоты на пирит), углекислого газа (действием соляной кислоты на мрамор) или водорода (действием серной или соляной кислоты на цинк).

В среднюю часть аппарата насыпают опилки цинка (кусочки мрамора или пирита), а в верхнюю наливают соответствующую кислоту. Через открытый кран кислота из верхнего сосуда стекает в нижний, подходит вверх к среднему и вступает в реакцию с цинком (в случае получения водорода).

Выделяющийся водород уходит через кран в экспериментальную аппаратуру. Если кран перекрыть, то давление водорода в средней колбе вытеснит кислоту в нижнюю, а затем и в верхнюю колбу. Химическая реакция прекратится.

Упрощенный аппарат для получения газов изображен на рис. 2. Падающие непосредственно на цинк капли кислоты вызывают реакцию выделения водорода.

Водород, полученный из аппарата Киппа, пропускаем через маленькое отверстие (суженный конец) в стеклянной трубке, направленной вверх. Уходящую из трубки струйку газа зажигаем и на пламя насаживаем колпачок, а вернее на сосуд, насухо вытертый. Сразу же на стенках сосуда появятся капельки воды. Это следствие реакции

В этом опыте мы проследим возникновение взрывчатой смеси водорода и кислорода. Возьмите консервную банку емкостью 3/4 литра. Верхнее донышко снимите полностью, а в нижнем проделайте отверстие диаметром примерно в 5 мм. Коробку поставьте на стол вверх отверстием, которое закройте влажной фильтрационной бумагой. В банку снизу подведите водород из аппарата Киппа, Примерно за 30 секунд она наполнится водородом и тогда можно будет поджечь выделяющийся из отверстия водород (поджигать надо не спичкой, а зажженной длинной палочкой). Вначале газ будет гореть спокойно, но как только на место водорода в коробку начнет поступать воздух, пламя станет бушевать, водород взорвется, а коробка начнет подпрыгивать. Это значит, что там образовалась взрывчатая смесь, состоящая из двух объемных частей водорода и одной объемной части кислорода.

Anna Паёнчковская