Гости в доме

Подумаем о безопасности

Ибн Сина говорил: «Все есть яд, и все есть лекарство, и только доза определяет, исцеление будет принесено или смерть». Любые, даже привычные вещества при неумелом их использовании могут нанести непоправимый вред здоровью. Например, всем известный столовый уксус – это не что иное, как 10-процентный раствор уксусной кислоты. Уксус служит приправой к блюдам, он нужен при приготовлении маринадов и консервов. В небольших количествах он безвреден. Но если вместо столового уксуса воспользоваться эссенцией – 80-процентной уксусной кислотой, то последствия будут весьма печальными: сильнейший кислотный ожог пищевода.

Чтобы избежать подобных неприятностей, следуйте правилам техники безопасности.

* Внимательно читайте этикетки на упаковках.
* Не пробуйте на вкус вещества, за исключением тех, что предназначены в пищу.
* Для опытов надо иметь специальные емкости. Нельзя проводить опыты в посуде, из которой едят!
* Всю химическую посуду храните отдельно от пищевой и мойте сразу после окончания опыта, поскольку остатки веществ могут исказить результаты следующего эксперимента. Чтобы смыть все, что осело на стенках, используйте специальные ершики либо ватку, намотанную на медную проволоку.
* Ни в коем случае нельзя выливать не смешивающиеся с водой растворители в раковину, так как они могут разъесть пластмассовые трубы. Заведите для них закрывающуюся банку и выносите ее на помойку.
* Старайтесь, чтобы реактивы не попадали на кожу. Особенно берегите глаза. Если вы носите очки, не снимайте их во время опытов.
* Вещества, попавшие на кожу или в глаза, смывайте холодной водой.
* Помните, что многие химические реактивы способны испортить мебель. Во время экспериментов используйте клеенку или металлическую пластину. Подойдет также и отслужившая свое сковорода.



Как проводить эксперименты

Для простейших опытов понадобится прозрачная посуда из материала, не реагирующего с веществами, с которыми вы работаете. Идеально подойдут небольшие пузырьки бесцветного стекла из-под лекарств. Они достаточно удобны и выдерживают нагревание в кипящей воде. Для реакций, протекающих с изменением цвета, можно использовать одноразовые пластмассовые стаканчики, прозрачные или матовые. Правда, у них слишком большой объем, к тому же они легко опрокидываются и не выдерживают даже слабого нагревания.

Хранить растворы лучше всего в пузырьках с двумя крышками – внутренней пластмассовой, вставляющейся в горлышко, и внешней, завинчивающейся.

Нагревают раствор на водяной бане: пузырек с реакционной смесью помещают в емкость с горячей водой. Для этого сгодится старая кастрюля или консервная банка. Пузырек можно закрепить толстой медной проволокой: один конец зацепить за горлышко, а на другом сделать крючок и подвесить на стенку кастрюли. Кипящая вода не должна попадать в сосуд с реакционной смесью, поэтому его погружают в кастрюлю не более чем наполовину.

Чтобы отбирать небольшие количества твердых веществ, из полосок жести делают специальные шпатели. В качестве меры жидкостей или больших объемов твердых реактивов используют алюминиевые ложки. В чайную ложку обычно вмещается около 5 мл жидкости, а сыпучих веществ – 5 г «без горки» или 10 г «с горкой». В столовую – соответственно 15 мл, 15 г и 30 г. Если одной и той же ложкой или шпателем приходится набирать несколько веществ, каждый раз инструмент следует тщательно вымыть и обтереть насухо.

Некоторые реактивы необходимо добавлять по каплям. Для этого воспользуйтесь глазной пипеткой (только не забудьте ее пометить!). После каждого опыта пипетку нужно мыть.

В целях экономии реактивов следует помнить, что для большинства опытов хватает 5-10 мл растворов и менее 0,1 г твердых веществ.



Заглянем на кухню

Кое-что из кухонного арсенала вполне подойдет для первых химических экспериментов. Это, например, питьевая сода, она же двууглекислый натрий, или гидрокарбонат натрия, NaHCO3. А кроме того, уксус, т. е. раствор уксусной кислоты CH3COOH, сахар C12H22O11, поваренная соль NaCl, крахмал (C6H10O5)n, лимонная кислота C3H5O(COOH)3. В простейших химических опытах можно использовать также муку, темные соки (краснокочанной капусты, черники, черноплодной рябины и др.), подсолнечное масло, минеральную воду и различные газированные напитки – фанту, пепси-колу, и т. д.

Для начала проведем опыты с самыми простыми и всем знакомыми веществами – питьевой содой и столовым уксусом. Если растворить соду в воде влить получившийся раствор в уксус, то можно наблюдать выделение пузырьков газа. Их появление объясняется так. Гидрокарбонат натрия – это соль слабой и неустойчивой угольной кислоты. Несколько более сильная кислота вытесняет угольную из ее соли. А образовавшаяся угольная кислота немедленно распадается на углекислый газ и воду:

CH3COOH + NaHCO3 = CH3COONa + H2O + CO2↑

Углекислый газ не поддерживает горения. В этом легко убедиться: возьмите лучинку, отщепленную от отслужившей свое деревянной линейки или карандаша, зажгите ее и задуйте. Тлеющий кончик опустите в сосуд, где наблюдалось выделение газа, так, чтобы лучинка не касалась раствора, - она сразу погаснет.

Точно также с содой реагируют и другие кислоты. Поэтому, используя соду, легко обнаружить присутствие кислоты в любом растворе. Например, для того, чтобы убедиться, что кислоты добавляют во многие газированные напитки (фанту, пепси-колу и др.), аккуратно подогреем небольшое количество любого из этих напитков. Нагревать будем до тех пор, пока не перестанет выделяться углекислый газ. После этого охладим напиток и бросим туда несколько щепоток питьевой соды. Если в нем присутствует кислота, то вновь начнется выделение газа:

H+ + HCO3- = H2O + CO2↑.

Кислоты – весьма едкие вещества. Если потемневшую бронзовую монету (10 или 50 копеек) поместить на ночь в стакан с фантой или пепси-колой, то к утру темный налет оксида меди растворится, и монета будет блестеть:

CuO + 2H+ = Cu2+ + H2O.

Точно такое же действие оказывает уксусная кислота.

Иногда, после того как монета несколько дней полежит в газировке или уксусе, она покрывается красным налетом. Это происходит потому, что сплав меди с алюминием или цинком под действием кислоты теряет этот более активный металл, и на поверхности монеты остается только медь.

Нагревая раствор питьевой соды на водяной бане, можно наблюдать выделение углекислого газа. Это идет разложение гидрокарбоната натрия на карбонат натрия, углекислый газ и воду:

2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2↑.

Данным свойством питьевой соды пользуются кулинары, добавляя ее в тесто для разрыхления. Раствор, который получится в ходе опыта, употреблять в пищу не следует, ведь карбонат натрия гораздо более едкое вещество, чем гидрокарбонат, и в больших концентрациях может вызвать щелочной ожог пищевода.

Если нагреть минеральную воду, особенно гидрокарбонатно-кальциевую или гидрокарбонатно-магниевую (например, нарзан), то наряду с выделением углекислого газа можно наблюдать появление осадка. Это присутствующий в минеральной воде гидрокарбонат кальция, в отличие от карбоната натрия, нерастворим в воде и выпадает осадок:

Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + H2O + CO2↑.

Если добавить питьевую соду к соку черноплодной рябины, то он изменит цвет с фиолетового на голубой или синий. Фиолетовую окраску сокам придают так называемые антоциановые красители, которые обладают свойствами индикаторов. В присутствии кислот они фиолетовые, а в нейтральной или щелочной среде – синие. Сода нейтрализует кислоты, содержащиеся в соке, и цвет красителя меняется. Если несколько капель сока черноплодной рябины растворить в стакане водопроводной воды, она, скорее всего, тоже приобретет синюю окраску, которую можно превратить в фиолетовую, добавив немного уксуса или лимонной кислоты. Изменение цвета сока указывает на то, что водопроводная вода имеет нейтральную или слабощелочную реакцию среды.



Заглянем в аптечку

Для проведения дальнейших опытов изучим содержимое аптечки, из которой нам могут пригодиться иодная настойка, фенолфталеин, нашатырный спирт (раствор аммиака NH3), перекись водорода H2O2.

Эксперименты начнем с иода. Добавим к иодной настойке несколько капель перекиси водорода и перемешаем. Через некоторое время из раствора выделится черный поблескивающий осадок. Это кристаллический иод – плохо растворимое в воде вещество. Иод выпадает быстрее, если раствор немного подогреть горячей водой.

Перекись нужна для того, чтобы окислить содержащийся в настойке иодид калия KI (его добавляют, с целью увеличить растворимость иода).

С плохой растворимостью иода в воде связана и другая его способность – экстрагироваться из воды жидкостями, состоящими из неполярных молекул (маслом, бензином и т. д.). В чайную ложку воды добавим несколько капель подсолнечного масла. Перемешаем и увидим, что масло с водой не смешивается. Если теперь туда капнуть две-три капли иодной настойки и сильно встряхнуть, то слой масла приобретет темно-коричневую окраску, а слой воды – бледно-желтую, т. е. большая часть иода перейдет в масло.

Иод – весьма едкое вещество. Чтобы убедиться в этом, несколько капель иодной настойки поместим на металлическую поверхность. Через некоторое время жидкость обесцветится, а на поверхности металла останется пятно. Металл прореагировал с иодом с образованием соли – иодида. На этом свойстве иода основан один из способов нанесения надписей на металл.

При попадании капли иода на крахмал на его поверхности образуется темно-синее пятно. Так с помощью иода можно обнаружить крахмал на срезе картофеля. Если чайную ложку муки засыпать в мешочек, сложенный из двух слоев марли, и прополоскать его в воде, а после этого капнуть на него иод, вода окрасится в синий цвет, что говорит о присутствии в муке крахмала.

Эффектный опыт можно проделать с раствором аммиака (нашатырным спиртом). Аммиак образует с ионами меди окрашенное соединение. Возьмите бронзовую или медную монету с темным налетом и залейте ее нашатырным спиртом. Сразу или через несколько минут раствор окрасится в синий цвет. Это под действием кислорода воздуха медь образовала комплексное соединение – аммиакат:

2Cu + 8NH3 + 3H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4(H2O)2](OH)2.

Заглянем в ванную

Для опытов подойдут мыло, лучше всего хозяйственное, стиральная сода и стиральные порошки.

Простейшее хозяйственное мыло – это натриевая соль стеариновой кислоты C17H35COONa, содержащая длинный углеводородный «хвост». Для исследования свойств мыла растворим небольшой его кусочек, размером со спичечную головку, в столовой ложке воды. Получится пенистый раствор. Если к нему добавить концентрированную лимонную кислоту или уксусную эссенцию, пена опадет, а жидкость заметно помутнеет. Произошла реакция

C17H35COO- + Н+ = C17H35COOН,

Продуктом которой является слабая стеариновая кислота – твердое вещество, не растворимое в воде и не способное образовывать мыльную пену. Подобный результат говорит о том, что раствор мыла имеет щелочную реакцию среды: недаром он щиплет глаза. Кстати, это главный его недостаток. Человеческая кожа содержит кислоты, и нейтрализация их мылом может привести к ее огрублению и даже растрескиванию. Наиболее качественные мыла и моющие средства не содержат оснований.



Заглянем в школьный портфель

Даже в школьном портфеле можно найти вещества для проведения опытов. Например, силикатный клей (раствор силиката натрия Na2SiO3), фломастеры и мел.

Многие красители, используемые во фломастерах, способны изменять цвет под действием кислот и щелочей. Пронаблюдайте это, проведя на бумаге несколько линий разными фломастерами и капнув на них уксусом или содой. Только учтите, что этого нельзя делать одновременно, так как уксус нейтрализует соду.

Школьный мел состоит в основном из карбоната кальция. Как любой карбонат, он реагирует с уксусом с выделением газа:

CaCO3 + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2↑.

Однако полностью растворить мел в кислоте не удастся, поскольку гипс CaSO4∙2H2O, добавляемый в мел, чтобы он не крошился, плохо растворяется в воде и не реагирует с уксусом.

Интересны опыты с силикатным клеем. Используя фенолфталеин, нетрудно убедиться, что содержащийся в клее силикат натрия создает щелочную среду. Действительно, если добавить к силикатному клею раствор уксусной кислоты, в осадок выпадет кремниевая кислота – гидратированный оксид кремния:

Na2SiO3 + 2CH3COOH = 2CH3COONa + H2SiO3↓.

Полученный осадок можно высушить в духовке и развести разбавленным раствором водорастворимых чернил. В результате чернила осядут на поверхности оксида кремния, и смыть их не удастся.

Такое явление называется адсорбцией (от лат. Ad – «на» и sorbeo – «поглощаю»), а оксид кремния – хороший адсорбент.