Руйнування пінопласту ацетоном. Каталітичне окиснення ацетону в контакті з міддю

Б.Д.СТЕПІН, Л.Ю.АЛІКБЕРОВА

Ефектні досліди з хімії

З чого починається захоплення хімією – наукою, сповненою дивовижних загадок, таємничих та незрозумілих явищ? Дуже часто – з хімічних дослідів, які супроводжуються барвистими ефектами, чудесами. І так було завжди, принаймні, тому є безліч історичних свідчень.

У матеріалах рубрики «Хімія в школі та вдома» будуть описані прості та цікаві досліди. Всі вони добре виходять, якщо суворо дотримуватися наведених рекомендацій: адже на перебіг реакції часто впливають температура, ступінь подрібнення речовин, концентрація розчинів, наявність домішок у вихідних речовинах, співвідношення компонентів, що реагують, і навіть порядок їх додавання один до одного.

Будь-які хімічні досліди вимагають при виконанні обережності, уваги та акуратності. Уникнути неприємних несподіванок допоможе дотримання трьох простих правил.

Перше:не треба експериментувати вдома із незнайомими речовинами. Не забувайте, що занадто велика кількість добре відомих хімікатів у невмілих руках теж може стати небезпечною. Ніколи не перевищуйте кількість речовин, вказаних в описі досвіду.

Друге:перш ніж виконувати будь-який досвід, треба уважно прочитати його опис та зрозуміти властивості застосовуваних речовин. Для цього є підручники, довідники та інша література.

Третє:треба бути обережним та завбачливим. Якщо досліди пов'язані з горінням, утворенням диму та шкідливих газів, слід показувати їх там, де це не викличе неприємних наслідків, наприклад у витяжній шафі під час занять хімічного кружка або просто неба. Якщо під час досвіду якісь речовини розкидаються або розбризкуються, необхідно убезпечити себе захисними окулярами або екраном, а глядачів посадити на безпечній відстані. Всі досліди з сильними кислотами та лугами треба проводити, одягнувши окуляри та гумові рукавички. Досліди, позначені зірочкою (*), можуть виконуватися лише вчителем чи керівником хімічного кружка.

За дотримання цих правил експерименти будуть успішними. Тоді хімічні речовини розкриють перед вами чудеса своїх перетворень.

Ялинка в снігу

Для цього досвіду треба дістати скляний дзвін, невеликий акваріум, у крайньому випадку – скляну п'ятилітрову банку з широким горлом. Потрібна також рівна дошка або лист фанери, на яку будуть встановлені ці судини догори дном. Ще знадобиться невелика пластмасова іграшкова ялинка. Виконують досвід у такий спосіб.

Спочатку пластмасову ялинку оббризкують у витяжній шафі концентрованою соляною кислотою і відразу ставлять її під дзвін, банку або акваріум (рис. 1). Витримують ялинку під дзвоном 10-15 хв, потім швидко, трохи піднявши дзвін, поміщають поряд з ялинкою невелику чашку з концентрованим розчином аміаку. Відразу ж у повітрі під дзвоном з'являється кристалічний «сніг», який осідає на ялинці, і невдовзі вся вона покривається кристалами, схожими на іній.

Цей ефект викликаний реакцією хлороводню з аміаком:

НСl + NН 3 = NH 4 Сl,

яка призводить до утворення дрібних безбарвних кристаликів хлориду амонію, що обсипають ялинку.

Іскристі кристали

Як повірити, що речовина при кристалізації з водного розчину виділяє під водою сніп іскор? Але спробуйте змішати 108 г сульфату калію До 2 SO 4 і 100 г декагідрату сульфату натрію Nа 2 SO 4 10Н 2 Про (глауберова сіль) і додати порціями при помішуванні трохи гарячої дистильованої або кип'яченої води, поки всі кристали не розчиняться. Розчин залиште в темряві, щоб при охолодженні почалася кристалізація подвійної солі складу Nа 2 SO 4 2К 2 SO 4 10Н 2 О. Як тільки почнуть виділятися кристали, розчин іскриться: при 60 ° С слабко, а в міру охолодження все сильніше і сильніше. Коли кристалів випаде багато, ви побачите цілий сніп іскор.

Світіння та утворення іскор викликано тим, що при кристалізації подвійної солі, яка виходить за реакцією

2К 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + 10Н 2 O = Nа 2 SO 4 2К 2 SO 4 10Н 2 О,

виділяється багато енергії, що майже повністю перетворюється на світлову.

Помаранчеве світло

Поява цього дивовижного світіння викликана майже повним перетворенням енергії хімічної реакції на світлову. Щоб його спостерігати, до насиченого водного розчину гідрохінону С 6 Н 4 (ОН) 2 доливають 10-15% розчин карбонату калію К 2 3 , формалін - водний розчин формальдегіду НСНО і пергідрол - концентрований розчин пероксиду водню Н 2 О 2 . Світіння рідини краще спостерігати у темряві.

Причина виділення світла – окислювально-відновні реакції перетворення гідрохінону С 6 Н 4 (ОН) 2 на хінон С 6 Н 4 Про 2 , а формальдегіду НСНО – на мурашину кислоту НСООН:

З 6 Н 4 (ВІН) 2 + Н 2 О 2 = С 6 Н 4 О 2 + 2Н 2 О,

НСНО + Н2О2 = НСООН + Н2О.

Одночасно протікає реакція нейтралізації мурашиної кислоти карбонатом калію з утворенням солі – форміату калію НСООК – та виділенням діоксиду вуглецю СО 2 (вуглекислого газу), тому розчин спінюється:

2НСООН + К 2 СО 3 = 2НСООК + СО 2 + Н 2 О.

Гідрохінон (1,4-гідроксибензол) – безбарвна кристалічна речовина. Молекула гідрохінону містить бензольне кільце, в якому два атоми водню в пароположенні заміщені на дві гідроксильні групи.

Гроза у склянці

«Грім» та «блискавка» у склянці води? Виявляється, буває таке! Спочатку зважте 5-6 г бромату калію КВrО 3 і 5-6 г дигідрату хлориду барію ВаС 12 2Н 2 Про розчиніть ці безбарвні кристалічні речовини при нагріванні в 100 г дистильованої води, а потім змішайте отримані розчини. При охолодженні суміші випаде осад малорозчинного на холоді бромату барію (ВrO 3) 2:

2КBrO 3 + Сl 2 = (ВrO 3) 2 + 2КСl.

Відфільтруйте випав безбарвний осад кристалів (ВrO 3) 2 і промийте його 2-3 рази невеликими (5-10 мл) порціями холодної води. Потім висушіть промитий осад у повітрі. Після цього 2 г отриманого (ВrO 3) 2 розчиніть в 50 мл окропу і профільтруйте ще гарячий розчин.

Склянку з фільтратом поставте охолоджуватися до 40–45 °С. Це найкраще зробити на водяній бані, нагрітій до такої самої температури. Температуру лазні перевіряйте термометром і, якщо вона знизиться, знову підігрійте воду електричною плиткою.

Закрийте вікна шторами або вимкніть світло в кімнаті, і ви побачите, як у склянці одночасно з появою кристалів то в одному, то в іншому місці виникатимуть блакитні іскри – «блискавки» і лунають «грома». Ось вам і «гроза» у склянці! Світловий ефект викликаний виділенням енергії під час кристалізації, а бавовни – виникненням кристалів.

Дим із води

У склянку наливають водопровідну воду і кидають туди шматочок «сухого льоду» – твердого діоксиду вуглецю 2 . Вода відразу ж завирує, і зі склянки повалить густий білий «дим», утворений охолодженими парами води, які захоплює за собою діоксид вуглецю, що вганяється. Цей «дим» абсолютно безпечний.

Диоксид вуглецю.Твердий діоксид вуглецю виганяється без плавлення за низької температури, що дорівнює –78 °С. У рідкому стані 2 може перебувати тільки під тиском. Газоподібний діоксид вуглецю – безбарвний, негорючий газ із слабким кислуватим смаком. Вода здатна розчиняти значну кількість газоподібного СО 2 : 1 л води при 20 °З тиском 1 атм поглинає близько 0,9 л СО 2 . З водою взаємодіє дуже незначна частина розчиненого СО2, при цьому утворюється вугільна кислота Н 2 3 , яка тільки частково взаємодіє з молекулами води, утворюючи іони оксонію Н 3 Про + і гідрокарбонатні іони НСО 3 - :

Н 2 СО 3 + Н 2 О НСО 3 - + Н 3 О + ,

НСО 3 - + Н 2 О СО 3 2 - + Н 3 О + .

Таємниче зникнення

Оксид хрому(III) допоможе показати, як речовина безвісти зникає, зникає без полум'я і диму. Для цього складають гіркою кілька таблеток «сухого спирту» (твердого пального на основі уротропіну), а зверху насипають щіпку попередньо розігрітого в металевій ложці оксиду хрому (III) Сr 2 O 3 . І що ж? Немає полум'я, немає диму, а гірка поступово зменшується у розмірах. Через деякий час від неї залишається тільки дрібка невитраченого зеленого порошку - каталізатора Сr2О3.

Окислення уротропіну (СН 2) 6 N 4 (гексаметилентетраміну) – основи твердого спирту – у присутності каталізатора Сr 2 O 3 йде за реакцією:

(СН 2) 6 N 4 + 9O 2 = 6СO 2 + 2N 2 + 6Н 2 О,

де всі продукти - діоксид вуглецю СО 2, азот N 2 і пари води Н 2 O - газоподібні, безбарвні і не мають запаху. Помітити їхнє зникнення неможливо.

Ацетон та мідний дріт

Можна показати ще один досвід із таємничим зникненням речовини, який на перший погляд здається просто чаклунством. Готують мідний дріт товщиною 0,8-1,0 мм: очищають його наждачним папером і згортають у кільце діаметром 3-4 см. Відгинають відрізок дроту довжиною 10-15 см, який служитиме ручкою, а щоб тримати його було не гаряче, на кінець цього відрізка надягають шматок олівця, з якого заздалегідь видалено грифель.

Потім наливають у склянку 10-15 мл ацетону (СН 3) 2 СО (не забувайте: ацетон вогнебезпечний!).

Вдалині від склянки з ацетоном нагрівають кільце з мідного дроту, тримаючи її за ручку, а потім швидко опускають його в склянку з ацетоном так, щоб кільце не торкалося поверхні рідини і знаходилося від неї в 5-10 мм (рис. 2). Дріт розжариться і світитиметься доти, доки не витратиться весь ацетон. Але ні полум'я, ні диму не буде! Щоб досвід був ще ефектнішим, у кімнаті гасять світло.

Статтю підготовлено за підтримки компанії «Пластика ВІКОН». При ремонті квартири не варто забувати про скління балкона. Компанія «Пластика ВІКОН» займається виробництвом пластикових вікон із 2002 року. На сайті, розташованому за адресою plastika-okon.ru, ви зможете, не встаючи зі свого крісла, замовити скління балкона або лоджії за вигідною ціною. Компанія «Пластика ВІКОН» має розвинену логістичну базу, яка дозволяє їй виробляти доставку та встановлення в найкоротші терміни.

Мал. 2. Зникнення ацетону

На поверхні міді, яка служить каталізатором і прискорює реакцію, протікає окислення парів ацетону до оцтової кислоти СН 3 СООН та оцтового альдегіду СН 3 СНТ:

2(СН 3) 2 СО + О 2 = СН 3 СООН + 2СН 3 СНТ,

з виділенням великої кількості теплоти, тому дріт розжарюється до червоного. Пари обох продуктів реакції безбарвні, їх видає лише запах.

«Суха кислота»

Якщо в колбу покласти шматочок "сухого льоду" - твердого діоксиду вуглецю - і закрити її пробкою з газовідвідною трубкою, а кінець цієї трубки опустити в пробірку з водою, куди додали синій лакмус, то незабаром станеться маленьке диво.

Колбу трохи підігрійте. Незабаром синій лакмус у пробірці почервоніє. Це означає, що діоксид вуглецю - кислотний оксид, при його реакції з водою виходить вугільна кислота, яка піддається протолізу, і середовище стає кислотним:

Н 2 СО 3 + Н 2 Про НСО 3 - + Н 3 О +.

Чарівне яйце

Як очистити куряче яйце, не розбиваючи шкаралупи? Якщо опустити його в розведену соляну або азотну кислоту, то шкаралупа повністю розчиниться і залишаться білок та жовток, оточені тонкою плівкою.

Цей досвід можна продемонструвати дуже ефектним способом. Потрібно взяти колбу або скляну пляшку з широкою горловиною, налити в неї на 3/4 об'єму розведену соляну або азотну кислоту, покласти на горловину колби сире яйце, а потім обережно підігріти вміст колби. Коли кислота почне випаровуватися, відбуватиметься розчинення шкаралупи і через недовгий час яйце в еластичній плівці прослизне всередину судини з кислотою (хоча яйце більше в перетині, ніж горловина колби).

Хімічний розчин шкаралупи яйця, головним компонентом якої є карбонат кальцію, відповідає рівнянню реакції.

Ацетон швидко руйнує пінопласт

Пінопласт – композиційний матеріал, що складається з твердого
органічного полімеру та бульбашок газу. Більшу частину обсягу матеріалу
займає газ, тому пінопласт фактично є
затверділа піну. Завдяки такій будові пінопласт має дуже
низьку щільність і відрізняється хорошими теплоізоляційними,
звукоізоляційними, а також протиударними властивостями. Пінопласт дуже
легко обробляється, на відміну деревини він стійкий до дії
бактерій та водоростей. Пінопласт широко використовується як утеплювач
будівництві та як пакувальний матеріал.

Пінопласти можна отримати практично з усіх поширених
полімерів, що використовуються для виробництва пластичних мас. У
як приклад можна навести поліуретанові пінопласти,
полівінілхлоридні пінопласти, фенол-формальдегідні та
карбамід-формальдегідні пінопласти. Однак найбільшого поширення
одержав полістирольний пінопласт. У побуті під словом "пінопласт" частіше
всього мають на увазі саме пінополістирол. Зокрема полістирольний
пінопласт кладуть усередину картонних упаковок з побутовою технікою, щоб
уберегти вироби від ударів під час транспортування.

Пінополістирол був запатентований у 1920-30 рр. і поступово
одержав застосування для зовнішньої теплоізоляції будівель. Пізніше з
пінополістиролу стали робити готові блоки, до яких заливали бетон.

Крім незаперечних переваг, полістирольний пінопласт має і
цілий ряд недоліків. Як і більшість поширених синтетичних
полімерів пінополістирол має обмежену довговічність і
пожежонебезпечний. Полістирольний пінопласт може легко спалахнути навіть від
сірники, матеріал згоряє з виділенням значної кількості теплоти та
освітою густого чорного диму. Більш того: полістирол застосовується в
деяких сучасних різновидах напалму. Ці неприємні властивості
пінопласту необхідно враховувати під час будівництва.

Іншим недоліком пінополістиролу є його нестійкість
до дії багатьох органічних розчинників. Проведемо експеримент.

У попередньому досвіді ()
ми познайомилися з тим, як гексан руйнує пінопласт. Тепер проведемо
аналогічний досвід із ацетоном. Виявляється, ацетон "роз'їдає" пінопласт.
набагато швидше, ніж гексан. Пінопласт починає руйнуватися буквально від
попадання перших крапель ацетону. В обох випадках суть досвіду дуже
проста: органічна рідина розчиняє полістирол, а міститься в
пінопласті газ вивільняється назовні.

Можна також опускати невеликі шматочки пінопласту в склянку з
ацетоном. Пінопласт швидко розчинятиметься, а рідина густітиме. При
цьому активно виділяється газ, що був укладений у пінопласті. Раніше
у такий спосіб рекомендували виготовляти саморобний клей. Клей,
правда, виходив не дуже добрий, крім того, у наш час ацетон
є важкодоступним реактивом.

Не важко припустити, що дія того чи іншого розчинника
на пінопласт залежить від його здатності розчиняти полістирол.
Пропонуємо читачам самостійно поекспериментувати з іншими
органічними та неорганічними розчинниками. Зазначимо також, що
пінопласт руйнується не лише органічними розчинниками, а й їх
парами.

Ігор Білецький (блогер You Tube) вигадав, як показати цікавій публіці модель реактора, що нагадує термоядерний реактор. Для його спорудження знадобиться скляна банка, мідний дріт завтовшки 1-2 міліметри та трохи "термоядерного" палива. Як останній чудово підійде ацетон. У досліді відбувається окислення ацетону.

Досвід з ацетоном та міддю

Спочатку мідний дріт потрібно очистити від лаку і акуратно намотати на якусь відповідну за розміром трубу виток до витка в один шар. Потім вільні кінці закріпити на кришці банки або шийці, щоб спіраль висіла в одному сантиметрі від дна.
Тепер, щоб запустити реактор, потрібно налити у банку трохи ацетону. Після цього прожарити мідний дріт на газовому пальнику до появи характерного червоного свічення. Потім швидко опустити її у банку.

Якщо все виконати правильно, станеться незвичайне явище. Запуститься каталітична реакція. Ця гарна реакція відбувається у присутності каталізатора, якою виступає мідна спіраль. У ході цього досвіду виходить безполум'яне горіння. Це окиснення парів ацетону на поверхні мідного дроту. Реакція відбувається з виділенням тепла, про що свідчить розжарена поверхня мідного каталізатора.

Керувати редактором можна, змінюючи довжину мідного дроту. Чим більше спіраль, тим більше тепла вона виділятиме. Продукти окислення у цій хімічній реакції – оцтова кислота та оцтовий альдегід. Вони виходять у газоподібному вигляді і випаровуються у вигляді пари. Тому верх банку потрібно тримати відкритим або зробити в кришці отвір для вільного доступу повітря і виведення продуктів окислення.
Цей експеримент бажано проводити в приміщенні, що провітрюється, або на вулиці, щоб не вдихати продукти окислення і не побачити чого зайвого.
Мідна спіраль повинна бути намотана дуже щільно, інакше втрати тепла через зайвий зазор між витками перевищать утворення тепла за рахунок реакцій окислення. У результаті ректора стає.

Важлива перевага безполум'яного горіння в тому, що вона може тривати дуже довго, оскільки паливо витрачається на порядок повільніше, ніж при згорянні звичайним чином. Такий самий принцип роботи використовують каталітичні грілки для рибалок та любителів зимового відпочинку на природі. Каталізатор у них платиновий. Але найприкріше, як зазначає, Ігор Бєлецький, не видно всієї цієї краси.

Жодна людина, хоча б хоч трохи знайома з проблемами сучасної освіти, не стане сперечатися про переваги радянської системи. Однак у неї були і певні недоліки, зокрема, у вивченні природничих предметів упор часто робився на забезпечення теоретичної складової, а практика відсувалася на другий план. При цьому будь-який викладач підтвердить, що найкращий спосіб зародити у дитини інтерес до цих предметів — показати якийсь ефектний фізичний чи хімічний досвід. Особливо це важливо на початковому етапі вивчення таких предметів і задовго до цього. У другому випадку гарною підмогою для батьків може стати спеціальний набір для хімічних дослідів, яким можна користуватись і в домашніх умовах. Щоправда, купуючи такий подарунок, тата й мами повинні розуміти, що їм також доведеться взяти участь у заняттях, оскільки така "іграшка" в руках дитини, залишеної без нагляду, становить певну небезпеку.

Що таке хімічний досвід

Насамперед слід розібратися, про що йдеться. Взагалі прийнято вважати, що хімічний експеримент - це маніпуляції з різними органічними та неорганічними речовинами з метою встановлення їх властивостей та реакцій у різних умовах. Якщо йдеться про досліди, які виробляються з метою викликати у дитини прагнення вивчити світ довкола себе, то вони повинні бути видовищними і при цьому простими. Крім того, не рекомендується вибирати варіанти, що вимагають забезпечення особливих заходів безпеки.

З чого почати

Насамперед можна розповісти дитині про те, що все, що нас оточує, у тому числі її власне тіло, складається з різних речовин, які вступають у взаємодію. Внаслідок чого можна спостерігати різні явища: і ті, до яких люди давно звикли і не звертають на них уваги, і дуже незвичайні. При цьому як приклад можна навести іржу, яка є наслідком окислення металів, або дим з багаття, що є газом, що виділяється при горінні різних предметів. Далі можна почати показувати прості хімічні досліди.

"Яйце-поплавець"

Дуже цікавий досвід можна показати, використовуючи яйце та водний розчин соляної кислоти. Для його проведення необхідно взяти скляний графин або широку склянку і налити на дно 5-відсотковий розчин соляної кислоти. Потім необхідно опустити яйце і почекати деякий час.

Незабаром на поверхні яєчної шкаралупи внаслідок реакції соляної кислоти і карбонату кальцію, що міститься в шкаралупі, з'являться бульбашки вуглекислого газу і піднімуть яйце вгору. Досягши поверхні, бульбашки газу полопаються, і "вантаж" знову піде на дно посуду. Процес піднімання та пірнання яйця триватиме доти, доки вся яєчна шкаралупа не розчиниться в соляній кислоті.

"Таємні знаки"

Цікаві хімічні досліди можна зробити і із сірчаною кислотою. Наприклад, ватяною паличкою, змоченою в 20% розчині сірчаної кислоти, на папері малюють фігурки або літери і чекають, коли рідина висохне. Потім листок прогладжують гарячою праскою і спостерігають, як починають з'являтися чорні літери. Цей досвід буде ще ефектнішим, якщо потримати листок над полум'ям свічки, проте робити це необхідно вкрай обережно, намагаючись не підпалити папір.

"Вогняний напис"

Попередній досвід можна зробити по-іншому. Для цього на аркуші паперу малюють олівцем контур будь-якої фігури або літери і готують склад, що складається з 20 г KNO 3 розчинених в 15 мл гарячої води. Потім пензликом просочують папір вздовж олівцевих ліній так, щоб не залишалося проміжків. Як тільки глядачі будуть готові, а лист висохне, потрібно піднести палаючу лучинку до напису тільки в одній точці. Відразу з'явиться іскра, яка "побіжить" по контуру малюнка, поки не досягне кінця лінії.

Напевно, маленьким глядачам буде цікаво, чому досягається такий ефект. Поясніть, що при нагріванні нітрат калію перетворюється на іншу речовину – нітрит калію та виділяє кисень, що підтримує горіння.

"Незгорана хустинка"

Дітям напевно буде цікавий досвід з тканиною, що "незгорає". Щоб його продемонструвати, в 100 мл води розчиняють 10 г силікатного клею і змочують рідиною, що вийшла, шматок тканини або хустинку. Потім його віджимають і за допомогою пінцету занурюють у ємність із ацетоном або бензином. Відразу ж підпалюють тканину за допомогою лучинки і спостерігають, як полум'я "пожирає" хустку, проте вона залишається цілою.

"Синій букет"

Прості хімічні досліди можуть бути дуже видовищними. Пропонуємо вам здивувати глядача, використавши паперові квіти, пелюстки яких слід промазати клеєм із натурального крохмалю. Потім букетик потрібно помістити в банку, капнути на дно кілька крапель спиртової настоянки йоду і закрити щільно кришку. За кілька хвилин станеться "диво": квіти стануть синіми, оскільки пари йоду змусять крохмаль поміняти свій колір.

"Ялинкові прикраси"

Оригінальний хімічний досвід, в результаті якого з'являться красиві прикраси для міні-ялинки, вийде, якщо використовувати насичений розчин (1:12) алюмокалієвих галунів KAl(SO 4) 2 з добавкою мідного купоросу CuSO 4 (1:5).

Спочатку потрібно з дроту зробити каркас фігурки, обмотати її білими вовняними нитками і опустити в заздалегідь приготовлену суміш. Через тиждень-два на заготівлі виростуть кристали, які слід покрити лаком, щоб вони не розсипалися.

"Вулкани"

Дуже ефектний хімічний досвід вийде, якщо взяти тарілку, пластилін, харчову соду, столовий оцет, барвник червоного кольору та рідину для миття посуду. Далі потрібно вчинити так:

• розділити шматок пластиліну на дві частини;
• одну розкотити в плоский млинець, та якщо з другої виліпити порожнистий конус, на вершині якого потрібно залишити отвір;
• конус покласти на пластилінову основу та з'єднати так, щоб "вулкан" не пропускав воду;
• поставити конструкцію на тацю;
• залити "лаву", що складається із 1 ст. л. питної соди та кількох крапель рідкого харчового барвника;
• коли глядачі будуть готові, влити в "жерло" оцет і спостерігати за бурхливою реакцією, під час якої виділяється вуглекислий газ, а з вулкана витікає червона піна.

Як бачите, домашні хімічні досліди можуть бути різноманітними, і всі вони зацікавлять не тільки дітей, а й дорослих.