Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

При пайке металлов используют нашатырь и канифоль. Зачем?

Нашатырь (см. 1.44) — это хлорид аммония NH4Cl, его используют для травления — очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. Применение его основано на том, что при повышенной температуре хлорид аммония подвергается термическому разложению на аммиак NH3 и хлороводород HCl (см. 1.44):

NH4Cl = NH3 + НСl.

Образующиеся аммиак и HCl реагируют с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника:

3CuO + 2NH3 = 3Cu + N2↑ + 3H2O↑, CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O↑.

В результате обнажается чистая поверхность металла, которая может «смачиваться» расплавленным оловом или сплавом — припоем.

Канифоль представляет собой сложную смесь органических кислот и ненасыщенных углеводородов, ее получают после отгонки скипидара из смолы хвойных растений. Взаимодействие компонентов канифоли с оксидами металлов при высокой температуре ведет к восстановлению этих оксидов до металла. Кроме того, расплав канифоли защищает поверхность «жала» паяльника и спаиваемое изделие от контакта с воздухом, а значит, и от окисления.

5.6. ВОДА НА ЛЮБОЙ ВКУС

Кроме хорошо известной всем воды состава H2O, существуют и другие «воды»: хлорная, бромная, сероводородная. Это водные растворы хлора Cl2, брома Br2 и сероводорода H2S. Есть и совсем таинственные названия. Так, «лабарракову воду» получают, пропуская хлор в разбавленный водный раствор гидроксида натрия NaOH (см. 3.39). При этом протекает реакция с образованием хлорида натрия NaCl и оксохлората натрия NaClO:

Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O.

Используют «лабарракову воду» для отбеливания тканей. Отбеливание основано на окислении загрязняющих веществ оксохлоратом водорода HClO (хлорноватистой кислотой), образующимся при действии угольной кислоты H2CO3, всегда присутствующей в воде, при ее контакте с воздухом:

NaClO + H2CO3 = NaHCO3 + HClO.

Если пропускать хлор в раствор гидроксида калия КОН, то получается «жавелевая вода», которую используют для тех же целей:

Cl2 + 2KOH = KCl + KClO + H2O.

«Фагеденическая вода» — это фармацевтический препарат, который готовят, смешивая известковую воду (см. 3.23) с раствором хлорида ртути HgCl2:

Ca(OH)2 + HgCl2 = CaCl2 + HgO↓ + H2O.

После смешения образуется суспензия (взвесь) тонкодисперсного желтого оксида ртути HgO в водном растворе хлорида кальция CaCl2. «Фагеденическую воду» используют при лечении кожных болезней.

5.7. НЕ ПОТУШИТЬ ВОДОЙ

Во время лабораторной работы загорелись кусочки магния. Их пытались залить водой, но произошел взрыв и пламя усилилось. Тогда стали засыпать чашку с горящим магнием песком, но горение не прекратилось. Что же в таком случае делать?

Горящий магний Mg активно взаимодействует с водой:

Mg + H2O = MgO + H2↑

с выделением водорода H2, который с кислородом воздуха O2 дает взрывоопасные смеси. Песок SiO2 также вступает в реакцию с горящим магнием с выделением большого количества энергии в форме теплоты с образованием оксида магния MgO и аморфного кремния Si:

2Mg + SiO2 = 2MgO + Si.

Только асбестовая вата (см. 10.27) и мелкая железная стружка тушат горящий магний.

5.8. АКТИВНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Один из лаборантов, зная, что литий и калий взаимодействуют с кислородом и влагой воздуха, решил их сохранить в сосудах, заполненных азотом. Что он обнаружил через неделю?

Вместо блестящих серебристых кусочков лития он увидел в сосуде рыхлые зеленовато-черные комочки. Калий же сохранил свой первоначальный металлический блеск. Литий Li, в отличие от калия K и остальных щелочных металлов, реагирует с азотом N2 в обычных условиях с образованием нитрида:

6Li + N2 = 2Li3N.

Поэтому хранить литий можно только в атмосфере аргона Ar или под слоем обезвоженного вазелинового или парафинового масла, а также в тонкостенных герметичных оболочках — тубах из алюминия или меди.

5.9. «ТЕСТО» ПРЕВРАЩАЕТСЯ В КАМЕНЬ

Какой «гипс» твердеет при добавлении воды?

Порошок природного минерала гипса CaSO4∙2Н2O при смешении с водой не затвердевает. При нагревании до 150–170° C он теряет 3/4 содержащейся в нем воды:

CaSO4∙2Н2O = CaSO4∙0,5Н2О + 1,5Н2О↑

и превращается в «жженый гипс», который часто называют строительным гипсом, или просто алебастром. Если тонкоразмолотый алебастр — полугидрат сульфата кальция CaSO4∙0,5Н2О — замесить с водой, то полученное жидкое «тесто» скоро застывает в твердую массу тонковолокнистых кристаллов гипса CaSO4∙2Н2O, переплетенных между собой. Этот процесс широко применяют при изготовлении копий скульптур, моделей, барельефов, а также в медицине для гипсования при переломах конечностей. Надо отметить, что гипс, потерявший всю воду, превращается в безводный сульфат кальция CaSO4 и уже не обладает способностью быстро «схватываться» при взаимодействии с водой. Безводный сульфат кальция (в природе он присутствует в виде минерала ангидрита, см. 3.40) в контакте с водой лишь очень медленно присоединяет воду, превращаясь в гипс CaSO4∙2Н2O. При этом, как и при затвердевании алебастра, объем исходной смеси увеличивается.

5.10. ЧУДЕСА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

Гидроксиды почти всех металлов при нагревании до высоких температур разлагаются, теряя молекулы воды. Удивительно, но удаление последних порций воды при прокаливании гидроксида хрома CrO(OH) ведет к самопроизвольному разогреву образца.

Еще Берцелиус (см. 2.19) наблюдал, что в момент удаления последних следов воды из гидроксида хрома происходит резкое повышение температуры, приводящее к тому, что вещество раскаляется докрасна. Дальнейшие исследования показали, что это явление вызвано внезапной кристаллизацией оксида хрома Cr2O3. Кристаллическая решетка этого соединения очень прочна, и при ее образовании выделяется много энергии в форме теплоты. Кристаллизация происходит ниже температуры плавления Cr2O3, составляющей около 2200° С. Подобное явление наблюдается при обезвоживании гидроксидов скандия Sc, титана Ti, циркония Zr, тантала Та и железа Fe.

5.11. КАКОЙ ЛЕД ТОНЕТ?

Если замораживать водный раствор диоксида серы SO2, то сначала кристаллизуется не обычный лед, а соединение включения (клатрат) диоксида серы состава SO2∙(6±x)H2O. Молекулы воды при помощи водородных связей образуют своеобразную «клетку», во внутренней полости которой находится молекула SO2. Плотность такого клатрата в твердом состоянии на 25% больше плотности воды. Значит, «клатратный лед» тонет в воде.

5.12. НЕЗВАНЫЙ ГОСТЬ

Пропускание газообразного хлора в ледяную воду приводит к выделению желтозеленых кристаллов. Это кристаллический гидрат хлора состава 8Сl2∙46Н2O, устойчивый при температуре ниже 9,6° С. Подобные вещества относят к клатратам, или соединениям включения. Они образованы путем внедрения молекул хлора («гостей») в полости кристаллического каркаса, состоящего из молекул воды («хозяев»). Впервые с этим явлением столкнулся Дэви в 1811 г. (см. 9.16). Гидраты способны образовывать и другие газы: оксид диазота N2O, ацетилен C2H2, метан CH4, азот N2, кислород O2 и даже благородные (инертные) газы аргон Ar, криптон Kr и ксенон Xe.

5.13. ЧЕМ ДЫМИТ «ДЫМЯЩАЯ СЕРНАЯ КИСЛОТА»?

Серная кислота H2SO4 (см. 1.49) может растворять свой ангидрид (см. 3.40) — кислотный оксид, триоксид серы SO3; при этом образуются полисерные кислоты:

H2SO4 + nSO3 = H2Sn+1O4+3n.

К ним относят дисерную H2S2O7, трисерную H2S3O10 и другие кислоты. Полисерные кислоты называют еще «олеумом» (т. е. маслообразной жидкостью) или «нордгаузенским купоросным маслом». Это и есть «дымящая серная кислота». Полисерные кислоты выделяют на воздухе газообразный SO3, который, взаимодействуя с влагой воздуха, и вызывает появление «дыма», или тумана мельчайших капелек серной кислоты:

SO3 + H2O = H2SO4.

5.14. ЦВЕТНОЙ СИЛИКАГЕЛЬ

Зачем в оптические приборы помещают мешочки с синими гранулами?

Для обнаружения и поглощения примеси влаги из воздуха используют силикагель (гранулированный пористый диоксид кремния SiO2), пропитанный хлоридом кобальта CoCl2 и тщательно высушенный. Когда хлорид кобальта безводный — гранулы силикагеля синие или голубые, при поглощении влаги образуется аквакомплекс [Со(Н2O)6]Сl2, и цвет гранул меняется на розовый.