Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

5.69. «ОЛОВЯННОЙ КРИК» И ТРЕСК СЕРЫ

«Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь ее треск, значит она хороша; если же сера молчит и не трещит, то она нехороша…»

(Инструкция XIX в., Россия)

Своеобразный способ определения качества материала на слух применительно к сере не устарел и сейчас: «трещит» только сера S, содержащая не более 1% примесей. Характерный треск («оловянный крик») отличает белое олово Sn. Этот треск слышен при сгибании бруска или прутка металла.

5.70. БЫВАЕТ ЛИ В ПРИРОДЕ «ЧЕРНАЯ СЕРА»?

Соединение необычного состава S4N4 (нитрид серы), полученное взаимодействием жидкого аммиака NH3 с серой:

16NH3 + 10S ↔ S4N4 + 6(NH4)2S,

оказалось сильным взрывчатым веществом, поэтому и приходится хранить его под слоем бензола. Если разлагать S4N4 при высоком давлении, то образуются обычная сера S8 либо волокнистая полимерная сера Sx. В том и в другом случае в продукте замечали темные прожилки так называемой «черной серы», нерастворимой в сероуглероде.

Интересно, что сера S8 — это простейший пример вещества-электрета, на поверхности которого долгое время сохраняются электрические заряды. Чтобы получить эти заряды, пластинку кристаллической серы нагревают, а потом медленно охлаждают в сильном электрическом поле.

5.71. ПУШКИН — ХИМИК?

О каких соединениях серы упоминал А. С. Пушкин в стихотворении 1832 г.:

«…Тогда услышал я (о, диво) запах скверный,Как будто тухлое разбилося яйцо,Иль карантинный страж курил жаровней серной.Я, нос себе зажав, отворотил лицо…».

Конечно, здесь речь идет о сероводороде H2S, известном своим отвратительным запахом, и диоксиде серы SO2, который с глубокой древности использовали для дезинфекции (окуривание горящей серой).

5.72. МОКРЫЙ ФОСФОР

Почему красный фосфор при хранении на воздухе становится влажным?

Красный фосфор при хранении медленно окисляется с образованием декаоксида тетрафосфора:

4Р + 5O2 = P 4О10,

а образующийся оксид гигроскопичен, т. е. активно поглощает влагу из воздуха:

P4О10 + 2Н2O = (HPO3)4

(кстати, на этом его свойстве и основано использование P4O10 как осушителя газов и в химических реакциях в качестве водоотнимающего средства). Так как увлажненный красный фосфор содержит примесь метафосфорной кислоты, то для очистки его следует просто промыть водой или, еще лучше, водным раствором карбоната натрия Na2CO3, который нейтрализует тетраметафосфорную кислоту:

(HPO3)4 + 4Na2CO3 = 4Na2HPO4 + 4СO2↑.

Применять раствор гидроксида натрия NaOH для этой операции не рекомендуется, так как фосфор с ним реагирует с образованием фосфина PH3 и д и гидроортофосфата натрия:

4Р + 3NaOH + 3Н2O = PH3↑ + 3NaH2PO2.

После промывки фосфор высушивают в атмосфере сухого азота N2 или диоксида углерода CO2, что предотвращает его дальнейшее окисление.

5.73. САТАНИНСКИЕ ОГНИ

Двое мальчишек забрались ночью на старое кладбище посмотреть на привидение, о котором давно говорили в их деревне. Когда их глаза привыкли к темноте, то они увидели, как вспыхнул и погас огонек на одной могиле, затем он появился на другой, потом на третьей. Мальчики застыли в ужасе.

Появление блуждающих огней на старых кладбищах и болотах вызвано воспламенением на воздухе выделяющихся гидридов фосфора: дифосфана P2H4 и фосфина PH3 (см. 5.72). Эти газы образуются при разложении органических соединений, содержащих фосфор. На воздухе дифосфан самовоспламеняется и зажигает фосфин:

2Р2Н4 + 7O2 = P4O10 + 4Н2O; 4РН3 + 8O2 = P4O10 + 6Н2O.

Продуктом их сгорания является декаоксид тетрафосфора P4O10, который при взаимодействии с влагой воздуха образует мельчайшие капельки тетрамегафосфорной кислоты, дающие неясные, размывающиеся белые контуры «приведения»:

P4О10 + 2Н2O = (HPO3)4.

5.74. УДИВИТЕЛЬНЫЙ КАРБИН

Карбин, одна из аллотропных форм существования углерода, представляет собой линейный полимер. Две его модификации белого цвета содержат ацетиленовые (α-карбин) и этиленовые (β-карбин) фрагменты:

H(—C≡C—C≡C—)nН,

Н2(—С=С=С—)nН2.

На воздухе карбин, как и остальные аллотропные формы углерода, при нагревании окисляется и сгорает, превращаясь в диоксид углерода CO2. А без доступа воздуха при высокой температуре углеродные цепи принимают гексагональную шестиугольную конфигурацию, и атомы углерода по-разному располагаются относительно двойной и тройной связей. Считают, что в этих условиях может существовать по крайней мере восемь разных форм карбина, различающихся по физическим свойствам. Эти формы устойчивы при температуре от 2700 до 3600°C. Кстати, графит, если его расплавить под сверхвысоким давлением, превращается в бесцветную текучую жидкость состава

содержащую фрагменты α-карбина.

5.75. ПОРОШОК КИСЛОТЫ

Концентрированная ортофосфорная кислота — это вязкая и липкая масса. Иногда, для проведения специальных синтезов, нужен тонкоизмельченный порошок ортофосфорной кислоты H3PO4. Как его получить?

Большинство веществ при сильном охлаждении становятся хрупкими. Ортофосфорная кислота при температуре жидкого азота тоже превращается в твердую и хрупкую массу, которая легко растирается в мелкий порошок.

5.76. ЧТО ТАКОЕ «ЗЕРКАЛЬНЫЙ УГЛЕРОД»?

Четыре модификации углерода — графит, алмаз, карбин и лонсдейлит — имеют кристаллическое строение. Графит и алмаз знают все. Карбин известен многим (см. 5.74). Четвертая разновидность кристаллического углерода «лонсдейлит» мало кому известна. Он обнаружен в метеоритах и получен искусственно, а строение его еще изучается. Сажу, кокс, древесный уголь относили к аморфным полимерам углерода. Однако теперь стало известно, что это тоже кристаллические вещества. Кстати, в саже обнаружили блестящие черные частицы, которые назвали «зеркальным углеродом». Зеркальный углерод химически инертен, термостоек, непроницаем для газов и жидкостей, обладает гладкой поверхностью и абсолютной совместимостью с живыми тканями. Особенно ценным является последнее. А структура зеркального углерода очень сложна и включает пачки из ленточных полимерных фрагментов, особым образом упакованных и перекрученных в пространстве.

5.77. МОЖНО ЛИ ПАЯТЬ ГРАФИТ?

Графит в чистом виде не только не спаивается, но и не плавится. Однако на практике бывают случаи, когда требуется соединение деталей из графита. Для этого рекомендуют воспользоваться химической реакцией образования карбида алюминия Al4C3:

4Аl + 3С = Al4C3.

В графитовый шов помещают прокладку из алюминия, а затем соединяемые детали сдавливают и нагревают место стыка до температуры, при которой алюминий и графит вступают в реакцию (около 1800° С). Образующийся карбид алюминия прочно соединяет («сращивает») детали, и тогда температуру повышают еще на 500° С. При 2300° C карбид алюминия распадается, а детали соединяются исключительно прочно.

5.78. САМАЯ ЛЕГКАЯ ЖИДКОСТЬ

Жидкий водород — самая легкая из жидкостей. Литр его весит всего 70 г, почти в 15 раз меньше, чем литр воды.

5.79. КАКОЕ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО САМОЕ ЛЕГКОЕ? САМОЕ ТЯЖЕЛОЕ?

Твердый водород — это самое легкое твердое вещество на Земле. При температуре -260° C его плотность около 0,076 г/см3. А самое тяжелое вещество — осмий (плотность 22,48 г/см3). Значит, твердый водород легче твердого осмия в 296 раз (см. 4.48).

В число наиболее плотных веществ входит и платина (см. 10.14).

…Однажды в ювелирную мастерскую француза Пьера-Франсуа Шабано при дворе испанского короля Карла III в Мадриде зашел некий маркиз Аранда, чтобы приобрести платиновые изделия. На столе ювелира стоял кованый платиновый кубик со стороной около 10 см. Старый маркиз хотел приподнять его, но не смог. «Вы смеетесь надо мной, — обиделся вельможа. — Платина приклеена чем-то к столу!». Но нет, кубик не был приклеен, просто он был слишком тяжел: его масса составляла 21,5 кг!