Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

5.80. САМЫЕ ТЯЖЕЛЫЕ ЖИДКОСТИ

Тяжелые жидкости применяют для разделения твердых порошкообразных веществ или для определения их плотности так называемым иммерсионным (погружным) методом. Одна из первых тяжелых жидкостей, примененных для этих целей, — раствор Туле с плотностью 3,2 г/см3, названный так по имени предложившего его в 1878 г. французского ученого. Это концентрированный водный раствор тетраиодомеркурата калия K2[HgI4], полученного растворением иодида ртути HgI2 в избытке концентрированного раствора иодида калия KI:

HgI2 + 2KI = K2[HgI4].

В 1883 г. немецкий химик К. Рорбах предложил использовать вместо калиевой соли бариевую: плотность насыщенного водного раствора Ba[HgI4] составляет 3,6 г/см3. Самые тяжелые из водных растворов получены в 1907 г. итальянцем Э. Клеричи. Это концентрированные растворы формиата таллия HCOOTl и малоната таллия CH2(COOTl)2, получающиеся в результате взаимодействия карбоната таллия с муравьиной кислотой HCOOH или с малоновой кислотой CH2(COOH)2 в водном растворе:

Tl2CO3 + 2НСOOН = 2НСООТl + H2O + CO2↑, Tl2CO3 + CH2(COOH)2 = CH2(COOTl)2 + H2O + CO2↑.

Формиат и малонат таллия обладают исключительно высокой растворимостью в воде. Например, в 100 г воды можно растворить более 500 г формиата таллия, при этом плотность получаемого раствора составляет от 3,40 г/см3 при 20° C до 4,76 г/см3 при 90° С. А раствор, содержащий смесь обеих солей в соотношении один к одному по массе, может достигать плотности 4,324 г/см3 при 20° C и даже 5,0 г/см3 при 95° С. В таком растворе не тонут барит BaSO4, кварц SiO2, корунд Al2O3 и другие минералы.

5.81. ЖИДКИЙ УГЛЕРОД?

Свойства жидкого углерода до сих пор не изучены из-за экстремальности условий его существования. Проблему удалось решить только с помощью суперкомпьютера расчетным путем. Жидкое состояние, как выяснилось, должно существовать для углерода при температуре выше 4500 К и относительно низком давлении, углерод при этом состоит из трех- и пятиатомных «молекул» и должен иметь металлическую электропроводность. Экспериментального подтверждения результаты расчета пока еще не получили…

5.82. МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КСЕНОН

Подвергнув высокому давлению замороженный ксенон Xe, удалось превратить его в металл. А при очень низкой температуре (около -266° С) ксенон оказался сверхпроводником: электрическое сопротивление его упало до нуля.

5.83. САМЫЙ ЛЕГКИЙ ИНЕРТНЫЙ ГАЗ И САМАЯ ХОЛОДНАЯ ЖИДКОСТЬ

Гелий — наиболее легкий после водорода газ (см. 4.32). Он не образует соединений ни с одним химическим элементом. Гелий — самое химически инертное вещество на Земле. Его легкость и инертность используются в создании воздухоплавательных аппаратов. Во время первой мировой войны более 40 немецких дирижаблей, наполненных водородом, сгорело от зажигательных снарядов. Но однажды в дирижабль, сбрасывавший бомбы на Лондон, попал зажигательный снаряд. Дирижабль не вспыхнул, а медленно, истекая каким-то газом, улетел обратно, вызвав переполох в секретных службах Англии. Как выяснилось позже, он был наполнен гелием. Задолго до войны немецкие пароходы, возившие товары в Индию и Бразилию, возвращались обратно, нагруженные монацитовым песком как балластом. Песок содержал радиоактивный элемент торий Th и, следовательно, был гелиевым сырьем. Известно, что земной гелий образуется при радиоактивном распаде атомов урана, тория и некоторых других радиоактивных элементов. Поэтому He накапливается в минералах, подземных водах и газах (см. 9.23). Из монацита и получали He для наполнения дирижаблей. Кроме того, в Германии He добывали из воды минерального источника Наугейм, дававшего до 70 м3 газа в сутки.

Жидкий гелий — самая холодная из всех известных жидкостей. Ее температура кипения — 269° С.

5.84. САМОЕ ТУГОПЛАВКОЕ ВЕЩЕСТВО

Это неорганический полимер, сополимер карбидов гафния и титана состава (HfC∙4TiC)n. Он начинает плавиться только при 4215°C! Среди металлов самым тугоплавким остается вольфрам W (температура плавления 3387°C).

5.85. ВОДОРОДНАЯ ДИВЕРСИЯ

Давно известно свойство водорода резко усиливать коррозию металлов и сплавов: это вещество чрезвычайно агрессивно, особенно когда его атомы отщепляют свой единственный электрон и превращаются в положительно заряженные ионы — протоны H+. В сто тысяч раз меньшие по размерам, чем любые другие катионы, протоны легко проникают в мельчайшие, едва зарождающиеся трещины и, соединяясь со свободными электронами, переходят снова в молекулярное состояние. Образовавшийся водород H2 расширяет трещины подобно клиньям. Как избавиться от этого вредного явления?

Если в состав металла или смазки входит медь Cu, то тончайшая пленка металлической меди, образующаяся на поверхности трущихся деталей, препятствует развитию коррозии: металлическая медь не пропускает ионов водорода. Поэтому рекомендуется натирать детали составом, содержащим хлорид меди CuCl2 и глицерин CH(OH)(CH2OH)2: пленка меди при этом становится плотнее. Другой способ — приработка трущихся поверхностей в присутствии металлсодержащих смазок, содержащих молибден Mo, бор В, кобальт Со, ванадий V и другие металлы.

5.86. НЕГОДНЫЙ КОНТЕЙНЕР

Палладий, казалось бы, прочный металл из семейства платины, но удержать в нем водород не удастся. Водород будет растворяться в металлическом палладии Pd. При комнатной температуре 1 см3 палладия в состоянии поглотить около 800 см3 (0,8 л) водорода. Сосуд при этом будет разбухать и давать трещины. Если же сосуд с водородом нагревать, то водород начнет протекать через трещины как вода сквозь решето. При 240° C за одну минуту 1 см2 стенки палладиевого сосуда толщиной 1 мм пропустит до 40 см3 водорода. Чем выше температура, тем больше проницаемость палладия для водорода (см. 4.52).

5.87. ИСКРЯЩИЙСЯ КРИСТАЛЛ

Какое вещество искрится при кристаллизации?

Чтобы наблюдать это явление, надо смешать сульфаты калия K2SO4 и натрия Na2SO4 в молярных количествах, отвечающих реакции

Na2SO4 + 2K2SO4 + 10H2O = Na2SO4∙2K2SO4∙10H2O,

и затем к полученной смеси кристаллических солей добавлять порциями горячую воду. Когда все кристаллы растворятся, раствор следует оставить в темноте для охлаждения и кристаллизации. Скоро раствор, начнет искриться, при 60°С — слабо, а по мере охлаждения — все сильнее и сильнее. Когда кристаллов Na2SO4∙K2SO4∙10H2O выпадет много, вы увидите целый сноп искр.

Если провести стеклянной палочкой по кристаллам, находящимся под маточным раствором, то снова появляются искры.

Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации соли выделяется большая энергия, почти полностью превращающаяся в световую.

5.88. БИБЛЕЙСКОЕ ЧУДО

Как описано в Библии (Дан. V, 26, 28), во время пира вавилонского царя Валтасара на стене дворца появилась рука, написавшая непонятные присутствовавшим слова: «Мене, мене, текел, упарсин». Иудейский пророк Даниил, расшифровав эти слова, предсказал гибель Валтасара, что вскоре и произошло.

Если растворить белый фосфор в дисульфиде углерода CS2 (см. 1.30) и полученным концентрированным раствором нарисовать на мраморной стене руку, а за ней — слова, то можно наблюдать сцену, подобную пересказанной в Библии. Раствор фосфора в дисульфиде углерода бесцветен, поэтому рисунка сначала не видно. По мере испарения CS2 белый фосфор выделяется в виде мельчайших частиц, которые начинают светиться и, наконец, вспыхивают — самовозгораются:

P4 + 5O2 = P4О10;

при сгорании фосфора рисунок и надпись исчезают; продукт горения — декаоксид тетрафосфора P4O10 — переходит в парообразное состояние и с влагой воздуха дает ортофосфорную кислоту:

Р4O10 + 6Н2О = 4Н3РО4,

которая наблюдается в виде небольшого облачка сизого тумана, постепенно рассеивающегося в воздухе.

Можно добавить небольшое количество белого фосфора в застывающий расплав воска или парафина. Если куском застывшей смеси сделать надпись на стене, то в сумерках и ночью можно ее увидеть Светящейся. Воск и парафин защищают фосфор от быстрого окисления и увеличивают продолжительность его свечения.

5.89. КУСТ МОИСЕЯ

Однажды, как рассказывает Библия (Исх. III, I), пророк Моисей пас овец и увидел, «что терновый куст горит огнем, но не сгорает».