Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

6.12. НЕУГАСИМОЕ ПЛАМЯ

Есть целый ряд веществ, которые нельзя потушить струей CO2 (углекислым газом). В первую очередь это смеси, содержащие твердый окислитель: для их горения не требуется кислород воздуха. Например, черный порох (смесь нитрата калия KNO3 с серой и углем) горит за счет твердого окислителя — нитрата калия (см. 1.33 и 1.34):

2KNO3 + S = SO2↑ + 2 KNO2; 2KNO3 + C = CO2↑ + 2KNO2.

Если загорелся металлический магний (калий, цезий, алюминий, лантан и т. п.), потушить пламя диоксидом углерода не удастся уже по другой причине — это вещество поддерживает горение перечисленных металлов:

2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Итак, если ваша работа может быть связана с активными металлами, припасайте для их тушения песок и асбестовое одеяло (см. 5.7, 10.27).

А если вы имеете дело с неметаллами? Некоторые из них тоже «неравнодушны» к диоксиду углерода. Так, водород с CO2 реагирует уже при 200°C, если присутствует катализатор процесса — оксид меди CuO:

CO2 + 4H2 =(кат.)= CH4↑ + 2H2O.

При нагревании с диоксидом углерода окисляются также бор B, кремний Si, фосфор P и углерод С:

5СO2 + P4 =P4O10 + 5С, СO2 + С = 2СO↑, и т. п.

Правда, эти реакции не переходят в горение с образованием пламени, но все же идут.

6.13. ПОЖАР ПОД ВОДОЙ

Под водой горит белый фосфор P4 (см. 4.26). Если несколько его кусочков поместить в холодную воду, а затем нагреть смесь, чтобы фосфор расплавился, можно, пропуская в воду струю кислорода O2, этот фосфор поджечь; он вспыхивает и горит, постепенно окрашиваясь в красно-фиолетовый цвет. Под водой протекают следующие реакции:

P4 + SO2 = P4O10, Р4О10 + 6Н2О = 4Н3РO4, xР4 ↔ 4Рx.

Первая реакция отвечает горению фосфора, вторая — образованию ортофосфорной кислоты H3PO4, а третья — превращению белого фосфора в красный (см. 5.72).

6.14. «ЛЮБОВЬ» МОНООКСИДА АЗОТА К КИСЛОРОДУ

На воздухе, в обычных условиях, NO легко присоединяет кислород:

2NO + O2 = 2NO2.

Но при температуре выше 500°C монооксид азота разлагается на азот и кислород с выделением энергии в форме теплоты. Поэтому при 900°C зажженный фосфор продолжает гореть в монооксиде азота, отнимая кислород и превращаясь в оксид фосфора с выделением азота:

4Р + 10NO = P4O10 + 5N2↑.

6.15. ЗЕЛЕНЫЙ ОГОНЬ

Удивительный зеленый цвет пламени костра озадачил путешественников, остановившихся на ночлег. Как вы считаете, чем могла быть вызвана необычная окраска пламени?

Зеленая окраска пламени может быть обусловлена наличием примесей в топливе или материале очага. Зеленый цвет пламени сообщают соединения меди Cu, бария Ba и бора В.

Производные бора так и обнаруживают в испытуемом материале в химической лаборатории: для получения летучего борно-этилового эфира сначала добавляют к образцу этанол C2H5OH и серную кислоту H2SO4:

B(OH)3 + ЗС2Н5ОН = B(C2H5O)3↑ + 3H2O,

а потом поджигают смесь, которая горит красивым зеленым пламенем:

2В(С2Н5O)3 + 18O2 = B2O3↑ + 12СO2↑ + 15Н2O↑.

Возможно, под костром путешественников оказались борсодержащие минералы.

6.16. МОЖЕТ ЛИ ГОРЕТЬ САХАР?

Сахар, или сахароза, C12H22O11 (см. 1.61) в обычных условиях не горит. Если поднести к куску сахара зажженную спичку, то сахар будет плавиться, но не загорится. Но если на кусок сахара насыпать совсем немного пепла от сигареты или папиросы и снова поднести огонь, то сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием:

C12H22O11 + 12O2 = 12СO2↑ + 11H2O↑.

Суть происходящего изменения в поведении сахарозы состоит в том, что зола табака, содержащая соли щелочных металлов, в основном карбонаты, катализирует процесс горения этого вещества. Считают, что главная роль здесь принадлежит катализатору карбонату лития.

6.17. «ФАРАОНОВЫ ЗМЕИ»

Получение «фараоновых змей» — это очень эффектный опыт. Тиоцианат ртути Hg(NCS)2 при поджигании дает желто-серый объемистый продукт горения, который принимает порой самую причудливую форму, подобную змее. Тиоцианат ртути разлагается на сульфид ртути HgS, нитрид углерода C3N4 и дисульфид углерода CS2:

2Hg(NCS)2 = 2HgS + C3N4 + CS2.

Дисульфид углерода сгорает, образуя диоксид серы SO2 и диоксид углерода CO2:

CS2 + 3O2 = CO2↑ + 2SO2↑.

Кстати, подобный эффект можно получить, и не используя ядовитых солей ртути. Для этого надо смешать и растереть в ступке дихромат калия K2Cr2O7, нитрат натрия NaNO3 и сахар C12H22O11. Затем смесь следует увлажнить и смешать с коллодием. Если теперь поджечь смесь с одной стороны, то вспыхивает едва заметный огонек и начинает «выползать» сначала черная, а после остывания — зеленая «змея»:

K2Cr2O7 + 9NaNO3 + C12H22O11 = 12СO + 9NaNO2 + Cr2O3 + 2KOH + 10H2O.

Если поджечь смесь дихромата аммония и нитрата аммония, то из нее начинает «выползать змея» зеленого цвета. При увеличении доли нитрата аммония «змея» растет медленнее. При нагревании дихромат аммония и нитрат аммония разлагаются:

(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ + 4Н2O↑, NH4NO3 = N2O↑ + 2Н2О↑,

но сначала влажный нитрат аммония плавится, скрепляет частицы зеленого оксида хрома Cr2O3, а затем уже начинает разлагаться с выделением газа — оксида диазота N2O.

6.18. «ГРЕМУЧАЯ РТУТЬ»

Некоторые соединения ртути могут не только гореть, но и «греметь». «Гремучая ртуть… есть образец всех взрывчатых соединений»

(Менделеев).

«Гремучая ртуть», или называемый теперь фульминат ртути, Hg(CNO)2 много лет выполняла роль инициатора взрывов. Одно время она входила в состав «говардова пороха» — капсюльного состава в артиллерии. Алхимики еще во времена Авиценны (см. 1.2) были знакомы со взрывчатой способностью этого вещества. Но только английский химик Эдвард Говард (конец XVII в.) впервые детально изучил синтез и физико-химические свойства Hg(CNO)2. Говард получал Hg(CNO)2 прямым взаимодействием ртути Hg, азотной кислоты HNO3 и этанола C2H5OH:

Hg + 4HNO3 + 2C2H5OH = Hg(CNO)2 + N2↑ + 2CO2↑ + 8Н2O.

Разложение со взрывом Hg(CNO)2 происходит даже при случайном касании, а тем более при ударе, трении, нагреве:

Hg(CNO)2 = Hg + N2↑ + 2СO↑.

Интересно, что сильно увлажненный фульминат ртути взрывобезопасен.

6.19. ВУЛКАН НА СТОЛЕ

Если прикоснуться горящей спичкой к кучке оранжево-красных кристаллов дихромата аммония (NH4)2Cr2O7 произойдет нечто примечательное: начинается «извержение» маленького «вулкана». Из центра стремительно вылетают раскаленные докрасна частицы «пепла», размеры «вулкана» быстро увеличиваются.

Дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 содержит атомы азота в низшей степени окисления (III) и хрома — в высшей степени окисления (+VI). Между этими атомами при поджигании происходит внутримолекулярный обмен электронами:

или

(NH4)2Cr2O7 = N2↑ + Cr2O3 + 4Н2O↑.

Эта реакция является экзотермической, протекающей с большим выделением энергии. Раскаленные частицы и зеленоватый «пепел» — это частицы оксида хрома Cr2O3, выбрасываемые при разложении дихромата аммония газообразным азотом N2.

6.20. КАК ДОБЫТЬ ВОДОРОД?

Полки аэростатов заграждения блокадного Ленинграда обеспечивал водородом один из небольших химических заводов города, где добывали водород устаревшим железопаровым способом (см. 1.42). Водяной пар пропускали через раскаленное железо:

2Fe + 3Н2O = Fe2O3 + 3Н2↑.

Водорода для наполнения аэростатов постоянно не хватало, и приходилось использовать походные армейские установки, в которых для получения водорода использовали взаимодействие аморфного кремния Si с гидроксидом натрия:

Si + 4NaOH = Na4SiO4 + 2Н2↑.

Воздух постоянно просачивался в наполненные водородом аэростаты. Когда концентрация водорода падала до 83%, аэростат уже становился взрывоопасным (смесь водорода и воздуха при соотношении 4:1 взрывается). Ленинградцы экономили водород как могли: ведь для производства каждого кубометра его требовались дефицитное топливо и реактивы; было даже предложено использовать отработанный водород как топливо для автомобильных двигателей.