Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

Какие твердые искусственные материалы в десять и более раз легче корковой пробки?

Это пенопласты. Рассмотрим, как ведут синтез одного из них — полиаминопласта. Если через водный раствор карбамида (NH2)2CO (мочевины, см. 6.5; 8.5; 9.19) пропустить формальдегид НСНО, то в результате взаимодействия этих веществ в растворе появляется карбамидоформальдегидная смола:

nНСНО + n(NH2)2CO = (—CH2—NH—CO—NH—CH2—)n + nН2O,

где n >100. К этому раствору добавляют хлороводородную кислоту HCl и пропускают воздух. При этом получается пористая белая масса — пеноаминопласт, плотность которого составляет всего 0,01 г/см3, что в 100 раз меньше плотности воды.

6.58. ОБМАНЩИК ТЕТРАХЛОРИД

Известно, что тетрахлоридом углерода CCl4 можно загасить огонь. Насколько химически инертно это вещество?

Действительно, если, например, к горящему этанолу C2H5OH прилить CCl4, то огонь погаснет. А если смешать несколько миллилитров CCl4 с цинковой пылью и добавить к этой смеси оксид магния MgO или оксид кальция CaO до получения пастообразной массы, то уже при нагревании всего до 200°C начнется бурная реакция с выделением густого дыма и повышением температуры выше 1000°C. В этом случае тетрахлорид углерода взаимодействует с цинком, образуя хлорид цинка ZnCl2, который испаряется и, образуя в воздухе кристаллы, поглощает влагу:

CCl4 + 2Zn = 2ZnCl2↑ + С.

Получается густой белый дым.

6.59. КОЛЬЦА ЛИЗЕГАНГА

В центр застывшего слоя желатины, содержащего дихромат калия, поместили большую каплю водного раствора нитрата серебра. Через сутки на слое желатины обнаружили странные концентрические кольца.

В застывшем слое желатины протекала обменная реакция между дихроматом калия K2Cr2O7 и нитратом серебра AgNO3 с образованием дихромата серебра Ag2Cr2O7 красно-бурого цвета:

K2Cr2O7 + 2AgNO3 = Ag2Cr2O7↓ + 2KNO3

с отложением его кристаллического осадка в виде концентрических колец. При диффузии (постепенном проникновении) нитрата серебра в студень на каком-то расстоянии от центра капли образуется пересыщенный раствор Ag2Cr2O7 и начинается кристаллизация этой малорастворимой соли. В процессе выпадения осадка к месту роста кристаллов подтягиваются находящиеся вблизи дихромат-ионы, благодаря чему вокруг кольца с осадком дихромата серебра образуется зона, свободная от дихромата калия. Диффузия AgNO3 сквозь кольцо осадка и зону, свободную от K2Cr2O7, продолжается до тех пор, пока ионы серебра Ag+ не подойдут к участкам желатины, содержащим дихромат-ионы. В этом месте начнется образование второго красно-бурого кольца Ag2Cr2O7. Затем все процессы повторяются вновь. Вся картина на желатине получила название колец Лизеганга по имени их первооткрывателя, немецкого физико-химика Р. Лизеганга.

6.60. КОЛЕБАНИЯ ЦВЕТА

Если смешать водные растворы триоксобромата калия и лимонной кислоты и добавить немного серной кислоты и сульфата церия, раствор начнет в строго определенные интервалы времени то принимать желтую окраску, то обесцвечиваться.

В растворе протекают «колебательные реакции», которые открыл и изучил советский химик Борис Павлович Белоусов (1893–1970). Вначале происходит окисление ионов Ce3+ сульфата церия Ce2(SO4)3 бромат-анионами BrO3-:

6Се3+ + BrO3- + 6Н+ = 6Се4+ + Br- + 3Н2O. (1)

Из-за появления ионов Ce4+ окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce4+ окисляют лимонную кислоту (СН2СООН)2С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH2COOH)2CO

(СН2СООН)2С(ОН)СООН + 2Се4+ = (CH2COOH)2CO + 2Се3+ + CO2↑ + 2Н+ … (2)

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br- тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO3- с образованием брома Br2, который немедленно окисляет катионы Ce3+ :

5Br- + BrO3- + 6Н+ = 3Br2 + 3Н2O, (3)

2Се3+ + Br2 = 2Се4+ + 2Br-. (4)

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce4+ . Ритм реакций можно ускорить или замедлить, изменяя концентрации взятых реагентов и температуру.

После реакций (3) и (4) опять вступает в дело реакция (2), и все они повторяются вновь, пока не будет израсходован один из реагентов — бромат калия KBrO3 или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce3+ и Ce4+ участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H2O)6]3+ и [Ce(H2O)6]4+ .

6.61. ХИМИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР

Можно ли химическим методом измерить количество света?

Окислительно-восстановительная реакция взаимодействия хлорида ртути HgCl2 с оксалатом аммония (NH4)2C2O4 в водном растворе с выделением белого малорастворимого дихлорида диртути Hg2Cl2:

2HgCl2 + (NH4)2C2O4 = Hg2Cl2↓ + 2СO2↓ + 2NH4Cl

протекает только под действием видимого света. Количество света может быть установлено по массе выделившегося дихлорида диртути. Рассматриваемая реакция лежит в основе работы простейших химических фотометров.

6.62. КАТИОНЫ-НЕПОСЕДЫ

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag2S, положенными друг на друга, то по истечении одного часа масса серебра уменьшится почти на 0,1 г, а масса пластинки сульфида серебра, находящейся в контакте с расплавленной серой, увеличится в полном соответствии с реакцией

2Ag + S = Ag2S.

Масса же пластинки Ag2S, находящейся в контакте с пластинкой серебра, практически не изменится. Это означает, что реакция протекает на границе жидкой серы и слоя Ag2S за счет переноса катионов Ag+ и электронов от серебряной пластинки через два слоя сульфида серебра. На границе соприкосновения Ag2S с расплавом серы переместившиеся электроны превращают атомы серы, прилегающие к слою Ag2S, в сульфидные анионы S2-, а «пробежавшие» два слоя сульфида серебра катионы Ag+ присоединяют эти анионы, наращивая массу пластинки Ag2S.