Для многих химия – это
когда в колбах что-то кипит, дымит, взрывается, или, по меньшей мере, меняет
цвет.
Предоставленная
подборка прекрасных видеозаписей не разрушает это представление, а раскрывает
всю красоту химических реакций.
За основу для этой
медитативной видеогалереи выбрана серия видео Beautiful Chemistry, снятых профессором Янь Ляном и его коллегами
из Университета науки и технологии Китая. Кстати, эти видеоролики получили
премию Experts Choice («Выбор
экспертов») на конкурсе 2015 VIZZIES
Visualization Challenge.
1.
На первом видео пять классических реакций, сопровождающихся выпадением осадка.
Первая — это выпадение хлорида серебра при внесении капли нитрата серебра в раствор
обычной соли — реакция, позволяющая обнаружить в растворах следы хлоридов (а
также бромидов и иодидов). Следующая реакция — осаждение быстро темнеющего
тиосульфата серебра при смешивании нитрата серебра и тиосульфата натрия.
Потемнение происходит из-за разложения тиосульфата серебра до сульфида. Третий
процесс — качественная реакция на сульфаты, осаждение сульфата бария из смеси
хлорида бария и сульфата калия. Затем химики демонстрируют осаждение осадка
хромата серебра. Поначалу выпадает красный осадок, вероятно, бихромата серебра
Ag2Cr2O7— он образуется благодаря кислотности
раствора нитрата серебра. Однако дальнейшее перемешивание веществ понижает
кислотность и бихромат «разваливается» в желтый хромат Ag2CrO4. Последняя реакция — гидролиз медного купороса
в растворе щелочи.
Beautiful
Reactions: Precipitation
2.
Следующая видеозапись показывает эксперимент, известный как «Неорганический
сад». В раствор силиката натрия («жидкого стекла») бросают кристаллики солей
металлов. Из-за нерастворимости силикатов большинства металлов вокруг
кристаллов быстро возникают тонкие силикатные оболочки. Из-за осмотического
давления в этих оболочках периодически возникают разрывы и растворенные соли
выбираются наружу, чтобы сформировать новую границу оболочки.
Рост вытянутых столбов
связан с тем, что плотность жидкости внутри оболочки может оказаться меньше
плотности жидкого стекла — остальное делает сила Архимеда. Для реакции
используют кристаллы хлоридов кальция, кобальта и железа, а также сульфатов
цинка и кобальта.
Beautiful
Reactions: Chemical Garden
3.
Третий ролик посвящен реакциям вытеснения металлов из их солей. Из-за того, что
у разных металлов сильно отличаются свойства — например, способность восстанавливать
ионы водорода, — в некоторых ситуациях могут протекать реакции, в которых один
металл, более активный, вытесняет менее активный металл из его соли. В
частности, серебро, относящееся к металлам с невысокой активностью, легко
вытесняется из соли металлическим цинком. Точно так же с помощью цинка можно
выделить металлическую медь из медного купороса и свинец из раствора нитрата
свинца.
Beautiful
Reactions: Metal Displacement
4.
В четвертом видеоролике химики показывают крупным планом реакции,
сопровождающиеся выделением газов. Первая реакция — растворение цинка в соляной
кислоте, в результате которого образуются пузырьки водорода, а цинк
превращается в хлорид цинка. Следующая реакция — растворение магния в уксусной
кислоте с тем же результатом (образуется ацетат магния). Третья реакция —
растворение в соляной кислоте карбоната кальция (содержащегося в яичной
скорлупе). В результате реакции выделяется углекислый газ. Если довести реакцию
до конца, то яйцо станет мягким и будет прогибаться при прикосновении. Ту же
процедуру можно повторить и в крепком уксусе. Последняя часть видео показывает
электролиз воды — под действием тока она разлагается на водород и кислород.
Beautiful
Reactions: Bubbling
5.
В этом видео химики капают растворы кислот и щелочей на растения. Многие цветы,
ягоды (и не только) содержат в себе индикаторы — вещества, меняющие свою
структуру и окраску в кислых или щелочных средах. Здесь для опытов использовали
краснокочанную капусту и цветок из семейства Линдерниевых — Torenia fournieri.
С тем же успехом можно экспериментировать над цветами рода гибискус, входящими
например, в состав каркаде.
Beautiful
Reactions: Color Change
6. Шестое видео, строго говоря, не показывает химических реакций. Оно посвящено кристаллизации — переходу солей из растворов в твердую форму. Тем не менее, каждый химик сталкивается с этим явлением, например, занимаясь очисткой веществ. Для того, чтобы вырастить небольшие кристаллы необходимо растворить соль в большом количестве горячей воды, удалить не растворившийся осадок (например, слив с него чистый раствор) и оставить жидкость остывать. Чем медленнее жидкость остывает (или испаряется), тем больше шансов получить большой кристалл.
На видео показано как
кристаллизуются медный купорос, тиосульфат натрия, трисоксалат железа калия и
ацетат натрия. Последний еще используется в известном опыте «горячий лед», в
котором перенасыщенный раствор соли почти полностью затвердевает от
прикосновения или падения одного маленького кристала.
Beautiful
Reactions: Crystallization
7.
На следующем видео авторы показали «танцующие капли», сделанные из
флуоресцирующих палочек. Химики смешали жидкости, запускающие интенсивное
свечение смеси — обычно это комбинация дифенилоксалата, перекиси и красителя.
Затем они поместили смесь в раствор щелочи. Из-за того, что светящаяся основа
растворена в маслянистом веществе, капли не растворились в щелочи. На границах
капель происходит химическая реакция, заставляющая их двигаться.
Beautiful
Reactions: Dancing Fluorescent Droplets
8.
Последний видеоролик посвящен дыму. Если первая его часть — обычное горение
свечи и ароматических палочек, то затем химики показывают как дым может
возникнуть без огня. Следует отметить, что дым это аэрозоль, взвесь твердых
частиц в воздухе. Последняя реакция — взаимодействие газообразного аммиака с
парами соляной кислоты. В результате реакции образуются крошечные кристаллы
хлорида аммония, которые и кажутся похожими на дым. Как шутят авторы — все три
типа дыма пахнут совершенно-по разному. Например, ароматические палочки пахнут
довольно приятно, а хлорид аммония нюхать явно не стоило.
Beautiful
Reactions: Smoke