Эффектные демонстрационные опыты

Эффектные демонстрационные опыты.
Всем нам когда-нибудь хотелось увидеть или поставить опыт, который произвел бы неизгладимое
впечатление на окружающих. Поставив опыты описанные в этом разделе, вы достигнете этого, а
также сможете привлечь внимание кого-нибудь к изучению химии.
Дымные опыты
Опыты с выделением света
"Вулканы"
Самовоспламеняющиеся смеси
Красивые осадки
Опыты с огнем
Взрывчатые опыты
Опыты с газами
Растворение и кристаллизация
Цветные опыты
Химический сад
Симпатические чернила
Опыты с выделением дыма.
Если на поверхность порошка тиосульфата натрия (фотографического фиксажа) поместить
таблетку гидроперита (комплекс перекиси водорода с мочевиной, продается в аптеках), то через
несколько секунд начинает протекать бурная реакция с выделением большого количества белого
едкого дыма (диоксид серы с парами воды) и образованием слизеподобной массы на месте
таблетки, а также желтого вещества довольно сложного состава.
Облако из колбы.
В большую колбу насыпают кристаллический карбонат калия слоем 1--2 см и осторожно наливают
10%-й водный раствор аммиака в таком количестве, чтобы его слой, покрывающий кристаллы, был
не толще 2 мм. Затем очень тонкой струйкой вливают в колбу немного концентрированной соляной
кислоты. Из горла колбы вырывается плотная струя густого белого дыма, который под
собственной тяжестью сползает по ее наружным стенкам, стелется по поверхности стола и,
добравшись до края, хлопьями медленно падает на пол.
Аэрозоль (воздушная взвесь мельчайших кристалликов) хлорида аммония, который получается в
первой реакции, увлекается из колбы углекислым газом, выделяющимся по второй реакции.
Углекислый газ тяжелее воздуха, и поэтому "дым" падает на пол.
Смесь измельченных таблеток гидроперита и анальгина при стоянии в течение 5-30 минут (в
зависимости от температуры и влажности воздуха) начинает интенсивно реагировать с
выделением большого количества дыма с неприятным запахом
Холодный химический свет.
Искрящиеся кристаллы.
Попробуйте смешать 108 г сульфата калия и 100 г декагидрата сульфата натрия (глауберовой
соли) и добавить порциями при помешивании немного горячей кипяченой воды, пока все
кристаллы не растворятся. Раствор оставьте в темноте для охлаждения и кристаллизации
двойной соли. Как только начнут выделяться кристаллы, раствор будет искриться: при 60°С слабо,
а по мере охлаждения все сильнее и сильнее. Когда кристаллов выпадет много, вы увидите целый
сноп искр. Если провести по выделившимся кристаллам на дне сосуда стеклянной палочкой, то
снова появятся искры. Свечение и искрообразование вызваны тем, что при кристаллизации
двойной соли состава Na2SO4 · 2K2SO4 · 10H2O выделяется много энергии, почти полностью
превращающейся в световую.
Оранжевый свет.
Это тоже результат почти полного превращения энергии химической реакции в световую. Чтобы
его наблюдать, приливают к насыщенному водному раствору гидрохинона 10-15%-й раствор
карбоната калия, формалин и пергидроль. Свечение жидкости лучше наблюдать в темноте.
Свечение вызвано окислительно-восстановительными реакциями превращения гидрохинона в
хинон, а формальдегида - в муравьиную кислоту. Одновременно протекает реакция
нейтрализации муравьиной кислоты с карбонатом калия с выделением углекислого газа, и раствор
вспенивается.
Светящийся сахар.
Этот опыт больше относится не к химическим, а к физическим. Если поместить обычный сахар в
кофемолку с прозрачной крышкой или интенсивно его растирать в прозрачном сосуде,
наблюдается ясно видное в темноте свечение. Это связано с тем, что при разрушении кристаллов
сахарозы часть энергии выделяется в виде света.
Яркий химический свет.
В колбу наливают около 100 мл раствора люминола (3-аминофталгидразид) и меньшее
количество раствора перекиси водорода. В темноте прибавляют щепотку гексацианоферрата(III)
калия и наблюдают как по мере падения кристаллов за ними возникает яркий светящийся след
постепенно распространяющийся на всю колбу. В случае если свечение не возникает приливают
немного щелочи. С окислителями яркое свечение дают также люцигенин, лофин и замещенные
ароматические эфиры щавелевой кислоты.
Свет в растворе соли.
Растворите в воде поваренную соль таким образом, чтобы на дне оставались нерастворившиеся
кристаллы. Полученный насыщенный раствор отделите от кристаллов, перелив его в другой
стакан. К насыщенному растору поваренной соли прилейте по каплям концентрированную
соляную кислоту. Соль начнет кристаллизоватся и при этом возникает свечение - в растворе будут
проскакивать маленькие искры. Для того чтобы заметить их, опыт необходимо ставить в темноте.
"Вулканы".
Проведение "вулканических" опытов необходимо осуществлять на огнеупорной поверхности, при
отсутствии вблизи легковоспламеняющихся жидкостей и материалов.
Вулкан Бёттгера.
В 1843 году Рудольф Бёттгер получил дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 - оранжево-красное
кристаллическое вещество. Он решил испытать это вещество. Насыпав на тарелку горку
кристаллов, он поднес к ней горящую лучинку. Кристаллы не вспыхнули, но вокруг конца горящей
лучинки что-то "закипело", начали стремительно вылетать раскаленные частицы. Горка стала
увеличиваться и скоро приняла внушительные размеры. Изменился и цвет: вместо оранжевого он
стал зеленым. Позднее было установлено, что дихромат аммония самопроизвольно разлагается
не только от зажженной лучинки или спички, но и от нагретой стеклянной палочки. При этом
выделяется газообразный азот, пары воды, твердые частички раскаленного оксида хрома и
большое количество теплоты. Идет внутримолекулярная окислительно-восстановительная
реакция.
Вулкан Лемери.
Французский химик, аптекарь и врач Никола Лемери (1645-1715) в свое время тоже наблюдал
нечто похожее на вулкан, когда, смешав в железной чашке 2 г железных опилок и 2 г
порошкообразной серы, дотронулся до нее раскаленной стеклянной палочкой. Через некоторое
время из приготовленной смеси начали вылетать частицы черного цвета, а сама она, сильно
увеличившись в объеме, так разогрелась, что начала светиться. Вулкан Лемери - результат
простой химической реакции взаимодействия железа и серы с образованием сульфида железа.
Эта реакция протекает весьма энергично и сопровождается значительным тепловыделением.
Ферратный вулкан.
Чтобы показать этот опыт, тоже очень эффектный, смешивают 1 г железного порошка или пудры с
2 г сухого нитрата калия, предварительно растертого в ступке. Смесь помещают в углубление
горки, сделанной из 4-5 столовых ложек сухого просеянного речного песка и поджигают.
Начинается бурная реакция с выделением искр, буроватым дымом и сильным разогревом. При
этом внешний вид смеси напоминает раскаленную лаву. При взаимодействии нитрата калия с
железом образуется феррат калия и газообразный монооксид азота, который, окисляясь на
воздухе, дает бурый газ - диоксид азота. Если твердый остаток после окончания реакции
поместить в стакан с холодной кипяченой водой, получится красно-фиолетовый раствор феррата
калия, который в нейтральной среде разлагается за несколько минут.
Сахарный вулкан
Дихромат калия и сахарозу предварительно тщательно истирают в порошок в отдельных ступках.
Затем на дно фарфоровой чашки помещают 0.8-1.0 г сахарозы, 5 г дихромата калия и добавляют
несколько капель этилового спирта. Шпателем тщательно перемешивают пропитанную этанолом
массу. Затем ее поджигают с помощью лучинки. Через некоторое время смесь начинает шипеть и
дымиться, а часть ее приобретает ярко-красный цвет и напоминает кратер вулкана.
Самовоспламеняющиеся вещества и смеси.
Самовоспламенение - распространенный процесс, присущий очень многим веществам. Обычно
самовоспламенение веществ происходит при достижении определенной температуры, которая
называется температурой самовоспламенения. Но существуют вещества и смеси способные
самовоспламенятся и при комнатной (и даже ниже) температуре без воздействия видимого
источника тепла. Такие реакции выглядят довольно эффектно.
Механизм работы таких смесей - самоускоряющаяся экзотермическая реакция протекающая с
воспламенением смеси. Вследствие этого, время воспламенения таких смесей зависит от
внешней температуры (чем она выше, тем время воспламенения меньше). По понятным причинам
хранение готовых смесей не рекомендуется. При очень высокой скорости развития процесса
самовозгорания могут быть получены и самодетонирующие смеси (например, смесь алюминиевой
пыли, угля и перекиси водорода или смесь нитрата аммония с перманганатом калия), но из-за их
капризного поведения показывать опыты с их применением или даже готовить такие смеси не
рекомендуется! Следует иметь ввиду, что самовоспламеняющаяся смесь может образоватся и
тогда когда этого не ожидает и сам экспериментатор. Для их возникновения подходит практически
любая экзотермическая реакция проходящая в отсутствии или при минимальном количестве
растворителя. Например, описан случай самовоспламенения смеси сульфата меди с порошком
железа и опилками.
По скорости воспламенения вещества и смеси можно разделить на: воспламеняющиеся
немедленно (1-2 секунды после смешивания реагентов), воспламеняющиеся через
непродолжительное время (0,1-5 минут после смешивания реагентов) и воспламеняющиеся через
продолжительное время (более 5 минут после смешивания реагентов). Следует заметить, что эта
классификация очень условна, вследствие сильной зависимости времени воспламенения от
внешних условий (состав смеси, температура воздуха, влажность воздуха и реагентов, их
концентрация). Большинство смесей и веществ воспламеняются немедленно после смешивания
или попадания на воздух.
По условиям воспламенения вещества и смеси можно разделить на несколько групп:
1. Вещества и смеси воспламеняющиеся в парах или газах отличных от воздуха.
Таких веществ и смесей очень много, например:
Все органические вещества, металлы, неметаллы и многие соединения в газообразном фторе,
трехфтористом хлоре, фториде кислорода, диоксидифториде самовоспламеняются. В частности
можно наблюдать самовоспламенение слегка подогретой воды в фторе, стекла в трехфтористом
хлоре.
В газообразном хлоре самовоспламеняются: порошок сурьмы (горит красивыми белыми
искорками), красный и белый фосфор, скипидар на развитой поверхности (например на вате),
тонкая оловянная фольга.
В парах брома самовоспламеняются: сурьма, фосфор, алюминий.
2. Вещества и смеси самовоспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом.
Обычно это химически активные вещества, например:
Металлические рубидий и цезий, многие простейшие металлорганические вещества (метилнатрий,
метиллитий), силан, дифосфин.
Вещества обладающие развитой поверхностью окисления, например: пирофорные металлы
(пирофорное железо, никель, плутоний, цирконий), белый фосфор на развитой поверхности.
Некоторые легковоспламеняющиеся жидкости, например: сероуглерод, эфир, скипидар. Особенно
при наличии источников тепла и на развитых поверхностях.
Практические примеры:
а) Смешайте растворы оксалата натрия и железного купороса. Выпавший желтый осадок
фильтруется и сушится. Полученный гидрат оксалата железа помещают в пробирку, заткнутую
неплотным ватным тампоном, наклоняют до почти горизонтального положения и нагревают
оксалат железа с прогреванием всей пробирки (для удаления капелек воды) до превращения
вещества в черный сыпучий порошок пирофорного железа. Еще горячую пробирку вносят в
темную комнату, вынимают ватный тампон и высыпают на лист железа. Наблюдают фонтан искр.
Аналогичный опыт можно провести разлагая цитрат железа, оксалат или формиат никеля.
Порошки пирофорных металлов нельзя хранить.
Золотой дождь
Готовят равные объемы 3%-ного раствора иодида калия и 4%-ного раствора ацетата свинца.
Перед опытом растворы доводят до кипения и горячими сливают вместе в колбу. При охлаждении
в растворе начинают образовыватся мелкие блестящие золотистые крупинки хорошо видные на
просвет. При остывании в осадок выпадает иодид свинца, который хорошо растворим в горячей
воде, но весьма мало в холодной (менее 0.1%). Осадок образуется в виде тонких блестящих на
свету чешуек золотистого цвета. Размеры их зависят от скорости охлаждения, чем медленнее
охлаждается раствор, тем крупнее кристаллы.
Показать список оценивших
Опыты с огнем. Съедобная свеча.
Из варенного картофеля ножом вырезают свечу. В верхнюю часть втыкают вместо настоящего
фитиля кусочек сухого арахиса вырезанный в виде фитилька. Арахисовый фитиль поджигают - он
будет гореть. Такую свечу можно спокойно съесть.
Необжигающий огонь.
На сухую ладонь помещают 50-100 мг трипероксида триацетона и аккуратно разравнивают для
увеличения поверхности. Вытягивают руку и подносят пламя лучинки. Происходит резкое сгорание
вещества с хлопком и образованием огненного шара без обжигания ладони.
Внимание! Не превышать указанные количества вещества. Не использовать влажные препараты
трипероксида триацетона. Не наклонятся над ладонью. Все операции с перекисью ацетона
совершать очень аккуратно, так как она чувствительна к удару и трению.
Термит.
В графитовый тигель с просверленным в дне отверстием, закрытым жестяным кружком, помещают
50 г оксида железа и 16 г алюминия в виде сухих, тщательно перемешанных порошков. Сверху на
смесь насыпается зажигательная смесь из порошков алюминия и перманганата калия. Тигель
устанавливается в штативе над металлическим тазиком заполненным песком. Смесь поджигается
длинной лучинкой. Происходит бурная реакция с плавлением всей реакционной смеси и жестяного
кружка на дне с выливанием расплавленного металла в песок.
Огненная волна.
В цилиндр, емкостью 250-300 мл, заполненный NO, вливают 5 мл сероуглерода. Цилиндр
затыкают и несколько раз переворачивают. Цилиндр открывают и подносят горящую лучинку. В
цилиндре происходит волна горения сопровождающаяся своеобразным звуком и быстро
движущейся сверху вниз ярко-фиолетовой волной пламени.
Внимание! При всех операциях с сероуглеродом в помещении не должно быть открытого пламени.
NO токсичен.
Самовоспламеняющийся газ.
В пробирку помещают перемешанную смесь 10 г сухого песка и 16 г магния. Полученную смесь
нагревают на пламени спиртовки до начала реакции, после чего спиртовку убирают. После
протекания реакции, пробирку охлаждают, разбивают и кусочки реакционной массы бросают в
соляную кислоту. При этом начинается выделение газа, который при соприкосновении с воздухом
воспламеняется с легким хлопком.
Беспламенное горение.
В чашку помещают несколько таблеток сухого горючего на основе уротропина. Сверху насыпают
немного разогретого в металлической ложечке оксида хрома (III). При этом таблетки начинают
уменьшатся, а пламя не появляется.
Цветное пламя свечи.
Обычные свечи из как можно более чистого парафина или стеарина плавят в металлической
миске и к расплаву тщательно примешивают растёртые безводные соли: для красного пламени хлорид стронция, для зеленоватого - хлорид бария, для малинового - хлорид лития, для синезеленого - дихлорид меди. Расплав кристаллизуют или в миске оставив кончик фитиля снаружи
или выливая в картонную или металлическую трубку второй конец которой закрыт картонным
кружком с привязанным по центру фитилем (в этом случае фитиль остается по центру свечи).
Рекомендуется испытать свечи перед демонстрацией.
Искры в пламени.
Постепенно высыпая в пламя порошки активных металлов (алюминий, магний, титан, цирконий)
можно наблюдать красивый сноп искр.
Зеленое пламя.
В чашку помещают 2 г буры, 10 мл спирта и 10 мл концентрированной серной кислоты. Смесь
поджигают. Выделяющийся триэтилборат горит красивым зеленым пламенем.
Блуждающее пламя.
Зажгите спиртовку и накройте ее пламя частой медной сеткой. Пламя будет оставатся под сеткой.
Теперь потушите пламя, накройте спиртовку медной сеткой и зажгите пламя над сеткой. Сетку
можно поднимать и опускать - пламя будет оставатся над сеткой. Явление основано на высокой
теплопроводности меди.
Вылетающее пламя.
Налейте в пробирку не более 1 мл концентрированной уксусной кислоты (не ниже 80%, лучше
ледяной). Закрепите пробирку в лапке штатива под тягой и осторожно нагревайте ее донышко. Как
только кислота закипит и пары ее достигнут выхода из пробирки, подожгите их лучинкой. Пары
уксусной кислоты загорятся, образуя длинные языки слабосветящегося пламени. С прекращением
образования паров уксуса.
Взрывчатые опыты.
Внимание! Все опыты приведенные в этом разделе должны выполнятся с небольшими
количествами веществ, опытными химиками. Вблизи места проведения опыта может находится
только экспериментатор.
Гроза в стакане
В стеклянный цилиндр объемом 100-200 мл наливают 50-100 мл концентрированной серной
кислоты, затем по стенке сосуда, стараясь не допустить смешивания, медленно приливают 30-60
мл этанола (можно использовать денатурат). Если теперь в цилиндр небольшими порциями
(большие порции могут привести к взрыву и пожару!) подсыпать не слишком мелкие кристаллики
перманганата калия, то на границе между слоем серной кислотой и слоем спирта возникают
огненные вспышки хорошо видимые в темноте и громкие хлопки, которые вызывают
подпрыгивание стакана.
При проведении опыта с большими количествами реактивов рекомендуется ставить стакан в
широкую посуду или на металлический поднос с загнутыми краями для предотвращения пожара в
случае если стакан разобъется. Для уничтожения раствора после опыта его вливают в замкнутую
емкость с большим количеством холодной воды и в случае воспламенения спирта накрывают ее
негорючей крышкой.
Взрывчатая пена
В ступке приготовьте мыльный раствор, растиранием хозяйственного или детского мыла с водой.
Через раствор по трубочке пробулькивается воздух ртом или компрессором. Затем в тот же
раствор пропускается водород из аппарата Киппа до увеличения объема пены в 1,5 раза по
отношению к исходной. После этого аппарат Киппа убирается со стола, а к пене подносится
длинная горящая лучинка. Происходит громкий взрыв. Во избежание разрыва ступки не
рекомендуется создавать более 50-100 мл пены за эксперимент
Опыты с газами. Легкость водорода.
В колбу или аппарат Киппа помещают кусочки цинка и заливают их разбавленной соляной
кислотой. Выделяющийся водород пропускают через склянку или трубку заполненную ватой для
поглощения мелких капелек кислоты. Трубку или воронку из которой выделяется водород
погружают в раствор мыла или шампуня. При этом получаются мыльные пузыри, которые летят к
потолку. По пути их можно поджечь.
Внимание! Пена образующаяся в сосуде с мыльным раствором может быть взрывоопасна.
Малиновый фонтан.
Перевернутую колбу заполняют аммиаком (например по реакции гашенной извести с хлоридом
аммония при нагревании, заполненность колбы определяют по посинению влажной лакмусовой
бумаги у горловины колбы) и затыкают пробкой с вставленной в нее длинной трубкой.
Перевернутую колбу помещают в кристаллизатор заполненный водой с несколькими каплями
фенолфталеина. Из трубки, за счет растворения аммиака начинает бить фонтан малинового
цвета. Если трубка тонкая для начала фонтанирования рекомендуется перед погружением в
кристаллизатор впруснуть в колбу несколько капель воды для создания разряжения.
Показать список оценивших
Растворение и кристаллизация.Замораживатель.
В блюдечко с плоским дном в середине наливают несколько капель воды. На мокрую поверхность
блюдца ставят железную кружку с плоским дном в которую налито примерно 100 мл воды. В воду
всыпают 50-80 г нитрата аммония и придерживая кружку быстро перемешивают ложкой 1-2
минуты. Поднимают кружку с раствором. Кружка примерзает к блюдцу.
Показать список оценивших
Цветные опыты.Химическая хирургия.
Заранее готовят растворы хлорида железа (III) (10 г в 90 мл воды), тиоцианата аммония (5 г в 95
мл воды) и фторида натрия (5 г в 95 мл воды). Раствор хлорида железа будет у нас выполнять
функцию "йода", раствор тиоцианата аммония - "спирта" (можно в раствор добавить этанола для
запаха), а раствор фторида натрия - "живой воды".
Смочите ватку "спиртом" и тщательно протрите руку подопытного (или свою). Потом тщательно
обработайте затупленный нож (можно использовать стеклянную или деревянную палочку) "йодом".
Теперь проводим ножом по руке. Появляется "кровь". Обработав место пореза "живой водой" мы
заживляем "рану".
После опыта нужно тщательно помыть "порезанную" руку от реактивов.
Волшебный платок.
Белый платок пропитывают раствором гексагидрата хлорида кобальта (2 чайные ложки на стакан
воды). Влажный платок сушат на батарее центрального отопления или проглаживают утюгом до
голубого света.
Показывают зрителям голубой платок, затем скомкайте его, сожмите в руке и несколько раз
подуйте в него. Платок станет розовым за счет влаги рук и выдыхаемого воздуха.
Исчезающие чернила.
Спиртовую настойку иода смешивают с сухим крахмалом и немного разводят водой до
консистенции синих чернил. Текст, написанный такими чернилами исчезает через 1-2 дня за счет
испарения иода.
Химический сад.Серебрянное дерево.
В стеклянный стакан с каплей ртути на дне наливают 50 мл 10% (именно такой концентрации)
раствора нитрата серебра. Через 5-10 секунд в растворе начинает расти деревце состоящее из
блестящих игольчаьых кристаллов серебра.
Фараоновы змеи.
Для опыта требуется роданид ртути, который готовится сливанием растворов нитрата или хлорида
ртути (II) с раствором роданида калия, фильтрованием и промыванием водой образующегося
осадка роданида ртути. Полученный роданид ртути высушивают и смешиванием с декстрином или
клеем БФ-2 формируют палочки.
Сухой роданид ртути (лучше в виде палочек) поджигают лучинкой под тягой. В результате
разложения соли выделяются продукты реакции, объем которых многократно превышает
первоначальный объем вещества, в виде "змей".
Симпатические чернила.
Симпатические чернила - это чернила, которые не видны при обычных условиях, но проявляются
при определенном воздействии. Условно их можно разделить на следующие группы:
Термочувствительные чернила
Данные чернила проявляются при нагревании бумаги.
Примеры: молоко, сок яблока, сок лука, сок брюквы, водный раствор квасцов, спиртовый раствор
пирамидона, водный раствор солей кобальта (обратимая синяя окраска).
Химически проявляемые чернила
Обычный случай, когда из бесцветного или слабоокрашенного реагента под действием
проявляющего реактива получается яркая видимая окраска.
Примеры пар реагентов: фенолфталеин + щелочь, соли железа + гексацианоферраты калия,
крахмал + раствор иода, раствор аспирина + соли железа, ацетат свинца + сульфид натрия,
сульфат железа(II) + танин, соли никеля + диметилглиоксим.
Фоточувствительные чернила
Данный вид чернил невидим при обычном освещении, но проявляется при освещении
ультрафиолетом или ярким светом.
Примеры ультрафиолетовых чернил: оптические отбеливатели стиральных порошков, хинин
(например, в тонике), кумарины.
Примеры светопроявляемых чернил: раствор триоксалатоферрата(III) калия с
гексацианоферратом(II) калия.