Глава 2 Превращение жидкостей
Обстановка «магического кабинета», где я собираюсь демонстрировать вам серию опытов, подтверждающих перечисленные выше свойства «трех китов» химии, весьма несложна. Стол, пара совершенно одинаковых бутылок из бесцветного стекла, полдюжины тонкостенных стаканов – вот и все, что пока мне понадобится. Стол может быть заменен низеньким шкафом с раскрытыми дверцами либо обыкновенным столом с табуретом.
В последнем случае пространство между верхним краем стола, обращенным к зрителям, и полом должно быть закрыто свесившейся со стола скатертью. Стаканы, если не гнаться за сценичностью опытов, можно заменить пробирками (рис. 2) – открытыми цилиндриками с тоненькими стенками, применяемыми в лабораториях. На скрытой от взоров зрителей полке стола-шкафа помещаю запас реагентов (химических веществ, нужных для опытов): твердых – в баночках (рис. 3), растворенных – в склянках (рис. 4).
Рис. 2. Пробирка
Рис. 3. Банка
Рис. 4. Склянка
Те и другие – с притертыми стеклянными пробками; на тех и других наклеены ярлычки с названиями веществ, в них содержащихся.
Сядьте неподалеку напротив стола и смотрите внимательно: я начинаю.
Молоко… из воды
В одной из повестей американского писателя Ф. Брет Гарта есть такая сценка:
«Незнакомец обмакнул в склянку сухую былинку и стряхнул с нее каплю в воду. Вода осталась такой же чистой и прозрачной, как прежде.
– Теперь брось туда щепотку соли.
Кунго повиновался. В ту же минуту на поверхности воды показался беловатый пар, и вся вода стала молочного цвета.
– Это колдовство! – воскликнул Кунго.
– Это хлористое серебро! Неуч!»
Какая реакция описывается здесь романистом и верно ли она описана? Следующий опыт даст вам ответ на эти вопросы.
На столе пустой стакан. Можете осмотреть его, – в нем нет ничего магического; стакан как стакан. Два таких же стакана, наполовину налитых каждый, насколько можно судить по виду, прозрачной чистой водой, держу в правой и левой руке. Я сливаю воду из обоих стаканов одновременно в стакан, который стоит на столе (рис. 5).
Чудеса! Лил воду, а стакан наполнился… молоком.
Но стоит подождать несколько минут, и иллюзия рассеивается – густой белый творожистый осадок опускается на дно стакана, а вода над осадком снова становится прозрачной.
Рис. 5. Молоко из воды
Поэтому, если, повторяя мой опыт, вы не захотите испортить его эффект, немедленно прячьте стакан с «молоком» в стол и переходите к другим фокусам. Я же открою вам секрет превращения. В стаканах, которые я держал в руках, была налита не вода, а прозрачные водные растворы: в одном – обыкновенной поваренной соли (хлористого натрия), в другом – ляписа (азотнокислого серебра). Имейте в виду, что ляпис ядовит, обращайтесь с ним с особенной осторожностью, в руки не берите, вынимайте его из баночки, в которой храните, пинцетом (рис. 6); баночка должна быть из темного стекла, так как на свету ляпис разлагается. Растворять азотнокислое серебро необходимо в дистиллированной воде, так как в обыкновенной воде оно дает муть.
При сливании растворов произошла химическая реакция (взаимодействие) – соли обменялись металлами, входившими в их состав. Получились: хлористое серебро, нерастворимое в воде и вскоре осевшее в виде снежно-белого осадка, и азотнокислый натрий (селитра), оставшийся в растворе.
Рис. 6. Пинцет
В последнем нетрудно убедиться, если, осторожно слив жидкость с осадка, выпарить ее в фарфоровой чашечке на спиртовой лампе. Когда вода выкипит, на дне останутся кристаллики селитры.
Маленькое замечание практического характера: оттого-то и нельзя растворять ляпис в водопроводной воде, что самая, казалось бы, чистая вода содержит всегда в растворе хотя бы следы поваренной соли.
В лабораториях пользуются описанной реакцией для определения количественного содержания в воде хлористого натрия. Осадив его полностью из отмеренного количества испытуемой воды, осадок высушивают и взвешивают. Химические соединения, в отличие от простой смеси веществ, происходят лишь при наличии строго определенных весовых отношений между составляющими их веществами. Зная вес образовавшегося хлористого серебра, химик умеет вычислить, какое количество соли было в испытуемой воде.
Вода и сок в одной бутылке (Химические индикаторы)
А теперь, если хотите, могу налить вам либо вишневого сока, либо воды из… одной и той же бутылки. Пожалуйста, осмотрите ее перед началом опыта. Это убедит вас, что в бутылке не сок, а самая обыкновенная вода. Вы просите налить сока.
Наполняю из бутылки один из стоящих передо мной стаканов, и по красивой окраске жидкости вы можете судить, что перед вами вишневый сок. Но мне хочется выпить воды.
Я переливаю сок в другой стакан, и он снова превращается в воду (рис. 7). Но пить воду эту нельзя. И вот почему.
Рис. 7. Превращение сока в воду
В бутылку налита действительно простая вода, но к ней было предварительно прибавлено несколько капель раствора индикатора фенолфталеина (ядовит!). На дно первого стакана я налил еще до начала опыта немного крепкого раствора соды, на дно второго – такой же раствор виннокаменной кислоты.
Фенолфталеин краснеет в щелочах и солях с преобладающими щелочными свойствами. Сода (двууглекислый натрий) как раз и есть такая соль. Она образована очень слабой угольной кислотой и сильной щелочью – едким натром. Кислоты разрушают эту окраску, поэтому при переливании окрасившегося от соды раствора в стакан с виннокаменной кислотой он снова обесцветился.
Кстати, о фенолфталеине. Он постоянно применяется в химических лабораториях, служа для указания появления и исчезновения щелочной реакции растворов в так называемом объемном анализе веществ. Как и лакмус, он, следовательно, является химическим индикатором.
Заменяя фенолфталеин другим органическим красителем – метилоранжем, дающим желтую окраску в щелочах и красную в кислотах, можно в нашем опыте налить из бутылки с водой в один стакан яблочного сока, в другой – вишневого, а в третий – чистой воды. Но и в этом случае пить налитые «напитки» нельзя!
Превращение воды в чернила и обратно
Передо мной две бутылки – одна с водой, другая пустая – и четыре стакана. Лью в них воду из бутылки, и вы видите, что в четных по порядку стаканах она превращается в чернила, а в нечетных остается сама собой. Отлейте немного полученных чернил в пузырек и при случае удостоверьтесь, что ими отлично можно писать. Беру пустую бутылку и сливаю в нее содержимое из всех стаканов. Встряхиваю бутылку, взбалтываю жидкость. Как видите, бутылка полна чистой воды. Чернил как не бывало!
Чтобы показать вам этот фокус, я предварительно в воде первой бутылки растворил с пол-ложки танина. (Танин – это сложное дубильное вещество, выделяемое преимущественно из коры акации, ели или каштана.) В четные стаканы я тоже заранее прилил по нескольку капель концентрированного раствора хлорного железа. С этим соединением, как и с другими солями железа, танин дает железо.
В бутылку, казавшуюся вам пустой, на дно мной было налито немного концентрированного раствора щавелевой кислоты (ядовита!). Совершенно таким же образом можно показать превращение воды в красные чернила и, наоборот, красных чернил в воду, заменив раствор танина раствором салицилового натрия.
Мнимая ошибка физиков (Обесцвечивание хлором)
Физика учит, что при смешивании синего и желтого цветов получается составной зеленый цвет. В том же убеждены все живописцы. А между тем я легко могу доказать вам, что такое утверждение ошибочно. Синий и желтый – дополнительные цвета, взаимно уничтожающие друг друга. Растворы синей и желтой краски при сливании дают бесцветную смесь. Убедитесь сами. В этом стакане, как видите, синяя жидкость, в этом – желтая. Переливаю их в третий стакан. Перед вами прозрачная вода: синий и желтый цвета уничтожили друг друга…
Почти уверен, что вас я не введу в заблуждение и вы сами разгадаете тайну такого «нарушения» законов оптики; но кто еще не видел показанных мною раньше опытов, тот, пожалуй, будет поставлен этим опытом в тупик. Вы говорите, что в первом стакане у меня был щелочной раствор лакмуса, в другом – такой же раствор метилоранжа, а в третьем, куда я слил содержимое двух первых, – хлорная вода.
Вы правы: так оно и было!
Вода – в молоко, молоко – в воду (Обратимость химических реакций)
Мы уже видели, что можно превратить воду в молоко, получая при сливании бесцветных растворов двух солей белый взвешенный в воде осадок. Теперь могу показать и другой способ получения такого «химического молока», но в отличие от ранее полученного оно может превращаться снова в воду. Вы уже настолько посвящены мною в секреты превращения различных жидкостей друг в друга, что нет надобности показывать вам этот опыт; достаточно будет, если я расскажу вам, как его надо проделать.
Возьмите два совершенно одинаковых графина. Налейте наполовину один из них прозрачным бесцветным раствором соды. Другой графин, со слабым раствором соляной кислоты, спрячьте на полке нашего «магического» стола. Не забудьте, что уровень жидкости в нем должен быть существенно ниже, чем в первом, так как из первого вам придется часть раствора отлить. На стол поставьте стакан, наполовину наполненный раствором хлористого кальция. Все названные жидкости бесцветны, прозрачны и по внешнему виду ничем не отличимы от чистой воды. Сказав, что вы умеете превращать воду в молоко, долейте из первого графина стакан, что стоит на столе.
Сода (двууглекислый натрий) даст с хлористым кальцием нерастворимый в воде углекислый кальций и остающийся в растворе хлористый натрий (поваренную соль). Жидкость в стакане замутится и издали будет вполне похожа на молоко.
Поднесите стакан ко рту (но ни в коем случае не пейте!), как будто пробуя на вкус, сняв одновременно графин со стола и поставив его на полку. Сделав вид, что вкус молока вам не понравился, незаметно подмените графин, взяв с полки тот, в котором у вас раствор соляной кислоты, и вылейте в него «молоко» обратно. Взболтайте жидкость и покажите зрителям, что она вновь обратилась в воду. В этом случае действительно будет обратное превращение – только, конечно, не молока в воду, а углекислого кальция снова в растворимый хлористый кальций.
Но смотрите не перепутайте второпях графины!
Превращение воды в «кровь» (Реакция качественного анализа)
На столе перед вами стакан с водой. Беру кусок воска или парафина и отделяю от него крохотный кусочек, остальное передаю вам. Можете убедиться, что это действительно воск или парафин, которые в воде, как вам известно, нерастворимы. Заодно осмотрите внимательно и мою «волшебную палочку» (рис. 8). Это самая обыкновенная стеклянная палочка. На ваших глазах прилепляю на ее конец свой кусочек воска и начинаю помешивать ею воду в стакане. Ничего не происходит. Неужели опыт не удался?
Подождите. Считайте до десяти.
Как только вы скажете «десять», вода мгновенно превратится в «кровь».
Поднимаю стакан, и вы видите – он до краев полон «крови».
Рис. 8. «Волшебная палочка»
В крупинке воска, которую я отделил от целого куска, мной был предварительно спрятан крошечный кристаллик роданистого аммония. В воду заранее добавлено несколько капель хлорного железа с соблюдением осторожности, чтобы она не пожелтела. В противном случае следует вылить часть раствора и долить стакан чистой водой. Когда вы сказали «десять», я слегка надавил концом палочки на дно стакана: этим я раздавил кристаллик роданистого аммония, освободив его от восковой оболочки. После вступления в реакцию роданистого аммония с хлорным железом получилось роданистое железо, оно и окрасило воду в кроваво-красный цвет.
Наш «фокус» ежедневно проделывают в химических лабораториях всего мира. Эта в высшей степени чувствительная реакция служит для обнаружения малейших следов железа при качественном анализе, то есть исследовании, из каких химических элементов состоит данное сложное вещество или смесь веществ.
Как одной краской красят в разные цвета
Если вам не скучно посидеть несколько минут без дела, могу на ваших глазах отварить несколько листьев красной капусты в кипящей воде, чтобы извлечь из них сок, содержащий органическую краску, напоминающую по своим свойствам лакмус.
Ну вот, отвар готов; наливаю его в три тарелки и приступаю к крашению. В первую тарелку погружаю лоскуток белой ткани и вынимаю его зеленым; во вторую погружаю такой же лоскуток, но он становится пурпурным; третий лоскуток в третьей тарелке делается пунцово-красным. Это химическое «чудо» и сотни ему подобных являются самым обыкновенным приемом красильщиков пряжи и тканей. Его знали еще красильные мастера Древнего Египта и Индии, где оно практиковалось за тысячи лет до нашей эры.
Называется оно окраской по протраве. Тряпочки, которые я погружал в одну и ту же краску, окрашивались в разные цвета потому, что я до начала опыта пропитал их различными веществами, после чего все их высушил. Первую я обработал раствором квасцов, вторую – раствором поташа (карбонатом калия), третью смочил соляной кислотой. Одна и та же краска, вступая в химическую реакцию с разными протравами, дает различно окрашенные соединения.
Секрет старых красильщиков
Химики наших дней дали красильщикам пряжи и тканей такое обилие искусственных органических красок, что крашение естественными растительными красками совершенно вышло из употребления.
В прошлом веке было не так. Выбор красильных веществ в те времена не отличался особым богатством, так что мастерам красильного дела приходилось изыскивать способы, как одним и тем же красильным пигментом окрашивать пряжу и ткани в различные цвета.
Одной из излюбленных старыми мастерами красок был отвар кампешевого дерева. Его иногда можно было найти в продаже, так как приготовляемые из него краски безвредны и применялись для окраски пищевых веществ. (К сожалению, надо отметить, что безвредность не принадлежит к числу достоинств большинства искусственных органических и минеральных красок.) Если бы вы нашли в продаже кампешевое дерево (оно продавалось в виде стружек), отварили его в тонкостенной колбе и после этого разлили отвар по чашкам и прилили к нему в одну чашку уксуса, в другую – раствора квасцов (двойная сернокислая соль алюминия и калия, натрия или аммония