Смешать, но не взбалтывать

Для многих химия – это когда в колбах что-то кипит, дымит, взрывается, или, по меньшей мере, меняет цвет. Мы решили не разрушать это представление и показать несколько прекрасных видеозаписей, раскрывающих всю красоту химических реакций.

За основу для этой медитативной видеогалереи мы выбрали серию 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 кристалла.

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.

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.

Сайт проекта Beautiful Chemistry давно не пополнялся новыми видео. Среди последних добавленных записей мы обнаружили трейлер следующих роликов. Судя по нему, химики явно планируют поработать с тем, как выглядят реакции под микроскопом — надеемся, они не заставят долго ждать.

Владимир Королёв