Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения

• Название: Книга по химии для домашнего чтения
• Автор: Борис Степин
• Издательство: Химия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1994
• ISBN: 5-7245-0708-0

В виде небольших рассказов, заметок и ответов на вопросы приведены сведения из различных разделов химии и эпизоды из жизни ученых-химиков. Цель книги — дать читателю представление о химии как о необходимом звене, гармонично связывающем нас с природой, позволяющем создавать необходимые цивилизованному миру предметы и материалы.

Книга рассчитана на широкий круг читателей — преподавателей и студентов, школьников и пенсионеров, инженеров и домохозяек. Любознакльные найдут здесь интересные факты, а практичные читатели — полезные советы и рекомендации.

---

6.38. ЦЕМЕНТ СОРЕЛЯ

Химик вел синтез хлорида магния MgCl2, добавляя при перемешивании к густой водной суспензии оксида магния MgO хлороводородную кислоту HCl. Но вот его позвали к телефону, и он решил продолжить работу завтра, но…

На следующий день его встретила странная картина: стакан со смесью треснул, а его содержимое представляло собой камень, белый и очень твердый. Что это за вещество? В ходе синтеза началась реакция:

MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O,

но кислоты HCl было введено недостаточно. В стакане на целые сутки осталась смесь хлорида магния, оксида магния и воды. Началось образование хлоридагидроксида магния:

MgO + MgCl2 + H2O = 2Mg(OH)Cl,

а затем полимеризация Mg(OH)Cl с выделением воды и образованием цепей типа —Mg—О—Mg—О—Mg—О—, между которыми располагались ионы Cl-. В стакане оказался так называемый «магнезиальный цемент», или «цемент Сореля». Он легко полируется, его можно сверлить и пилить. Если в процессе его образования к исходным реагентам добавить древесные опилки, то можно получить искусственный строительный материал — ксилолит.

6.39. БЕЗ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Известно, что получение фтора ведут электролизом — так, как это впервые сделал французский химик Муассан (см. 1.45). А можно ли выделить фтор F2 чисто химическим методом?

Совсем недавно, в 1986 г. выяснилось, что фтор может быть получен взаимодействием гексафтороманганата калия K2[MnF6] с пентафторидом сурьмы SbF5. При нагревании идет реакция:

K2[MnF6] + 2SbF5 = 2KF + F2↑ + Mn[SbF6]2.

Фтор выделяется также при нагревании трифторида кобальта CoF3:

2CoF3 = F2↑ + 2CoF2.

6.40. ИОДНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Иод I2 нашел широкое применение в так называемых «транспортных реакциях». Исходное вещество — металл (например, титан Ti, см. 4.45) — в менее нагретой зоне аппарата реагирует с иодом, образуя летучее вещество — тетраиодид титана:

Ti + 2I2 = TiI4↑,

которое, переместившись в горячую зону реактора, вновь разлагается на исходный металл и иод:

TiI4 = Ti + 2I2↑.

При этом легколетучий иод не расходуется, а служит лишь для переноса вещества из одной зоны в другую — для «транспорта». А если исходное вещество загрязнено, можно подобрать такие температуру и давление, когда примеси не будут реагировать с иодом и переноситься в зону очищенного основного вещества. Особенно эффективен метод «иодного рафинирования» для очистки тугоплавких металлов, например циркония и гафния, незаменимых в ядерной энергетике.

6.41. ИОДНЫЙ «ДОПИНГ»

Можно ли увеличить долговечность ламп накаливания путем введения иода в баллон лампы?

Повышение температуры нити накаливания в лампах приводит к увеличению количества испускаемой лучистой энергии. Казалось бы, задача повышения температуры вольфрамовой нити с 2000 до 3000°C не имеет препятствий: температура плавления вольфрама около 3400°C (см. 4.49). Однако оказалось, что уже при повышении температуры нити с 1700 до 2500°C испарение вольфрама с поверхности нити очень сильно возрастает, а колба лампы быстро темнеет; нить утончается и в конце концов перегорает раньше положенного времени. А если внутрь колбы ввести немного иода? Испарившийся вольфрам на стенках колбы прореагирует с иодом:

W + I2 = WI2↑,

а иодид вольфрама WI2 испарится со стенок и устремится к раскаленной нити; на нити произойдет разложение иодида вольфрама на металлический вольфрам и свободный иод. Итак, металл возвращен на место, а иод снова может участвовать в переносе вольфрама — в «транспортной реакции» (см. 6.40). Теперь можно поднять температуру нити и до 2700°С. Такую сверхмощную лампу можно использовать где угодно — для освещения больших площадей, для нагрева металлов и т. п.

6.42. КРАСНЫЙ ФОСФОР УЛУЧШАЕТ КАЧЕСТВО ИОДОВОДОРОДНОЙ КИСЛОТЫ

При длительном хранении иодоводородная кислота HI окисляется кислородом воздуха с выделением иода:

4НI + O2 = 2I2 + 2Н2O.

Выделившийся иод вступает в реакцию с иодоводородной кислотой:

НI + I2 = Н[I(I)2].

Дииодоиодат водорода придает кислоте коричневую окраску. Очистку от примеси H(I(I)2) ведут, перегоняя кислоту в присутствии красного фосфора (см. 5.72) в инертной атмосфере — в азоте, аргоне, диоксиде углерода. При этом происходит восстановление H(I(I)2) до HI:

2Р + 3H[I(I)2] + 6Н2O = 2Н2(РНO3) + 9HI↑.

При температуре 125–127°C отгоняется 57%-я иодоводородная кислота. Вместо красного фосфора рекомендуется применять также диоксодигидрофосфат водорода H(PH2O2) или сероводород H2S:

H(PH2O2) + H(I(I)2) + H2O = H2(PHO3) + 3HI, H2S + H(I(I)2) = S↓ + 3HI.

6.43. НЕУДАЧНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ

Чтобы извлечь из реакционной смеси оксохлорат кальция Ca(ClO)2, один из студентов решил воспользоваться методом экстракции и добавил к оксохлоратухлориду кальция CaCl(ClO) (хлорной извести) этиловый спирт C2H5OH. Он начал перемешивать полученную суспензию и низко наклонился над стаканом со смесью, удивленный ее сладковатым запахом. Через несколько минут студент потерял сознание.

При взаимодействии этилового спирта с хлорной известью (см. 3.23) образуется хлороформ CHCl3 (трихлорметан) — бесцветная летучая жидкость, обладающая сильным наркотическим действием:

C2H5OH + 4Сl2 = 2СНСl3↑ + 2HCl + H2O.

Хлор, участвующий в реакции, всегда содержится в некотором количестве в хлорной извести. Выделяющийся в реакции хлороводород способствует дополнительному выделению хлора и дальнейшему образованию хлороформа:

CaCl(ClO) + 2HCl = Cl2 + CaCl2 + H2O.

Студент надышался хлороформа и поэтому потерял сознание.

6.44. БЕГАЮЩИЙ НАТРИЙ

Взаимодействие натрия с водой сопровождается щелчками. Почему?

При контакте с водой металлический натрий (как и другие щелочные металлы) окисляется; выделяется газообразный водород, а в растворе появляется гидроксид натрия:

2Na + 2Н2O = 2NaOH + H2↑.

Эта реакция сопровождается большим тепловыделением, так что натрий плавится. При этом плотность расплавленного металла меньше плотности воды, поэтому капелька расплавленного натрия бегает по поверхности воды: ее подталкивают пузырьки выделяющегося водорода то в одну, то в другую сторону; лопающиеся пузырьки водорода и создают звуковой эффект реакции.

6.45. РТУТЬ-ПОМОЩНИЦА

Можно ли получить металлический натрий при электролизе водного раствора хлорида натрия NaCl? Не спешите с ответом: натрий энергично взаимодействует с водой, выделяя из нее водород (см. 6.44)…

Получение натрия возможно, если катодом будет все время обновляемая ртуть Hg. Тогда выделяющийся на ртути натрий тотчас же будет в ней растворяться, образуя амальгаму (см. 5.44):

Na+ + e- = Na0; Na + Hg = Na(Hg).

Амальгама, вытекая из электролизера, попадает в перегонную установку, где ртуть отгоняется, конденсируется в жидкость и возвращается в электролизер. Натрий, температура кипения которого намного выше, чем ртути, остается в кубе перегонной установки, откуда и извлекается.

6.46. РАСТВОРИТЕ СЕРУ В ВОДЕ

При комнатной температуре сера практически нерастворима в чистой воде, однако при высокой температуре она взаимодействует с перегретым водяным паром:

3S + 2Н2O ↔ 2H2S↑ + SO2↑.

Если долго кипятить серу в растворе гидроксида натрия NaOH, то тоже происходит окислительно-восстановительная реакция диспропорционирования, в которой одни атомы серы отдают, а другие — принимают электроны:

3S + 6NaOH = Na2SO3 + 2Na2S + 3H2O.

Получаемые в результате реакции сульфит натрия Na2SO3 и сульфид натрия Na2S отлично растворяются в воде. Кипячение серы в водном растворе сульфида натрия или сульфита натрия тоже приводит к образованию растворимых веществ — дисульфида натрия Na2S2:

Na2S + S = Na2S2

или тиосульфата натрия Na2SO3S:

Na2SO3 + S = Na2SO3S.

Легкость образования этих соединений объясняется способностью серы к «катенации» — образованию цепочек атомов —S—…—S—.

6.47. КРАСНЫЙ СУЛЬФАТ БАРИЯ?

К фиолетовому водному раствору перманганата калия KMnO4, содержащему сульфат калия K2SO4, добавили водный раствор хлорида бария BaCl2. Ко всеобщему удивлению, из раствора выпал красный осадок, хотя известно, что сульфат бария белый.