Учебное пособие: Химия без взрывов
Вы, наверное, знаете, что одна и та же химическая реакция может идти по-разному, если изменить условия опыта. Например, если повысить температуру, или добавить в пробирку какое-либо вещество, или добавлять вещества в иной, чем указано, последовательности. От этого мы вас и предостерегаем: нет гарантии, что реакция пойдет так, как вы предполагаете. Вот самый простой пример.
Возможно, вам известно, что при разбавлении серной кислоты всегда льют медленно и понемногу кислоту в воду, осторожно перемешивая раствор. (Пожалуйста, запомните это правило раз и навсегда, и ни в коем случае не поступайте наоборот.) Но, казалось бы, какая разница, что к чему добавлять? У всех химических правил есть глубокий смысл. В чем же причина именно такого порядка смешивания серной кислоты с водой?
При таком смешивании выделяется много тепла. Кислота гораздо тяжелее воды, и когда ее вливают понемногу в сосуд с водой, кислота сразу опускается, и граница, где выделяется тепло, оказывается глубоко под водой. Смесь нагревается постепенно и равномерно, словно на горячей плите, А если лить легкую воду в тяжелую кислоту, то вода растечется тонким слоем по поверхности, сразу же нагреется и превратится в пар – будто воду вылили на раскаленную сковородку. Пар захватит брызги кислоты, они могут попасть на одежду и на кожу, вызвать ожоги, повредить глаза. Вот такие могут быть последствия от несоблюдения простого химического правила.
И в этом случае, и во всех остальных – пожалуйста, следуйте нашим советам неукоснительно!
Второе условие: никогда не смешивайте два реактива, просто, чтобы посмотреть, что получится. Не всегда получается хорошо.
Совсем другое дело, если вы точно знаете, что образуется в результате реакции и как она идет. Скажем, если вы уже проходили реакцию в школе и совершенно уверены, что опыт безопасен. Но и в этом случае берите минимально необходимые количества веществ. Не стаканы и даже не столовые ложки, а буквально граммы или даже доли грамма. Чтобы наблюдать ход реакции, этого вполне достаточно. И даже если вам нужно получить самостоятельно заметное количество вещества, прежде поставьте прикидочный опыт, чтобы познакомиться с тонкостями реакции.
Третье условие: не используйте для опытов посуду, из которой едят. Для опытов нужна своя, отдельная посуда. И ни в коем случае не пробуйте вещества на вкус (кроме тех случаев, когда в описании опыта прямо сказано, что продукт можно попробовать).
Четвертое условие: храните реактивы в отдельных склянках или коробках. Чтобы не было путаницы, наклейте этикетки и напишите, что находится внутри. Если препарат вам больше не нужен (или если опыт закончен, а продукты реакции вам ни к чему), то немедленно выбросьте ненужные вещества – так спокойнее, и путаницы не будет.
Пятое условие: не оставляйте грязной посуды. Во-первых, ее будет потом трудно отмыть, может быть, придется даже выбрасывать. Во-вторых, некоторые вещества окисляются на воздухе, реакции между ними могут продолжаться и после того, как опыт закончен, и в результате таких реакций может получиться нечто такое, на что мы с вами не рассчитывали. Словом, после каждого опыта мойте посуду сразу и тщательно.
Между прочим, когда чисто, то и работать приятнее, и старшие лучше будут относиться к вашим занятиям. Да и вообще экспериментатор только тогда достигает успеха, когда работает аккуратно.
Шестое условие: никогда не берите реактивы руками, не наклоняйтесь над склянками, в которых идут реакции,- не нюхайте .вещества с едким запахом. Берегите и одежду, и кожу, и прежде всего глаза от брызг и крупинок. Это условие коротко можно сформулировать так: будьте всегда осторожны!
И, наконец, самое последнее, седьмое условие, которое вы обязаны выполнять, если хотите стать настоящими экспериментаторами: приступайте к работе только после того, как вам будут ясны все ваши действия. Еще до начала работы внимательно прочтите описание опыта от начала до конца. Запишите все, что вам может понадобиться: посуду, реактивы, штатив, держалки и тому подобное, вплоть до тряпки. Разложите их на рабочем месте так, чтобы все было под рукой. И только после такой подготовки приступайте к работе.
Может быть, вы даже не представляете себе, насколько важен этот последний совет. Если вы будете ему следовать, это избавит вас от суматохи и недоразумений. Представьте себе, что вы приступили к опыту без подготовки, едва раскрыв книгу. Написано: "налейте в бутылку разбавленной уксусной кислоты и бросьте кусочек сульфита натрия, завернутого в фильтровальную бумагу". Это, положим, вы сделаете без труда, если только второпях, в поисках фильтровальной бумаги, не опрокинете бутылку с уксусом. Началась реакция, стал выделяться газ. А вы тем временем читаете: "закройте бутылку пробкой с отводной трубкой и пропустите газ через раствор перманганата калия". Пока вы будете искать пробку, подбирать к ней трубку и доставать из домашней аптечки марганцовку – можете быть уверены, реакция в бутылке давно закончится, и все придется начинать сначала. А что стоило прочесть заранее и приготовить все загодя ...
Если вы уже неплохо знаете химию, то для точного выполнения этого же условия очень полезно будет записать уравнения реакций, протекающих в ходе опыта, выверить их по авторитетным книгам или справиться у учителя химии. Тогда все ваши действия станут вам яснее и, может быть, вы сможете несколько видоизменить опыт, расширить его рамки. Но, повторяем, только при полной уверенности в том, что опыт пойдет так, как вы ожидаете.
И всем юным химикам, независимо от их подготовки и опыта, настоятельно советуем завести лабораторный журнал. Настоящий химик обязательно записывает в лабораторный журнал план работы, список реактивов, порядок действий, зарисовывает прибор и перечисляет, из каких деталей прибор состоит. Он заносит в журнал условия опыта, уравнения реакций, подсчитывает, сколько надо веществ для опыта. А потом записывает свои наблюдения и делает из них выводы.
Чтобы вам было понятнее, как надо вести лабораторный журнал, а это, кстати, может быть обычная тетрадь, мы приводим для иллюстрации запись из такого журнала. Разумеется, это не образец, следовать ему в точности не обязательно: ведите записи так, как вам удобнее и привычнее. Но иметь перед глазами пример записи не помешает ...
Если ваши наблюдения были точными, записи – аккуратными, а выводы – правильными, значит, вы сумели не просто поставить опыт (что интересно само по себе), но еще и понять его смысл и извлечь пользу (а это гораздо важнее). Пожалуйста, не ленитесь заглядывать в учебники и популярные книги по химии, экспериментатор обязан понимать сущность опыта и его особенности.
ОФОРМИТЕ ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ:
1. Подпишите его
2. Аккуратно внесите требования по технике безопасности
3. Покажите оформленный журнал преподавателю
ЗАНЯТИЕ 2 «РИСОВАНИЕ ИОДОМ»
Чем особенно хорош этот опыт – все необходимое для него, наверное, есть в каждом доме: свечка, аптечный йод (спиртовой раствор, йодная настойка) и какой-нибудь негодный железный предмет – старая дверная петля, ключ от неизвестного замка или замок, ключи от которого потеряны. Металлическую поверхность, на которой будет рисунок, прошлифуйте наждачной шкуркой до блеска, зажгите свечку и наклоните ее так, чтобы парафин капал на блестящую поверхность. Слегка нагрейте предмет, тогда парафин растечется тонким слоем. А когда он охладится и застынет, иглой процарапайте канавки, чтобы они дошли до металла. Наберите пипеткой аптечный йод и капните на царапины. Через несколько минут раствор йода побледнеет, и тогда надо вновь нанести его на царапины. Примерно через час снимите слой парафина: вы увидите на металле ясные следы, они точь-в-точь повторяют рисунок на парафине.
Если опыт был удачным, можно перейти к более серьезному занятию – не просто царапать парафин, а написать на нем слово или сделать рисунок; например, пометить свой перочинный нож ~ или гаечный ключ от велосипеда.
Разберемся, что же происходит, когда йод соприкасается с металлом. Железо вступает в реакцию с йодом, в результате образуется соль – иодид железа. А эта соль – порошок, который легко удаляется с поверхности. И там, где были царапины образовались углубления в металле. Такой процесс называют химическим травлением. К нему часто прибегают, однако ' используют обычно не йод, а другие вещества, более активные.
Между прочим, йод взаимодействует не только с железом, но и с медью. Значит, им можно травить разные предметы из меди и медных сплавов, например из латуни. Можете попробовать.
1. ЗАПИШИТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ в лабораторный журнал
2. Покажите журнал преподавателю
ЗАНЯТИЕ 3 «САМОДЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ»
В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами – иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависят и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы не раз понадобятся и нам, а так как не всегда можно их купить, то попробуем приготовить их самостоятельно. Исходным сырьем будут служить растения: многие цветки, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или, напротив, в щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.