Наука и жизнь, 1999 № 01

Необычные формы кристаллов амальгамы серебра, формирующиеся из водного раствора его соли на поверхности ртути, пока не нашли применения. Однако не исключено, что методы их выращивания, основанные на удивительном свойстве ртути очень быстро ползти по проволоке, могут оказаться полезными для решения самых разных научных и прикладных задач. Всему свое время.

Вырастить кристаллы амальгамы серебра на поверхности ртути по методике, сходной с той, что использовали алхимики, совсем не трудно.

Опыт легко поставить в лабораторных условиях, но он требует соблюдения строгих мер предосторожности работы с ртутью, пары которой очень ядовиты. Поэтому в домашних условиях его проводить не рекомендуется, а в химическом кабинете он может быть выполнен, но только вместе с учителем.

В коническую плоскодонную колбочку (или стакан) емкостью 100-150 мл наливают ртуть слоем 2-3 мм так, чтобы она покрыла все или почти все дно. Ртуть предварительно фильтруют (в вытяжном шкафу!) для удаления механических примесей через бумажный фильтр с отверстием на конце конуса, проделанным иглой. Колбочку ставят на широкий железный противень или в кювету, чтобы нечаянно пролитую ртуть можно было собрать медной пластинкой или засыпать порошком серы и таким образом обезвредить. В колбочку почти до верха наливают 2-8%-ный раствор нитрата серебра, а чтобы ртуть не испарялась, колбочку закрывают пробкой, залив ее парафином. За процессами образования и роста кристаллов амальгамы серебра можно проследить визуально, а разбираться в деталях придется с помощью лупы или микроскопа при небольшом увеличении.

Чтобы вырастить целую кристаллическую «рощу», в отрезке стеклянной трубки закрепляют несколько проволочек. Трубку нагревают в пламени горелки до размягчения стекла и шилом проделывают в ней 2-3 пары отверстий. В них пропускают проволочки, оставляя внизу свободные концы для контакта с ртутью.

Шарик на конце проволоки играет роль своеобразного насоса, перекачивающего ртуть из одного стакана в другой. По трубочке с кристаллами KNOs (соляному мостику) двигаются ионы серебра, по проволоке – свободные электроны, появившиеся при окислении ртути, и сама ртуть в виде тонкой пленки. Через несколько часов на шарике образуется потемневший налет серебра, а на проволоке – кристаллы амальгамы.

Буквально через несколько минут после начала опыта на поверхности ртути появляются пушинки – зародыши кристаллов. Из них начинают расти сплетенные друг с другом веточки в виде листьев папоротника и тонких иголочек с притупленными или расщепленными концами. На расщепленной вершине иногда появляется множество новых игл, которые растут в разные стороны, образуя цветы, напоминающие гвоздики. Завораживающий своей красотой сад с цветами и кустами высотой до 2-3 см вырастает за 6-8 часов. Благодаря бактерицидным свойствам ионов серебра и ртути раствор долго остается прозрачным, и, если сосуд не трогать, кристаллическим садом можно любоваться в течение многих дней. Кристаллы хрупки и при малейшем сотрясении ломаются, но, если в сосуд прилить немного раствора нитрата серебра, они словно оживают и вырастают вновь. Разнообразие форм кристаллов указывает, что в растворе протекает сразу несколько конкурирующих реакций. Отдельными стадиями этого процесса могут быть следующие:

1. Адсорбция (осаждение) ионов серебра из раствора на поверхности ртути.

2. Восстановление ионов серебра ртутью с образованием серебра: 2AgNO„ + На = =2Ag + Hg(N0 3 ) 2 .

3. Диффузия образовавшихся ионов ртути в раствор (нитрат ртути хорошо растворим в воде).

4. Взаимодействие восстановленного серебра с ртутью, приводящее к образованию зародышей кристаллов амальгамы серебра.

5. Рост кристаллов амальгамы серебра.

Вроде бы, все понятно. Но не совсем: нет ответа на главный вопрос – почему в условиях опыта образуются именно кристаллы, а не порошок или бесформенная масса твердого продукта реакции?

Казалось бы, на поверхности ртути должна возникнуть равномерная пленка амальгамы, которая быстро изолирует ртуть от раствора и реакцию прекратит. Однако этого не наблюдается: образуется не пленка, а кристаллы, рост которых возобновляется с новой силой, как только в сосуд приливают порцию свежего раствора нитрата серебра. Это дает основание считать, что на разных участках чистой поверхности ртути химические реакции протекают почему-то с различной скоростью. Возникают неодинаковые условия для формирования и роста кристаллов амальгамы. Можно допустить, что сразу возникают все-таки частицы серебра, которые сперва смачиваются ртутью, а уже затем взаимодействуют с нею, образуя кристаллы. В пользу такого предположения говорит то, что на поверхности растущих кристаллов всегда присутствует хорошо видная даже невооруженным глазом тонкая пленка ртути. Она как бы «поджидает» приток ионов серебра из раствора, чтобы их восстановить, смочить образующиеся частицы серебра и продолжить рост кристаллов амальгамы.

Следовало ожидать, что если в сосуд с ртутью и раствором нитрата серебра поместить проволоку из серебра или другого хорошо смачиваемого ею металла (золота, платины), то поднимающаяся по проволоке ртуть станет источником образования кристаллов амальгамы, формирующих «дерево». Это предположение получило экспериментальное подтверждение.

Для опытов были взяты проволоки из серебра диаметром 0,5 мм и из золота диаметром 0,3 мм. Перед началом опытов проволоку чистили мокрым мелом для удаления поверхностных загрязнений. На конце проволоки делали петельку длиной 5-10 мм, чтобы обеспечить хороший контакт с ртутью.

Без раствора соли серебра в сосуде ртуть поднималась по проволоке примерно на сантиметр за 10 часов. Но в растворе соли серебра 5-8%-ной концентрации скорость движения ртути резко увеличилась. На конце проволоки, полностью погруженной в раствор, ртуть собиралась в капельку, а на остальной ее части растекалась неравномерной пленкой. Как ни странно, но пленка оказалась толще не только в самой нижней части проволоки, но и в ее самой верхней части. Это весьма существенно отражается на начинающемся спустя 1-3 минуты росте кристаллов амальгамы. Вначале они формируются почти одновременно на чистой поверхности ртути, на границе ртуть-проволока и на самом верхнем конце проволоки, и уже только после этого – на средней ее части. На поверхности всех кристаллов опять-таки была хорошо видна тонкая пленка ртути.