Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения

Известно, что тетрахлоридом углерода CCl 4можно загасить огонь. Насколько химически инертно это вещество?

Действительно, если, например, к горящему этанолу C 2H 5OH прилить CCl 4, то огонь погаснет. А если смешать несколько миллилитров CCl 4с цинковой пылью и добавить к этой смеси оксид магния MgO или оксид кальция CaO до получения пастообразной массы, то уже при нагревании всего до 200°C начнется бурная реакция с выделением густого дыма и повышением температуры выше 1000°C. В этом случае тетрахлорид углерода взаимодействует с цинком, образуя хлорид цинка ZnCl 2, который испаряется и, образуя в воздухе кристаллы, поглощает влагу:

Получается густой белый дым.

В центр застывшего слоя желатины, содержащего дихромат калия, поместили большую каплю водного раствора нитрата серебра. Через сутки на слое желатины обнаружили странные концентрические кольца.

В застывшем слое желатины протекала обменная реакция между дихроматом калия K 2Cr 2O 7и нитратом серебра AgNO 3с образованием дихромата серебра Ag 2Cr 2O 7красно-бурого цвета:

с отложением его кристаллического осадка в виде концентрических колец. При диффузии (постепенном проникновении) нитрата серебра в студень на каком-то расстоянии от центра капли образуется пересыщенный раствор Ag 2Cr 2O 7и начинается кристаллизация этой малорастворимой соли. В процессе выпадения осадка к месту роста кристаллов подтягиваются находящиеся вблизи дихромат-ионы, благодаря чему вокруг кольца с осадком дихромата серебра образуется зона, свободная от дихромата калия. Диффузия AgNO 3сквозь кольцо осадка и зону, свободную от K 2Cr 2O 7, продолжается до тех пор, пока ионы серебра Ag +не подойдут к участкам желатины, содержащим дихромат-ионы. В этом месте начнется образование второго красно-бурого кольца Ag 2Cr 2O 7. Затем все процессы повторяются вновь. Вся картина на желатине получила название колец Лизеганга по имени их первооткрывателя, немецкого физико-химика Р. Лизеганга.

Если смешать водные растворы триоксобромата калия и лимонной кислоты и добавить немного серной кислоты и сульфата церия, раствор начнет в строго определенные интервалы времени то принимать желтую окраску, то обесцвечиваться.

В растворе протекают «колебательные реакции», которые открыл и изучил советский химик Борис Павлович Белоусов (1893–1970). Вначале происходит окисление ионов Ce 3+сульфата церия Ce 2(SO 4) 3бромат-анионами BrO 3 -:

Из-за появления ионов Ce 4+окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce 4+окисляют лимонную кислоту (СН 2СООН) 2С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH 2COOH) 2CO

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br -тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO 3 -с образованием брома Br 2, который немедленно окисляет катионы Ce 3+:

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce 4+. Ритм реакций можно ускорить или замедлить, изменяя концентрации взятых реагентов и температуру.

После реакций (3) и (4) опять вступает в дело реакция (2), и все они повторяются вновь, пока не будет израсходован один из реагентов — бромат калия KBrO 3или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce 3+и Ce 4+участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H 2O) 6] 3+и [Ce(H 2O) 6] 4+.

Можно ли химическим методом измерить количество света?

Окислительно-восстановительная реакция взаимодействия хлорида ртути HgCl 2с оксалатом аммония (NH 4) 2C 2O 4в водном растворе с выделением белого малорастворимого дихлорида диртути Hg 2Cl 2:

протекает только под действием видимого света. Количество света может быть установлено по массе выделившегося дихлорида диртути. Рассматриваемая реакция лежит в основе работы простейших химических фотометров.

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag 2S, положенными друг на друга, то по истечении одного часа масса серебра уменьшится почти на 0,1 г, а масса пластинки сульфида серебра, находящейся в контакте с расплавленной серой, увеличится в полном соответствии с реакцией

Масса же пластинки Ag 2S, находящейся в контакте с пластинкой серебра, практически не изменится. Это означает, что реакция протекает на границе жидкой серы и слоя Ag 2S за счет переноса катионов Ag +и электронов от серебряной пластинки через два слоя сульфида серебра. На границе соприкосновения Ag 2S с расплавом серы переместившиеся электроны превращают атомы серы, прилегающие к слою Ag 2S, в сульфидные анионы S 2-, а «пробежавшие» два слоя сульфида серебра катионы Ag +присоединяют эти анионы, наращивая массу пластинки Ag 2S.

При изучении взаимодействия щавелевой кислоты с перманганатом калия в присутствии серной кислоты нетерпеливому экспериментатору может показаться, что реакция вовсе не идет.

Если к водному раствору щавелевой кислоты H 2C 2O 4(см. 3.31) добавить серную кислоту H 2SO 4(см. 1.49) и затем немного разбавленного водного раствора перманганата калия KMnO 4розового цвета, то первая порция раствора перманганата калия будет обесцвечиваться оень медленно (см. 5.47). Но последующие порции добавляемого розового раствора KMnO 4обесцвечиваются все быстрее и быстрее, так как в растворе появляются катионы марганца [Mn(H 2O) 6] 2+, катализирующие реакцию. Такие реакции, продукты которых выступают в роли катализаторов, называют самоускоряющимися, или аутокаталитическими.

К водному раствору диоксида серы SO 2добавили раствор триоксоиодата водорода HIO 3(иодноватой кислоты) и суспензию крахмала. Когда смесь станет синей?

В первый момент HIO 3окисляет SO 2до серной кислоты H 2SO 4:

Но как только в растворе появляется иодоводородная кислота III, начинается протекание еще двух реакций:

Скорость последней реакции (3) больше, чем реакции (2), и поэтому иод в растворе не появляется; раствор станет синим, когда весь SO 2будет окислен. Только в этом случае выделившийся иод сможет прореагировать с крахмалом с образованием продукта характерного синего цвета (см. 5.51).

Реакции (1), (2) и (3) являются цепными и аутокаталитическими, т. е. самоускоряющимися. Реакция (1) создает цепь, а реакции (2) и (3) ее развертывают. Если в первой реакции образуется 1 моль HI, то в третьей — уже 6 моль HI. Катализатором трех реакций является иодоводородная кислота. C ее появлением скорость реакций нарастает, достигает какого-то максимума, а затем уменьшается вследствие понижения концентраций исходных реагентов и продукта их взаимодействия HI.