Илья Леенсон - Удивительная химия

Но у нас была не чистая уксусная кислота, а ее слабый раствор — столовый уксус. Например, если бы это был 10 %-ный уксус, то его понадобилось бы для полной реакции с содой уже в 10 раз больше, чем чистой уксусной кислоты, т. с. 10 чайных ложек. В таком случае полностью реакция прошла бы только в 5-й баночке, в которой как раз было 10 ложек уксуса. В первой баночке, где было только две чайные ложки уксуса, его не хватило для реакции; здесь был избыток соды. Во второй баночке (4 ложки уксуса) сода тоже была в избытке, но се в реакцию вступило больше, так как больше налили уксуса. Значит, газа выделилось вдвое больше, и шарик раздулся сильнее. (Только его диаметр увеличился, конечно, не вдвое, так как увеличению диаметра в 2 раза соответствует увеличение объема в 2 3= 8 раз.) В третьей баночке газа выделилось по объему уже в 3 раза больше, чем в первой, в четвертой — в 4 раза, в пятой — в 5 раз. А дальше объем шариков будет оставаться постоянным, потому что, начиная с шестой баночки, сода вся израсходовалась (как говорят химики, прореагировала).

Все эти рассуждения относились к 10 %-ному уксусу. Если бы он был слабее, то шарики перестали бы увеличиваться в объеме, начиная с 6-го или даже с 7-го. Более точно определить концентрацию уксуса вам поможет второй опыт.

В предыдущем опыте, добавляя к известному количеству соды уксус, мы слишком резко изменяли его количество — сразу на две чайные ложки. Чтобы анализ был точным, химики добавляют один реагент к другому малыми порциями, например, по одной капле. Поступим так и мы. Но так как мерных бюреток у нас нет, придется определять объем раствора по числу добавленных капель жидкости. Сначала определим объем одной капли. Сделать это можно по-разному. Проще всего использовать продающийся в аптеках пластмассовый одноразовый шприц на 1 или 2 мл с делениями на боковой поверхности. Отлейте с помощью шприца в маленькую баночку ровно 1 мл воды и, переливая эту воду обычной пипеткой, посчитайте, сколько капель в 1 мл воды. Учтите, что для разных пипеток объем капли может заметно отличаться, поэтому во всех опытах используйте одну и ту же пипетку.

Если шприца нет, можно поступить иначе. Уравновесьте на весах с помощью скрепок, кнопок или других легких предметов маленький сосудик (подойдет наперсток). Положите на другую чашу весов гирьку массой 1 г и капайте в сосуд из пипетки воду по одной капле, внимательно считая их, пока весы снова не придут в равновесие. Так вы узнаете число капель в 1 г воды (обычно их бывает 20–30). Теперь легко определить объем (и массу) одной капли. Например, если в 1 г воды было 30 капель, то одна капля имеет массу 0,033 г (а объем 0,033 мл). Кстати, проверьте, одинаковы ли по объему капли воды и уксуса!

Отвесьте теперь 1 г питьевой соды и поместите ее в небольшую склянку. Осторожно капайте на соду уксус из пипетки. Не спешите, внимательно считайте капли и наблюдайте за пузырьками газа. Время от времени прекращайте добавление уксуса, чтобы дать ему прореагировать. Когда добавление уксуса больше не будет приводить к появлению новых пузырьков газа (лучше всего это фиксируется на слух, если поднести ухо поближе к смеси — прекращается характерное шипение), закончите опыт и запишите число капель уксуса, израсходованного в реакции. (Вообще записывать все без исключения результаты опытов надо обязательно; не следует перегружать голову лишней информацией, которую легко забыть.) Предположим, для полной реакции с содой потребовалось 350 капель уксуса. Остается решить задачу наподобие тех, какие дают на уроках алгебры (а не только химии). Пусть крепость уксуса составляет х %, т. е. в 100 г уксуса содержится х граммов чистой уксусной кислоты (остальное — вода), а объем капли 0,03 мл (плотность уксуса считаем равной плотности воды, т. е. 1 г/см 3, при этом мы вносим ошибку около I %). В 350 каплях содержится 350 х 0,03 мл х 1 г/мл = 10,5 г уксуса, или 10,5 г х Х г/100 г = 0,105х г чистой уксусной кислоты. Составляем пропорцию: 84 г питьевой соды полностью реагируют с 60 г уксусной кислоты, а 1 г соды реагирует с 0,105х г кислоты.

Правила обращения с пропорциями вы, наверное, помните: 84 х 0,105х= 1 х 60, откуда х = 60/ (84 х 0,105) = 6,8 %. Следовательно, крепость уксуса — примерно 7 %. Точность этого анализа определяется ошибками при взвешивании соды и при определении объема капли.

В данном случае индикатором служили пузырьки газа. Но далеко не во всех химических реакциях выделяется газ. Как узнать, что реакция кончилась, если реагируют бесцветные растворы кислоты и щелочи без выделения газа? В таких случаях в ход идут кислотно-щелочные индикаторы, которые химики во всем мире используют уже почти 200 лет.

Как уже говорилось, индикатор указывает на присутствие в смеси того или иного вещества, и если это вещество в ходе реакции полностью израсходовано, индикатор тут же это покажет. Одни из самых распространенных индикаторов — кислотно-щелочные (или кислотно-основные); их цвет изменяется в зависимости оттого, в какой среде они находятся — в кислой, нейтральной или щелочной. Одна из форм индикатора может быть и бесцветной. Обычный чай — тоже индикатор. Налейте немного чая в белую чашку и капните туда лимонный сок или растворите несколько кристалликов лимонной кислоты — в кислой среде чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор в щелочной среде потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует).

Кислотно-щелочные индикаторы весьма разнообразны; многие из них легко доступны и потому известны не одно столетие. Примером могут служить отвары или экстракты окрашенных цветков или плодов многих распространенных растений. Так, ярко-синий отвар ириса становится красным в кислой среде и зелено-голубым — в щелочной. Способностью к изменению цвета в зависимости от кислотности обладают экстракты анютиных глазок, тюльпанов, черники, ежевики, малины, красной капусты, свеклы и других растений.

В качестве индикатора попробуйте взять отвар какого-либо ярко окрашенного цветка или же темный ягодный сок, например, черной смородины. Налейте в небольшую баночку испытуемый раствор и добавьте к нему несколько капель раствора индикатора. В кислых растворах многие растительные индикаторы имеют красный цвет, а в щелочных — зеленоватый или синий. Можно также попробовать с помощью кислого раствора (уксус) и щелочного (питьевая, а лучше — стиральная сода) сделать красные или зеленоватые (синие) надписи на лепестках различных цветков.

К очевидным недостаткам таких простейших индикаторов относится «сезонность» и невозможность заготовить их впрок: растворы довольно быстро портятся — скисают или плесневеют, теряя свои свойства (более устойчивы спиртовые растворы). Менее очевидный недостаток — слишком медленное, постепенное изменение цвета природных индикаторов при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. При этом трудно или даже невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности. Таких индикаторов известно множество, и каждый из них имеет свою область применения.