Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

Способность жидкой ртути Hg растворять другие металлы и образовывать сплавы — амальгамы — поражала воображение алхимиков и заставляла их делать фантастические выводы о свойствах этого вещества (см. 4.3). Особенно этому способствовало то, что при образовании амальгамы даже желтые и красные металлы (например, медь Cu) приобретают серебристо-белый блеск. Как правило, амальгамы — это просто растворы других металлов в ртути, жидкие или твердые, но они иногда содержат и соединения металлов с ртутью строго определенного состава и с определенными свойствами. Не образуют амальгам только металлы, которые не смачиваются ртутью, — кобальт Co, марганец Mn, никель Ni, молибден Mo, рений Re и некоторые другие. Не существует и амальгамы железа Fe — поэтому ртуть можно перевозить в железных цистернах. Амальгамы были известны давно: так, зеркала в старину делали, покрывая стекло амальгамой олова Sn (см. 1.27); золото издавна извлекали из бедных руд, обрабатывая их жидкой ртутью (см. 10.13). Полученную амальгаму золота разлагали, испаряя ртуть, причем все растворенное золото оставалось в виде мельчайших кристалликов. Из амальгам серебра и меди делали зубные пломбы: амальгама серебра химически инертна и в обычных условиях является твердым веществом, но легко размягчается при нагревании.

5.45. СУЩЕСТВУЕТ ЛИ АМАЛЬГАМА АММОНИЯ?

Электролиз сильно охлажденного концентрированного водного раствора хлорида аммония NH4Cl с ртутным катодом или воздействием на NH4Cl амальгамы натрия NaHgt дает амальгаму аммония (NH4)Hgx:

NH4Cl + NaHgx = (NH4)Hgx + NaCl,

которая выделяется в виде твердого вещества, устойчивого только при температуре ниже -85° С. При нагревании до комнатной температуры оно становится пастообразным и одновременно разлагается на ртуть Hg, аммиак NH3 и водород H2:

Z(NH4)Hgx = 2xHg + 2NH3↑ + H2↑.

Амальгама аммония содержит растворенный в ртути радикал аммония NH4, напоминающий своим поведением атом щелочного металла.

5.46. БЫВАЕТ ЛИ РТУТЬ ПОРОШКОМ?

Ртуть может быть порошкообразной в том случае, если она состоит из мельчайших капелек, поверхность которых покрыта веществом, препятствующим слипанию. Так, при взаимодействии нитрата диртути Hg2(NO3)2 с гидроксидом натрия NaOH или сероводородом H2S:

Hg2(NO3)2 + 2NaOH = Hg↓ + HgO↓ + 2NaNO3 + H2O, Hg2(NO3)2 + H2S = Hg↓ + HgS + 2HNO3

выделяющаяся ртуть образует черный порошок из-за присутствия в реакционной смеси оксида ртути HgO или сульфида ртути HgS (см. 1.13).

5.47. ВЕЩЕСТВА-ХАМЕЛЕОНЫ

В старинных руководствах по химическому анализу рекомендуется использовать «раствор хамелеона» для определения в образцах неизвестного состава содержания сульфита натрия Na2SO3, пероксида водорода H2O2 или щавелевой кислоты H2C2O4.

«Раствор хамелеона» — это раствор перманганата калия KMnO4, который при химических реакциях, в зависимости от среды, меняет свою окраску по-разному. Например, в кислотной среде ярко- фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается из-за того, что из перманганат-иона MnO4- образуется катион Mn2+ ; в сильнощелочной среде из ярко-фиолетового MnO4- получается зеленый манганатион MnO42-. А в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде конечным продуктом реакции будет нерастворимый черно-бурый осадок диоксида марганца MnO2. Вот как идет взаимодействие перманганата калия с различными веществами:

2KMnO4 + 5Н2С2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 10CO2↑ + 8Н2O, 2KMnO4 + 3Н2O2 = 2MnO2 + 3O2↑ + 2KOH + 2Н2O, 2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O.

Добавим, что благодаря своим окислительным свойствам и наглядному изменению окраски в химических реакциях перманганат калия нашел широкое применение в химическом анализе.

5.48. ПРОДЕЛКИ ИМИТАТОРА

Некий фокусник пообещал изумленным зрителям продемонстрировать превращение фиолетовых кристаллов квасцов в изумруд, топаз, янтарь или сапфир.

Настоящие драгоценные камни получить из квасцов (см. 151; 3.21), конечно, не удастся. А вот растворы, имитирующие цвета изумруда (см. 10.22), топаза (см. 10.33), янтаря (см. 10.1), сапфира (см. 10.42), получить можно. Для этого фокуснику придется запастись химическими реактивами. Растворив хромокалиевые квасцы [кристаллогидрат сульфата хрома-калия KCr(SO4)2∙12Н2O] в воде, он получит фиолетовый раствор; обработка этого раствора избытком гидроксида калия KOH или натрия NaOH приведет к образованию раствора изумрудного цвета:

KCr(SO4)2 + 6КOH = K3[Cr(OH)6] + 2K2SO4.

Зеленый цвет обусловлен присутствием гексагидроксохромата калия К3[Cr(ОН)6]. Если к этому раствору добавить пероксид водорода H2O2, то зеленый цвет раствора сменяется на желтый, цвет топаза:

2К3[Cr(ОН)6] + 3Н2O2 = 2К2CrO4 + 2КОН + 8Н2O.

Такая окраска раствора обусловлена присутствием хромата калия K2CrO4. При подкислении желтого раствора серной кислотой H2SO4 появляется оранжевая окраска, напоминающая цвет янтаря:

2К2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O.

Водный раствор дихромата калия K2Cr2O7 имеет оранжевый цвет. Наконец, добавляя к такому раствору пероксид водорода и диэтиловый эфир (C2H5)2O, можно получить сложное пероксосоединение CrO(O2)2∙(C2H5)2O, окрашивающее слой эфира в ярко-синий, «сапфирный» цвет.

5.49. ЗАГАДКА ДИХЛОРИДА

Химик обнаружил в шкафу запечатанную банку без надписи с кристаллами зеленого цвета внутри. Сохранился лишь обрывок этикетки со словом «дихлорид». При контакте этих зеленых кристаллов с водой раствор оказался фиолетовым; потом из этой фиолетовой жидкости начали выделяться пузырьки газа, а спустя несколько секунд она стала зеленой. При смешивании раствора сульфата меди CuSO4 с теми же зелеными кристаллами выделились крупинки металлической меди… Какой дихлорид был в банке?

Не так уж много дихлоридов имеет зеленый цвет. Это, во-первых, тетрагидрат хлорида железа FeCl2∙4Н2O, гексагидрат хлорида никеля NiCl2∙6Н2O, безводные дихлориды меди CuCl2, иридия IrCl2 и платины PtCl2 и безводный дихлорид ванадия VCl2. Дихлориды иридия и платины в воде практически нерастворимы, дихлориды железа, меди и никеля дают зеленый (для железа — быстро желтеющий на воздухе) водный раствор, газы при этом не выделяются. Значит, дихлорид ванадия? Действительно, зеленые кристаллы VCl2 образуют фиолетовый раствор, из которого выделяется водород, а окраска раствора становится зеленой:

2VCl2 + 2Н2O = 2VOCl + 2HCl + H2↑.

Очевидно, ванадий в степени окисления (+II) настолько сильный восстановитель, что выделяет водород даже из воды. Не удивительно, что он осаждает и медь Cu из раствора сульфата меди CuSO4, превращаясь в хлорид оксопентаакваванадия(IV):

VCl2 + CuSO4 + 6Н2O = Cu + [V(H2O)5O]Cl2 + H2SO4,

окрашивающего раствор в синий цвет.

5.50. ЧТО ТАКОЕ КРАСНАЯ АЗОТНАЯ КИСЛОТА?

Термин «дымящая красная азотная кислота» использовался вплоть до сороковых годов нашего века (см. 1.48). Это раствор диоксида азота NO2 в азотной кислоте HNO3. Он может быть получен как насыщением концентрированной азотной кислоты диоксидом азота, так и путем взаимодействия компонентов смеси, содержащей 2 моль нитрата натрия NaNO3 и 1 моль серной кислоты H2SO4 при нагревании. Сначала при 100-110ºC, согласно уравнению

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3↑,

из смеси выделяется и перегоняется чистая азотная кислота HNO3. Если повысить температуру до 150–170°С, то в реакцию вступает образовавшийся в растворе гидросульфат натрия NaHSO4:

NaHSO4 + NaNO3 = HNO3↑ + Na2SO4

и одновременно большая часть азотной кислоты начинает разлагаться с выделением диоксида азота и кислорода:

4HNO3 = 2Н2O↑ + O2↑ + 4NO2↑.

Диоксид азота, растворяясь в первых порциях отгоняемой азотной кислоты, и сообщает ей красно-оранжевый цвет. Никакого другого красителя здесь нет.

5.51. ДО ПОСИНЕНИЯ…

Каждая хозяйка и каждый школьник знают: крахмал, на который попал иод, синеет. Почему?