Читальна зала
О.Ольгін. Досліди без вибухів
Нас оточує безліч речей і речовин, які здаються буденними і нічим не примітними. Однак дуже часто вони мають дивовижні властивості - треба тільки зуміти їх помітити. Скажімо, алюмінієвої ложкою можна випрямляти змінний струм, сірником - запалити електричну лампочку, цукром-рафінад - висікти іскри, а марганцівкою з аптеки - начистити до блиску каструлю. Але для цього треба, по-перше. знати властивості речовин і, по-друге. вміти цими властивостями користуватися, іншими словами, необхідна спритність рук. купується з досвідом. І, як в старі часи говорили фокусники, - ніякого шахрайства!
Отже, займемося фокусами - серйозними хімічними фокусами. Іноді - для забави, але частіше - для демонстрації незвичайних явищ і виготовлення незвичайних речей.
Для цього досвіду годиться будь-яка алюмінієва ложка - чайна або столова. Її треба ретельно вимити і знежирити; як це зробити, ви знаєте з дослідів з анодуванням алюмінію. Ложка буде першою деталлю майбутнього випрямляча струму, а другий нам поки послужить порожня консервна банка, висотою приблизно з ложку, у всякому разі, не набагато нижче.
Перш ніж опускати ложку в банку, прикиньте, до якого місця ложки буде доходити розчин. На кордоні розчин - повітря алюміній буде інтенсивно розчинятися, і ложка скоро розвалиться на дві частини. Щоб цього не сталося, ділянку поблизу кордону покрийте шаром лаку або водостійкого клею.
Тепер підвісьте ложку в банку так, щоб вона не стосувалася стінок; пристрій підвіски ви, напевно, без праці придумаєте самі. Під банку покладіть кахельну плитку або будь-яку іншу не проводить електрику підставку. На цей раз ми будемо користуватися не батарейками або акумулятором, а змінним струмом від мережі, і, природно, треба повністю себе убезпечити. З тієї ж причини найретельнішим чином ізолюйте всі оголені кінці проводів, а під час досвіду не доторкніться до ложки, ні до банку. Найкраще, якщо перед включенням струму ви накриє їх перевернутим фанерним ящиком або пластмасовим відерцем.
Електрична схема проста: включіть в ланцюг послідовно лампу потужністю близько 40-60 Вт, перемикач, ложку і банку; якщо є амперметр, можна під'єднати і його. Коли схема зібрана і надійність ізоляції перевірена, включайте струм.
Спочатку, як ви і здогадуєтеся, лампа загориться, тому що розчин в банку електропроводів. Але приблизно через півгодини вона стане світити помітно слабкіше, а потім і зовсім згасне. Ложка стала випрямлячем. Вона пропускає струм тільки в одному напрямку - від банки до ложки.
У цьому було б легко переконатися, будь у вас осцилограф: на його екрані на початку досліду світилася б синусоїда, а в кінці нижня її гілка зникла б: в ланцюзі тече так званий імпульсний струм. Осцилограф допоміг би відразу встановити, де позитивний полюс випрямляча, а де негативний (це дуже важливо, якщо ви збираєтеся ставити з саморобним випрямлячем електрохімічні досліди). Але можна обійтися і без приладів: полярність випрямляча легко встановити, користуючись смужкою фільтрувального паперу, змоченою слабким розчином кухонної солі з добавкою індикатора фенолфталеїну.
Вимкніть ток, притисніть листок до ложки і до банку і закріпіть його, наприклад, пластмасовими білизняними прищіпками. Увімкніть струм, і кілька хвилин по тому фільтрувальна папір почервоніє у одного з полюсів. Цей полюс - негативний. При електролізі води (сіль потрібна тільки для того, щоб збільшити електропровідність) на негативному електроді (катоді) виділяється водень, а іони ОН - залишаються в надлишку. Ці іони і обумовлюють лужні властивості, тому індикаторний папір червоніє.
Таке ж випробування вологою індикаторним папером з сіллю і фенолфталеїном можна провести і в тому випадку, якщо ви переплутали полюса акумулятора або батарейки. Так як тут напруга невелика, смужку паперу можна просто притиснути руками до обох полюсів джерела струму.
Але чому алюмінієва ложка стала випрямлячем. Після включення струму на ній, як і при анодуванні алюмінію, зростає плівка оксиду алюмінію. А ця плівка - напівпровідник. пропускає струм тільки в одному напрямку. Це її властивість нерідко використовують в техніці.
За допомогою саморобного випрямляча можна ставити деякі електрохімічні досліди, які описані в цій книзі. Але відповідно до умов досвіду включайте випрямляч через понижуючий трансформатор. Напруга ні в якому разі не повинно перевищувати 40 В. А струм, який можна знімати з алюмінієвої ложки, може досягати декількох десятків ампер.
Для цього досвіду зручніше взяти настільну лампу. Один з її проводів від'єднайте від вилки і подовжити, не забуваючи про гарну ізоляції. Візьміть невелику вузьку скляну трубку з тонкими стінками (найпростіше скористатися скляними рейсфедер з відтягнутими кінцями). Вставте в трубку з двох кінців електроди - проводки діаметром близько 1 мм; закріпіть їх в трубці ізоляційною стрічкою. Електроди не повинні стикатися, відстань між ними 1-2 мм.
Подовжений провід від лампи приєднайте до одного з електродів, а інший електрод з'єднайте проводом з вільним гніздом вилки і ізолюйте. У вас вийде ланцюг, разомкнутая в одній ділянці - між електродами.
Закріпіть скляну трубку в горизонтальному положенні. Це зовсім просто зробити, якщо дроти жорсткі, з пластмасовою ізоляцією: затисніть провід, і трубка буде на ньому триматися. Підготовка до досвіду закінчена, можна включати вилку в мережу. Лампа, звичайно, горіти не буде.
Піднесіть до трубки, в яку вставлені електроди, запалений сірник. Якщо трубка з НЕ тугоплавкого скла, то скло розм'якшиться і трубка при цьому трохи провисне. І тут же загориться лампа, незважаючи на те, що ланцюг і раніше залишається розімкнутої. Справа в тому, що солі, що входять до складу скла, при нагріванні ионизируются, і скло стає провідником.
Якщо досвід не виходить з-за того, що трубка широка, то замість сірники візьміть свічку або спиртівку. Запалити лампу свічкою - теж ефектний досвід.
А ще можна її запалити за допомогою розплавленої селітри. Закріпіть вертикально пробірку, на дно якої насипано трохи калієвої або натрієвої селітри (нітрату калію або натрію), і опустіть в неї дві мідні дротики. Щоб мідні електроди не стикалися, пропустіть їх крізь пробку. Підключіть до електродів лампу так само, як в попередньому досвіді. Коли ви включите струм, лампа, природно, не займеться: тверда селітра струм не проводить.
Нагрійте селітру до плавлення за допомогою таблеток сухого пального - лампа спалахне. Іони, що складали кристалічну решітку солі, набувають рухливість, і коло замикається. Лампа горітиме і після того, як ви приберете полум'я: у розплаву селітри високий електричний опір, і то тепло, яке виділяється при проходженні струму, підтримує селітру в розплавленому стані.
Подібним чином можна поставити досвід не з розплавом, а з розчином, наприклад, кухонної солі. Електроди в цьому випадку краще взяти графітові. Занурте їх спочатку просто в банку з водою, а потім невеликими порціями додавайте сіль, і лампа буде розпалюватися все яскравіше. Між іншим, у такий спосіб зручно перевіряти електропровідність розчинів. Перевірте, наприклад, як проводять струм розчини соди. цукру і оцтової кислоти різної концентрації.
І ще один, не цілком звичайний досвід з електричною лампочкою, але не з великою, а від кишенькового ліхтаря. Зміцніть її в смужці жерсті, зігнутою під прямим кутом, і вставте смужку в невеликий хімічний стакан так, щоб скляний балон лампочки опинився всередині склянки і був звернений до його дну. Підключіть лампочку до батарейці: виступ на цоколі, самий крайній його ділянку з'єднайте з негативним полюсом, а смужку жерсті - з позитивним. Зверніть увагу: припаювати провідники не можна, тому що під час досвіду припій може розплавитися. Треба придумати механічний контакт або ж використовувати патрон від старого кишенькового ліхтаря.
До початку досвіду вийміть лампу зі склянки і насипте в нього нітрат натрію (нітрат калію в цьому випадку не потрібна вона чому - стане ясно пізніше). Поставте склянку на азбестову сітку або металеву пластинку і нагрійте його на полум'ї газового пальника або спиртівки; сухий спирт не дуже зручний, так як важко регулювати температуру розплаву. Селітра плавиться при 309 ° С, а при 390 ° С вже розкладається; ось в такому інтервалі і доведеться підтримувати температуру. Для цього змінюйте або розмір полум'я, або відстань до склянки. Слідкуйте, щоб розплав НЕ застигав, навіть з поверхні.
У розплавлену селітру обережно опустіть лампочку. Велика частина скляного балона повинна бути занурена в розплав, але стежте за тим, щоб верхня частина цоколя, до якої припаяний провідник, що не стикнулася з селітрою - відбудеться коротке замикання. Запалену лампочку потримайте в селітрі близько години, потім вимкніть струм, загасіть пальник і акуратно доставте лампочку. Коли вона охолоне, промийте її водою, і ви побачите, що лампочка зсередини покрита дзеркальним шаром!
Ми вже говорили, що при нагріванні заряджені частинки в склі набувають рухливість (тому й запалилася лампа, коли трубку нагрівали сірником). Головні дійові особи - іони натрію. вже при температурі вище 300 ° С вони стають досить рухливими. Саме скло залишається при цьому абсолютно твердим.
Коли ви завантажили включену лампочку в розплав селітри, то скло, з якого зроблений балончик, виявилося в електричному полі. спіраль - негативний полюс, розплав, який стикається з смужкою жерсті, - позитивний. Рухливі іони натрію почали рухатися в склі в сторону катода, т. Е. У напрямку до спіралі. Іншими словами, вони переміщалися до внутрішньої стінки балона.
Значить, дзеркальний наліт зсередини натрієвий? Так. Але як же іони перетворилися в метал?
Розпечені метали (в тому числі і ті, з яких виготовлена спіраль) випускають електрони. Від спіралі вони потрапили на внутрішню поверхню скла і з'єдналися там з іонами натрію. Так утворився металевий натрій.
Але чому для досвіду не годиться калієва селітра. Адже нітрат начебто і не бере участі в процесі. Ні, бере участь. Коли іон натрію став нейтральним атомом, в склі залишилася негативно заряджена іонна дірка. Тут і потрібна натрієва селітра: з її розплаву під дією електричного поля в скло проникають іони натрію і заповнюють дірки. А іони калію приблизно в півтора рази більше іонів натрію, вони не зможуть увійти в скло. У калієвої селітри лампа просто трісне.
Такий незвичайний електроліз через скло іноді застосовують на практиці, щоб отримати шар дуже чистого натрію, або, більш строго, - "спектрально чистого".
Читальний зал кунсткамери: що тут є?