Борис Степин - Книга по химии для домашнего чтения

• Название: Книга по химии для домашнего чтения
• Автор: Борис Степин
• Издательство: Химия
• Жанр: Научпоп
• Год: 1994
• ISBN: 5-7245-0708-0

В виде небольших рассказов, заметок и ответов на вопросы приведены сведения из различных разделов химии и эпизоды из жизни ученых-химиков. Цель книги — дать читателю представление о химии как о необходимом звене, гармонично связывающем нас с природой, позволяющем создавать необходимые цивилизованному миру предметы и материалы.

Книга рассчитана на широкий круг читателей — преподавателей и студентов, школьников и пенсионеров, инженеров и домохозяек. Любознакльные найдут здесь интересные факты, а практичные читатели — полезные советы и рекомендации.

---

6.54. «ОРГАНИЧЕСКИЙ МЕТАЛЛ»

Как диэлектрический полимер полиацетилен сделать «органическим металлом»?

Полиацетилен — продукт полимеризации ацетилена — H2C2 представляет собой химически активный, легко поддающийся модификации («сшиванию» структуры) полимер с общей формулой (CH)x. Правда, чистый полиацетилен — хрупкий малостабильный материал, непригодный для технологической обработки. Легче иметь дело с сополимерами ацетилена и других мономеров либо наносить полиацетилен на поверхность более прочных материалов. Например, многослойная пленка полиацетилена получается на поверхности полиэтилена или сополимера этилена с бутадиеном (C2H4 и C4H6), на которую нанесен катализатор полимеризации ацетилена. Для придания полиацетилену металлической проводимости пленку обрабатывают газообразным иодом, что приводит к образованию комплексов:

2(СН)x + 3yI2 = 2[(СНxy+ (I3-)y].

Количество введенного иода служит инструментом для управления свойствами полимера: при концентрации иода в продукте около 1% материал становится полупроводником, около 10% — появляются металлические свойства: высокая электропроводность, парамагнитная восприимчивость. Эти качества — результат перестройки электронной структуры макромолекул. «Органический металл» из полиацетиленовой пленки применяют для создания токопроводящих слоев в электронике и электротехнике.

6.55. ПРЕВРАЩЕНИЯ ФОРМАЛИНА

Склянка с формалином была забыта на окне, а на следующий день все увидели, что раствор помутнел и выпал белый осадок. Почему он «испортился»?

Формалином называют водный раствор газообразного вещества формальдегида HCHO (муравьиного альдегида, или метаналя). При упаривании формалина, нагреве на свету, при длительном хранении происходит полимеризация формальдегида с образованием длинных цепей параформальдегида, или параформа:

Н(—CH2—O—CH2—О—CH2—)nOH,

где n варьируется от 8 до 100. При нагревании параформ снова превращается в формальдегид, который можно поглотить водой, опять получив формалин. Для предотвращения полимеризации к формалину часто добавляют метанол CH3OH.

6.56. ГАЗ СТАНОВИТСЯ ПОЛИМЕРОМ

Одна из важнейших пластмасс — винипласт, или поливинилхлорид. Насколько сложен ее синтез?

Вначале проводят гидрохлорирование (обработку хлороводородом HCl) ацетилена C2H2 в газовой фазе при температуре около 150–200°C в присутствии катализатора — активированного угля, пропитанного водным раствором хлорида ртути HgCl2:

C2H2 + HCl = CH2CHCl.

Продукт реакции винилхлорид (монохлорэтилен, хлорэтен) CH2CHCl — газ с эфирным запахом — затем пропускают через воду, содержащую катализатор и эмульгатор; при этом происходит эмульсионная полимеризация с образованием поливинилхлорида (—H2C—CHCl—)n, где n в пределах 1000–2000.

6.57. ЛЕГЧЕ ПРОБКИ

Какие твердые искусственные материалы в десять и более раз легче корковой пробки?

Это пенопласты. Рассмотрим, как ведут синтез одного из них — полиаминопласта. Если через водный раствор карбамида (NH2)2CO (мочевины, см. 6.5; 8.5; 9.19) пропустить формальдегид НСНО, то в результате взаимодействия этих веществ в растворе появляется карбамидоформальдегидная смола:

nНСНО + n(NH2)2CO = (—CH2—NH—CO—NH—CH2—)n + nН2O,

где n >100. К этому раствору добавляют хлороводородную кислоту HCl и пропускают воздух. При этом получается пористая белая масса — пеноаминопласт, плотность которого составляет всего 0,01 г/см3, что в 100 раз меньше плотности воды.

6.58. ОБМАНЩИК ТЕТРАХЛОРИД

Известно, что тетрахлоридом углерода CCl4 можно загасить огонь. Насколько химически инертно это вещество?

Действительно, если, например, к горящему этанолу C2H5OH прилить CCl4, то огонь погаснет. А если смешать несколько миллилитров CCl4 с 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 ZnCl2, который испаряется и, образуя в воздухе кристаллы, поглощает влагу:

CCl4 + 2Zn = 2ZnCl2↑ + С.

Получается густой белый дым.

6.59. КОЛЬЦА ЛИЗЕГАНГА

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 K2Cr2O7 и нитратом серебра AgNO3 с образованием дихромата серебра Ag2Cr2O7 красно-бурого цвета:

K2Cr2O7 + 2AgNO3 = Ag2Cr2O7↓ + 2KNO3

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 Ag2Cr2O7 и 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 AgNO3 сквозь кольцо осадка и зону, свободную от K2Cr2O7, 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 Ag2Cr2O7. Затем все процессы повторяются вновь. Вся картина на желатине получила название колец Лизеганга по имени их первооткрывателя, немецкого физико-химика Р. Лизеганга.

6.60. КОЛЕБАНИЯ ЦВЕТА

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 Ce3+ сульфата церия Ce2(SO4)3 бромат-анионами BrO3-:

6Се3+ + BrO3- + 6Н+ = 6Се4+ + Br- + 3Н2O. (1)

Из-за появления ионов Ce4+ окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce4+ окисляют лимонную кислоту (СН2СООН)2С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH2COOH)2CO

(СН2СООН)2С(ОН)СООН + 2Се4+ = (CH2COOH)2CO + 2Се3+ + CO2↑ + 2Н+ … (2)

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br- тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO3- с образованием брома Br2, который немедленно окисляет катионы Ce3+ :

5Br- + BrO3- + 6Н+ = 3Br2 + 3Н2O, (3) 2Се3+ + Br2 = 2Се4+ + 2Br-. (4)

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce4+ . 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 KBrO3 или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce3+ и Ce4+ участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H2O)6]3+ и [Ce(H2O)6]4+ .

6.61. ХИМИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР

Можно ли химическим методом измерить количество света?

Окислительно-восстановительная реакция взаимодействия хлорида ртути HgCl2 с оксалатом аммония (NH4)2C2O4 в водном растворе с выделением белого малорастворимого дихлорида диртути Hg2Cl2:

2HgCl2 + (NH4)2C2O4 = Hg2Cl2↓ + 2СO2↓ + 2NH4Cl

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.

6.62. КАТИОНЫ-НЕПОСЕДЫ

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag2S, 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