Текст книги "Химические опыты"

Исторический курьез

Гальваническое золочение – это частный случай гальваностегии – покрытия одного металла другим при помощи электрохимического процесса разложения током соли данного металла. Гальваностегия и гальванопластика (получение металлических копий с рельефных изображений) были открыты в 1838 г. Морицем Якоби.

И где? В России времен Николая Палкина.

Кем? Архитектором и даже профессором архитектуры.

Но Якоби, ничем в архитектуре не прославившийся, оказался выдающимся электрохимиком, сделавшим ряд ценных изобретений. Главнейшее из них – гальванопластика. Заметив, что осевшая на отрицательном полюсе гальванического элемента медь, отделяясь от него, дает с него слепок, Якоби стал покрывать слепки с рельефных изображений графитом и осаждать на них слой меди, получая копии оригиналов.

Он писал своему великому современнику Фарадею: «Я буду иметь честь послать вам рельеф из меди, оригинал которого сделан из пластического вещества, поддающегося в руках художника всем изменениям. При помощи этого метода сохраняются все мельчайшие особенности оригинала, теряющиеся при отливке».

Французская академия наук наградила за это открытие Якоби золотой медалью.

Опыты с газами

Много лет тому назад один известный ученый писал другому: «Опишу вам опыт страшный и ужасный…», – а речь-то шла всего-навсего о разряде лейденской банки, опыты с которой теперь безбоязненно проделывает любой школьник.

Однако ученый был прав, называя опыт «ужасным», так как он иной раз оканчивался смертью экспериментатора (например, смерть Доппельмейера в 1750 г.).

Отчего же то, что казалось раньше страшным, да и в самом деле таким было, теперь никого не пугает?

Оттого, что люди научились как следует обращаться с лейденской банкой, чтобы ее разрядом не причинять вреда ни себе, ни другим.

Химику подчас приходится иметь дело с веществами куда опаснее лейденской банки.

Даже при самом поверхностном знакомстве с этой благодетельной, но и грозной наукой нельзя избежать встречи с веществами, могущими оказаться очень опасными при неумелом обращении с ними.

Немало химиков поплатились здоровьем и даже жизнью, впервые работая с такими веществами.

Зато теперь мы знаем, как обезопасить те страшные силы, которые в них скрыты, и безбоязненно проделываем с ними всевозможные опыты.

«Нет плохих ролей, а есть плохие актеры», – уверял какой-то драматург. Так и мы скажем, что «нет опасных веществ, а есть неумелые экспериментаторы».

Мы постараемся не попасть в их число. Хотя и говорят: «Тот не ездок, кто под конем не бывал; тот не химик, у кого ни разу водород не взорвало», – с последним я не согласен. Химик должен быть осторожен и аккуратен, а у осторожного и аккуратного человека никаких непредвидимых «случаев» быть не должно.

А потому, приняв все меры предосторожности, займемся теперь получением «страшных газов».

Кто не слышал об убийственных газах на полях сражений последней мировой войны? Кто не читал предсказаний, что последующие войны станут «химическими», что в них главная роль отведется отравлению противника смертоносными, всюду проникающими ядами?

На первый раз мы познакомимся с газом, хотя и не ядовитым и не применяемым в химической войне, но, тем не менее, весьма опасным и требующим наибольшей осторожности при его получении.

Самый легкий газ

Самый легкий из всех газов называется водородом. Он в 14 раз легче воздуха. Воздух же, надо заметить, в 770 раз легче воды.

Таким образом, вода, с которой мы все так хорошо знакомы, заключает в своем составе наиболее легкое из всех известных нам на земле веществ.

А что это так, что вода не простое тело и водороду недаром дано его прозвище, я сейчас вам докажу.

Мы все безбоязненно пьем воду, она необходима для поддержания нашей жизни, она в количестве 58 % входит в состав нашего тела.

Дело в том, что водород не растворен в воде, как сахар в стакане чая: он вместе с другим газом, кислородом, образует воду. В том-то и заключается удивительная тайна химических превращений, что вещества, вступая в соединения друг с другом, дают совершенно новые тела, а не простую смесь начальных веществ. Водород и кислород – газы. Смешиваясь, они дают смесь газов; соединяясь, – воду.

Перейдем к некоторым опытам.

Перед вами две двугорлые склянки, наполненные каждая на две трети водой; их горла плотно заткнуты проваренными в парафине мягкими и упругими пробками; через первую пробку первой склянки пропущена почти до самого дна склянки стеклянная трубка, оканчивающаяся воронкой. Вторая пробка этой склянки соединена с первой пробкой второй склянки изогнутой под прямыми углами стеклянной трубкой, которая в первой склянке опущена лишь немногим ниже пробки, а во второй доходит почти до дна. Из последней пробки выходит газоотводная трубка, изогнутая. Оттянутый кончик ее с узким отверстием погружен в воду пневматической ванны. Роль последней может играть обыкновенная глубокая тарелка.

Раньше чем приступить к опыту, я самым тщательным образом замазываю все пробки (кроме первой) замазкой, чтобы газ, который мы станем добывать, не нашел нигде выхода через зазоры между стеклом и пробкой.

Добывание водорода

Наполнив два-три узких и высоких стеклянных цилиндра водой, я прикрываю их квадратными кусочками матового стекла. Цилиндры, при нужде, можно заменить обыкновенными бутылками из-под минеральной воды или из-под кваса, – словом, достаточно толстостенными. Здесь же на столе у меня штатив с пробирками и полотенце; как можно дальше от прибора для добычи газа, всего лучше – на особом столике, поставленном нескольких шагах от первого, – спиртовая лампочка с колпаком.

В школах обычно добывают водород в подобных приборах, действуя серной кислотой на цинк. Вы, вероятно, знаете, что серную кислоту наливают в стаканчики, которые на зиму ставят между двойными рамами окон. Она в высшей степени гигроскопична, т. е. отлично сушит воздух, отнимая от него влагу; оттого-то в этом случае окна и не «потеют». Обратите внимание, что с осени ее наливают не более четверти стакана, а к весне стаканчики почти полны.

Спиртовая лампочка

Металлы в большинстве случаев хорошо растворяются в серной кислоте, образуя соответствующие сернокислые соли и вытесняя из кислоты водород.

Применяемый для наполнения аэростатов водород долгое время добывали подобным образом; только вместо дорогого цинка брали дешевое железо в виде железного лома.

Однако я покажу вам другой способ получения интересующего нас газа. Он гораздо удобнее и менее опасен.

Не будем забывать, что серная кислота – это вещество, с которым, чем меньше будем иметь дела, тем лучше, особенно когда нельзя обойтись каплей-другой, а приходится манипулировать с относительно большими количествами ее.

Я воспользуюсь тем, что многие металлы вытесняют водород не только из кислот, но и из воды. Правда, в большинстве случаев такое разложение происходит лишь при очень высокой температуре, но, по счастью, есть некоторые металлы, способные разлагать воду и при обыкновенной температуре.

К таким металлам принадлежит кальций. Я храню его в баночке с плотно притертой пробкой. Как видите, он залит какой-то жидкостью. Это – керосин, на который кальций не действует химически. Зато на воздухе этот металл быстро окисляется, ржавеет, превращается в известь (негашеную). Тот же процесс происходит под водою, только в этом случае образовавшаяся окись соединяется с избытком воды в водную окись кальция (так называемую гашеную известь).

Вынув кусочек серовато-белого металла щипчиками, осторожно обсушиваю его пропускной бумагой, удаляя следы керосина, не касаясь металла руками.

Теперь смотрите: я вынимаю из первой склянки первую пробку, быстро бросаю куски кальция в воду, сейчас же вновь закупориваю банку и обмазываю пробку замазкой.

Куски металла, упав на дно склянки, покрываются пузырьками газа, которые, оторвавшись от поверхности кусков, быстро всплывают вверх. Вскоре жидкость в банке кажется словно кипящей. Выделяющийся газ вытесняет, вернее – увлекает с собой воздух и идет с ним вместе во вторую склянку, а оттуда из газоотводной трубки – в окружающую атмосферу, булькая пузырьками через воду.

Неосторожный опыт с водородом

Наполнив одну из пробирок водой, закрываю ее большим пальцем, переворачиваю и опускаю ее конец в воду тарелки, играющей у нас роль пневматической ванны. Отвожу палец в сторону и держу отверстие пробирки над отверстием трубки. Пузырьки газа, ранее выходившие через воду, идут в пробирку, вытесняя из нее воду. Вскоре пробирка наполняется газом. Опять закрываю ее пальцем, вынимаю из воды и быстро несу к столику, на котором стоит спиртовая лампочка. Держа пробирку отверстием вниз, подношу ее к пламени и открываю.

Слышали свист? Он показывает, что водород в пробирке смешан с воздухом и обращаться с ним надо осторожно.

Нужно, следовательно, подождать немного, пока выделяющийся водород вытеснит следы воздуха из аппарата. А чтобы не сидеть без дела, прочтите страничку из книги одного английского химика о том, как иногда может быть опасен взрыв водорода.

Вот что он пишет:

«Несколько лет тому назад рабочие, занятые при постройке большого парового котла для германского военного судна, по небрежности оставили внутри его несколько кусков цинка; им в голову не приходило, что этим они могут причинить смерть многим своим товарищам и повергнуть много рабочих семей в глубокое отчаяние. Паровик был поднят на судно и установлен на место. Несколько времени спустя, судно отправилось в пробное плавание. Трюм был переполнен занятыми кочегарами; машины впервые дрогнули и быстро погнали мощное судно по морю. Вода за это время нагрелась до чрезвычайно высокой температуры, и цинк быстро растворялся в ней, освобождая при этом значительное количество водородного газа. Этот газ вместе с воздухом образовал в паровике страшно взрывчатую смесь. Люди, работавшие вокруг паровика, конечно, ничего этого не подозревали, а между тем котел постепенно наполнялся все больше и больше этой смертельной смесью.

Как вдруг, без малейших предупредительных признаков, с ослепительным блеском и оглушительным громом большой паровик разорвался на части, убив или искалечив всех находившихся в помещении людей, а само судно наполнилось облаком перегретого пара. Причина взрыва осталась тайной, пока в остатках паровика не нашли кусочков цинка.

Таким образом, мы видим, что силы химического сродства, находясь под контролем, становятся полезными слугами, а вне контроля – страшными господами».

Замазка Менделеева

Я сказал, что при сборке аппаратов для получения газов следует все щели замазывать замазкой. Лучше всего брать замазку, изобретенную нашим великим химиком Д. И. Менделеевым. Она готовится сплавлением 100 частей канифоли с 25 частями воска, в которые примешивается 40 частей железной муммии (красного окисла железа). К расплавленному воску присыпают перемешивая, порошок канифоли, затем муммии, продолжая нагревать и перемешивать, пока не получится однородная масса, в которую и вливают масло, массу разливают в картонные формочки или спичечные коробки. Перед применением ее вновь расплавляют. Замазка склеивает стекло со стеклом и стекло с металлом.

Сам изобретатель был настолько доволен ею, что не раз говаривал: «Эх, Дмитрий Иванович, чтобы ты делал, если бы профессор Менделеев не изобрел своей замазки».

Кстати о Менделееве. Его научная деятельность высоко ценилась в культурных странах, он был членом чуть ли не всех европейских академий наук, кроме… русской.

Представители «чистой науки», петербургские академики, забаллотировали его кандидатуру в члены Академии на том основании, что он «унижает» себя, занимаясь чисто практическими вопросами – приложением науки к технике.

Вода из огня

Ну, теперь опять можно вернуться к нашему прибору. Наполним газом еще один цилиндр; на этот раз газ сгорает почти беззвучно и не моментально; можно даже заметить появившееся при этом почти бесцветное пламя.

Вынем газоотводную трубку из пневматической ванны и, отвернув на всякий случай в сторону лицо, зажжем выходящий из нее газ. Он горит спокойно, маленьким, еле видным пламенем.

Что же получается при горении? Вода! Приблизьте к пламени холодный, совершенно сухой утюг, – он покроется каплями воды.

Металлы отнимают от воды кислород, а выделившийся водород снова при сгорании соединяется с ним и снова превращается в воду.

Водород горит не только в воздухе: еще энергичнее, чем с кислородом, соединяется этот газ с хлором. Если бы опустить наше водородное пламя в сосуд с хлором, оно не погасло бы; оно продолжало бы гореть, сменив свой голубоватый чуть заметный цвет на зеленоватый, ясно видный. Хлор (мы еще с ним познакомимся) – цветной газ. Его желто-зеленый цвет бледнел бы по мере горения водорода, и, когда бы содержимое сосуда обесцветилось, пламя угасло бы само собою. В результате горения мы получили бы уже знакомый нам по прежним опытам хлористый водород.

Прилив в сосуд воды и взболтав сосуд, мы получили бы соляную кислоту, окрашивающую синюю лакмусовую бумажку в красный цвет.

Но мы не станем проделывать этот опыт: как хлор, так и хлористый водород ядовиты, и их не следует добывать в комнате.

Переливание… вверх

Всегда ли переливаемое вещество льется сверху вниз? Мы так привыкли переливать жидкости, которые во много раз тяжелее воздуха, что нам и в голову не приходит ставить подобный вопрос. А между тем, подумав, вы сами легко сообразите, что нельзя из пробирки с водородом перелить этот газ в другую пробирку тем же приемом, какой мы применяем при переливании воды. В этом случае придется как раз обратно – переливать из нижней пробирки в верхнюю.

Наполнив под водой одну из пробирок водородом, берем другую «пустую», то есть наполненную воздухом, и, держа последнюю отверстием вниз, ставим ее рядом с первой. Теперь пробирку с водородом быстро перевертываем вверх отверстием так, чтобы оно пришлось как раз под отверстием второй пробирки. Если опыт удался, легонькая вспышка при приближении второй пробирки к пламени спиртовой лампы докажет нам, что водород «перелился» в нее из первой пробирки.

Известный навык, требующийся для такого опыта, приобретается после двух-трех упражнений.

Мыльные пузыри

Обратили ли вы внимание, что мыльные пузыри зимой поднимаются вверх, а летом падают вниз? Это происходит оттого, что теплый воздух легче холодного и зимой разница между температурой воздуха в комнате (особенно вблизи окон) и выдыхаемого вами в пузырь достаточна, чтобы преодолеть тяжесть его оболочки. Наполняя мыльные пузыри водородом, можно увидеть их летящими ввысь и в самый жаркий летний день. Как бы тепел и легок ни был летний воздух, он все же тяжелее водорода.

Чтобы получить пузыри величиной в крупное антоновское яблоко, возьмите совершенно чистое, так называемое марсельское мыло, настрогайте его перочинным ножом мелкими стружками и растворите в воде, добавив потом к ней глицерина.

Мыла и глицерина возьмите поровну (например, по 5 граммов), а дистиллированной или мягкой дождевой воды вчетверо больше (20 граммов). Всыпав мыло в пузырек и залив водою, оставьте стоять на сутки, потом долейте глицерином и, хорошо переболтав, дайте смеси постоять еще сутки. Такая смесь будет вам служить долго; для опытов же ее достаточно брать каждый раз по чайной ложке.

Укрепив в отверстии газоотводной трубки прибора для добывания водорода соломинку с расщепленными концами, легко научиться при ее помощи выдувать крупные пузыри. Надо только несколько изменить газоотводную трубку, надев на ее конец отрезок резиновой, а в другой конец последней вставив стеклянную трубку с оттянутым концом. Сжимая резиновую трубку пальцами, можно регулировать быстроту выдувания.

Пузыри поднимаются в комнате до самого потолка, а на открытом воздухе в безветренную погоду улетают так высоко (метров на двести), что скрываются из глаз.

Из желтого в зеленое без прибавления синего

Раз уже у нас идет речь о водороде и под руками имеется кальций, покажу вам еще один опыт. Он не особенно эффектен, но поучителен.

В стакане – красно-желтый раствор хлорного железа. Как превратить его цвет в зеленый, не приливая к нему синей краски? Бросаем в стакан кусочек кальция; выделяется водород, и жидкость постепенно зеленеет.

Это очень важная в химии реакция восстановления, противоположная реакции окисления. Не будем пока на ней останавливаться, но в дальнейшем я еще напомню вам об этом опыте. Он поможет нам отчасти выяснить тайну строения окружающих нас веществ.

Последний перманентный газ

Раньше в химии газы делились на перманентные (постоянные) и сгущаемые в жидкость. Одним из перманентных был и водород. В 1877 г. Кальете и Пикте доказали, что всякий газ должен сгуститься в жидкость, лишь бы удалось охладить его ниже его «критической» температуры, при которой и выше которой он никаким давлением сгущен быть не может. Вслед за ними Врублевский и Ольшевский доказали это положение, обратив в жидкости кислород, азот и окись углерода, а Дюар, сгустив водород.

Но вот в 1895 г. был открыт новый газ – гелий, неизвестный во времена Дюара. Как ни велики были достижения Дюара, давшие возможность получать твердую углекислоту («сухой лед») и кислород из воздуха, путем удаления из жидкого воздуха азота выкипанием при несколько высшей температуре, гелий долгие годы никому не удавалось сгустить.

Неужели были правы ученые прежних лет? Неужели гелий действительно перманентный газ? Даже при −268°С он оставался газом.

Чуть не 30 лет гелий истощал терпение ученых, не желая подчиниться общему для всех газов закону. Только в 1922 г. удалось, наконец, Камерлингу Онесу, доведшему понижение температуры до – 268,8°С сгустить этот «последний перманентный газ». Кезанг при –271,9°С заморозил гелий в твердое, абсолютно прозрачное тело. Это произошло в 1926 г. Камерлингу Онесу не удалось дожить до этого дня, он умер несколькими месяцами раньше.

О гелии, об интересном пути его открытия, нам еще придется сказать в дальнейшем. Это легчайший из газов, за исключением водорода, и идет он на наполнение дирижаблей, так как он не горюч и не взрывает в смеси с воздухом. Им же наполняют газосвечные лампы, сигнализирующие сквозь туман. При прохождении через гелий тока, он светит красным светом.

Газ разнообразного применения

Это уже отчасти знакомый вам хлор. Выйдемте в сад, и я ближе познакомлю вас с этим газом, так как, добывая его в комнате, мы рискуем очутиться в положении одного химика-дилетанта, который своими опытами переполошил всех жильцов многоэтажного дома.

Чтобы самому экспериментатору не стать жертвою газа, лучше, делая опыты, дышать через платок, смоченный раствором гипосульфита натрия. Техники так и зовут его антихлором, применяя для удаления следов хлора из отбеливаемых последним пряжи, тканей и бумажной массы.

Вообще, надо заметить, что хлор задолго до использования в военном деле готовился в больших количествах для различных технических целей, а опыт войны привел к применению хлора в земледелии для отравления вредителей растительности. Им же отравляют разносителей чумных бактерий.

В виде белильной извести и хлорной воды этот газ является испытанным дезинфекционным средством. Сравнительно недавно медики научились дезинфицировать им живой организм человека. Оказывается, что если вдыхание воздуха, содержащего достаточную примесь хлора, вызывает удушье и даже смерть, то воздух с очень ничтожным содержанием хлора вылечивает от гриппа и других болезней дыхательных путей убивая болезнетворных микробов, но не разрушая тканей организма.

Но самое любопытное, что хлор, будучи сам боевым газом, служит средством защиты от действия еще более страшного, чем он, газа иприта (горчичного газа). Иприт – это тоже одно из сложных производных хлора. Не испугайтесь его научного названия: дихлордиэтилсульфид.

Химик, впервые его открывший, писал о нем: «Поразительно, как вещество, с виду такое безобидное, мало летучее, почти нерастворимое в воде, с слабым запахом, с совершенно нейтральной реакцией и с химической структурой, при которой совершенно нельзя предполагать столь опасных свойств, – оказывает такое сильное действие».

А надо отдать справедливость, действие иприта чрезвычайно сильное.

Тяжелые ожоги кожи, трудно заживающие, гноящиеся язвы, гнойное воспаление легких, слепота, бронхит, лихорадка, наконец, смерть – таковы следствия отравления ипритом.

Эта маслянистая бесцветная жидкость, разлитая на каком-либо пространстве, может держаться в почве в течение месяцев, все время делая местность необитаемой.

Средство его обеззараживания – нейтрализация иприта хлором. Как тут не вспомнить пословицу: «клин клином вышибают!»

Попутно скажу, что еще ужаснее иприта другое сложное производное хлора, мышьяка, углерода и водорода – люизит, хотя не испытанный на полях сражения, но практиковавшийся капиталистами для «бескровного» разгона рабочих демонстраций и стачечников. Его называют «смертельной росой». Предполагают, что 50 аэропланов, несущих начиненные люизитом бомбы, могут уничтожить все население Нью-Йорка…

Что одно и то же вещество может являться и ядом, и лекарством, химикам давно известно.

Например, иприт в определенной дозе и смеси уже испытывался в качестве средства для лечения чахотки.

Кто же в наше время не знает, что такие страшные яды, как мышьяк, стрихнин, синильная кислота и прочие с успехом применяются в медицине? Невинные лавровишневые капли содержат синильную кислоту, одна капля которой, если ее взять в чистом виде, способна умертвить лошадь.

Начальник химической службы США сказал, что со времени изобретения пороха ничто не внесло таких изменений в способы ведения войны, как отравляющие вещества. С момента, когда действие этих веществ станет независимо от погоды, методы войны резко изменятся. Одежда бойцов должна стать газонепроницаемой, пища исключительно консервированной в запаянных жестянках, тяга исключительно механической, убежища должны иметь приток кислорода, и пр. и пр.

Страшная вещь ураганный артиллерийский обстрел!.. А знаете, какой незначительный эффект он дает в сравнении с количеством выпущенного металла?

Вот цифры: длительный обстрел 25000 снарядов дал 2 убитых и 25 раненых, столько же снарядов с отравляющими веществами вывели из строя 300 человек.

Трудно, конечно, сказать, какие именно отравляющие вещества путем газовых атак и «химических» бомб, сбрасываемых с аэропланов, применят империалистические державы в подготавливаемых ими войнах.

Одно несомненно, – что учиться защите от отравления «военным газом» должен каждый из нас. Одна из лучших мер – противогаз, т. е. защитная маска и костюм. Надев их, человек дышит через вещества, связывающие химически отравляющие вещества, следовательно, обезвреживающие их, и тем защищает кожные покровы.

Теперь уже выработаны и универсальные противогазы, позволяющие свыше часа оставаться в атмосфере, в которой моментально гибнет всякое живое существо, не снабженное противогазом.

Итак, аппарат для получения хлора мною уже собран и готов для обозревания.

Он несложен и состоит из колбы с воронкой и газоотводной трубкой, опущенной прямо на дно стеклянного цилиндра для сбора газа.

Цилиндр сверху прикрыт куском картона с отверстием для трубки.

Хлор в два с половиной раза тяжелее воздуха, так что его можно, в особенности на открытом воздухе, собирать таким упрощенным способом.

В воде же он хорошо растворяется, – в холодной лучше, чем в горячей; поэтому, если собирать его под водою, как мы это делали с водородом, то воду надо брать как можно более горячей, хотя при этом трудно избежать лопания сосудов для сбора газа.

В колбе находится тесто из перекиси марганца с соляной кислотой. Колба стоит на треножнике, покрытом проволочной асбестированной сеткой (для равномерного нагревания колбы), под которую я поставил спиртовую лампочку. Нагревать надо слегка.

Зажигаю спирт, и реакция начинается. Замечаете, как желтеет воздух в колбе?

Богатая кислородом перекись марганца отдает его соляной кислоте, отнимая от последней водород. Марганец же в обмене поглощает хлор, обращаясь в хлористый марганец, но так как всего выделяющегося при этом хлора он связать не может, то часть газа остается в свободном состоянии.

Этот зеленовато-желтый газ, постепенно вытесняющий воздух из колбы и цилиндра, и есть хлор. Вы, вероятно, уже чувствуете его запах, так как он наполнил сборный сосуд и начал переливаться через край. У меня под рукой несколько таких цилиндров. Заменяю цилиндр, наполненный хлором, новым, а первый прикрываю куском стекла.