Шоу-химия. Разложение бихромата аммония (Химический вулкан)

"И ты, Вулкан, что пред горнами
В дне ада молнию куешь!"
(Г.Р. Державин, "Афинейскому витязю")

Самый известный из "домашних" вулканов -- дихроматный --первым наблюдал немецкий химик Рудольф Бёттгер, который прославился как изобретатель современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина.

Вулкан Бёттгера

В 1843 году Рудольф Бёттгер получил дихромат аммония (NH 4) 2 Cr 2 O 7 -- оранжево-красное кристаллическое вещество. Он решил испытать это вещество. Насыпав на тарелку горку кристаллов, он поднес к ней горящую лучинку. Кристаллы не вспыхнули, но вокруг конца горящей лучинки что-то "закипело", начали стремительно вылетать раскаленные частицы. Горка стала увеличиваться и скоро приняла внушительные размеры. Изменился и цвет: вместо оранжевого он стал зеленым. Позднее было установлено, что дихромат аммония самопроизвольно разлагается не только от зажженной лучинки или спички, но и от нагретой стеклянной палочки. При этом выделяется газообразный азот, пары воды, твердые частички раскаленного оксида хрома и большое количество теплоты. Идет внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция.

Вулкан Лемери

Французский химик, аптекарь и врач Никола Лемери (1645--1715) в свое время тоже наблюдал нечто похожее на вулкан, когда, смешав в железной чашке 2 г железных опилок и 2 г порошкообразной серы, дотронулся до нее раскаленной стеклянной палочкой. Через некоторое время из приготовленной смеси начали вылетать частицы черного цвета, а сама она, сильно увеличившись в объеме, так разогрелась, что начала светиться. Вулкан Лемери -- результат простой химической реакции взаимодействия железа и серы с образованием сульфида железа. Эта реакция протекает весьма энергично и сопровождается значительным тепловыделением.

Ферратный вулкан

Чтобы показать этот опыт, тоже очень эффектный, смешивают 1 г железного порошка или пудры с 2 г сухого нитрата калия, предварительно растертого в ступке. Смесь помещают в углубление горки, сделанной из 4--5 столовых ложек сухого просеянного речного песка, смачивают этиловым спиртом или одеколоном и поджигают. Начинается бурная реакция с выделением искр, буроватым дымом и сильным разогревом. При взаимодействии нитрата калия с железом образуется феррат калия и газообразный монооксид азота, который, окисляясь на воздухе, дает бурый газ -- диоксид азота. Если твердый остаток после окончания реакции поместить в стакан с холодной кипяченой водой, получится красно-фиолетовый раствор феррата калия.

Все три вулкана будут выглядеть особенно эффектно, если показывать их в вечернем полумраке на открытом воздухе. А если вы занимаетесь "химической вулканологией" в помещении, позаботьтесь о безопасности зрителей, усадив их подальше от демонстрационного стола: вдыхание продуктов "вулканических" реакций очень вредно! Нельзя наклоняться над "вулканом" и прикасаться к нему, пока процесс не закончится и все вещества не остынут!!!

Безопасный вулкан

Чтобы приготовить вулкан, вполне безопасный и тем не менее очень эффектный, потребуется тарелка, пластилин, питьевая сода (гидрокарбонат натрия), уксусная кислота (можно воспользоваться столовым уксусом - 3 - 9%-ным раствором уксусной кислоты), краситель (можно взять фукорцин из домашней аптечки или красный пищевой краситель, или даже свекольный сок), любая жидкость для мытья посуды.

Пластилин делят на две части и одну из них раскатывают в плоский "блин" - основание вулкана, а из второй лепят полый конус с отверстием наверху (склоны вулкана). Защепив обе части по краям, надо налить внутрь воду и убедиться, что "вулкан" не пропускает ее снизу. Объем внутренней полости "вулкана" не должен быть очень велик (лучше всего 100-200 мл, это емкость чайной чашки или обычного стакана). Вулкан на тарелке ставят на поднос.

Чтобы "зарядить" вулкан "лавой", готовят смесь жидкости для мытья посуды (1 столовая ложка), сухой питьевой соды (1 столовая ложка) и красителя (достаточно нескольких капель). Эту смесь наливают в "вулкан", а потом добавляют туда уксус (четверть чашки). Начинается бурная реакция с выделением углекислого газа . Из жерла вулкана показывается ярко окрашенная пена...
После опыта не забудьте тщательно вымыть тарелку.

Перед нами новый наборчик для любителей химических опытов из серии «Суперпрофессор». В этот раз нам предстоит наблюдать за извержением вулкана и за фараоновыми змеями.

Важно! Эти эксперименты нужно проводить только на природе – бывает много огня и пепла!

А о наших экспериментах, которые мы проводили дома смотрите в статьях « « ».

В этот раз мы решили начать свои химические опыты с оживления фараоновых змей.

Qiddycome: Серия «Лучшие химические опыты и эксперименты: Фараонова змея»

Для этого химического опыта нам понадобились:

• Выпарительная чаша
• Сухое горючее
• Спички
• Ножницы (или пинцет)
• Глюконат кальция – 3 таблетки
• Перчатки

Проведение химического опыта «Фараоновы змеи»

1. В чашу кладем таблетку сухого горючего и поджигаем его.
2. Щипчиками осторожно кладем на огонь таблетку глюконата кальция.

Таблетка превращается в фараонову змею, которая выползает из чаши и растет, пока не рассыпется в пепел.

Глюконат кальция нужно положить в центр горящей таблетки, тогда фараоновы змейки будут жирненькие 🙂 Мы сначала одну таблетку глюконата кальция положили в центр, а две по краям и на видео видно, как отличаются змейки по размеру. Потом мы передвинули глюконат кальция в центр и все фараоновы змейки весело заструились.

Посмотрите по видео, как ползают фараоновы змеи:

Научное объяснение химического опыта «Фараоновы змеи»

Когда глюконат кальция разлагается, то образуются оксид кальция, углерод, углекислый газа и вода. Объем продуктов разложения гораздо больше объема исходного продукта, поэтому и получается такой интересный эффект.

В наборе «Суперпрофессор» ингредиенты рассчитаны на трехкратное повторение химического опыта «Фараоновы змеи».

Qiddycome: Серия «Лучшие химические опыты и эксперименты: Вулкан»

Как и большинство блогомамочек, мы с Олесей делали несколько раз вулкан из соды и уксуса. Я думала, что и в коробочке будет что-нибудь подобное. Но я здорово ошибалась. Эксперимент по извержению здесь был совершенно другой – намного круче!

Для эксперимента «Вулкан» мы использовали:

• Выпарительная чаша
• Фольга (негорючий жаропрочный материал)
• Дихромат аммония (20 г)
• Перманганат калия (10 г)
• Глицерин – 5 капель
• Пипетка
• Перчатки

Проведение химического опыта «Вулкан»

1. Стелим на стол фольгу и ставим на нее выпарительную чашу.
2. Насыпаем в чашу дихромат аммония (половину баночки) и делаем на вершине горки углубление.
3. В углубление засыпаем перманганат калия.
4. Набираем несколько капелек глицерина и капаем на перманганат калия.

Через несколько минут наш вулкан загорелся. Сам! Без поджигания!

Вот видео нашего горящего вулкана:

Научное объяснение химического опыта «Вулкан».

Оказывается, что дихромат аммония горит сам по себе, если его поджечь. Но в нашем эксперименте в качестве запала сработала смесь перманганата калия и глицерина. Из-за реакции этой смеси начало выделяться тепло, которое и привело к возгоранию дихромата аммония.

Извержение горящего вулкана — потрясающий химический опыт ! Интереснее эксперимента мы, наверное, еще и не проводили!

Посмотреть, как извергается вулкан в домашних условиях можно не только по телевизору. С помощью небольшого химического эксперимента вы устроите настоящее извержение на сказочном острове.

Из этой статьи вы узнаете

Все что нужно

Для опыта понадобится немного бытовой химии и декоративные элементы для создания острова. Остров с вулканом можно сделать из природных материалов или использовать наборы сенсорных коробок с динозаврами.

Макет вулкана лепят из пластилина. Создание сказочного вулканического острова для опыта является главной его составляющей и служит для развития у ребенка воображения и творческих способностей. Такие занятия помогут привить любовь к химии и географии. Мелкую моторику пальцев рук, ребенок будет разрабатывать во время изготовления пластилинового рельефа местности и его обитателей.

Для изготовления острова нужны:

• картон;
• степлер или узкий скотч;
• коробка с цветным пластилином;
• маленькие игрушки животных;
• разноцветные камешки;
• большая пластиковая коробка или миска, в которой будет стоять остров;
• стеклянная или пластиковая емкость объемом 200 мл для жерла вулкана.

Для проведения опыта понадобятся:

• сода 20 г;
• пищевой краситель:
• уксус 9%;
• моющее средство для посуды 25 мл;
• вода 100 мл.

Обычно опыт происходит до тех пор, пока у мамы не заканчивается вся сода и весь уксус, поэтому запаситесь терпением.

Самостоятельно без взрослых опыт детям проводить нельзя. При попадании уксуса в глаза или в рот ребенка может произойти ожог слизистых, а при проглатывании – ожог пищевода.

Делаем сказочный остров

Можно соорудить остров в большой пластиковой емкости. Налить настоящую воду, выложить дно круглой галькой. Емкость для вулкана сделать из баночки для детского питания или старого стакана. Для горы, внутри которой будет стоять емкость нужно сделать картонный макет, его ребенок с удовольствием обмажет пластилином.

Последовательность изготовления вулканической горы:

• вырезают из плотного картона круг нужного диаметра;
• делают надрез от края до центра круга;
• сворачивают конус;
• края конуса скрепляют при помощи степлера или скотча;
• обрезают верхнюю часть конуса на высоте равной выбранной для вулкана емкости;
• помещают емкость внутрь конуса.

Сверху гору обмазываю пластилином. Для этого раскатывают небольшие пластилиновые лепешки коричневого цвета и прилепляют к бумажному конусу, полностью закрывая картон. Верх вулкана можно сделать из красного пластилина, который будет имитировать раскаленную лаву.

Устанавливают вулканическую гору на сухой островок из гальки. Рассаживают вокруг маленьких резиновых зверей, которые есть среди детских игрушек. Разноцветных удивительных динозавров или волков, лисиц, зайчиков, медведей и других обитателей леса и джунглей. В зависимости от того каких зверей посадили, подбирают растительность для острова. Большие древовидные папоротники и хвощи для динозавров, и обычные елочки и березки для зайчиков и лисиц.

Пластмассовые растения тоже часто продаются в наборах для детских игр. Можно использовать листик живого папоротника и веточки растений, если за окном лето. Растения можно также слепить из пластилина, изготовить из ниток и бисера или обычного картона.

Можно сделать из картона небольшие домики, для пластмассовых индейцев и солдатиков. Использовать картон для изготовления растений и домиков лучше в том случае, когда остров будет находиться в емкости с окрашенным в голубой цвет песком вместо воды или на синем пластилиновом море.

Проведение эксперимента

Наконец остров готов. Все игрушечные звери и люди замерли в ожидании интересного события – извержения вулкана. Они знают, что вулкан ненастоящий и поэтому не боятся его.

Для проведения опыта насыпают в баночку-жерло вулкана столовую ложку соды. Добавляют столовую ложку моющего средства для посуды. Пищевой краситель красного или оранжевого цвета растворяют в 100 миллиграммах воды и вливают к соде и моющему средству. Основа для опыта готова, осталось добавить уксус. Маме, можно дать ребенку наливать самостоятельно уксус в вулкан, под ее присмотром, чтобы он не сделал это в ее отсутствие. Лучше повторить опыт на бис, наливая уксус в «жерло» вулкана и насыпая туда соду, пока ребенку это интересно и он просит повторить опыт.

При добавлении уксуса сода начнет пениться, извергаясь из «жерла вулкана», как красная или оранжевая лава. Моющее средство позволит «лаве» дольше и обильнее пениться, переливаясь из жерла и затапливая окрестности вместе с растениями и животными, которые по неосторожности разместились слишком близко.

Послесловие

Опыт с вулканом для маленьких детей безопаснее всего проводить с помощью соды и уксуса. Его можно повторять много раз, а достать необходимые материалы для опыта не составит труда.

Самое интересное в опыте это создание с ребенком своего сказочного острова, который можно использовать не только для химического опыта «Вулкан», но и для увлекательной игры.

С детьми старшего возраста можно провести опыт «Вулкан» в домашних условиях с применением
, перманганата калия и глицерина. Для опыта дихромат аммония насыпают в выпарительную чашу в виде горки, в середине которой делают углубление. Добавляют в углубление немного перманганата калия и несколько капель глицерина.

Через несколько минут из-за взаимодействия перманганата калия и глицерина произойдет возгорание дихромата аммония. Из вулкана посыплют искры во все стороны, и начнет извергаться фонтанчик огня. Чашу перед началом эксперимента необходимо поставить на фольгу, чтобы не сжечь поверхность, на которой будет проходить эксперимент.

Дихромат аммония можно просто поджечь, и он будет гореть подобно вулкану, извергая искры. Опыт захватывающий, но без присутствия взрослых детям его лучше не разрешать делать. Ожоги могут вызвать не только искры, но и используемые химические вещества.

Удачных вам экспериментов!

В фарфоровой ступке разотрите 50 гр оранжево-красных кристаллов бихромата аммония (NH4)2Cr2O7. Порошок насыпьте горкой на большой лист металла или асбестового картона. На вершине "вулкана" сделайте углубление "кратер" и налейте туда 1-2 мл. спирта. Спирт поджигают, в помещении гасят свет. Начинается активное разложение бихромата аммония. При этом появляется сноп ярких искр и образуется серовато зеленый Cr2O3 "вулканический пепел". Объем оксида хрома во много раз превышает объем исходного бихромата аммония. Опыт очень напоминает извержение настоящего вулкана, особенно на заключительной стадии, когда снопы красных искр прорываются из глубины пушистого Cr2O3. Реакция разложения бихромата аммония протекает с выделением большого количества тепла, поэтому после поджигания соли она протекает самопроизвольно - до тех пор, пока весь бихромат не разложится.

(NH4)2Cr2O7 = Сr2O3 + N2 + 4H2O

Впервые за разложением бихромата аммония наблюдал первооткрыватель этого вещества - Рудольф Беттгер (1843 г.).

Есть несколько модифицированных вариантов данного опыта. Например, насыпьте горку сахарной пудры и сделайте в ней углубление, в которое засыпьте бихромат аммония (NH4)2Cr2O7. Подожгите бихромат. Начало опыта ни чем не отличается от описанного выше эксперимента. Однако, оксид хрома Сr2O3, который образовался в результате разложения, является катализатором окисления сахарозы. Поэтому если в конце разложения бихромата смесь перемешать, опыт перейдет во вторую стадию. Потом почти сгоревшую, но еще горячую горку посыпьте селитрой, при этом получатся красивые мерцающие огни, разъедающие массу.

Источник www.chemistry-chemists.com

Химические элементы, из которых состоит всё сущее, могут образовывать невероятные соединения. Они обладают уникальными свойствами и участвуют в синтезе важнейших веществ, применяемых в промышленности. Одним из таких соединений является дихромат калия, о котором расскажет данная статья.

Физические свойства

Дихромат калия многолик. Химическая формула данного вещества - K 2 Cr 2 O 7 . Оно имеет нескольких имён. Техническое название реактива - хромпик. Иногда K 2 Cr 2 O 7 встречается под наименованием "калий двухромовокислый".

При комнатной температуре вещество представляет собой оранжевые кристаллы с удельной плотностью 2,68 г/см 3 . Если приглядеться внимательнее, то вы заметите их триклинную структуру. Как и многие другие соединения, при повышении температуры кристаллическая решётка хромпика видоизменяется - так образуются моноклинная форма. Это можно наблюдать после прохождения порога в 257 градусов Цельсия.

Соединение может похвастаться неплохой растворимостью в воде. С ростом температуры она повышается. При 20 ⁰C в жидкое состояние перейдёт 12,5 граммов вещества, а при кипении - 100 г. В спирте и аммиаке хромпик нерастворим, а с фтороводородом вступает в реакцию.

Температура плавления довольна низка и составляет всего 396 ⁰C. При 610 ⁰C происходит полное термическое разложение с образованием K 2 CrO 4 , трехокиси хрома (III) и кислорода.

Получение и очистка

Для получения K 2 Cr 2 O 7 используется раствор натриевого хромпика и хлорида калия. Их смешивают и подвергают сильному нагреванию до температуры 1200 ⁰C. В таких условиях протекает реакция обмена:

2KCl+Na 2 CR 2 O 7 → K 2 Cr 2 O 7 +2NaCl

Для очистки кристаллов в лабораторных условиях используют метод перекристаллизации. Готовят раствор, разводя 100 граммов дихромата калия в 1 литре горячей воды. Его тщательно перемешивают, фильтруют и подвергают упариванию так, чтобы от первоначального объёма осталось около 1/7. Остаток охлаждают при постоянном перемешивании. Таким путем образуются мелкие кристаллы, которые следует отфильтровать под тягой при помощи воронки Бюхнера. В процессе нужно провести три промывания очень холодной водой.

Трёхкратная перекристаллизация позволит получить образец с содержанием реагента дихромат калия от 99,92 до 100 %. Чтобы добиться такой чистоты готовят раствор из 100 граммов препарата и 150 мл кипятка. Его хорошо перемешивают и выливают тонкой струйкой в эксикатор или фарфоровую чашку. По мере охлаждения образуются кристаллы, которые фильтруют на пористой стеклянной воронке или платиновом конусе. Проводится сушка при 100 ⁰C в течение 2—2,5 часов. Полученное твердое образование дробят и продолжают прогревать при 200 ⁰C ещё в течение 12 часов. Такую последовательность действий повторяют 3 раза.

Окислительные свойства

Одним из сильнейших окислителей является дихромат калия. Химические свойства этого вещества можно наблюдать в следующих опытах:

• При сильном нагревании фарфоровой чашки с небольшим количеством реагента его кристаллы превращаются в расплав тёмного цвета. После охлаждения прокалённый остаток приобретает зелёный оттенок, а раствор этого вещества окрашен в жёлтый. То, что осталось на черепке, является трехокисью хрома, а жидкая фаза - K 2 CrO 4 .
• В щелочной среде происходит восстановление реагента до оксидов. Растворите 3 грамма кристаллов в 50 мл дистиллированной воды. Долейте немного K 2 CO 3 . Произойдёт реакция с выделением CO 2 , раствор окрасится в жёлтый оттенок - образовался K 2 CrO 4 . При добавлении кислоты вновь образуется бихромат красно-оранжевого цвета.
• Реагент способен восстанавливать галогены из соединений. Прокипятите 5 мл K 2 Cr 2 O 7 и 3 мл соляной кислоты. В результате реакции выделится газообразный свободный хлор. Хромпик превратится в зелёную трехокись. Опыт проводится только под сильной тягой!
• Хромовокислые соли свинца и серебра нерастворимы. Если к K 2 Cr 2 O 7 добавить AgNO 3 , произойдёт реакция обмена с выпадением красно-коричневого осадка Ag 2 CrO 4 . Тот же механизм восстановления происходит при реакции с нитратом свинца, который даёт жёлтый нерастворимый остаток.
• Сами кристаллы хромпика также обладают окислительными свойствами. Если их нагреть с серой, то реагент восстановит её до сульфида калия и трехокиси. Проведя ту же манипуляцию с углеродом, получите K 2 CO 3 , CO 2 и оксид хрома (III).

Опыт "Извержение вулкана"

Одним из наиболее впечатляющих химических опытов является «извержение вулкана». Его демонстрация потребует специального оборудования, нацеленного на защиту органов дыхания. Для эксперимента придётся прикрыть кожные покровы и надеть респиратор, ведь продуктом реакции станет ядовитая трехокись хрома, которая вредна для человека.

На несгораемую подложку, в качестве которой можно использовать асбестовое полотно, кафель или кристаллизатор, помещается небольшая кучка двухромовокислого калия (альтернативный реагент (NH 4) 2 Cr 2 O 7). В центре сделайте углубление, капните спирт и подожгите его. По мере горения происходит разложение хромпика с образованием кислорода. Газ включается в реакцию и обеспечивает эффект синего пламени. На лабораторном столе бушует настоящий вулкан! Остальными продуктами горения станут K 2 CrO 4 , трехокись хрома (III). Эти вещества очень токсичны, при попадании на кожу вызывают ожоги и изъязвления.

"Фараонова змея"

Не менее интересен опыт под названием «фараоновы змеи» с использованием реактива дихромат калия. Реакции с его участием выглядят впечатляюще: растворы меняют цвет, кристаллы разлагаются с образованием окрашенного в зелёный оттенок оксида Cr 2 O 3 .

Чтобы получить «змею», разотрите в ступке смесь из равных частей хромпика и сахара, добавьте половину порции нитрата натрия. Все компоненты увлажните и подмешайте немного коллодия. Возьмите стеклянную трубочку и запрессуйте туда кашицу. Подожгите один конец сосуда, и вы увидите, как из другого начнёт выползать чёрная «змейка». Когда она остынет, то окрасится в зелёный цвет. При этом сахароза сгорает до углерода, нитрат натрия разложится с образованием O 2 и NaNO 2 , а хромпик образует трехокись.

Выращивание кристаллов

Если приготовить насыщенный раствор бихромата калия, можно вырастить фантастические кристаллы. Выглядят они весьма впечатляюще, а сделать такую красоту очень просто. Достаточно поставить стакан с горячим раствором в место, защищённое от света, вибрации и сквозняка. Внутрь ёмкости опустите верёвочку и закрепите её на краю. Нужно подождать несколько дней, и вы увидите, как на нитке образуются красно-оранжевые кристаллы.

Применение в промышленности

Дихромат калия нашёл применение сразу в нескольких отраслях промышленности. Его используют в производстве пигментов для лакокрасочных изделий, для дубления кожи, дезинфекции семян. Окислительные свойства позволяют применять хромпик для создания спичечных головок, борьбы с коррозией металлов, изготовления пиротехнических изделий и сухих электролитов.

Смесь реагента с концентрированной серной кислотой — идеальное средство для мытья химической посуды.