2Sb + 3Cl2 = 2SbCl3
2Sb + 5C12 = 2SbCl5
Горят, конечно, не крупные изделия из металла, а тончайшие его порошки, приготовление которых требует известного искусства. Первым, кто обнаружил это свойство порошкообразного железа, был немецкий химик Генрих Густав Магнус в 1825 г. Сейчас уже трудно установить, зачем он стал нагревать оксалат железа(II) FeC2O4∙2H20, но его явно заинтересовал черный продукт термического разложения, который он принял за оксид железа FeO. Высыпав его еще теплым из сосуда, где шло разложение, в фарфоровую чашку, изумленный Магнус увидел сноп искр. И он сам, и его коллеги-химики повторяли много раз этот опыт и пришли к выводу, что «из оксида железа оставшееся тепло выходит в виде света». Только позднее было установлено, что воспламеняются мельчайшие частички металла.
Для получения самовоспламеняющихся («пирофорных») порошков Железа применяется термическое разложение соли щавелевой кислоты Н2С2O4 — оксалата железа(П) FeC2O4∙2Н2О. Эту соль надо заранее получить, сливая растворы сульфата железа(П) FeSO4 и оксалата аммония (NH4)2C2O4. Выпадает лимонно-желтый осадок:
FeSO4 + (NH4)2C2O4 + 2Н2O = FeC2O4∙2H2O↓ + (NH4)2SO4
Осадок отфильтровывают и высушивают между листами фильтровальной бумаги. Сухой порошок FeC2O4∙2Н20 засыпают в пробирку на1/4 ее объема и прокаливают, держа ее в пламени газовой горелки с небольшим наклоном в сторону отверстия. Прокаливание ведут при умеренной температуре (150—200 °С). Разложение FeC2O4∙2H2O отвечает уравнению:
FeC2O4 · 2Н2O = Fe + 2СО2↑ + 2H2O↑
Капли воды снимают со стенок пробирки трубочкой, свернутой ид фильтровальной бумаги. Как только лимонно-желтый порошок почернеет, нагревание прекращают, а пробирку закрывают пробкой, Еще теплое содержимое пробирки высыпают порциями в трубку высотой 1 м в шириной 3—4 см, установленную на асбестовом или металлическом листе. Черный порошок железа, высыпаясь из пробирки, самовоспламеняется и сгорает, образуя красивый сноп искр:
3Fе + 2O2 = (FeIIFe2III)O4
Продукт реакции – тетраоксид дижелеза(III)-железа(II). Средний размер частиц порошкообразного железа около 5·10-3 мм. Их огромная поверхность соприкосновения с воздухом резко повышает скорость окисления железа. При этом выделяется так много теплоты, что порошок воспламеняется.
И с помощью лимонной кислоты...
Пирофорный порошок железа получается и из цитрата железа. Чтобы получить цитрат железа(II) Fe3(C6H3O7)2, в водный раствор лимонной кислоты Н3{С6Н5О7) вносят небольшими порциями мелкие железные опилки, а смесь нагревают. При этом железо химически растворяется, выделяя водород:
3Fe + 2Н3(С6Н5O7) = Fe3(C6H5O7)2 + 3H2↑
Раствор цитрата железа(II) упаривают до начала кристаллизации соли, охлаждают, затем отфильтровывают и сушат выпавшие кристаллы. Реакция термического разложения Fe3(C6H5O7)2∙Н2О сопровождается выделением монооксида углерода СО и углерода:
Fe3(C6H5O7)2∙Н2O = 3Fe + 9СО↑ + 3С + 6Н2О↑
Красивый сноп искр можно получить, высыпая в пламя горящей спиртовки порошки таких металлов, как алюминий, титан, цирконий или магний. Порошок сбрасывают с фарфоровой ложечки или со шпателя небольшими порциями. При горении порошков металлов образуются оксиды А12O3, TiO2, ZrO2 и MgO. В опыте не следует использовать тончайшие порошки (пыль или пудру) этих металлов: в пламени они могут взорваться. Пудра циркония может взорваться уже при комнатной температуре.
Возьмите жестяную консервную банку, наполните ее на 3/4 объема снегом и положите в середину 3—4 гранулы карбида кальция. Сверху засыпьте гранулы СаС2 снегом и поднесите к банке горящую спичку. Снег вспыхивает и горит коптящим пламенем.
Суть этого опыта в том, что при реакции СаС2 с водой (взятой в виде снега) выделяется ацетилен. Именно ацетилен горит коптящим пламенем, создавая иллюзию горения снега.
В фарфоровой чашке смешайте 10 мл этилового спирта С2Н5ОН, 10 мл концентрированной серной кислоты и 2 г буры Na2B4O7∙10Н2О. Теперь подожгите смесь. Она будет гореть красивым зеленым пламенем.
При взаимодействии С2Н5ОН, H2SO4 и Na2B4O7∙10Н2O получается борно-этиловый эфир состава В(ОС2Н5)3:
12С2Н5ОН + H2SO4 + Na2B4O7 = 4В(ОС2Н5)3 + Na2SO4 + 7Н2O,
который горит, образуя пламя зеленого цвета
2В(ОС2Н5)3 + 18O2 = В2O3 + 12СО2 + 15Н2O
Очень эффектный опыт – горение борно-этилового эфира на выходе простой установки, состоящей из конической колбы, пробки и газоотводной трубки. Для опыта следует подготовить 5—10 г борной кислоты — гидроксида бора В(ОН)3, 50 мл этилового спирта С2Н5ОН и 50 мл концентрированной серной кислоты H2SO4. Смешивают в колбе гидроксид бора со спиртом, вносят туда же серную кислоту, закрывают пробкой с трубкой и ставят нагревать на электрическую плитку. Как только в жидкости начнут появляться пузырьки газа, содержимое колбы перемешивают, вращая ее, и после этого подносят горящую лучинку к выходному отверстию газоотводной трубки. Появляется зеленое пламя, которое лучше всего наблюдать, выключив свет в помещении.
Смешайте на сухой бумаге одинаковые объемы (не больше чем по одной ложечке) порошков перманганата калия, древесного угля и порошка железа. Смесь насыпьте в пробирку из тугоплавкого стекла или железный тигель, поместите в кольцо или в лапку штатива (пробирку — выходным отверстием вверх) и нагревайте пламенем спиртовки или газовой горелки.
Вскоре из смеси начинает вылетать поток ярко светящихся частиц! настоящий «звездный дождь». Уголь и железо окисляются кислородом, выделяющимся при термическом разложении перманганата калия.
В небольшой стеклянный цилиндр на высоту 10—12 см налейте концентрированную серную кислоту. Сверху осторожно налейте этиловый спирт С2Н5ОН, наполнив цилиндр почти до верха. Затем в цилиндр всыпьте предварительно измельченные кристаллы перманганата калия.
Падающие крупинки КМnО4 достигают границы, разделяющей спирт и серную кислоту, и вызывают вспышки огней, так что в течение нескольких минут можно наблюдать в жидкости настоящий фейерверк!
Огни в жидкости возникают, когда этанол мгновенно воспламеняется при контакте с оксидом марганца(VII), который образуется при реакции КМnO4 и H2SO4.
Химик-«факир» может одним движением руки зажечь костер без спичек. Конечно, подобного рода спектакль должен быть тщательно подготовлен.
На железный лист или на кирпичи кладут несколько кристаллов перманганата калия и смачивают их концентрированной серной кислотой. Вокруг раскладывают древесные щепки, устраивая «костер». Важно, чтобы щепки не касались кристаллов КМпO4. «Факир» смачивает этиловым спиртом небольшой клочок ваты и незаметно зажимает его между пальцами. В момент, когда нужно зажечь «костер», вполне достаточно выдавить капли спирта из ватного тампона — так, чтобы они попали на смесь перманганата калия с серной кислотой, где в соответствии с уравнением реакции, приведенным ранее, образуется оксид марганца(VII) — сильнейший окислитель, поджигающий этанол.
«Костер» мгновенно загорается. Надо иметь в виду, что «факир» должен сразу же убрать руку с ватным тампоном, иначе тампон тоже может загореться.
В кучку деревянных палочек, которая будет изображать костер, за пять минут до демонстрации опыта помещают гранулу натрия размером с горошину, а затем поливают ее водой, но не очень обильно (чтобы палочки не намокли и могли гореть). Этого будет достаточно, чтобы прошла реакция с выделением водорода и образованием большого количества теплоты:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Все это приводит к возгоранию «костра».
Чтобы зажечь костер без спичек, можно использовать красные кристаллы оксида хрома(VI) CrO3. Надо только очень тщательно просушить это вещество. Чтобы «костер» загорелся, нужно полить СгO3 небольшим количеством этилового спирта. При соприкосновении с сильным окислителем спирт вспыхивает, а пламя мгновенно охватывает костер:
4СгО3 + С2Н5ОН = 3Н2O + 2СO2 + 2Сг2О3
Сожгите немного (10—15 мл) этилового спирта в фарфоровой чашке. Обратите внимание: спирт горит почти бесцветным пламенем. Когда горение закончится, в ту же чашку налейте еще 10 мл спирта и 1 мл насыщенного раствора гидроксида бора В(ОН)3. Подожгите смесь, и вы тут же обнаружите: пламя стало ярко-зеленым! Зеленое пламя, получаемое при горении борно-этилового эфира, — отличная качественная реакция на присутствие соединений бора в пробе сжигаемого вещества.