ФАРАОНОВА ЗМІЇ

Фараоновими зміями називають цілий ряд реакцій, які супроводжуються утворенням пористого продукту з невеликого обсягу реагуючих речовин. Ці реакції супроводжуються бурхливим виділенням газу. У підсумку виглядає реакція так, ніби з суміші реагентів виповзає велика змія і повзе по столу, як справжня.

На цій сторінці ви дізнаєтесь про реакції, що супроводжуються утворенням "фараонових змій", познайомитеся з рівняннями цих реакцій і зможете подивитися вражаючі відео, яке демонструє перебіг таких реакцій. Частина з цих реакцій можна відтворити навіть у домашніх умовах або в шкільній лабораторії - з дотриманням усіх правил безпеки, зрозуміло. А інша частина реакцій, на щастя, вимагає наявності таких реагентів, яких ви ніде, крім як у спеціалізованих лабораторіях, не знайдете. На щастя - тому що багато хто з них высокотоксичны, і експериментувати з ними категорично не рекомендується.

1. Розкладання роданида (тіоціанат) ртуті - Hg (CNS)₂

Термічне розкладання роданида ртуті йде за рівнянням:

2 Hg(SCN)₂ = 2 HgS + CS₂ + C₃N₄

CS₂ + 3O₂ = CO₂ + 2SO₂

При нагріванні роданида ртуті утворюються чорна сіль - сульфід ртуті, нітрид вуглецю жовтого кольору і дисульфід вуглецю CS₂. Останній на повітрі спалахує і згоряє, утворюючи діоксид вуглецю CO₂ і діоксид сірки SO₂.

Нітрид вуглецю спучується утворюються газами, при русі він захоплює чорний сульфід ртуті (II), і виходить жовто-чорна пориста маса.

В результаті з шматочка роданида ртуті вилазить велика "змія" чорно-жовтого кольору, схожа на вужа, а то й не одна. Блакитне полум'я, з якого виповзає "змія" - це полум'я палаючого сірковуглецю CS₂. З 1 г тіоціанату амонію і 2,5 г нітрату ртуті в умілих руках може вийти змія довжиною 20-30 див

Розкладання тіоціанат ртуті - перша з відкритих реакцій цього типу. Її першовідкривач - студент Гейдельберзького університету Фрідріх Велер (1800-1882). Як-то раз восени 1820 року, змішуючи водні розчини тіоціанату амонію NH₄NCS і нітрату ртуті Hg(NO₃)₂, він виявив, що з розчину випадає білий осад. Велер відфільтрував розчин і висушив осад отриманого тіоціанат ртуті Hg(NCS)₂. З цікавості дослідник підпалив його. Осад загорівся і сталося диво: з непоказного білого грудочки, звиваючись, виповзла і стала рости довга чорно-жовта "змія".

Солі ртуті отруйні, і робота з ними вимагає обережності й уваги. Безпечніше показувати змію дихроматную.

2. Дихроматная змія

Спосіб 1. Змішують 10 г дихромата калію K₂Cr₂O₇, 5 г нітрату калію KNO₃ і 10 г цукру (сахарози) C₁₂H₂₂O₁₁. Потім розтирають суміш в ступці і зволожують етиловим спиртом C₂H₅OH або колодієм (він продається в аптеці). Потім цю суміш спресовують в скляній трубочці діаметром 5-8 мм.

Отриманий стовпчик виштовхують з трубочки і підпалюють з одного кінця. Спалахує ледь помітний вогник, з-під якого починає виповзати спочатку чорна, а потім зелена «змія». Стовпчик суміші діаметром 4 мм горить зі швидкістю 2 мм за секунду. При горінні він може подовжитися в 10 разів!

Реакція горіння сахарози в присутності двох окислювачів - нітрату калію і дихромата калію - досить складна. Продукти реакції - чорні частинки сажі, зелений оксид хрому (III) Cr₂O₃, розплав карбонату калію K₂CO₃, діоксид вуглецю CO₂ і нітрит калію KNO₂. Вуглекислий газ CO₂ спучує суміш твердих продуктів і змушує її рухатися.

Спосіб 2. Змішати 1 р дихромата амонію (NH₄)₂Cr₂O₇ 2 г нітрату амонію NH₄NO₃ і 1 г цукрової пудри. Змочити суміш водою, виліпити з неї паличку і висушити на повітрі. Якщо паличку підпалити, з неї в різні боки поповзуть чорно-зелені «змії».

При підпалюванні суміші відбуваються наступні реакції:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O,

NH₄NO₃ = N₂O + 2H₂O,

C₁₂H₂₂O₁₁ + 6O₂ = 6CO₂ + 11H₂O + 6C.

При розкладанні дихромата амонію утворюються азот N₂, водяна пара і зелений оксид хрому (III) Cr₂O₃. Реакція протікає з виділенням теплоти. В реакції термічного розкладання нітрату амонію виділяється безбарвний газ - оксид діазота N₂O, який вже при слабкому нагріванні розкладається на кисень O₂ і азот N₂. Горіння цукру дає ще один газ - діоксид вуглецю CO₂ , до того ж відбувається обвуглювання - виділення вуглецю. Великий об'єм газів плюс тверді продукти окислення - ось секрет «зміїного» поведінки суміші.

3. Гадюка з соди і цукру

Для проведення цього досвіду в столову тарілку насипають 3-4 ложки сухого просіяного річкового піску і роблять з нього гірку з поглибленням у вершині. Потім готують суміш, що складається з 1 чайної ложки цукрової пудри і 1/4 чайної ложки натрію гідрокарбонату NaHCO₃ (питна сода). Пісок просочують 96-98%-м розчином етанолу C₂H₅OH і насипають в поглиблення гірки приготовану реакційну суміш. Потім підпалюють гірку.

Спирт загоряється. Через 3-4 хвилини на поверхні суміші з'являються чорні кульки, а у підстави гірки - чорна рідина. Коли майже весь спирт згорить, суміш чорніє, і з піску повільно виповзає извивающаяся товста чорна «гадюка». У підстави вона оточена «коміром» догораючого спирту.

У цій масі відбуваються наступні реакції:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂,

C₂H₅OH + 3O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

Діоксид вуглецю CO₂, що виділяється при розкладанні гідрокарбонату натрію і горінні етилового спирту, а також водяні пари спучують гарячу масу, змушуючи її повзти, як змія. Чим довше горить спирт, тим довше виходить «змія». Вона складається з карбонату натрію Na₂CO₃, змішаного з найдрібнішими частинками вугілля, утвореного при горінні цукру.

4. Нітратний черв'як

Замість гідрокарбонату натрію можна використовувати нітрат амонію NH₄NO₃. В столову тарілку насипають 3-4 ложки просіяного річкового піску, роблять з нього гірку з поглибленням у вершині і готують реакційну суміш, що складається з 1/2 чайної ложки нітрату амонію і 1/2 чайної ложки цукрової пудри, ретельно перетертих в ступці. Потім у поглиблення гірки наливають 1/2 їдальні ложки етилового спирту і насипають 1 чайну ложку приготованої нітратно-цукрової суміші. Тепер, якщо підпалити спирт, на поверхні суміші відразу ж з'являються чорні кульки обвугленого цукрового піску, і слідом за ними виростає чорний блискучий і товстий "черв'як". Якщо нітратно-цукрової суміші було взято не більше 1 чайної ложки, то довжина черв'яка не перевищить 3-4 см. А його товщина залежить від діаметра поглиблення гірки.

Поява черв'яка викликано взаємодією нітрату амонію з цукром, яке виражається наступним рівнянням:

2NH₄NO₃ + C₁₂H₂₂O₁₁ = 11C + 2N₂ + CO₂ + 15H₂O.

"Хробака" приводять у рух гази: азот N₂, діоксид вуглецю CO₂ і пари води.

5. «Чорний удав» з склянки

Цей досвід являє собою вражаюче видовище. Цукрову пудру в кількості 75 г поміщають у високий скляний стакан, змочують її 5-7 мл води і перемішують довгою скляною паличкою. Потім до вологого цукру приливають по цій паличці 30-40 мл концентрованої сірчаної кислоти H₂SO₄. Потім суміш швидко перемішують скляною паличкою і залишають у стакані.

Через 1-2 хвилини вміст склянки починає чорніти, спучуватися і у вигляді пухкої, пухкої і ноздреватой маси підніматися, захоплюючи вгору скляну паличку. Суміш в стакані сильно розігрівається, навіть трохи димить, - і повільно виповзає із склянки.

Сірчана кислота віднімає від цукру (сахароза C₁₂H₂₂O₁₁) воду, руйнуючи його молекулярну структуру, і окислює його, перетворюючись при цьому в діоксид сірки SO₂. При окисленні цукру виходить діоксид вуглецю CO₂. Ці гази спучують утворюється вугілля і виштовхують його з склянки разом з паличкою.

Рівняння, що передає ці хімічні перетворення, виглядає так:

C₁₂H₂₂O₁₁ + 2H₂SO₄ = 11C + 2SO₂ + CO₂ + 13H₂O.

Діоксид вуглецю і сірки разом з парами води збільшують обсяг реакційної маси і змушують її підніматися вгору у вузькому стакані.

6. Уротропиновая змія

Для проведення цього досвіду вам слід запастися терпінням, але воно того варте!

Для досвіду знадобиться уротропін (гексаметилентетрамін - (CH₂)₆N₄). Таблетки уротропіну можна купити в аптеці - це антисептичний препарат. Підійде також "твердий спирт" (сухе пальне) - його можна придбати в господарському магазині. Тільки переконайтеся, що сухе пальне, яке ви купуєте, містить уротропін - воно буває різних видів. Щоб переконатися, що сухе пальне містить уротропін, проведіть простий досвід. Відламайте кілька шматочків сухого пального, покладіть їх у пробірку і трохи нагрійте. Якщо воно складається з уротропіну, ви відчуєте запах аміаку.

Щоб зробити "змію", потрібно виконати наступні дії. Одну таблетку "твердого спирту" або аптечного уротропіну покладіть на блюдце і 3-4 рази просочіть концентрованим водним розчином нітрату амонію NH₄NO₃, капаючи його з піпетки, а потім висушуючи. Кожен раз треба наносити по 5-10 крапель (0,5 мл розчину).

Висушування таблеток - сама важка частина досвіду: при кімнатній температурі на повітрі воно триває занадто довго. Але підвищувати температуру для прискорення процесу можна - уротропін розкладається при високій температурі. Тим більше не можна сушити таблетки на відкритому вогні: вони можуть спалахнути.

Просочену і висушену таблетку на блюдце слід підпалити з одного боку. І тут почнуться дива: з'являться чорні кульки киплячої рідини, які зливаються разом і утворюють подобу зростання "хвоста". Він згинається, а за ним з вогню виростає товсте тіло "змії". "Змія" зростає, упирається хвостом у блюдце, починає згинатися.

Розкладання уротропіну (CH₂)₆N₄ в суміші з нітратом амонію NH₄NO₃ призводить до утворення пористої маси, що складається з вуглецю, і великої кількості газів - діоксиду вуглецю СО₂, азоту N₂ і води:

(CH₂)₆N₄ + 2NH₄NO₃ + 7О₂ = 10C + 6N₂ + 2CO₂ + 16H₂O

Цікаво, що якщо змішати хімічно чистий уротропін і нітрат амонію, то розкладаються, не утворюючи твердих продуктів. Але в таблетки на стадії їх формування додають зв'язуючі речовини - парафін і тальк. Ось чому з'являється "тіло змії". А що виділяються гази спучують і рухають його.

7. Глюконатная змія

Це самий простий і безпечний спосіб отримання глюконатной змії - для цього достатньо піднести до полум'я таблетку глюконату кальцію, який продається в кожній аптеці. Можна покласти таблетку глюканату кальцію на таблетку сухого спирту і підпалити його. З таблетки виповзе світло-сіра "змія" з білими плямами, обсяг якої набагато перевищує обсяг вихідної речовини - вона може досягти 10-15 см. довжини

Розкладання глюконату кальцію, має склад Са[CH₂OH(CHOH)₄COO]₂ · H₂O призводить до утворення оксиду кальцію, вуглецю, вуглекислого газу і води.

Світлий відтінок «змії» надає оксид кальцію.

Недоліком утворюється «змії» є її крихкість - вона досить легко розсипається.

8. Фараонового змія з сульфаніламіду

Дуже простий спосіб отримання «фараонових змій» - це окислювальне розкладання сульфаніламідних лікарських препаратів (до них відносяться, наприклад, стрептоцид, сульгин, сульфадиметоксин, етазол, сульфадимезин, фталазол, бісептол). В ході окислення сульфаніламідних препаратів виділяється багато газоподібних продуктів реакції ( SO₂, H₂S , N₂, пари води), які спучують масу і формують пористу «змію».

Досвід проводять тільки під тягою!

На таблетку сухого пального поміщають 1 таблетку лікарського препарату і підпалюють паливо. При цьому відбувається виділення блискучою «фараонової змії» сірого кольору.

За своєю структурою «змія» нагадує кукурудзяні палички. Якщо виділяється «змію» акуратно підчепити пінцетом і обережно витягати, то можна отримати досить довгий «примірник».

9. Розкладання нитроацетанилида

Для досвіду знадобляться: фарфоровий тигель, трикутник, штатив, пальник, скляна паличка, шпатель. Дотримуватися правил роботи з концентрованою сірчаною кислотою. При виконанні досвіду не нахилятися над тиглем. Досвід виконується під тягою.

Змішаємо в фарфоровому тиглі органічна речовина білого кольору - нитроацетанилид і сірчану кислоту. Нагріємо суміш. Через кілька секунд з тигля вистрілить маса чорного кольору. Виділяються гази роблять масу дуже пористої і рихлою.

Чорний колір масі надає вуглець, утворюється у великих кількостях. В ще більших кількостях в ході реакції утворюються гази SO₂, NO₂ і CO₂, що спінюють вуглець.

До речі...

А чому "фараонова змії"? Змії - зрозуміло, але чому фараонова? В літературі можна знайти таке пояснення: "В одному з біблійних переказів говориться, як пророк Мойсей, вичерпавши всі інші аргументи в суперечці з фараоном, зробив чудо, перетворивши жезл в извивающуюся змію... Фараон був осоромлений і наляканий, Мойсей отримав дозвіл покинути Єгипет, а світ отримав чергову загадку". Звучить вичерпно, але є заковика: згідно Біблії (книга "Вихід"), пророк Мойсей переконав фараона відпустити євреїв з рабства, використавши куди потужні аргументи; їх назвали "Десять страт єгипетських". Це були різні біди, які Господь насилав на Єгипет після чергової відмови фараона відпустити єврейський народ. Жодна з них, до речі, ніяк не була пов'язана зі зміями. Частина з цих жахливих чудес дійсно супроводжувалися помахами знаменитим жезлом. А знаменитий він тим, що йому доводилося побути змією, але створив це диво зовсім не Мойсей, а сам Господь, коли покладав на нього велику місію, а Мойсей став виявляти малодушність.
Таким чином, залишається незрозумілим, чому хімічних змій назвали "фараоновими". Можливо, лише тому, що така назва звучить солідно - під стати ефектності цього типу реакцій.