О наборе "Вулкан"
С помощью этого набора можно провести два абсолютно разных эксперимента, в основе которых лежит один и тот же тип химических превращений – окислительно-восстановительная реакция.
Окислительно-восстановительная реакция (сокращённо ОВР) – это химическое взаимодействие между веществами, при котором происходит обмен электронами и изменение степени окисления веществ. Вещество, отдающее электрон, называется восстановителем; вещество, присоединяющее электрон, называется окислителем. Понятие «степень окисления» в неорганической химии обычно подразумевает способность атома образовывать определённое число химических связей с помощью обмена электронами. Она указывается римскими цифрами в скобках.
Перед вами кристаллическое вещество ярко-оранжевого цвета – бихромат (или дихромат) аммония. Особенность этого вещества в том, что в нём содержится и окислитель, и восстановитель. Поэтому реакция (ОВР) может проходить «внутри» этой соли:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2↑ + 4·H2O
Окислителем в этой реакции является атом хрома (VI) Cr+4, который превращается в хром (III) Cr+3. Восстановителем – атом азота N, входящий в состав иона аммония (NH4)+. В результате протекания реакции разложения из бихромата аммония получилось три вещества: оксид хрома Cr2O3 болотно-зелёного цвета, газообразный азот N2 и вода H2O (в виде пара).
Реакция начинается от горящей спички (изопропанол нужен для более быстрого начала реакции), но не прекратилась, когда спичку убрали, а стала ещё интенсивнее. Дело в том, что в процессе реакции выделяется теплота, которая поддерживает дальнейшее протекание реакции и раскаляет образующиеся частицы оксида хрома, которые вылетают вверх искрами, что особенно заметно при проведении эксперимента в затемнённом помещении. Процесс термического разложения бихромата аммония развивается лавинообразно до тех пор, пока весь кристаллический бихромат аммония не превратится в рыхлый зелёный оксид хрома (III), азот и воду.
Для справки: оксид хрома – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив. Температура плавления – почти 2300 градусов. Оксид хрома – очень устойчивое вещество, не растворяется даже в кислотах. Благодаря устойчивости и интенсивной окраске окись хрома используется при изготовлении масляных красок.
История открытия данной реакции начинается в XIX веке. В 1843 г. Немецкий химик Рудольф Бёттгер, прославившийся изобретением современных спичек и взрывчатого вещества пироксилина, получил дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 – оранжево-красное кристаллическое вещество. Как обычно, он решил испытать это вещество на способность взрываться от удара и воспламеняться от горящей лучины. Удар молотом на чугунной плите всего лишь превратил кристаллы дихромата аммония в порошок. Затем, насыпав на тарелку горку кристаллов, Бёттгер 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 ее цвет: вместо оранжевого он стал зелёным. Впоследствии эта реакция была названа по имени её первооткрывателя – вулкан Бёттгера.
Бонус! Окисление глюкозы
Вторая окислительно-восстановительная реакция протекает в растворе. Для того чтобы её увидеть, понадобится индикатор – вещество, меняющее свой цвет под действием других веществ. Здесь используется индикатор метиленовый синий, окраска которого различна для окисленной и восстановленной форм. В нейтральной среде водного раствора этот индикатор находится в окисленной форме, которая обладает синим цветом. Глюкоза же восстанавливает окрашенную форму индикатора до бесцветной. Так как глюкоза проявляет бóльшую окислительную способность в щелочной среде, то в раствор необходимо добавить гидроксид натрия.
При встряхивании колбы идёт обратная реакция – окисление. Бесцветная форма индикатора окисляется кислородом, содержащимся в воздухе в колбе, обратно до синего цвета. Глюкоза же необратимо расходуется в процессе реакции, окисляясь до глюконовой кислоты. И когда она вся окислится, реакция прекратится.
Химические превращения, которые происходят в процессе данной реакции, являются частично обратимыми, то есть, переход цвета «синий–бесцветный–синий» можно наблюдать в течение продолжительного времени, которое зависит от температуры раствора (влияет на скорость перехода цветов) и его изначальной концентрации (влияет на продолжительность переходов).