Яковишин Л. А.
занимательные Опыты с кристаллами Практическое руководство
Харьков Издательство «Ранок» 2008
Информация для родителей (учителей) и детей! Правила техники безопасности (обязательно прочитайте и запомните!!!) Предлагаемые опыты предназначены для детей 10 лет и старше, интересующихся естественными науками. Опыты предназначены для проведения в домашних или школьных условиях. 1. Все опыты необходимо проводить в присутствии взрослых! Проведению опытов ни в коем случае не должны мешать маленькие дети и домашние животные! 2. Вещества из набора нельзя употреблять в пищу. Оборудование для экспериментов не предназначено для приготовления, хранения и приема пищи, в том числе и используемая для опытов чайная ложка, кастрюлька и баночки из-под майонеза. 3. Набор храните в месте, недоступном для маленьких детей и домашних животных и вдали от пищевых продуктов. Эксперименты проводите в специально предназначенном для этого месте. 4. Перед проведением каждого опыта внимательно прочитайте инструкцию до конца и только потом начинайте эксперимент. Используйте только те количества веществ, которые указаны в инструкции. Не проводите экспериментов, не указанных в данном руководстве. 5. Во время проведения опытов категорически запрещается принимать пищу. 6. Избегайте попадания реактивов в рот и глаза. Если это все-таки произошло, промойте рот и глаза большим количеством водопроводной воды. При необходимости обратитесь к врачу. 7. Для работы используйте защитный халат и перчатки. Берите горячие предметы рукавицами или используйте тряпочку. Будьте осторожны при обращении с горячей водой. 8. Не нюхайте горячие растворы. Для определения запаха вещества сосуд с этим веществом нельзя подносить прямо к носу. Необходимо расположить его на расстоянии 15-20 см от носа и, помахивая рукой к носу, осторожно нюхать. 9. Остатки реактивов перелейте в баночки с этикетками. Этикетки сделайте из бумаги и приклейте их скотчем. Если вдруг вы забыли подписать сосуд и у вас возникли сомнения, что в нем находится, то содержимое необходимо вылить в канализацию. 10. Для экспериментов лучше использовать дистиллированную воду. Ее можно приобрести в аптеке или магазине хозтоваров. В противном случае используйте кипяченую воду. 11. При горении газовой плиты помещение нужно хорошо проветривать. Электроплита должна находиться на негорючей поверхности и вдали от легковоспламеняющихся предметов. После работы с электрической или газовой плитой не забудьте ее выключить. 12. После проведения опытов вымойте оборудование и посуду, уберите рабочее место и протрите поверхность стола. Затем тщательно помойте руки с мылом.
Набор содержит необходимые химические вещества и материалы для проведения опытов № п/п
Химическая формула
Название вещества
1
Алюмокалиевые квасцы
Al2(SO4)3⋅K2SO4⋅24H2O
2
Сульфат меди(II) пентагидрат (медный купорос)
CuSO4⋅5H2O
3
Хлорид аммония
NH4Cl
4
Хлорид кальция гексагидрат
СаCl2⋅6Н2О
5
Сульфат магния гептагидрат (горькая соль)
MgSO4⋅7H2O
6
Хлорид калия
KCl
7
Сульфат натрия декагидрат (глауберова соль)
Na2SO4⋅10H2O
8
Сульфат калия
К2SO4
9
Нитрат калия
KNO3
10 Алебастр (строительный гипс)
CaSO4⋅0,5H2O
11 Пищевые красители 12
№ п/п
Жидкое стекло (силикатный клей)
Na2SiO3
Примерное количество
Материалы Мерный стакан (на 100—200 мл)
1
Термометр до 100 °С (не ртутный) 1 Фильтровальная бумага размером 5 ×5 см
1
Медная проволока
Список необходимого оборудования и материалов № п/п
Наименование
Примерное количество
№ п/п
Наименование
Примерное количество
25
Кисточка для лака
1
26
Небольшой камешек с трещинами или отверстиями
1
1
27
Лупа
1
Стеклянная пластинка размером 10 ×10 см
1
28
Микроскоп
1
5
Стеклянный шпатель
1
29
Чайный пакетик
1
6
Мерная пробирка (на 10 мл)
1
30
Линейка
1
7
Стеклянная палочка с надетым кусочком резиновой трубки
1
31
Баночка из-под йогурта (сметаны) или пласт 2 массовый стаканчик
8
Желатин (быстрорастворимый)
32
Кипяченая или дистиллированная вода
Н2О
9
Камфорный спирт
С10Н16О
33
Лист плотной бумаги
1
10
Небольшой стеклянный пузырек с хорошо закрывающейся крышкой
1
34
Пинцет
1
11
Баночка из-под майонеза
несколько
35
Тряпка
1
12
Бумажные салфетки
несколько
13
Ножницы
1
14
Карандаш
1
15
Газета
несколько
38
Универсальный водостойкий клей
1
16
Ветка сосны или ели
1
39
Скотч
1
17
Канцелярская скрепка
несколько 40
Емкость или коробочка для хранения по крытых лаком кристаллов квасцов и медного купороса
2
41
Емкости для хранения обычного и подкрашенных растворов квасцов, раствора CuSO4
несколько
1
Химический стакан (емкостью 50—100 мл)
1
2
Пищевая соль
NaCl
3
Чашка Петри
4
18
36 37
Защитные перчатки (рукавицы) для обращепара ния с горячими предметами Баночка с хорошо закрывающейся крышкой для хранения кристаллов квасцов и медного 2 купороса
Марля (бинт)
1
Капроновые нитки (их можно вытянуть из старого чулка или колгот), шерстяные нитки Консервная банка или старая кастрюля для водяной бани Небольшая жестяная консервная банка или жестяная банка из-под кофе
приблизительно метр
1
42
Узкий строительный шпатель (металлический или пластмассовый)
1
22
Наждачная бумага или напильник
1
43
Чайная ложка
1
23
Стальные гвозди
несколько
24
Прозрачный мебельный лак
1
19 20 21
1
Если реактив из набора израсходован, его можно приобрести в магазинах химических реактивов.
Как устроены кристаллы? Открывая эту книгу, вы начинаете знакомство с кристаллами. Что же это такое? Загляните на кухню. Сахар и соль — это кристаллические вещества. Откройте холодильник. Там вы увидите замерзшую воду — лед. Это тоже кристаллы. Они окружают нас повсюду. В переводе с греческого krystallos означает лед. Этот термин применяли по отношению к горному хрусталю — одной из разновидностей кварца. Раньше даже считали, что если лед очень долго находится при низкой температуре, то он становится каменным и уже не может растаять (см. фото 1,2).
Элементарная ячейка
Cl– Na+
Кварц — это один из самых распространенных минералов, он имеет состав SiO2. Его разновидностями являются горный хрусталь, аметист, морион, цитрин, раухтопаз и другие минералы. Римский писатель и ученый Плиний Старший в своем труде «Естественная история» утверждал, что горный хрусталь получается при сильном холоде. Горный хрусталь считался камнем совершенства. По преданиям, боги на Олимпе пользовались кубками, сделанными из горного хрусталя (см. приложение, фото 3—7). Кристаллы — это твердые тела, обладающие «повторяющейся», так называемой периодической, структурой и имеющие при определенных условиях форму правильных многогранников (правильную форму). Т. е. частицы, образующие кристалл (ионы, молекулы, атомы), располагаются в пространстве в определенном порядке (очередности), которая периодически повторяется. Расположение частиц представляют в виде кристаллической решетки. Это трехмерная (пространственная) модель расположения частиц в кристалле. Наименьшую часть кристаллической решетки, повторяя которую по трем направлениям пространства можно получить кристалл, называют элементарной ячейкой. Например, как видно на рисунке, в кристаллической решетке пищевой соли (хлорида натрия NaCl) элементарной ячейкой является куб. Если соединять такие кубики, состоящие из ионов натрия Na+ и хлора Cl–, то получится кристаллическая структура, в которой каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора.
Элементарная ячейка NaCl Повторяя по трем направлениям пространства элементарную ячейку пищевой соли (хлорида натрия NaCl), можно мысленно построить кристаллическую структуру этого вещества
Если в узлах кристаллической решетки находятся атомы, то ее называют атомной, если ионы (заряженные частицы) — ионной, а если молекулы — молекулярной. Атомная решетка характерна, например, для алмаза, графита и кварца. Молекулярная кристаллическая решетка встречается у сахара. Ионной решеткой обладают пищевая соль, сода, квасцы, медный купорос. Существуют еще металлические кристаллические решетки. Они характерны для всех металлов. Такие решетки в узлах содержат положительные ионы (катионы), между которыми перемещаются электроны. Кристаллические вещества могут образовывать один монокристалл. Однако чаще всего кристаллические вещества состоят из множества небольших кристаллов, т. е. являются поликристаллическими. Монокристаллы обычно получают искусственно.
Монокристаллы образуют, например, алмаз и кварц. Причем монокристаллы алмаза небольшие, а вот горный хрусталь (который является разновидностью кварца) способен образовывать очень большие кристаллы. Он дает монокристаллы весом несколько тонн и высотой несколько метров. Хотя обычно в природе большие монокристаллы встречаются редко. Настоящим рекордсменом среди кристаллов по массе и размерам является сподумен (алюмосиликат лития LiAl[Si2O6]). В Южной Дакоте (США) был найден его кристалл весом примерно 90 т и длиной 14 м! Если кристаллы срастаются на общем основании, то они образуют друзы (от нем. druse). Образование друз характерно, например, для гипса, кварца, кальцита, аметиста и других минералов (см. приложение, фото 39). Некоторые кристаллические вещества способны образовывать кристаллогидраты. Они содержат в своем составе воду. Вода в этом случае называется кристаллизационной. Например, медный купорос имеет строение [Cu(H2O)4](H2O)SO4, хотя обычно его обозначают формулой CuSO4· 5H2O: H2O
OH2 Cu
H2O
2
H
O
O OH2
O
Как получают кристаллы? Кристаллы получают в процессе кристаллизации из расплава, раствора или газообразного состояния. В лабораторных условиях кристаллы обычно получают из растворов. При помещении твердого вещества в воду происходит взаимодействие молекул растворителя с поверхностью кристаллической решетки и ослабление связей между ее частицами. Кристаллическая структура разрушается (распад ионных кристаллов на отдельные ионы называют диссоциацией). При этом поглощается энергия. Образующиеся частицы взаимодействуют с молекулами воды. Этот процесс химики называют гидратацией. Вокруг частиц разрушенной кристаллической решетки образуются так называемые гидратные оболочки. Они мешают частицам снова объединиться в кристаллическую структуру. Гидратация сопровождается выделением энергии. В зависимости от соотношения энергии, затраченной на разрушение кристаллической решетки, и энергии, выделившейся при гидратации, в общем процесс растворения может быть экзотермическим (т.е. идти с выделением тепла) или эндотермическим (с поглощением тепла). При кристаллизации из расплавов и газов тепло всегда выделяется.
2
O H
O
O
Водородные связи
Как видно из схемы, одна из молекул воды посредством четырех водородных связей (показаны пунктиром) связывает между собой ион [Cu(H2O)4]2+ и сульфат-ион SO42–. В определенных условиях кристаллогидраты постепенно теряют кристаллизационную воду. Этот процесс называют выветриванием. При нагревании кристаллогидраты разрушаются и образуются безводные вещества. Так, процесс частичной потери воды медным купоросом начинается уже при 100° С. Полностью вода удаляется при 250° С и выше.
Схема растворения ионного кристалла Существуют вещества, которые могут смешиваться с водой в любых отношениях или имеют ограниченную растворимость в воде. Для веществ с ограниченной растворимостью различают насыщенный, ненасыщенный и пересыщенный раствор. Насыщенный раствор — это раствор, содержащий максимально возможное при данной температуре количество растворенного вещества. Обычно растворимость вещества при повышении температуры увеличивается.
При охлаждении насыщенного раствора из него начинают выпадать кристаллы растворенного вещества, поскольку с понижением температуры растворимость уменьшается. При этом снова получается насыщенный раствор, но уже с меньшим содержанием растворенного вещества. Например, при 15° С в насыщенном растворе будет находиться 197 г сахара в 100 г воды, а при повышении температуры до 100° С в том же количестве воды может раствориться уже 487 г сахара. Однако у некоторых веществ (таких как гипс CaSO4⋅2H2O и гидроксид кальция Са(ОН)2) наблюдается обратная зависимость. Встречаются вещества, растворимость которых практически не зависит от температуры. Это, например, обыкновенная пищевая соль. Если при данной температуре в растворе содержится вещества меньше, чем может раствориться, то такой раствор считают ненасыщенным. В пересыщенном растворе содержание растворенного вещества оказывается больше, чем в насыщенном растворе при определенной температуре. Такой раствор может возникнуть при охлаждении нагретого насыщенного раствора, в котором не появились центры кристаллизации, поэтому пересыщенный раствор иногда называют еще переохлажденным. Для получения кристаллов совсем необязательно охлаждать насыщенный раствор. Наоборот, его можно нагревать с целью упаривания. При выпаривании количество растворителя постепенно уменьшается, и растворенное вещество начинает выпадать в осадок, т. е. выкристаллизовываться.
Занимательные опыты Опыт № 1. Обратимое обезвоживание медного купороса Для опыта понадобятся: небольшая жестяная консервная банка или банка из-под кофе (если на банке имеется бумажная этикетка, обязательно удалите ее!), медный купорос CuSO4⋅ 5H2O, стеклянный шпатель, защитные перчатки или рукавицы, электрическая или газовая плита, вода, пипетка из домашней аптечки.
1. В небольшую жестяную консервную банку или банку из-под кофе насыпьте 2-3 шпателя медного купороса CuSO4 ⋅ 5H2O. 2. Поставьте банку на газовую или электрическую плитку. Включите плитку. Будьте осторожны! При работе газовой плиты помещение нужно хорошо проветривать, а электроплита должна находиться на негорючей поверхности и вдали от легковоспламеняющихся предметов! Вскоре вы увидите, что синяя окраска медного купороса изменится. Кристаллы начнут бледнеть. Причиной изменения окраски кристаллов является разрушение кристаллогидрата при нагревании — он теряет кристаллизационную воду. При этом образуется безводный сульфат меди (II), имеющий белый цвет: t °C CuSO4⋅5H2O → CuSO4 + 5H2O.
Растущий кристалл
Рост кристаллов чем-то напоминает строительство дома
10
3. Прекратите нагревание. Дождитесь, пока банка остынет, осторожно снимите ее с плиты (на всякий случай пользуйтесь защитными перчатками или рукавицами) и поставьте на негорючую поверхность. 4. Теперь добавьте к обезвоженному сульфату меди (II) несколько капель воды. Вы увидите восстановление синей окраски, а, следовательно, кристаллогидрат образуется снова: CuSO4 + 5H2O → CuSO4⋅5H2O.
11
Опыт № 2. Охлаждение при растворении Для опыта понадобятся: мерный стакан, химический стакан (емкостью 50–100 мл), кипяченая (дистиллированная) вода, хлорид аммония NH4Cl, стеклянный шпатель, стеклянная палочка с резиновой насадкой.
1. В химический стакан налейте примерно 50 мл воды и добавьте к ней несколько шпателей хлорида аммония NH4Cl. 2. Смесь перемешайте стеклянной палочкой с резиновой насадкой. 3. Прикоснитесь рукой ко дну сосуда. Вы почувствуете, что он стал холодным. Причина состоит в том, что при растворении некоторых веществ, к которым относится и хлорид аммония, затрачивается очень много энергии на разрушение кристаллической решетки. Нитрат аммония — один из рекордсменов по поглощению тепла при растворении. Так, если на стеклянную пластинку или фанерку налить несколько капель воды, поставить на нее химический стакан с 50 мл воды, в которой растворить 35 г нитрата аммония NH4NO3, то произойдет примерзание стакана.
Опыт № 3. Выращиваем кристаллы квасцов Для опыта понадобятся: мерный химический стакан, две баночки из-под майонеза, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка без этикетки, алюмокалиевые квасцы K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, бумажные салфетки, газета, термометр, емкости для хранения раствора квасцов и кристаллов, универсальный водостойкий клей, капроновые нитки, ножницы, пилочка, скотч, карандаш, канцелярская скрепка, лупа.
В этом опыте мы будем получать кристаллы квасцов. Квасцы — это двойные соли серной кислоты, имеющие состав XY(SO4)2•12H2O или X2SO4•Y2(SO4)3•24H2O, где X — ион натрия Na+, калия K+, рубидия Rb+, цезия Cs+, аммония NH4+ или другой однозарядный катион, а Y — ион алюминия Al3+, хрома Cr3+, железа Fe3+ или другой трехзарядный катион. Мы будем использовать алюмокалие12
вые квасцы (кристаллогидрат сульфата алюминия-калия КAl(SO4)2•12H2O или K2SO4•Al2(SO4)3•24H2O). Почему выбраны именно эти кристаллы? Дело в том, что алюмокалиевые квасцы нетоксичны, хорошо растворяются в воде (особенно при нагревании), очень легко кристаллизуются и могут образовать достаточно большие кристаллы. Растворимость алюмокалиевых квасцов приведена в приложении. Квасцы дают октаэдрические кристаллы.
Октаэдр
Квасцы издавна использовали в качестве протравы при крашении тканей, о чем упоминал еще около 2000 лет назад римский писатель и ученый Плиний Старший в своем труде «Естественная история». Квасцы помогали и на войне. Так, во время войны с персами (начало нашей эры) римляне обрабатывали квасцами деревянные оборонительные башни. Древесина становилась огнестойкой, и ее нельзя было поджечь. Алюмокалиевые квасцы применяют для дубления кожи, для проклеивания бумаги, как кровоостанавливающее и прижигающее средство, а также в процессе водоочистки. Они также являются еще и пищевой добавкой (Е 522). Их применяют для регуляции кислотности пищевых продуктов и в качестве стабилизатора. 1. Приготовьте насыщенный раствор квасцов. Для этого налейте в мерный стакан 100 мл воды и перелейте воду в небольшую баночку из-под майонеза. 2. Поместите ее в небольшую кастрюлю или подходящего размера жестяную консервную банку, в которую тоже налейте воду. 3. Кастрюлю поставьте на электрическую или газовую плиту на малый нагрев. При пользовании газом помните, что помещение должно проветриваться! Вы получили водяную баню, с помощью которой будете нагревать воду в баночке. 13
4. Помешивайте воду в баночке стеклянной палочкой с резиновой насадкой. Как только вода в ней нагреется до 50-60° С (для определения температуры используйте термометр), плиту выключите. 5. Периодически включайте плиту, если раствор будет остывать. Поддерживайте его температуру примерно 50—60° С. 6. Теперь в баночку начинайте добавлять небольшими порциями квасцы, помешивая смесь палочкой. Делайте это до тех пор, пока вновь добавленное количество вещества не перестанет растворяться. Насыщенный раствор квасцов готов (см. приложение, фото 9,10). Теперь его необходимо быстро профильтровать через несколько слоев бинта или марли в новую баночку. Баночка для фильтрата (фильтратом называют жидкость, прошедшую через фильтр) должна быть горячей, поэтому перед фильтрованием ее необходимо осторожно ополоснуть горячей водой. Будьте осторожны, пользуйтесь резиновыми перчатками! Если баночка будет холодной, то кристаллизация уже может произойти в процессе фильтрования при ее контакте с горячим раствором. Поместите марлю (бинт) на баночку и осторожно профильтруйте через нее раствор. Чтобы не обжечься, баночку с насыщенным раствором держите перчатками или оберните тряпочкой. После окончания эксперимента не забудьте выключить плиту. После фильтрования накройте баночку с фильтратом бумажной салфеткой и оберните газетой. Все это необходимо проделать для того, чтобы раствор остывал как можно медленнее — это создаст условия для роста больших кристаллов. Оставьте раствор охлаждаться. Примерно через сутки вы обнаружите, что в баночке появились кристаллы квасцов (см. приложение, фото 11,12). 1. Перелейте раствор из баночки в другой сосуд (этот раствор вам еще пригодится для последующих опытов) и сделайте на нем этикетку «раствор квасцов». 2. Кристаллики перенесите на бумажную салфетку. Если они срослись, то аккуратно разъедините их. 3. Высушите кристаллы между двумя бумажными салфетками или листами фильтровальной бумаги. 4. После этого поместите их в какой-либо сосуд и хорошо его закройте. Сделать это необходимо, т. к. квасцы легко выветриваются на воздухе — теряют кристаллизационную воду и превращаются в порошок. На сосуд наклейте этикетку «кристаллы квасцов». Выращенные кристаллы пригодятся для получения больших кристаллов, а также для других опытов.
14
Выберите наиболее крупный из полученных кристаллов и обвяжите его капроновой ниткой. Если нитка будет соскальзывать, то с помощью пилочки сделайте небольшие пазы по бокам кристалла. Кристалл при этом изменит свою форму, но это не страшно. В процессе роста кристалл сам «залечит» полученные «раны». Ведь известно, что правильные грани растут быстрее. Если у вас нет пилочки, то нитку можно приклеить и универсальным водостойким клеем. Работайте с клеем в хорошо проветриваемом помещении и вдали от огня. 1. Возьмите раствор квасцов, который остался у вас от предыдущего эксперимента, и перелейте в баночку. 2. Добавьте в баночку еще примерно 50—70 мл воды. Смесь перемешайте палочкой. 3. Баночку с полученным раствором нагрейте на водяной бане, как описано выше. Будьте осторожны! Чтобы не обжечься, пользуйтесь защитными перчатками или тряпкой. 4. Теперь раствор необходимо сделать насыщенным уже при более высокой температуре. Для этого насыпайте небольшими порциями порошок квасцов и помешивайте его стеклянной палочкой. 5. Горячий насыщенный раствор профильтруйте. Вы уже умеете это делать. 6. В профильтрованный раствор поместите кристаллик квасцов на ниточке так, как это показано на рисунке. Нитку можно завязать на карандаше или раскрученной канцелярской скрепке и закрепить ее с помощью скотча.
Так можно вырастить большие кристаллы
7. Учтите, что кристалл начнет расти, следовательно, увеличится в размерах. Поэтому расположите его в растворе примерно посередине от дна баночки и уровня жидкости в ней. 8. Баночку накройте салфеткой и оберните газетой (вспомните, для чего это необходимо). Через 1-2 суток вы увидите, что кристалл увеличится в размерах. Если на основном кристалле появятся наросты других кристаллов, то их можно осторожно соскрести лезвием и опять опустить в раствор (см. приложение, фото 13—15).
15
Теперь вы можете снова повторить все действия, но уже с этим подросшим кристаллом. Так вы сможете получить достаточно большой экземпляр. Выращенный кристалл внимательно рассмотрите под лупой. Чтобы кристалл, который вы в итоге получили, со временем не рассыпался, покройте его прозрачным мебельным лаком. При работе с лаком помещение нужно хорошо проветривать! Оставшийся раствор перелейте в сосуд с этикеткой «раствор квасцов» и закройте крышкой. Выращенный кристалл квасцов поместите в подходящую емкость или коробочку и сделайте на ней надпись «кристаллы квасцов, покрытые лаком».
Опыт № 4. «Раскрашиваем» кристаллы квасцов Для опыта понадобятся: небольшие выращенные кристаллики квасцов, мерный химический стакан, несколько баночек из-под майонеза, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, алюмокалиевые квасцы, раствор квасцов, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, бинт или марля, бумажные салфетки, газета, капроновая нить, пищевые красители, емкости для хранения подкрашенных растворов квасцов, лупа.
Часто мы используем выражение «кристально чистый». Однако кристаллы очень часто содержат различные примеси, которые придают им особые свойства. Например, могут изменить их цвет. Так, примесь хрома в бесцветных кристаллах корунда Al2O3 придает ему красный цвет — так получается драгоценный камень рубин. А примесь титана и железа придаст корунду синий цвет и превратит его в прекрасный сапфир. Кристаллы квасцов, которые вы получили, бесцветные. Но их можно подкрасить обычными пищевыми красителями, которые используются для окраски кондитерских изделий и яиц (см. приложение, фото 19). В процессе роста кристалла краситель попадает в его структуру и придает ему цвет. Цветные кристаллы будем выращивать по той же методике, которую использовали для получения больших кристаллов квасцов (см. опыт 3). 1. Возьмите кристаллик квасцов и обвяжите его ниткой. 2. Приготовьте горячий насыщенный раствор квасцов из раствора, оставшегося после предыдущих опытов, и добавьте в него 3–5 шпателей красителя.
16
3. Смесь необходимо тщательно перемешать, а затем профильтровать через марлю или бинт в банку, которую необходимо предварительно ополоснуть горячей водой. Для чего это делают, вам уже известно. Если у вас осталось много раствора, то можете его разделить на несколько частей и приготовить из них растворы с несколькими красителями. 4. В подкрашенный раствор аккуратно опустите кристалл на нитке. Стакан закройте салфеткой, оберните газетой и оставьте примерно на сутки. Имея красители различных цветов, вы можете вырастить разноцветные кристаллы. Оставшиеся подкрашенные растворы квасцов не нужно выливать. Перелейте их в подходящие сосуды и сделайте на них надпись «раствор квасцов с красителем». Их можно использовать для дальнейших экспериментов (см. опыт 15). Подкрашенные кристаллы высушите и покройте лаком (см. приложение, фото 20,22). Рассмотрите кристаллы под лупой. Сложите их в коробочку, где у вас хранятся выращенные большие кристаллы квасцов, покрытые лаком. Пищевые красители, как и прочие пищевые добавки, обозначают буквой «Е» с цифрой. Некоторые из них приведены в таблице. Таблица Некоторые пищевые красители Пищевой краситель
Название и цвет
Е 102
Тартразин (краситель желтого цвета)
Е 110
Желтый «солнечный закат» FCF, оранжево-желтый S
Е 122
Кармазин, азорубин (краситель красного цвета)
Е 124
Понсо 4R (краситель красного цвета)
Е 132
Индигокармин (краситель синего цвета)
Е 133
Бриллиантовый синий FCF
Смесь Е 102 и Е 133
Зеленый краситель
Смесь Е 102, Е 122 и Е 132
Коричневый краситель
17
Опыт № 5. Выращиваем большие кристаллы медного купороса Для опыта понадобятся: мерный химический стакан, две баночки изпод майонеза, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, медный купорос CuSO4•5H2O, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, бумажные салфетки, газета, термометр, емкости для хранения раствора CuSO4 и его кристаллов, универсальный водостойкий клей, капроновые нитки, ножницы, пилочка, лупа.
Медный купорос CuSO4·5H2O образует красивые синие кристаллы. Как и кристаллы квасцов, их можно получить из насыщенного раствора (см. приложение, фото 22,23). 1. Налейте в баночку 100 мл воды и нагрейте ее на водяной бане до 50—60° С. 2. В нагретую воду добавляйте медный купорос до получения насыщенного раствора так, как это вы делали с квасцами в опыте 3. 3. После фильтрования раствора оставьте его на несколько суток. Вы увидите, что на дне баночки появились синие кристаллики. 4. Раствор перелейте в сосуд с надписью «раствор сульфата меди CuSO4», а кристаллы разложите для сушки на салфетке. 5. Рассмотрите кристаллы под лупой. Они отличаются по форме от кристаллов квасцов. Медный купорос кристаллизуется в триклинной сингонии. Он встречается в природе в виде минерала халькантита. Название этого минерала происходит от греческих слов, означающих в переводе «медь» и «цветок». Медный купорос применяют при ожогах белым фосфором, он входит в состав поливитаминных комплексов, его также используют при выделке кож, как протраву при крашении тканей, как красящий пигмент и для других целей. 6. Сложите кристаллы медного купороса в подходящую емкость с хорошо закрывающейся крышкой и сделайте к ней этикетку с надписью «кристаллы медного купороса». Для получения крупных кристаллов медного купороса проделайте такие же действия, как и с квасцами (см. опыт 3).
18
Опыт № 6. Игольчатые кристаллы Для опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, стаканчик (емкостью 50—100 мл), хлорид калия KCl, стеклянная палочка с резиновым наконечником для перемешивания, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянный шпатель, термометр.
Очень красивые бесцветные кристаллы в форме иголочек можно получить из насыщенного раствора хлорида калия KCl. 1. Налейте 15—20 мл теплой воды (30—40° С) и растворите в ней хлорид калия (как готовить насыщенный раствор смотрите в опыте 3). 2. Оставьте раствор остывать. Вскоре вы увидите, что на дне стаканчика появилось много игольчатых кристаллов (см. приложение, фото 49-51). Хлорид калия встречается в природе в виде минерала сильвина. Его используют как калийное удобрение, а также для получения гидроксида калия КОН и различных солей калия. Кристаллы хлорида калия также обладают способностью «ползти» по поверхности. Если вы оставите стакан с выпавшими кристаллами на несколько дней, то увидите, что он покрылся белым кристаллическим налетом. Это хлорид калия «выполз» из сосуда.
Опыт № 7. Выращиваем кристаллы меди Для опыта понадобятся: небольшой стаканчик (емкостью 50— 100 мл), емкость для приготовления насыщенного раствора пищевой соли, медный купорос CuSO4·5H2O, раствор сульфата меди (II), пищевая соль, несколько железных гвоздей, наждачная бумага или напильник, стеклянная палочка с резиновым наконечником, ножницы, лупа, кипяченая (дистиллированная) вода, кружок фильтровальной бумаги.
В земной коре найдено много минералов, содержащих медь. Латинское название меди — cuprum — произошло от названия острова Кипр, где издавна добывали медную руду. К медным минералам относится и всем известный малахит, представляющий собой основный карбонат меди (II) Cu2(OH)2CO3. В природе встречается и самородная медь. Самый большой из медных самородков весил примерно 420 т.
19
Медь, серебро и золото являются лучшими проводниками электричества и тепла. Медь известна человечеству еще с древних времен. Алхимики обозначали медь символом ♀. На изделиях из меди или ее сплавов со временем появляется зеленый налет. В этом случае также происходит образование соли Cu2(OH)2CO3: 2Cu + H2O + CO2 + O2 → Cu2(OH)2CO3. 1. Для получения кристаллов меди возьмите раствор сульфата меди (II) и перелейте его в небольшой стаканчик. 2. Опустите в раствор железный гвоздь. Через некоторое время вы увидите, что гвоздь покрылся медью, а раствор изменил свой цвет на зеленоватый. Это произошла химическая реакция замещения: CuSO4 + Fe → Cu ↓ + FeSO4. Однако образующиеся при этом кристаллики меди очень малы. Как известно, при быстрой кристаллизации получаются маленькие кристаллы, а при медленной — большие. 1. Чтобы получить большие кристаллы меди, насыпьте медный купорос в стакан так, чтобы он покрыл дно сосуда, а сверху добавьте поваренную (пищевую) соль, чтобы она полностью покрыла купорос. 2. Положите сверху на соль кружок фильтровальной бумаги диаметром, соответствующим размеру горлышка сосуда. 3. Затем на бумагу поместите железный гвоздь (можно положить несколько гвоздей), предварительно зачищенный наждачной бумагой или напильником. 4. Теперь налейте в сосуд насыщенный раствор пищевой соли. Приготовьте его в воде комнатной температуры. Раствор должен покрыть гвоздь. Через несколько дней вы увидите, что на дне стакана под фильтровальной бумагой появились блестящие красные кристаллы меди. Образование меди обусловлено протеканием следующих химических реакций: CuSO4 + 4NaCl → Na2[CuCl4] + Na2SO4, Na2[CuCl4] + Fe → 2NaCl + Cu ↓ + FeCl2. Рассмотрите полученные кристаллы под лупой. Для меди характерна кубическая гранецентрированная кристаллическая решетка (см. приложение, фото 55—57). 20
Кристаллическая решетка меди
Опыт № 8. Зимние узоры в любое время года Для опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, небольшой стаканчик (емкостью 50—100 мл) или баночка, сульфат магния (MgSO4•7H2O), хлорид аммония NH4Cl, пищевой краситель, раствор сульфата меди, стеклянная палочка с резиновым наконечником для перемешивания, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянный шпатель, термометр, чашки Петри (полиэтиленовые крышки для банок).
1. Налейте в стакан 10—20 мл теплой воды (30-40° С) и добавляйте к ней сульфат магния (MgSO4·7H2O) при помешивании палочкой до тех пор, пока новая порция вещества уже не будет растворяться. Насыщенный раствор готов. 2. Вылейте приготовленный раствор тонким слоем на чашку Петри или крышку от банки (чашку или крышку предварительно ополосните теплой водой). Осадок нерастворившейся соли не должен попасть в чашку. Через некоторое время вы увидите, что в чашке образовался ледяной узор, подобный тому, какой образуется зимой на оконных стеклах. Это после охлаждения раствора и испарения воды кристаллизовался сульфат магния. Чтобы ускорить получение узоров, можно поставить чашку в теплое место. Кристаллогидрат MgSO4 ·7H2O называют горькой солью. Он встречается в природе в виде минерала эпсомита, название которого происходит от английского города Эпсома, вблизи которого он был впервые обнаружен. Горькую соль применяют в медицине как слабительное и желчегонное средство.
21
Зимние узоры можно получить и из раствора хлорида аммония NH4Cl. Для его получения к 10—20 мл теплой воды добавьте NH4Cl до насыщения. Если вылить полученный насыщенный раствор тонким слоем на чашку Петри, то через некоторое время вы обнаружите в ней кристаллы NH4Cl. В отличие от сульфатов меди (II) и магния, хлорид аммония кристаллогидратов не образует. По внешнему виду они будут отличаться от кристаллов сульфата магния, но тоже будут напоминать зимние узоры на оконном стекле. Хлорид аммония встречается в природе, однако люди научились получать его еще до нашей эры. Хлорид аммония — летучее вещество. Это свойство древние египтяне использовали для его извлечения из сажи, которая образовывалась при сжигании верблюжьего помета. Нагревая сажу, они получали хлорид аммония, который тогда называли «нушадир». От этого слова впоследствии появилось другое название хлорида аммония — «нашатырь». Прихожане древнеегипетского храма бога Аммона во время религиозных обрядов нюхали нашатырь. Раньше нашатырь всегда был спутником женщин на балах. Тугие корсеты затрудняли дыхание дам, и они часто падали в обморок. В этом случае им давали понюхать нашатырь. При взаимодействии хлорида аммония с парами воды, которые всегда присутствуют в воздухе, выделяется аммиак. По этой причине нашатырь всегда немного пахнет аммиаком. Аммиак, как известно, дают понюхать человеку для выведения из обморочного состояния. Поэтому нашатырь называли еще и нюхательной солью. Кристаллы сульфата магния и хлорида аммония можно подкрасить. Если вы добавите к насыщенным растворам MgSO4 и NH4Cl несколько крупинок пищевого красителя, то после испарения воды получите ледяные узоры различных цветов. Цветные узоры можно также получить, вылив тонким слоем в чашку Петри раствор сульфата меди. Через 1–2 дня в ней обнаружатся красивые кристаллики медного купороса (см. приложение, фото 42—44).
Опыт № 9. Кристаллические узоры в желатине Для опыта понадобятся: мерный стакан или пробирка, мерная пробирка, 3 небольших баночки или стакана, медный купорос CuSO4•5H2O, хлорид аммония NH4Cl, быстрорастворимый желатин, пищевой краситель, стеклянная палочка с резиновым наконечником
22
для перемешивания, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянный шпатель, чашка Петри (2 полиэтиленовые крышки для банок).
Очень красивые кристаллические узоры можно получить из медного купороса. 1. Половину чайной ложки быстрорастворимого желатина поместите в 50 мл теплой воды и растворите при перемешивании. 2. К 10—15 мл полученного раствора добавьте 2—3 шпателя кристаллов медного купороса. Смесь перемешайте стеклянной палочкой до растворения купороса. 3. Полученный раствор вылейте в чашку Петри (подойдет и обыкновенная металлическая или пластмассовая крышка от банки) тонким слоем (2—3 мм) и оставьте на день. После испарения воды образуется пленка желатина, в которой можно увидеть красивые ветвистые сине-голубые кристаллы медного купороса. Если использовать смесь 10—15 мл полученного раствора желатина и другой соли — хлорида аммония NH4Cl (2—3 шпателя), то можно получить желатиновую пленку с бесцветными кристаллами в форме игл. Ну, а если вам захочется получить пленку с кристаллами, окрашенными в разнообразные цвета, то можно к смеси желатина с хлоридом аммония добавить несколько крупинок пищевого красителя (см. приложение, фото 52,53).
Опыт № 10. «Ползающие» кристаллы Для опыта понадобятся: мерный стакан, небольшая баночка из-под майонеза, сульфат калия K2SO4, кристаллогидрат сульфата натрия Na2SO4•10H2O, кипяченая (дистиллированная) вода, термометр, чайная ложка.
1. В баночку из-под майонеза налейте 100 мл горячей воды (60-70° С) и растворите в ней 20 г (примерно две чайные ложки) сульфата калия K2SO4 и такую же массу (примерно три чайные ложки) кристаллогидрата сульфата натрия Na2SO4 ·10H2O. Соблюдайте осторожность, пользуйтесь защитными перчатками или тряпочкой! 2. Раствор оставьте для охлаждения и кристаллизации двойной соли Na2SO4 ·2K2SO4 ·10H2O. Понаблюдайте за ним. Через несколько дней вы увидите, что кристаллы постепенно «выползут» из раствора, в результате чего стенки сосуда покроются красивым белым налетом (см. приложение, фото 40,41).
23
Кристаллогидрат Na2SO4 ·10H2O кристаллизуется в моноклинной сингонии. Его называют глауберовой солью в честь немецкого химика И. Р. Глаубера (1604-1668 гг.), который обнаружил ее в воде одного из источников и разработал метод ее получения. Из-за слабительных свойств И. Р. Глаубер назвал эту соль «sal mirabile», что в переводе с латинского означает «удивительная (чудесная) соль». Отсюда и название минерала мирабилита, имеющего тот же химический состав. Глауберову соль до сих пор используют в медицинской практике как слабительное средство. Сульфат калия дает кристаллы ромбической сингонии. Присутствует в природе (например, минерал арканинт).
Опыт № 11. Кристаллы предсказывают погоду Для опыта понадобятся: мерная пробирка, чайная ложка, хлорид аммония NH4Cl, нитрат калия KNO3, камфорный спирт, кипяченая (дистиллированная) вода, небольшой стеклянный пузырек с хорошо закрывающейся крышкой.
Кристаллами можно не только любоваться. Они могут еще и предсказывать погоду. Так считали старинные мореплаватели. Они узнавали погоду по кристаллам камфоры различной формы, образование которых могли наблюдать в запаянной ампуле с раствором. Камфора — это вещество состава С10Н16О, относящееся к терпеноидам. Камфора малорастворима в воде, растворяется в спирте, имеет характерный резкий запах. Камфора содержится в эфирном масле камфорного лавра, камфорного базилика, розмарина, шалфея и полыни. Она находит применение в медицине для стимулирования центральной нервной системы и как кардиотоническое средство, а также в качестве антисептика и местного раздражителя. CH3
H3C C
C H2C
C
H3C—C—CH3 H2C
CH3
O
CH3 C
или
CH2 HC
CH2 H2C
HC
Камфора
24
O C CH2
Для проведения опыта вам потребуется терпение и достаточно много времени. 1. В прозрачном сосуде (это может быть небольшой стеклянный пузырек с хорошо закрывающейся крышкой) смешайте по 2 г (примерно по половине чайной ложки) KNO3 и NH4Cl с 2,5 мл дистиллированной воды (пользуйтесь мерной пробиркой). 2. Добавьте к полученной смеси 9 мл камфорного спирта и герметично закройте сосуд. Поставьте его на подоконник. Понаблюдайте за изменениями, происходящими в сосуде в течение месяца. В зависимости от погодных условий вы увидите образование кристаллов камфоры различной формы — веточек, звездочек, пластинок. Почему камфора так реагирует на изменения погоды, до сих пор точно не известно. Считают, что это, возможно, вызвано влиянием магнитного поля Земли.
Опыт № 12. Корона в «бриллиантах» Для опыта понадобятся: небольшая баночка, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, раствор квасцов, квасцы, медная проволока, шерстяные нитки, капроновые нитки, кипяченая (дистиллированная) вода, бумажные салфетки, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, бинт или марля, электрическая или газовая плита, термометр.
1. Приготовьте насыщенный раствор квасцов. Для этого можно использовать как чистую воду, так и раствор квасцов, оставшийся у вас после предыдущих опытов. При необходимости добавьте в него воду, чтобы объема раствора хватило для погружения каркаса короны, как показано на рисунке. В раствор, нагретый на водяной бане, добавьте квасцы до насыщения. 2. Сделайте из медной проволоки небольшой каркас короны и обмотайте его шерстяными нитками. Основа будущей короны готова. 3. Подберите соответствующую баночку для роста кристаллов на каркасе. Учтите, что каркас должен легко поместиться в баночку и что он увеличится в объеме за счет наросших кристаллов. Иначе, если корона получится слишком большая, вы просто не сможете ее достать из банки.
25
4. Каркас подвяжите капроновыми нитками и опустите в теплый насыщенный раствор алюмокалиевых квасцов. 5. Сосуд закройте бумажной салфеткой и оберните газетой. Через 1–2 суток корона обрастет кристаллами (см. приложение, фото 17,18).
Каркас будущей короны, на котором вырастут кристаллы квасцов
6. Выньте корону из раствора и аккуратно промокните кристаллики салфеткой. После того, как кристаллы на короне высохнут, покройте их лаком. При обращении с лаком работайте в хорошо проветриваемом помещении. Оставшийся после опыта раствор перелейте в сосуд с надписью «раствор квасцов». Таким образом можно покрыть «драгоценными камнями» не только корону, но и другие изделия.
Опыт № 13. Снег из соли Для опыта понадобятся: небольшая баночка, пищевая соль, стеклянная палочка с резиновым наконечником для перемешивания, ветка ели или сосны.
Какой же Новый год без снега? Однако если снег не выпал, его можно сделать и самим. Конечно, он будет ненастоящим. Но зато такой «снег» и не растает. Возьмите ветку сосны или ели и опустите ее в раствор пищевой соли. Раствор нужно приготовить из расчета на 100 мл воды 30—35 г соли (примерно 3 столовых ложки). Спустя несколько дней на ветках появится «снег». Это кристаллики соли, образовавшиеся после испарения воды.
Опыт № 14 . Выращиваем силикатные «сталактиты» и «сталагмиты» Для опыта понадобятся: мерный стакан, химический стакан (на 50– 100 мл), две небольших баночки, силикатный клей (жидкое стекло), медный купорос CuSO4•5H2O, кристаллогидрат хлорида кальция CaCl2•6H2O, кристаллогидрат сульфата магния MgSO4•7H2O, але-
26
бастр (строительный гипс), коричневый пищевой краситель, квасцы, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, стеклянный шпатель, емкость для замешивания алебастра (например, пластиковый стаканчик), сосуд для роста сталактитов и сталагмитов (например, пластиковый стаканчик), лист плотной бумаги, ножницы, небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, бинт или марля, электрическая или газовая плита, термометр, узкий строительный шпатель (металлический или пластмассовый).
Если вам приходилось бывать в пещерах, то вы могли видеть там причудливые «сосульки», которые растут не только сверху, но и снизу. Первые называют сталактитами, а вторые — сталагмитами. Очень часто сталактиты соединяются со сталагмитами, образуя подобие колонн. Как же они появились? Горная порода, в которой образовались такие пещеры, состоит из известняка. Это минерал, представляющий собой в основном карбонат кальция. Его формула CaCO3. Вода, проходя через известняк, приводила к его частичному растворению. Этот процесс можно изобразить следующей реакцией: СаСО3 + СО2 + Н2О → Са(НСО3)2. При уменьшении содержания углекислого газа СО2 в воде происходит обратный процесс и выделяется осадок СаСО3: Са(НСО3)2 → СаСО3 ↓ + СО2 ↑ + Н2О. Этот осадок называют кальцитом (от греч. calc — жженая известь). Он и образует сосульки в пещерах. Причем если капли воды задерживаются на потолке пещер, то постепенно появляется нарост — сталактит. Сталагмит появляется из капель, которые упали на пол пещеры. Так и растут известковые сосульки: одни — сверху вниз, а другие — снизу вверх. Самый длинный сталактит имеет длину 59 м (пещера Де-Нарья около г. Малага в Испании), а самый высокий сталагмит вырос до 29 м в пещере Л’Авен (Франция) (см. приложение, фото 27,28). Эти процессы протекали много тысячелетий, происходят они и сейчас. Мы, однако, не будем ждать так долго и попытаемся получить сталактиты и сталагмиты примерно за полчаса. Правда, они будут не известковыми, но внешне очень на них похожими. Для этого вам понадобится обычное жидкое стекло (силикатный клей), кристаллогидраты сульфата магния MgSO4 · 7H2O и хлорида кальция CaCl2 · 6H2O, а также медный купорос CuSO4 · 5H2O. Последний необходим нам для получения голубых сосулек.
27
1. Налейте в химический стакан из-под майонеза жидкое стекло и кипяченую (дистиллированную) воду в соотношении 1:1 по объему и хорошо перемешайте стеклянной палочкой. Общий объем должен быть примерно 30—40 мл. 2. В полученный раствор насыпьте кристаллики вышеперечисленных веществ. Некоторые кристаллики останутся на поверхности и не упадут на дно. Они могут соединиться с сосульками, растущими со дна стакана. Это придаст опыту дополнительный эффект. Через 20—40 минут в стакане появятся осадки, напоминающие сталактиты и сталагмиты (из сульфата магния и хлорида кальция они получатся белые, а из медного купороса — светло-голубые). Это образовались осадки силикатов, например: CaCl2 + Na2SiO3 → CaSiO3 ↓ + 2NaCl. Так же образуются кремниевая кислота и гидроксид металла (или его основная соль): CuSO4 + Na2SiO3 + 2H2O → Сu(OH)2 ↓ + H2SiO3 ↓ + Na2SO4. Теперь осторожно вылейте раствор из сосуда и внимательно рассмотрите свои творения. Почему же растут наши силикатные «сталактиты» и «сталагмиты»? Из кристалла соли, помещенной в раствор силиката натрия, вытягивается тоненькая полая трубочка, стенки которой состоят из образующегося осадка. Трубочка представляет собой полупроницаемую мембрану, через которую вода проникает вовнутрь. Наблюдается осмос — одностороннее перемещение вещества через полупроницаемую мембрану. В результате этого в некоторых местах трубочка рвется. Вновь образуется осадок. Так растут наши «сталактиты» и «сталагмиты» (см. приложение, фото 29—31). Теперь, когда вы знаете, как можно вырастить искусственные сталактиты и сталагмиты, попытайтесь сделать это уже в пещере. Конечно, пещера тоже будет ненастоящей и маленькой, но очень на нее похожей. Пещеру будем делать из гипса. Мы воспользуемся строительным гипсом — алебастром. Гипс — это кристаллогидрат сульфата кальция CaSO4 · 2H2O. Он кристаллизуется в моноклинной сингонии. В переводе с греческого gэpsos означает мел, известь. Слово «алебастр» (от греч. alabastros) происходит от названия древнеегипетского города Алебастрона, рядом с которым его издавна добывали. Алебастр — это разновидность гипса (жженый гипс) CaSO4 · 0,5H2O. Как видно из формулы, 28
он содержит меньше кристаллизационной воды. Если нагреть гипс, то он потеряет часть воды и даст алебастр: CaSO42H2O → CaSO4· 0,5H2O + 1,5H2О. При застывании смеси алебастра и воды происходит обратная химическая реакция и образуется достаточно прочная масса: CaSO4 · 0,5H2O + 1,5H2О → CaSO4 · 2H2O. Гипс начали использовать в качестве вяжущего средства еще в древнем мире. В Древнем Египте его применяли для скрепления блоков при постройке пирамид фараонов. Знаменитые киевские Золотые ворота были также построены на гипсовом растворе. В Древней Руси месторождения гипса стали активно разрабатывать в XII–XIII вв. В настоящее время гипс не утратил своего значения и широко используется в строительстве (гипсокартон, малые архитектурные формы и др.) и медицине. Итак, приступим к изготовлению «пещеры». 1. Сначала сделайте из плотной бумаги каркас будущей пещеры размером примерно 5–7 см (см. рисунок). 2. Потом замешайте в пластиковом стаканчике или другом сосуде (после его придется выбросить) немного алебастра с небольшим количеством воды до получения вязкой однородной смеси. Используйте узкий строительный шпатель. Чтобы придать пещере цвет, можно добавить в смесь пищевой краситель коричневого цвета. 3. Пока алебастр не застыл, обмажьте им все стороны пещеры снаружи и изнутри. Через несколько часов алебастр окончательно затвердеет. Пещера готова.
Так можно сделать «пещеру»
29
Теперь необходимо вырастить в ней сталактиты и сталагмиты. 1. Приготовьте смесь силикатного клея и воды в соотношении 1:1 в сосуде, в который поместите пещеру так, чтобы уровень воды не доходил до ее свода. Кроме того, сосуд подберите такой, чтобы к верхнему своду пещеры был доступ (см. рисунок). Можно взять пластиковый стаканчик из-под сметаны или йогурта и при необходимости обрезать его. 2. Теперь с помощью шпателя внесите в раствор кристаллогидрат сульфата магния. Некоторые его кристаллики останутся на поверхности и не упадут на дно. Попытайтесь утопить их с помощью шпателя. 3. Таким же образом внесите в раствор кристаллогидрат хлорида кальция (для получения голубоватых «сталагмитов» можно добавить кристаллики медного купороса). Через несколько минут вы увидите, что в пещере выросли «сталагмиты» (время их роста будет зависеть от объема сосуда) (см. приложение, фото 35—38).
Пещера в растворе для роста «сталактитов» и «сталагмитов»
4. Осторожно выньте пещеру из раствора, переверните ее на 180° и снова опустите в него. 5. Внесите в пещеру кристаллогидраты сульфата магния и хлорида кальция (можно добавить и медный купорос), как и в предыдущем случае. Вскоре вы опять обнаружите в пещере причудливые наросты. Выньте пещеру из сосуда, осторожно промойте водой и оставьте сушиться. Теперь в ней есть «сталактиты» и «сталагмиты».
Опыт № 15. Друзы из квасцов Для опыта понадобятся: две небольших баночки, алебастр (строительный гипс), квасцы, подкрашенные растворы квасцов (после опыта № 4), кристаллы квасцов (после опыта № 3), пищевой краситель коричневого цвета, кипяченая (дистиллированная) вода, стеклянная палочка с резиновой насадкой для перемешивания, стеклянный шпатель, емкость для замешивания алебастра (например, пластиковый стаканчик), небольшая кастрюля или жестяная консервная банка, бинт или марля, электрическая или газовая плита, термометр, ка30
мешек с отверстиями или трещинами, пинцет, бумажные салфетки, узкий строительный шпатель (металлический или пластмассовый).
Напомним, что друза — это кристаллы, сросшиеся на общем основании. В природе они могут появиться в полостях или трещинах горных пород. Воспользуемся и мы этим условием. Найдите какой-нибудь небольшой камешек с отверстиями или трещинами. Если его нет, сделайте его из алебастра с подмешанным пищевым красителем коричневого цвета. Замешайте алебастр с водой (см. опыт 14) и слепите из него подобие камня с трещиной. Пока алебастр полностью не застыл, вставьте в трещину несколько кристалликов квасцов, полученных в опыте 3. Если есть настоящий камешек, тоже поместите в его трещину (отверстие) несколько кристалликов квасцов. Можно вырастить бесцветные или окрашенные друзы. Снова приготовьте горячий насыщенный раствор квасцов или используйте для этих целей подкрашенные растворы, оставшиеся после выполнения опыта 4. Приготовление насыщенного раствора описано в опыте 3. В банку, предназначенную для профильтрованного горячего раствора квасцов, после споласкивания горячей водой поместите камешек с кристаллами (пользуйтесь пинцетом). В банку осторожно прилейте раствор квасцов. Закройте его бумажной салфеткой и оберните газетой. Через несколько дней вы обнаружите друзу. Достаньте ее, высушите и покройте бесцветным лаком (см. приложение, фото 39).
Опыт № 16. Кофеин из чая Для опыта понадобятся: небольшая консервная банка или жестяная банка из-под кофе (без бумажной этикетки), чайный пакетик, стеклянная пластинка, защитные перчатки, электрическая или газовая плита, лупа, микроскоп.
Кофеин относят к группе природных веществ, называемых алкалоидами. Тонизирующие свойства чая связаны с наличием в его составе кофеина и прочих алкалоидов. Содержание кофеина в чае может достигать 5%. Кофеин также присутствует в зернах кофе, орехах кола и какао-бобах. Содержание алкалоидов кофеина и родственного ему теобромина в шоколаде может достигать 1–1,5 % (теобромина — до 0,4 %). Эти вещества используют в медицине в качестве тонизирующих агентов. 31
O H3C
O
CH3
C N
C
C
C
N CH2
N
N
CH3 Кофеин
Кофеин легко возгоняется (сублимируется) — переходит из кристаллического состояния в газообразное, минуя жидкое. Это происходит при температуре ниже температуры его плавления (tпл 235— 237° С). Если полученный газ охладить, то появятся кристаллы. Кофеин дает бесцветные игольчатые кристаллы. В качестве источника кофеина мы будем использовать обыкновенный чай. 1. Возьмите чайный пакетик и пересыпьте его содержимое в небольшую пустую консервную банку (или банку из-под кофе) без этикетки и сверху прикройте стеклянной пластинкой. 2. Банку поставьте на газовую или электрическую плитку на малый нагрев. Опыт обязательно проводите в хорошо проветриваемом помещении, т. к. при нагревании чая будет ощущаться неприятный запах. 3. Нагревание продолжайте примерно минуту. Вскоре на поверхности стекла можно увидеть образование белого кольца. Это появились кристаллики кофеина и сконденсировались пары воды. 4. Выключите газ или электроплитку и после того, как баночка с пластинкой остынут, рассмотрите кристаллы кофеина под лупой. В этом случае отдельных кристалликов вы не увидите. Но если пользоваться микроскопом, то можно увидеть красивые кристаллики в виде небольших иголочек (см. приложение, фото 58, 59). Если у вас дома нет микроскопа, то кристаллики можно рассмотреть в школе (микроскоп всегда имеется в кабинете биологии).
Кристаллы кофеина под микроскопом
32