Книга по химии для домашнего чтения

В застывшем слое желатины протекала обменная реакция между дихроматом калия K₂Cr₂O₇ и нитратом серебра AgNO₃ с образованием дихромата серебра Ag₂Cr₂O₇ красно-бурого цвета:

K₂Cr₂O₇ + 2AgNO₃ = Ag₂Cr₂O₇↓ + 2KNO₃

с отложением его кристаллического осадка в виде концентрических колец. При диффузии (постепенном проникновении) нитрата серебра в студень на каком-то расстоянии от центра капли образуется пересыщенный раствор Ag₂Cr₂O₇ и начинается кристаллизация этой малорастворимой соли. В процессе выпадения осадка к месту роста кристаллов подтягиваются находящиеся вблизи дихромат-ионы, благодаря чему вокруг кольца с осадком дихромата серебра образуется зона, свободная от дихромата калия. Диффузия AgNO₃ сквозь кольцо осадка и зону, свободную от K₂Cr₂O₇, продолжается до тех пор, пока ионы серебра Ag⁺ не подойдут к участкам желатины, содержащим дихромат-ионы. В этом месте начнется образование второго красно-бурого кольца Ag₂Cr₂O₇. Затем все процессы повторяются вновь. Вся картина на желатине получила название колец Лизеганга по имени их первооткрывателя, немецкого физико-химика Р. Лизеганга.

6.60. КОЛЕБАНИЯ ЦВЕТА

Если смешать водные растворы триоксобромата калия и лимонной кислоты и добавить немного серной кислоты и сульфата церия, раствор начнет в строго определенные интервалы времени то принимать желтую окраску, то обесцвечиваться.

В растворе протекают «колебательные реакции», которые открыл и изучил советский химик Борис Павлович Белоусов (1893–1970). Вначале происходит окисление ионов Ce³⁺ сульфата церия Ce₂(SO₄)₃ бромат-анионами BrO₃^-:

6Се³⁺ + BrO₃^- + 6Н⁺ = 6Се⁴⁺ + Br^- + 3Н₂O. (1)

Из-за появления ионов Ce⁴⁺ окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce⁴⁺ окисляют лимонную кислоту (СН₂СООН)₂С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH₂COOH)₂CO

(СН₂СООН)₂С(ОН)СООН + 2Се⁴⁺ = (CH₂COOH)₂CO + 2Се³⁺ + CO₂↑ + 2Н⁺ … (2)

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br^- тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO₃^- с образованием брома Br₂, который немедленно окисляет катионы Ce³⁺ :

5Br^- + BrO₃^- + 6Н⁺ = 3Br₂ + 3Н₂O, (3)

2Се³⁺ + Br₂ = 2Се⁴⁺ + 2Br^-. (4)

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce⁴⁺ . Ритм реакций можно ускорить или замедлить, изменяя концентрации взятых реагентов и температуру.

После реакций (3) и (4) опять вступает в дело реакция (2), и все они повторяются вновь, пока не будет израсходован один из реагентов — бромат калия KBrO₃ или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce³⁺ и Ce⁴⁺ участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H₂O)₆]³⁺ и [Ce(H₂O)₆]⁴⁺ .

6.61. ХИМИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР

Можно ли химическим методом измерить количество света?

Окислительно-восстановительная реакция взаимодействия хлорида ртути HgCl₂ с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄ в водном растворе с выделением белого малорастворимого дихлорида диртути Hg₂Cl₂:

2HgCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = Hg₂Cl2↓ + 2СO₂↓ + 2NH₄Cl

протекает только под действием видимого света. Количество света может быть установлено по массе выделившегося дихлорида диртути. Рассматриваемая реакция лежит в основе работы простейших химических фотометров.

6.62. КАТИОНЫ-НЕПОСЕДЫ

Если серебряную пластинку Ag изолировать от слоя расплавленной серы двумя пластинками твердого сульфида серебра Ag₂S, положенными друг на друга, то по истечении одного часа масса серебра уменьшится почти на 0,1 г, а масса пластинки сульфида серебра, находящейся в контакте с расплавленной серой, увеличится в полном соответствии с реакцией

2Ag + S = Ag₂S.

Масса же пластинки Ag₂S, находящейся в контакте с пластинкой серебра, практически не изменится. Это означает, что реакция протекает на границе жидкой серы и слоя Ag₂S за счет переноса катионов Ag⁺ и электронов от серебряной пластинки через два слоя сульфида серебра. На границе соприкосновения Ag₂S с расплавом серы переместившиеся электроны превращают атомы серы, прилегающие к слою Ag₂S, в сульфидные анионы S^2-, а «пробежавшие» два слоя сульфида серебра катионы Ag⁺ присоединяют эти анионы, наращивая массу пластинки Ag₂S.

6.63. РЕАКЦИЯ ПОДГОНЯЕТ САМА СЕБЯ

При изучении взаимодействия щавелевой кислоты с перманганатом калия в присутствии серной кислоты нетерпеливому экспериментатору может показаться, что реакция вовсе не идет.