Занимательная химия для детей и взрослых

Самый первый из известных пирофоров – белый фосфор, полученный в 1669 г. немецким алхимиком Хеннигом Брандом. В 1794 г. немецкий фармацевт и аптекарь Иоганн Троммсдорф обнаружил способность мелкораздробленного самородного мышьяка воспламеняться на воздухе. Если же говорить только о пирофорных металлах, то считается, что впервые их описал в 1825 г. немецкий физик и химик Густав Магнус, который одно время учился в Стокгольме у знаменитого шведского химика Й. Я. Берцелиуса. еще студентом Магнус опубликовал свою первую работу о самовозгорании металлических порошков. Он получил пирофорные железо, кобальт и никель восстановлением их оксидов. Правда, при этом он ссылался на Берцелиуса, который еще раньше получил пирофорный цирконий действием металлического калия на фтороцирконат K₂ZrF₆ (аналогично из тетрахлорида титана TiCl₄ позднее был получен пирофорный титан). В том же году Ф. Вёлер получил пирофорную смесь меди и свинца, восстановив смесь их оксидов водородом. В 1849 г. немецкий химик К. Ф. Шёнбейн (он известен тем, что открыл озон) получил пирофорные металлы перегонкой их амальгам – сплавов с ртутью; таким образом можно сделать пирофорными Pb, Cr, Mn, Fe, Mo, W, U, Co, Ni, Cu. Например, полученный таким способом пирофорный хром загорается на воздухе при нагреве до 300 °С, превращаясь в Cr₂O₃.

Пирофорный металл можно получить и другими способами. Стандартный способ, описанный в руководствах по химии, – восстановление оксидов, нитратов, сульфатов, карбонатов, солей органических кислот (щавелевой, лимонной, винной и других) путём их нагревания в токе водорода при температуре 300–450 °С. Например, если нагреть в вакууме до 480 °С соль свинца и винной кислоты – тартрат свинца PbС₄Н₄О₆, то получится порошок, самораскаляющийся на воздухе, хотя свинец намного менее активный металл, чем железо. Если окисление идет медленно, то теплота реакции успевает рассеиваться, и порошок свинца постепенно превращается в оксид PbО. В атмосфере же кислорода реакция идет так быстро, что порошок очень сильно нагревается и в конце концов бурно сгорает. Один физик наблюдал, как при механической обработке молибдена по помещению разлетелись мелкие и, вероятно, горячие частицы металла. Они сгорали в полете, превращаясь в лёгкие нити оксида молибдена МоО₃. И помещение наполнилось парящими в воздухе белыми нитями… В ходе другого эксперимента в сушильный шкаф поставили для просушки порошок вольфрама с размером частиц 2–7 мкм. Когда его вынули, по поверхности порошка медленно, со скоростью около 0,5 см/с, ползало светло-красное пятно диаметром около 1 см, оставляющее за собой полоску спеченных частиц. Все это – «проделки» пирофоров.

Как отмечалось, если в ходе реакции восстановления порошок перемешивать, пирофорность металла исчезает. То же происходит, если проводить реакцию при более высоких температурах. Иногда, впрочем, пирофорность исчезает не полностью: порошок металла вспыхивает на воздухе не при комнатной температуре, а после подогрева. Одна из причин частичной или полной потери пирофорности – спекание мелких частиц порошка. Его можно избежать, если подвергнуть восстановлению не чистый оксид металла, а его смесь с оксидом алюминия. Например, железо, полученное восстановлением Fе₂О₃ при температуре выше 540 °С, не будет пирофорным, а смесь Fе₂О₃ с 20 % Аl₂О₃ дает пирофорный порошок и при температуре восстановления 700 °С. Пирфорным может быть не только порошок, но и стружка металла. Этим свойством обладает, например, плутоний.

Пирофорным можно сделать даже серебро, если восстановить его магнием из насыщенного раствора нитрата серебра. Серебро при этом получается в виде очень тонкого порошка. А самовоспламенение пасты из цинковой пыли и 10%-ного раствора NаОН объясняется тем, что щелочь очищает поверхность цинка от его оксида и гидроксида, а сам цинк – металл активный.

Химикам хорошо знаком так называемый скелетный никель (никель Ренея) – катализатор реакций гидрирования. Его получают из сплава никеля с алюминием; если поместить такой сплав в раствор щелочи, алюминий растворится и останется порошок никеля. Этот порошок используют в виде взвеси (суспензии) в органическом растворителе. Если такую суспензию случайно пролить, то после высыхания растворителя катализатор загорится. Последствия могут быть довольно неприятными: может быть, например, прожжен лабораторный стол, а если рядом будет много горючего материала, возможен и пожар.

Пирофорные металлы обладают повышенной реакционной способностью не только по отношению к кислороду. Например, пирофорные железо и марганец уже при комнатной температуре разлагают воду с выделением водорода, а хром реагирует с аммиаком с образованием нитрида CrN.