Самопроизвольность образования раствора

Примерзающий стакан.

Значительное понижение температуры при растворении ни­трата аммония можно показать в опыте примораживания стакана. В тонкостенный стаканчик объемом 100 -мл с плоским (не вогнутым внутрь) дном наливают 50 мл воды и ставят его на деревянный кубик, дощечку и т. п. Под дно стаканчика наливают немного воды, высыпают в стаканчик с налитой в него водой около одной столовой ложки измельченного нитрата аммония и перемешивают стеклянной палочкой, придерживая стаканчик рукой, чтобы не сдвигать его с места. Через некоторое время стаканчик примерзает.

По окончании опыта концентрированный раствор выливают из стаканчика в фарфоровую чашку и оставляют испаряться на воздухе, слегка смазав края чашки вазелином, чтобы кристаллы нитрата аммония не «перелезали» через край.

Изменение объема при растворении

Опыт 1. В мерную колбу на 100 мл наливают 50 мл воды, а затем с помощью пипетки осторожно по стенке добавляют этиловый спирт. Колбу закрывают пробкой и перемешивают содержимое. После охлаждения до комнатной температуры замечают, что объем раствора уменьшился.

Опыт 2. С помощью пипетки отмеривают 50 мл воды и такой же объем концентрированной серной кис­лоты. Вещества сливают в стакан (сначала воду, а затем кислоту). После охлаждения до комнатной темпе­ратуры раствор переливают в мерную колбу на 100 мл. Жидкость не доходит до метки — объем раствора мень­ше суммы объемов исходных веществ.

Самопроизвольность образования раствора

1. В открытые цилиндры с водой опустить кристаллы медного купороса, дихромата калия (выбрать по возможности крупные кристаллы и перед опусканием в воду смазать их вазелином), хромокалиевых квасцов. В один из цилиндров на поверхность воды осторожно по стенке налить слой спирта толщиной 4—5 см. Происходит самопроизвольное растворение, постепенное размывание границы между водой и раствором, продвижение частиц растворенного вещества по всему объему раствора (диффузия) ¹.

Сравнить процесс образования растворов с образованием взве­сей, для приготовления которых необходимо встряхивание, взбал­тывание или другое механическое воздействие.

2) Взболтать кристаллы растворимого вещества (например, дихромата калия) в стакане или цилиндре с водой стеклянной палочкой — процесс образования раствора ускоряется.

3) Кристаллы соли подвесить в марлевом мешочке или в пробирке с отверстием в дне в верхней части цилиндра с водой (рис. 129 а, б). Цель опыта — показать, как можно быстро растворить вещество, не при­бегая к размешиванию.

Более тяжелый раствор опускается вниз, и таким образом происходит самопроизволь­ное перемешивание. Вся соль быстро пере­ходит в раствор. Этим способом пользуются в технике, подвешивая в мешках, сетках и т. п. подлежащие растворению вещества в верхней части резервуара с растворителем.

Для опытов можно взять перманганат ка­лия, дихромат калия, сульфат меди и даже неокрашенную соль. Струйки более тяжелого, чем вода, раствора вблизи хорошо видны. Для соли в верхнем слое сравнения в пробирке или мешочке подвешвают мел и известь. В том и другом случае струйки раствора заметить нельзя, но через некоторое время испытание фенолфталеином покажет, что небольшое растворение извести все же происходит (о растворимости веществ см. стр. 167).

Искусственные водоросли,

1. Яв­ление образования полупроницаемых пленок и проникновения через них растворителя можно использовать для «выращивания» так называемых искусственных водорослей.

Если в цилиндр или пробирку с раствором силиката натрия (можно использовать раз-

бавленный вдвое си­ликатный канцелярский клей, но раствор его мутный и трудно фильтрует­ся) бросить кусочек хлорида железа FeCl₃, тo вокруг него немед­ленно образуется пленка из силиката железа, через которую будет проникай» вода. От этого пленка раздувается и разрывается. Вытекающий в месте разрыва раствор хлорида железа соприкасается с раствором силиката, при этом вновь образуется пленка и т. д. От дна пробирки растут причудливо извивающиеся стебли с боковыми отростками.

Для приготовления коллекции разнообразных «водорослей» наполняют почти доверху 50-процентным раствором силиката натрия несколько цилиндров или больших пробирок {рис. 132) и бросают туда кусочки хлорида железа FeCl₃ — образуются водоросли бурого цвета, от кристаллов хлорида кобальта — сире­невые водоросли, от хлорида никеля — светло-зеленые водоросли, от хлорида марганца — белые водоросли с розоватым оттенком, от сульфата железа (II) — изумрудно-зеленые. Соли алюминия и магния образуют бесцветные стекловидные стебли.

Опыт можно провести в большом стакане, стеклянной банке ¹, наполненной раствором силиката натрия. В раствор бросают после­довательно соли разных металлов. При росте водорослей возникает красивый «химический ландшафт».

2. Кроме раствора силиката натрия для создания искусственных водорослей можно использовать 3—4-процентный раствор гексациано-(Ш)-феррат калия K₃[Fe(CN)₆] или гексациано-(П)-феррат калия K₄[Fe(CN)₆], т. е. красную или желтую кровяную соль. В цилиндр или пробирку с раствором той или другой со­ли бросают кристаллы солей меди (лучше кристаллы двойной соли (NH₄)₂CuCl₄-2H₂O, но можно брать сульфат или хлорид меди, правда, «водоросли» растут в этом случае медленно и получаются небольшие).

Лучшие результаты получаются, если в 3-процентный раствор сульфата меди опустить кристаллы указанных выше комплексных

Следует иметь в виду, что силикат натрия сильно разъедает стекло и стек­лянные цилиндры при длительном нахождении в них этого раствора могут быть испорчены, поэтому предпочтительнее пользоваться дешевыми банками или при­готовить самодельные цилиндры из широких стеклянных трубок, например из обрезанных перегоревших ламп дневного света (т. I, стр. 214).

солей. Стойкость растущих водорослей можно повысить, если к растворам этих солей или раствору сульфата меди прибавить раствор желатинй. Еще лучше использовать для выращивания и сохранения «водорослей» из медных солей специально приготов­ленный раствор из 100 мас. ч. дистиллированной воды, 5—10 мас. ч. насыщенного раствора красной кровяной соли и 10—20 мас. ч. 0,5-процентного раствора желатины.

Пересыщенные растворы

1) Сульфат натрия (глауберова соль). В большой колбе (до 2 и более литров) подготовить раствор сульфата натрия Na₂SO₄! на 5 мае. ч. воды взять 6 мае. ч. соли. Если имеется безводная соль (некристаллическая), то нужно взять на 1 мае. ч. соли 2 мае. ч. воды. Растворять при нагревании, но не до кипения, нагревать осторожно на сетке, все время взбалтывая. Если раствор окажется мутным, про­фильтровать его в горячем виде через холст в другую обмытую горячей водой колбу. Профильтрованный раствор нагреть до кипе­ния и кипятить несколько минут, чтобы конденсирующаяся в горле колбы вода смыла с внутренней поверхности горла брыз­ги раствора. Отставив горелку, закрыть горло колбы плотным комком ваты и оставить раствор охлаждаться при комнатной температуре. Чтобы выделяющиеся кристаллы получились более крупные, к раствору следует прибавить несколько капель глице­рина.

В таком виде раствор может сохраняться при комнатной темпе­ратуре сколько угодно времени (годами), не кристаллизируясь, если даже переставлять колбу и взбалтывать раствор. Полезно обвязать горло колбы поверх ваты резиновой или полиэтиленовой пленкой, целлофаном и т. п.

При демонстрации поставить колбу перед темным фоном, открыть ее и бросить туда кристаллик сульфата натрия. Около него сейчас же образуется друза кристаллов, которая, быстро разрастаясь, запол­няет всю колбу. Прежде чем вызвать кристаллизацию, можно в раствор погрузить шарик термоскопа (стр. 163), чтобы показать выделение теплоты при кристаллизации.

По окончании опыта очень осторожно нагреть колбу на сетке, сложенной в несколько рядов, или на куске асбестового картона и, все время взбалтывая, растворить выделившиеся кристаллы. Закрыть колбу ватой и оставить на хранение. Не следует отклады­вать надолго растворение выделившихся кристаллов, так как с те­чением времени кристаллы срастаются в плотную массу и раство­ряются труднее, чем сразу после выделения.

Для растворения кристаллов можно поместить колбу в какой-нибудь сосуд, например железное ведро с холодной водой, которую постепенно довести до кипения. В таком случае встряхивать колбу нет необходимости.

Иногда кристаллизация вещества из раствора начинается сама со­бой, как только вынута из горла колбы ватная пробка. Это бывает потому, что в воздухе оказывается мелкая пыль сульфата натрия или изоморфного с ним вещества, с которым до этого работали в помещении (например, пересыпали и т. п.). Если выпадение крис­таллов сразу не наступило, то, прежде чем вызывать кристаллиза­цию, можно бросить в колбу кристаллик какой-нибудь другой соли. Он должен быть чистый, лучше предварительно обмытый водой. Обычно это не вызывает кристаллизации, если вещества неизоморфные.