Занимательная химия для детей и взрослых

Человеческий глаз легко обмануть. Изданы специальные альбомы под названием «оптические иллюзии», в которых прямые кажутся кривыми и наоборот, более длинные отрезки – короткими, а круги – овалами и т. д. Иллюзии бывают и цветовые. Самая известная (в то же время самая удивительная) состоит в том, что смесь всех цветов спектра в определённой пропорции воспринимается нами как белый цвет. Всем известен бурый «цвет йода». На самом деле бурый цвет имеет не сам йод, а йодная настойка. Кристаллический йод имеет серый цвет, а его кристаллы обладают металлическим блеском. Пары́ йода фиолетовые; такой же цвет имеют растворы йода в так называемых инертных растворителях – четыреххлористом углероде, гексане (этот углеводород – один из компонентов бензина) и др. Растворы йода в бензоле или в спирте бурые из-за того, что йод образует с молекулами этих веществ комплексы. Если капнуть йодной настойкой на ломтик сырого картофеля или белого хлеба, появится синее окрашивание. Это – цвет комплекса йода с крахмалом. Такой же цвет и у дезинфицирующего вещества йодинола, которым полощут горло; в нем йод образует комплекс с поливиниловым спиртом – этот комплекс удлиняет воздействие йода, а также уменьшает его раздражающее действие.

Новозеландский преподаватель химии из Палмерстон-Норта (найдите этот город на карте!) Тревор Китсон любит озадачивать своих учеников таким трюком. Сначала он рассказывает им, что растворимость различных веществ зависит от полярности растворителя. Полярными называется растворители, молекулы которых несимметричны, причем разные их части имеют противоположные заряды. Например, вода – сильнополярный растворитель, поэтому в ней хорошо растворяются многие ионные соединения, например соли. В то же время неполярные симметричные молекулы серы S₈ и белого фосфора Р₄ в воде не растворяются.

Полярность определяет и возможность взаимного смешения двух жидкостей. Это подметили еще алхимики, сформулировав правило «подобное растворяется в подобном». Например, полярная вода не смешивается с неполярным гексаном. Гексан – очень легкая жидкость (плотность 0,65 г/см³), поэтому, если налить в один сосуд воду и гексан, слой гексана будет вверху. Но так как обе жидкости бесцветны, Китсон сообщает учащимся, что четкая граница между ними будет хорошо видна, если подкрасить воду перманганатом калия (это вещество часто называют «марганцовкой»). Он достает из картонной коробки две колбы – с гексаном и с красно-фиолетовым раствором перманганата, отливает из каждой понемногу в цилиндр и показывает, что нижний, водный слой, окрашенный в знакомый всем цвет KMnO₄, отделен от бесцветного верхнего слоя гексана четкой границей. Оставив цилиндр на столе, он убирает колбы обратно в коробку и продолжает урок. Через некоторое время ему требуется повторить опыт. Снова из коробки достаются две колбы – с прозрачной и красно-фиолетовой жидкостью, которые наливаются во второй цилиндр. Но на этот раз окрашенный раствор почему-то оказывается наверху!

Китсон хватается за голову: «Да что же это такое! Почему мне так не везет? Вечно эти химикаты надо мной издеваются!». И лишь самые догадливые ученики понимают, что преподаватель их просто разыгрывает. Но в чем тут дело, они, конечно, объяснить не могут. Тогда Китсон добавляет в первый цилиндр воду из-под крана, а во второй – гексан. Результат тоже удивительный: в первом цилиндре увеличивается в объеме нижний, бесцветный слой (там и была вода), а во втором – верхний, окрашенный! Становится очевидным, что окрашенный слой во втором цилиндре – вовсе не водный раствор перманганата, а раствор в легком гексане. «Но ведь перманганат калия KMnO₄ – это полярная соль, – удивляются ученики. – И вы сами говорили, что в гексане он растворяться не должен!». «А это вовсе и не перманганат, а йод, – сообщает преподаватель. – Молекулы йода неполярные, поэтому йод хорошо растворяется в гексане».

Но почему же раствор йода в гексане перепутали с раствором перманганата в воде? Оказывается окраска у этих растворов почти одинаковая. Происходит так потому, что оба раствора поглощают свет с длиной волны от 400 до 600 нм, причем максимум поглощения в обоих случаях тоже совпадает (около 520 нм). Поэтому если удачно подобрать концентрацию веществ, то на глаз такие растворы невозможно различить! В то же время отличить один раствор от другого очень легко с помощью прибора, регистрирующего спектр, то есть поглощение раствором света с разной длиной волны. Полоса поглощения йода «гладкая», тогда как на полосе перманганата четко видны отдельные зубцы.