Не в ночь под Ивана Купалу

По старинным преданиям, папоротник цветет лишь в ночь под Ивана

Купалу, и охраняет этот цветок нечистая сила. В действительности папоротник как споровое растение не цветет вообще, но слова “папоротниковые цветы” можно встретить на страницах вполне серьезных научных журналов. Так называют характерные узоры цинковых покрытий. Эти узоры возникают благодаря специальным добавкам сурьмы (до 0,3%) или олова (до 0,5%), которые вводят в ванны горячего цинкования. На некоторых заводах “цветы” получают иначе, - прижимая горячий оцинкованный лист к рифленому транспортеру.

Демонстрационные опыты с цинком

“Сатурново дерево”

Реактивы. Водный (0,4-1%-ный) раствор ацетата свинца Pb(CH3COO)2, металлический цинк Zn в виде пластины или полосы размером 10150 мм, водный (30%-ный) раствор уксусной кислоты CH3COOH.

Посуда и приборы. Стеклянный цилиндр или высокий химический стакан емкостью 1–2 л, стеклянная палочка, капроновая леска или прочная бечевка, мелкозернистая наждачная бумага, капельница для уксусной кислоты, фильтровальная бумага.

Описание опыта. Цинковую полоску сначала зачищают наждачной бумагой, а затем протирают фильтровальной бумагой. Слегка надрезают и загибают ее края, а затем привязывают ее леской (бечевкой) к стеклянной палочке. В цилиндр на 3/4 его объема наливают раствор ацетата свинца, добавляют несколько капель уксусной кислоты, чтобы уменьшить гидролиз соли. В раствор опускают цинковую пластинку – так, чтобы под ней оставался слой раствора высотой 5–6 см, а стеклянную палочку с привязанной ниткой кладут на горловину цилиндра. Цилиндр с раствором и цинковой полоской оставляют на неделю, стараясь не перемещать его, не встряхивать и не перемешивать раствор.

Пластинка цинка постепенно покрывается красивыми длинными темно-серыми кристаллами свинца:

Pb(CH3COO)2 + Zn = Pb + Zn(CH3COO)2

образуя “сатурново дерево” (“сатурн”  алхимический символ свинца). С течением времени кристаллы увеличиваются в размере.

Данная реакция протекает самопроизвольно, поскольку значение разности потенциалов окислительно-восстановительных пар Pb2+/Pb (0,126 В) и Zn2+/Zn ( 0,763 В) больше нуля: Δε = 0,637 В.

Примечание. Если вместо цинковой пластины использовать гранулу металла, то получится “волосатый” шар из кристаллов свинца.

«Горение цинка»

Нагревают немного цинка на древесном угле в окислительном пламени паяльной лампы. Металл расплавится и при высокой температуре начнет испаряться. Одновременно, однако, он будет сгорать с появлением голубовато-белого пламени. На поверхности около пламени выпадет оксид цинка; в нагретом состоянии он желтого цвета, а в холодном — белый.

«Обнаружение цинка»

Для обнаружения цинка осадим гидроксид цинка едким натром из раствора, содержащего цинк, отфильтруем осадок и накалим его с помощью паяльной лампы на кусочке угля, добавив несколько капель очень сильно (!) разбавленного раствора хлорида или нитрата кобальта.

Цинк обнаружится по зеленому окрашиванию пламени, которое вызовет образующийся смешанный оксид цинка — кобальта (зелень Ринманна).

Этот опыт можно провести проще. К исследуемому раствору добавляют несколько капель раствора соли кобальта. Затем окунают в него полоску фильтровальной бумаги, ждут, пока впитавшийся раствор высохнет, сжигают полоску в несветящемся пламени бунзеновской горелки и прокаливают золу. При наличии цинка также появится зеленая окраска. При этих схемах определений возможны помехи, если присутствуют некоторые другие элементы. Так алюминий с кобальтом дают голубой цвет, который иногда мешает определению зеленой окраски присутствующего одновременно цинка.

«Взаимодействие цинка с кислотами, щелочами и аммиаком»

Реактивы. Цинк (гранулы), разбавленная (20%-ная) серная кислота H2SO4, водный (20%-ный) раствор гидроксида натрия, концентрированный водный раствор аммиака NH3.

Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (3 шт.).

Описание опыта. В стаканы помещают гранулы цинка. В один из стаканов наливают по палочке разбавленную серную кислоту, а в другой – раствор гидроксида натрия. В обоих стаканах наблюдают растворение металла и выделение водорода:

Zn + 2 H3O+ = Zn2+ + H2↑ + 2 H2O

Zn + 2 H2O + 2 OH = [Zn(OH)4]2 + H2↑

В третий стакан добавляют концентрированный раствор аммиака. Наблюдается растворение металла и выделение газа:

Zn + 4 (NH3 . H2O) = [Zn(NH3)4]2+ + 2OH + H2↑ + 2 H2O

«Амфотерность гидроксида цинка»

Реактивы. Водный (10–15%-ный) раствор хлорида цинка ZnCl2, разбавленная (10%-ная) серная кислота H2SO4, водный (10%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH, концентрированный водный раствор аммиака NH3.

Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (4 шт.), стеклянные палочки.

Описание опыта. В стакан наливают 50–75 мл раствора хлорида цинка. Небольшими порциями по стеклянной палочке добавляют раствор гидроксида натрия до образования осадка гидроксида цинка Zn(OH)2. Полученную суспензию делят на четыре порции, три из которых помещают в отдельные стаканы. Одну порцию оставляют для сравнения. К суспензии в одном из стаканов добавляют избыток раствора гидроксида натрия. Во второй стакан приливают раствор серной кислоты, в третий – концентрированный раствор аммиака. Во всех случаях наблюдают растворение осадков за счет реакций:

Zn(OH)2 + 2OH = [Zn(OH)4]2

Zn(OH)2 + 2 H3O+ = [Zn(H2O)4]2+

Zn(OH)2 + 4 (NH3 . H2O) = [Zn(NH3)4]2+ + 2OH + 4 H2O

«Оловянная шуба»

Из тонкой цинковой пластинки вырезают фигурку человечка, хорошо очищают и опускают в стакан с SnCl2. Пойдёт реакция, в которой цинк вытесняет из раствора олово. Фигурка покрывается блестящей «оловянной шубой».

«Вспышка»

В ступке растирают 6,35 г йода и смешивают с 1,6 г цинковой пыли. Ступку ставят на лист жести. В полученную смесь капают несколько капель воды. Начинается бурная реакция между металлом и йодом.

«Восстановление цинка»

Чтобы выделить цинк без тока, необходимо применить более активный металл. Несколько капель раствора сульфата цинка помещают на кусок магниевой ленты или на тонкую стружку электрона. Раствор сульфата цинка получают, растворив кусочек цинка в разбавленной серной кислоте. Одновременно с сульфатом цинка добавляют несколько капель денатурата. На магнии через короткий промежуток времени образуется, что особенно видно под микроскопом, выделившийся в виде тонких кристалликов цинк.

«Цинковый вулкан»

Можно смастерить вулкан из 1,5 г цинковой пыли и 2 мл тетрахлорида углерода ССl4. Смешивают эти вещества и добавляют к смеси 1—2 г оксида магния МgO или такое же количество оксида цинка ZnO, чтобы получить густую массу. Затем на листе железа или в старой миске делают из этой массы горку. Дальнейшие операции надо выполнять в вытяжном шкафу либо на открытом воздухе. Размещают железный лист или миску со смесью на двух кирпичах, между которыми разводят небольшой костер. Ясно, что в лаборатории вместо костра можно будет взять спиртовку. Все это будет необходимо, чтобы разогреть смесь до 150— 200 оС. Как только такая температура достигнута, начинается бурная реакция. Из смеси то появляется, то исчезает пламя, выделяется густой черный дым.