Занимательная химия

Занимательная химия
Владимир Владимирович Рюмин

В книге знаменитого ученого-химика Владимира Владимировича Рюмина вы найдете крайне занимательные опыты и превращения химических веществ, каждое из которых можно найти в специализированных магазинах. Дополнения и приложения к тексту расскажут о технике безопасности и правилах поведения в лаборатории, современном строении атома, подробном применении химических элементов в промышленности и многих других интереснейших вещах. Автор, признанный мастер научно-популярного жанра, поможет вашему ребенку собственноручно проводить яркие и наглядные опыты в импровизированной домашней лаборатории, а также подготовиться к изучению школьной химии или же расширить полученные на уроках знания.

Данное издание исправлено, дополнено и переработано с учетом новейших достижений химической науки.

Владимир Владимирович Рюмин

Занимательная химия

Предисловие издательства

Владимир Владимирович Рюмин – русский инженер, опытный педагог, получивший широкую известность как популяризатор науки и техники.

Будучи прогрессивным педагогом-новатором, Владимир Владимирович разрабатывал собственные оригинальные методики преподавания, ставил необычные опыты, следил за новостями из мира техники и делился ими с учениками. Начав заниматься преподаванием, он издал немало учебных пособий по химии, минералогии, электротехнике и технологии, серию брошюр по технологии производств (мыловарение, изготовление лампадного масла, красок, бетона, отделочных материалов) и по прикладной технологии. Рюмин выпускал научно-популярные журналы «Физик-любитель» и «Электричество и жизнь». Тогда же выходили адресованные самой широкой читательской аудитории книги «Химия вокруг нас», «Техника вокруг нас», «Чудеса техники», «Чудеса современной электротехники», «Беседы о магнетизме», «Беспроволочный телеграф», «Практическая минералогия», «Популярные научные очерки и рассказы». Писал он и более серьезные работы для специалистов – химиков, минералогов, электротехников, инженеров транспорта.

Окончив преподавательскую деятельность, Владимир Владимирович Рюмин сосредоточился на популяризации науки. Его книга «Занимательная химия» открыла знаменитую серию «Занимательная наука». За 10 лет эта работа Рюмина выдержала 7 переизданий, став самым популярным из его трудов. С каждым изданием он вносил в текст новые изменения, оставляя центром внимания описание простых и эффектных опытов, делая содержание книги более основательным.

Рано или поздно перед учителями в школе и родителями дома встает острый вопрос: как преподать юному школьнику химию, чтобы он не скучал над толстым учебником с непонятными формулами, а легко и быстро понял все грани этой науки? На помощь придет книга Владимира Владимировича Рюмина, в которой все основные химические законы проиллюстрированы при помощи красочных и понятных опытов, а приложения к основному тексту учат, как правильно обращаться с химическими реактивами, и рассказывают о технике безопасности и самых необходимых приемах работы. Книга переработана с учетом новейших достижений химической науки и будет интересна как тем, кому еще только предстоит изучение химии, так и всем тем, кто хочет применить полученные знания на практике.

Введение

Что такое химия

Один из героев французского писателя Мольера всю жизнь не знал, что он говорит… прозой.

Многие, впрочем, и сейчас этого не знают, как не знают и того, что всю жизнь имеют дело с химией.

«Как же, – скажут они, – мы даже не знаем, что такое химия!»

И мольеровский герой не знал, что такое проза, – потому-то и не подозревал, что он ею говорит. Кто знаком с химией, нашего утверждения опровергать не станет.

Химия – это наука о составе веществ и изменении их внутреннего строения. Веществ, а не вещей.

Вещь может быть сложной по своему устройству и простой по составу и, наоборот, с виду крайне простой, а по составу необычайно сложной.

Дверной замок – вещь. Собран он из многих отдельных частей, хитро прилаженных друг к другу; но все эти части и весь замок в целом сделаны из одного вещества – из железа[1 - Если, конечно, иметь в виду так называемое химически чистое железо, потому что железо, применяемое в технике, по составу далеко не просто. (Здесь и далее примеч. ред.)]. Сложная вещь по устройству, а по составу вещества – простая.

Вот как будто совсем простая вещь – полено дров. Между тем по составу веществ, в нем заключающихся, – одна из самых сложных в мире.

Химия и занимается не самыми вещами, а теми веществами, из которых состоят вещи, минералы, растительные и животные организмы. Эти вещества могут быть химически сложными, разлагаемыми на простые, и химически неразлагаемыми (химическими элементами). Все газообразные, жидкие и твердые вещества, хотя и кажутся сплошными, состоят из отдельных частиц (молекул). Молекулы построены из атомов. Молекулы химических элементов – из одинаковых атомов, а сложных веществ – из разных. Химия изучает строение молекул, перегруппировку в них атомов при химических реакциях (взаимодействии веществ) и явления, сопровождающие эту перегруппировку.

«Вещество», материя образует все отдельные вещества, весь окружающий нас мир. Зная это, трудно отрицать, что мы, и не будучи химиками, но всю жизнь имея дело с различными вещами, а следовательно, и с веществами, из которых они состоят, тем самым волей-неволей имеем дело и с химией.

А сколько людей занято химией, чтобы доставить нам все необходимое для жизни! Просыпаясь утром, вы принимаете душ и имеете дело с химическим процессом – действием мыла или шампуня на кожу. Ваша одежда, то есть ткань, из которой она сделана, наверняка синтетическая – получена химическим путем – и покрашена красителями, также полученными химическим путем. Кстати: знаете, из чего состоит большинство современных красок? Они имеют сложный состав – помимо красящего пигмента и пленкообразующего вещества могут содержать в себе различные добавки – растворители, разбавители и вещества, ускоряющие высыхание красок.

Одевшись и умывшись, вы садитесь пить чай, и опять перед вами дары химии. Листочки чайного дерева не просто засушены, они подвергаются химическому процессу окисления. В чай вы положили кусок-другой сахара. Кто же не знает, что он выделывается на специальных заводах, с помощью сложной химической обработки свекловичного сока? Булка к чаю – продукт химических процессов брожения[2 - Брожение – ферментативное расщепление органических веществ, преимущественно углеводов. Может осуществляться в организме животных, растений и многих микроорганизмов и является результатом жизнедеятельности различных микроорганизмов, меняющих химический состав обитаемой ими питательной среды (действуют не сами живые организмы, а выделяемые ими химические соединения). Бактерии спиртового брожения разлагают сахарные вещества с выделением спирта, углекислого газа и малых доз других соединений.] и последующего выпекания теста.

В школе вы пишете или, например, рисуете – и видите, что и тут химия вместе с другими науками и техникой пришла вам на помощь, изготовив карандаши, краски и бумагу…

Химия – удивительная наука! Она научила нас познавать состав небесных тел и даже определять их возраст, вручила нам оружие для борьбы со многими болезнями, является основой и существом многочисленных производственных процессов. Благодаря химии и ее достижениям мы изучаем «поведение» веществ, увеличиваем количество и улучшаем качество нашей продукции.

Первым химиком в истории был первобытный человек, который развел огонь. Но и до этого времени люди дышали и питались; значит, и до этого в их организмах, неведомо для них самих, совершались химические процессы.

В наше время без химии и без знания ее обойтись невозможно. Нет отрасли человеческой жизни, которая не имела бы прямой или косвенной связи с этой великой наукой.

Она учит земледельцев удобрять обрабатываемую почву, врача – лечить больных, художника – писать картины, инженера, рабочего – выплавлять металлы и производить тысячи важнейших продуктов. Даже типографская краска, которая использовалась при печати этой книги, тоже создана с помощью химии.

Таким образом, часто сами этого не подозревая, мы тесно связаны с химией!

Познакомимся же с ней! Но произведем это знакомство не по специальному учебнику химии, а по этой книге. Попытаемся на легких, интересных опытах[3 - Прежде чем приступить к опытам, описанным в книге, настоятельно рекомендуем ознакомиться с приложениями.] познать основы этой науки.

Глава 1

Химическая «магия» (Реакции соединения)

Среди фокусов, которыми в прежние времена заезжие «профессора белой и черной магии» поражали обывателей, много таких, которые основаны только на знании химических законов.

В сущности, это, конечно, не фокусы, а просто более или менее эффектно обставленные химические опыты, и все они легко могут быть проделаны каждым из вас.

Я покажу вам несколько десятков таких опытов, и вы увидите, что они не только любопытны, но зачастую и весьма поучительны. Знакомство с сущностью этих опытов открывает нам главнейшие законы химии.

Послушный дым

Этот фокус имеет массу вариаций. Я продемонстрирую вам его в самой поучительной форме.

Смотрите. Я беру ленточку металла магния и один конец ее укрепляю в пробке, пробкою же закупориваю бутылку с отрезанным дном, так что ленточка висит внутри ее. На тарелку наливаю воды, зажигаю магний снизу и ставлю бутылку в тарелку. Вскоре бутылка наполняется белым дымом. Я сейчас заставлю его перейти из бутылки в закрытый стакан. Стакан, находящийся на другом конце стола, прикрываю чайным блюдцем, и – смотрите внимательно – по мере того, как редеет и исчезает дым в бутылке, он появляется и густеет в стакане (рис. 1).

Заметьте еще, что вода из тарелки проникла в бутылку и стоит там на более высоком уровне, чем снаружи в тарелке. Не кажется ли вам это удивительным? Ведь от нагревания воздух в бутылке должен был расшириться, а не сжаться.

Но объясним химический смысл этого фокуса. Конечно, дым, получаемый в ходе опыта, рассеивается в воздухе, а в бутылке образуются белые хлопья: результат соединения кислорода воздуха с магнием – оксид магния. Два простых вещества дали сложное.

Рис. 1. Дым исчезает в бутылке и появляется в стакане

Поднятие воды под бутылкой объясняется тем, что часть находящегося в ней кислорода соединилась с магнием. Ну а причина появления дыма в закрытом стакане? На дно его я до начала опыта капнул несколько капель нашатырного спирта, а ту сторону блюдца, которая прикрывает стакан, смочил соляной кислотой.

Соляная кислота – это раствор в воде газа хлористого водорода, а нашатырный спирт – тоже раствор в воде другого газа – аммиака. Оба летучи и, выделяясь, соединяются в виде дыма в микроскопические кристаллики.

Опыт объясняется, следовательно, просто, но вводит нас сразу в гущу химических понятий, давая нам сведения о существовании таких веществ, как кислоты, основания, соли. Что они в отдельности собой представляют, мы узнаем из дальнейших опытов.

«Три кита» химии

Исследуя всевозможные химические вещества, ученые разделили их по сходным признакам на группы. Громадное большинство этих веществ удалось разложить на более простые, но часть их до самого последнего времени никак не поддавалась такому разложению, и им приписывалась абсолютная элементарность состава. Когда-то считалось, что все металлы и часть неметаллов являются теми «кирпичами мироздания», из которых построена Вселенная. Однако с тех пор наше представление о делении веществ на простые и сложные значительно изменилось.

К этому делению я еще вернусь в дальнейшем, а пока укажу, что среди веществ, заведомо сложных, выделяются три группы, имеющие особо важное значение для прикладной химии: кислоты, основания и соли.

Народная фантазия представляла Землю стоящей на трех китах. Наука давно освободила китов от этой непосильной для них ноши и предоставила Земле свободно нестись в мировом пространстве.

«Три кита» химии, напротив, все еще несут свою службу, поддерживая стройную систему классификации веществ. Из кислот вы, вероятно, ближе всего знакомы с уксусной, которой столовый уксус обязан своим вкусом. Возможно, что слышали и о других пищевых кислотах: молочной, яблочной, лимонной и пр. Из минеральных кислот, вероятно, знаете серную, а может быть, еще азотную и соляную. Растворимые кислоты окрашивают раствор лакмуса (растительной краски, добываемой из некоторых лишайников) или пропитанную ими бумажку в красный цвет, а легко растворимые в воде основания (щелочи) – в синий.