Фонтан опыт по химии

Представьте себе такую картину: большая пустая колба закрыта пробкой с трубкой. На ваших глазах эту колбу переворачивают вверх дном и опускают в большой сосуд с водой. И тут неожиданно внутри колбы начинает бить сильный фонтан. Менее чем за минуту колба почти полностью заполняется водой.

Оказывается, в этом опыте нет ничего сложного. Его можно без особых усилий повторить самому. Для начала нам понадобятся: круглодонная колба на 0.5-1 л, пробка и пару трубок. Одна из трубок должна иметь оттянутый конец. Вариантов описанного эксперимента несколько, мы рассмотрим только два из них.

Опыт основан на очень хорошей растворимости хлористого водорода в воде.

Возьмите литровую колбу и подберите к ней хорошую резиновую пробку. В пробке делают два отверстия, через которые вставляют стеклянные трубки. Одна из них длинная с оттянутым концом, другая — короткая (рис. 1а). Диаметр отверстия в оттянутой трубке — 1-2 мм. Также подготовьте большой стеклянный кристаллизатор или любую другую прозрачную емкость на 2-3 л. Желательно, чтобы она была низкой.

В нашем опыте была использована колба со шлифом и насадка, которой обычно накрывают колбы-приемники при перегонке (рис. 1b). Это не принципиально, однако такая процедура избавила нас от необходимости сверлить отверстия в толстой резиновой пробке. В любом случае важно, чтобы пробка была вставлена в колбу плотно и герметично, иначе можно испортить весь опыт.

Рис. 1а. Установка для опыта «хлористоводородный» фонтан

Рис. 1b. Вместо резиновой пробки с трубками удобно использовать стеклянную насадку

Теперь закрепите колбу в штативе (дном вниз) и присоедините к длинной трубке отрезок гибкого шланга. Другой конец шланга соедините с установкой для получения хлороводорода. В нашем случае для этих целей служила обыкновенная колба с газоотводной трубкой. В колбу насыпьте хлорида натрия и налейте туда концентрированной серной кислоты. После этого поставьте колбу в стакан с горячей водой. Такая процедура очень удобна: достаточно вынуть колбочку со смесью из стакана, и выделение газа почти прекратится. Ориентировочным признаком того, что большая колба наполнилась хлороводородом, может служить появление белого тумана соляной кислоты на выходе.

Заполним колбу хлороводородом

Тем временем, налейте почти доверху воду в кристаллизатор и подкрасьте ее любым индикатором, который изменяет свой цвет в кислой среде — метилоранжем, метиловым красным, лакмусом. Например, в нашем опыте был использован раствор метилового красного с добавками щелочи. Метиловый красный в щелочной среде окрашен в желтый цвет, в кислой — в красный.

Когда колба наполнится хлороводородом, отсоедините от нее шланг, по которому поступал газ. Потом к короткой стеклянной трубке присоедините гибкий шланг с резиновой грушей или большим шприцом. Все соединения должны быть плотными. После этого колбу аккуратно переворачиваем (следите, чтобы пробка была плотно закрыта!) и опускаем трубку в кристаллизатор с водой (как можно глубже).

Теперь ответственный момент: для того, чтобы в колбе начал бить фонтан, в нее должно попасть несколько капель воды. Для этого воду подают в колбу с помощью шприца или груши [1].

Как только небольшое количество воды попадет в колбу, часть хлороводорода растворится, что приведет к падению давления. В результате в колбу ударит сильный фонтан подкрашенной воды. При этом будут растворяться новые порции HCl и т.д. Желтый раствор метилового красного становился в колбе красным. Фонтан был таким мощным, что когда отверстие оттянутой трубки покрыла вода, он продолжал бить из-под воды, почти не теряя силы. По стенкам колбы текла пленка кроваво-красного раствора, колба отбрасывала красивую красную тень. Если опыт проведен правильно, почти вся колба заполняется раствором, но это бывает далеко не всегда: некоторое количество воздуха поступает через неплотности установки, растворенный воздух выделяется из воды. Кроме того, чистота хлороводорода, который заполнял колбу, разумеется, не достигала 100%.

Обратите внимание, что для этого опыта нельзя использовать колбы с плоским дном. Такие колбы легко могут взорваться, когда в них возникнет вакуум. Дело в том, что по поверхности плоскодонных колб сила атмосферного давления распределяется не равномерно, а это довольно значительная величина — около 1 кг на 1 см 2

Вместо хлороводорода используют и другие легко растворимые газы, чаще всего — аммиак.

__________________________________________________
1 Обратите внимание: трубка, соединенная со шприцем или грушей должна быть герметична, в противном случае потом через нее будет попадать в колбу воздух.

»Хлористоводородный» фонтан
Fountain Experiment (Hydrogen Chloride)

Строго говоря, это эксперимент из области физики, но выглядит он не менее эффектно, чем «хлористоводородный» фонтан. Существенное его преимущество — простота исполнения и отсутствие необходимости работать с опасным хлористым водородом. Для опыта нам понадобятся: литровая круглодонная колба, пробка, в которую вставлена трубка с оттянутым концом [2], кристаллизатор с водой (лучше — подкрашенной) и электрическая плитка. Закрепите в штативе литровую колбу, налейте в нее 5-100 мл воды, неплотно накройте колбу пробкой и поставьте снизу электрическую плитку. Нагрев регулируют таким образом, чтобы вода в колбе активно кипела. Если мощности плитки не достаточно, колбу можно накрыть асбестовой тканью. Когда водяной пар полностью вытеснит из колбы воздух, колбу герметично закрывают пробкой с оттянутой трубкой, аккуратно, переворачивают вверх дном и быстро опускают в кристаллизатор с водой. Колба охлаждается, пар начинает конденсироваться, внутри создается разряжение. В результате, немного холодной воды затягивает в колбу. Это резко усиливает процесс конденсации и через несколько секунд внутри колбы уже бьет мощный фонтан. Как правило, этот фонтан сильнее, чем в опыте с хлористым водородом. Более того, в процессе эксперимента холодная вода в колбе начинает бурно кипеть. Это можно объяснить резким падением давления. Как известно, температура кипения жидкостей значительно уменьшается при низком давлении.

__________________________________________________
2 Если вы делали опыт «хлористоводородный» фонтан — воспользуйтесь готовой установкой. Единственная переделка — трубку, которая предназначалась для резиновой груши, необходимо герметично закрыть.

Читайте также: Гаспра жилье с бассейном

Подготовка опыта «паровой фонтан» (фонтан в колбе)

Другое отличие эксперимента с водяным паром от предыдущего — подкрашенная жидкость при попадании в колбу не изменяет свой цвет. Но, читатель, безусловно, уже догадался, как этот недостаток устранить. Например, в начале опыта в колбу можно вместо чистой воды добавить слабый раствор нелетучей кислоты или щелочи, а в кристаллизатор — соответствующий индикатор.

В следующих номерах журнала мы планируем описать другие аналогичные опыты, в частности, «аммиачный» фонтан.

Источник

Фонтан опыт по химии

16 лет успешной работы в сфере подготовки к ЕГЭ и ОГЭ!

1602 поступивших (100%) в лучшие вузы Москвы

Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и предметным Олимпиадам в Москве

Записаться в Летнюю школу!

home
map
mail

У Вас возникли вопросы?
Мы обязательно Вам перезвоним:

Описание.
При температуре 20 градусов Цельсия 700 объемов аммиака растворяется в 1 объеме воды, поэтому при контакте аммиака с водой происходит его быстрое растворение, давление в колбе падает, и вода с добавленным фенолфталеином под действием разницы давления устремляется в колбу, заполненную аммиаком. Среда в растворе аммиака – щелочная, поэтому из-за добавленного фенолфталеина окраска его становится малиновой.

Родителям и ученикам

Записаться на курсы
Пройти online тестирование
Посмотреть расписание
Акции и скидки

Образовательный Центр «ПАРАМИТА»

Адрес: г. Москва, ул. Образцова, 14 (2 этаж)

Рядом с метро Достоевская, Марьина Роща, Белорусская

Телефон: 8 (495) 643-69-44

Электронная почта: info@paramitacenter.ru

Источник

Фонтан опыт по химии

16 лет успешной работы в сфере подготовки к ЕГЭ и ОГЭ!

1602 поступивших (100%) в лучшие вузы Москвы

Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и предметным Олимпиадам в Москве

Записаться в Летнюю школу!

home
map
mail

У Вас возникли вопросы?
Мы обязательно Вам перезвоним:

Описание.
Конец резиновой трубки, вставленной в колбу, заполоненной хлороводородом, опускаем в воду, подкрашенную лакмусом. Хлороводород растворяется в воде, давление в колбе падает. И вода фонтаном устремляется в колбу. Образующаяся при растворении в воде соляная кислота, изменяет синюю окраску лакмуса на красную.

Родителям и ученикам

Записаться на курсы
Пройти online тестирование
Посмотреть расписание
Акции и скидки

Образовательный Центр «ПАРАМИТА»

Адрес: г. Москва, ул. Образцова, 14 (2 этаж)

Рядом с метро Достоевская, Марьина Роща, Белорусская

Телефон: 8 (495) 643-69-44

Электронная почта: info@paramitacenter.ru

Источник

Аммиачный фонтан

Вода поглощает аммиак и заполняет колбу

Проведите этот опыт с нашей подпиской!

Этот эксперимент, как и исчезающий порошок и огненная надпись, входит в набор Азот. Подпишитесь и получите всё, что понадобится для проведения этого эксперимента дома.

Реагенты

Безопасность

Перед началом опыта наденьте перчатки.

Проводите эксперимент на подносе.

Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Фонтан не получился. В чём дело?

Фонтан мог не получиться по ряду причин.

Колба, в которую вы набираете аммиак, должна быть сухой. Если по какой-то причине она уже была влажной, или при сборе газа в колбу попало слишком много водяного пара, это помешает опыту. Просушите колбу с помощью фена для сушки волос и повторите эксперимент.

Трубки слабо прилегают к пробке, и в колбу попадает воздух. Проверьте положение трубок: они должны быть вставлены плотно и на достаточную глубину.

На конце трубочки, вставляемой в колбу, недостаточно жидкости. Извлеките пробку, повторно наполните газом колбу. Обмакните заострённый конец трубки в растворе тимолового синего (важно проследить, чтобы в кончике трубочки осталась жидкость). После этого закончите эксперимент согласно инструкции.

Пробка плохо закрывала колбу. Очень важно, чтобы пробка плотно прилегала к горлу колбы. Обязательно придерживайте её пальцем!

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Высыпьте в пробирку весь оксид кальция CaO из баночки. Чтобы порошок легче высыпался, опустите горлышко баночки в пробирку, и постучите ими по столу.
В ту же пробирку таким же способом высыпьте весь хлорид аммония NH₄Cl из баночки (1 г).
Поместите пробирку в стакан. Отмерьте в нее 0.5 мл воды.
Наденьте колбу на пробирку, чтобы собрать выделяющийся газ. Подождите примерно 5 минут, пока смесь не перестанет пузыриться.
Отмерьте в пластиковый стаканчик по 10 капель 2М раствора гидросульфата натрия NaHSO₄ и 0.01М раствора тимолового синего.
Наполните стакан водой до верха.
Вставьте трубочки в пробку, как показано на рисунке.
Обмакните тонкий конец трубки в растворе из пластикового стаканчика.
Быстро и плотно вставьте пробку в колбу.
Опустите трубку в раствор в пластиковом стаканчике. Подождите 2 минуты.
Жидкость поднимется в колбу в виде синего фонтанчика.

Ожидаемый результат

Аммиак, собранный в колбе, активно растворяется в воде. Давление внутри сосуда уменьшается, и жидкость устремляется вверх. Получается настоящий фонтанчик!

Утилизация

Дождитесь остывания пробирки! Закройте пробирку пробкой. Утилизируйте отходы эксперимента вместе с бытовым мусором.

Что произошло

Как образуется аммиак?

При нагревании в пробирке происходит химическая реакция, одним из продуктов которой является аммиак − бесцветный едкий газ с характерным резким запахом.

Дополнение

На самом деле карбонат аммония (NH₄)₂CO₃ и гидроксид кальция Ca(OH)₂ не вступают в химическую реакцию напрямую.

Карбонат аммония при нагревании уже до 60 o C легко разлагается на три вещества:

Выделившийся углекислый газ CO₂ поглощается гидроксидом кальция:

Вместе эти два процесса можно представить в виде одного уравнения реакции (см. первую часть вопроса). Таким образом, из пробирки выходит только аммиак NH₃, необходимый для нашего опыта. Если взять только карбонат аммония, то он будет распадаться гораздо медленнее. При связывании углекислого газа гидроксидом кальция не может проходить обратная реакция – синтез карбоната аммония из продуктов его распада. Из-за этого нужное количество аммиака выделяется из пробирки намного быстрее.

Почему вода начинает поступать в колбу?

Аммиак NH₃ очень хорошо растворяется в воде. Поэтому часть аммиака, содержащегося в колбе, быстро растворяется в капле воды на кончике пластиковой трубки. В результате давление в колбе падает, и вода устремляется внутрь под действием атмосферного давления.

Дополнение

Мы не чувствуем давления атмосферы, поскольку наш организм специально приспособлен к жизни на поверхности Земли. В действительности же на нас постоянно давит многокилометровая толща атмосферы.

Убедиться в существовании атмосферного давления можно следующим образом. Нужно налить в большую ёмкость обычную воду, опустить прозрачный высокий стакан полностью под воду, чтобы он наполнился жидкостью. Затем следует аккуратно перевернуть стакан вверх дном и начать его медленно поднимать, при этом не доставая его полностью. Вода не вытекает из стакана, потому что на поверхность воды в ёмкости давит атмосфера! Атмосферное давление в данном случае больше, чем давление жидкости в стакане, поэтому стакан не пустеет. Стоит только оторвать край стакана от поверхности воды, как вода выльется, и её место займёт воздух.

Точно так же атмосферное давление действует и на поверхность жидкости в стаканчике с раствором тимолового синего. После того, как часть аммиака растворяется в капле воды на кончике трубки, давление в колбе становится ниже атмосферного. Теперь атмосфера может вдавить воду внутрь колбы через трубочку, образовав фонтанчик.

Резкое уменьшение давления в колбе возможно только потому, что аммиак обладает очень хорошей растворимостью в воде (около 700 литров в одном литре воды!). Далеко не все газы способны на такое при обычных условиях. Диоксид углерода (CO₂ или углекислый газ), например, используют для производства газированных напитков. При этом растворить достаточное его количество в воде можно, только если приложить давление выше атмосферного. Именно поэтому при открывании бутылки с газировкой образуются пузырьки углекислого газа.

Способность многих газов растворяться в жидкости при повышенном давлении может сыграть с человеком злую шутку. Об этом приходится постоянно помнить водолазам и участникам глубоководных экспедиций. Вода намного тяжелее воздуха, поэтому уже на глубине 10 метров давление в два раза больше, чем на поверхности. При погружении на большие глубины газ азот N₂ растворяется в крови человека, чего никогда не происходит при обычных условиях. При резком подъёме на поверхность внутри сосудов образуются пузырьки газа, как в открытой бутылке газировки. Это явление называется кессонной болезнью и может привести к крайне тяжёлым последствиям, вплоть до летального исхода.

Почему аммиак хорошо растворяется в воде?

Сложно представить: в одном литре воды можно растворить 700 литров аммиака! Другим газам сложно тягаться с такими показателями. Например, в одном литре воды можно растворить всего 30 мл кислорода O₂. Это примерно в 23 000 раз меньше!

Чем же обусловлено такое различие? Дело в том, что молекулы аммиака способны взаимодействовать с молекулами воды, образовывая при этом так называемые водородные связи. Эти связи гораздо слабее, чем химические, но всё равно способствуют удержанию молекул газа в растворённом состоянии. Кроме этого, в растворе происходит химическое взаимодействие аммиака с водой:

Кислород O₂, как и многие другие газы, не склонен к образованию водородных связей. Помимо этого, и химическое взаимодействие между водой и кислородом тоже не происходит.

Дополнение

Что же представляют собой эти водородные связи? Ответ на этот вопрос весьма непрост. Постараемся не углубляться в научные термины и сложные расчёты.

Водородная связь (показана на рисунке пунктиром) – это относительно слабая связь между атомом водорода H и каким-то другим атомом соседней или этой же молекулы (в последнем случае говорят о внутримолекулярной водородной связи). Важно отметить, что атом водорода H, о котором идёт речь, уже связан с другим атомом (связь «O-H» в молекуле воды или связь «N-H» в молекуле аммиака):

Самыми важными различиями между обычной связью «атом-водород» и водородной стоит назвать расстояние между атомами, образующими данную связь, и её энергию (т.е. количество энергии, которую необходимо потратить, чтобы разрушить связь).

Например, атом водорода в молекуле воды находится на расстоянии около 1 А o (А o – ангстрем очень маленькая единица измерения длины, в 1 метре вмещается 10 000 000 000 А o ) от атома кислорода, с которым он связан. Расстояние между этим же атомом водорода и атомом кислорода соседней молекулы, с которым он связан водородной связью, вдвое больше.

Интересно, что именно наличию водородных связей мы обязаны тем, что вода жидкая при нормальных условиях.

Почему так важно не переворачивать колбу?

Аммиак примерно в два раза легче воздуха, поэтому он стремится вверх. Поступающий из пробирки аммиак постепенно заполняет колбу, вытесняя более тяжёлый воздух вниз. Если перевернуть колбу, аммиак тут же улетит, а его место займёт воздух, с которым провести опыт не получится.

Дополнение

Окружающий нас воздух кажется лёгким и невесомым, но это только на первый взгляд. На самом деле он имеет вес! Если положить на одну чашу весов закрытый сосуд, из которого воздух откачан насосом, а на другую – точно такой же закрытый сосуд, но с воздухом, то будет видно, что воздух весит больше, чем ничего.

Ещё в 1811 году учёный Амедео Авогадро выяснил, что в равных объёмах газа при одинаковых условиях содержится одинаковое количество молекул газа. Впоследствии это правило было названо законом Авогадро, в честь первооткрывателя. Таким образом, чем тяжелее молекулы газа, тем тяжелее и сам газ.

Воздух – это смесь газов. В его составе 78,084 % азота (N₂), 20,948 % кислорода (O₂), 0,934 % аргона (Ar), 0,031 % углекислого газа (CO₂). Остальные 0,003 % приходятся на неон (Ne), метан (CH₄), гелий (He), криптон (Kr), водород (H₂) и ксенон (Xe). Соответственно, воздух чуть тяжелее азота и немного легче кислорода.

Некоторые газы очень лёгкие. Одним из самых лёгких газов является гелий He. Причём он настолько легче воздуха, что может не только улететь сам, но и поднять с собой что-нибудь ещё. Из-за этого свойства гелий используется для наполнения воздушных шаров. Самый лёгкий газ – водород H₂. Но использовать его для забав не рекомендуется: он крайне огнеопасен.

Многие газы тяжелее воздуха, и это часто приводит к плачевным последствиям. Некоторые населённые пункты, расположенные в окружённых горами низинах, полностью вымирали из-за природных выбросов таких газов, как сероводород (H₂S) и углекислый газ (CO₂). Эти газы тяжелее воздуха, поэтому, вырываясь из разломов земной коры или поднимаясь со дна озера, они оттесняют воздух от поверхности земли, что приводит к гибели людей и большинства животных.

Одним из самых тяжёлых при нормальных условиях газов является гексафторид серы (SF₆) – элегаз. Его используют в основном физики-ядерщики в качестве газа-изолятора при создании ускорителей частиц. Элегаз настолько тяжёлый, что, если его «налить» в плоскую ёмкость, а сверху аккуратно опустить лодочку, сделанную из алюминиевой фольги, она будет «плавать» на поверхности тяжёлого газа. При этом будет создаваться ощущение, что она буквально парит в воздухе, поскольку элегаз прозрачен.

Почему жидкость меняет свой цвет?

Краситель тимоловый синий относится к группе химических веществ, называемых индикаторами. Его раствор меняет цвет в зависимости от того, сколько ионов водорода (H + ) находится в составе молекулы тимолового синего. Сама молекула индикатора имеет очень сложное строение, поэтому для простоты обозначим её «Ind». Для тимолового синего характерны три формы:

IndH₂ IndH — Ind 2-

Каждая из них придаёт раствору свой цвет: IndH₂ – красный, IndH — – жёлтый, Ind 2- – синий.

В стакане тимоловый синий находится в основном в форме IndH — , окрашивая раствор в жёлтый цвет. Это происходит благодаря определённому количеству H + в растворе.

При растворении аммиака в воде уменьшается количество свободных ионов водорода H + , ведь им гораздо комфортнее взаимодействовать с молекулой NH₃, чем одиноко бродить по раствору:

В связи с этим индикатор переходит в форму Ind 2- , и раствор становится синим.

Это интересно

C какими другими газами можно сделать подобный фонтанчик?

Важным условием получения фонтанчика является большая растворимость газа в воде. Аммиак обладает этим свойством: при комнатной температуре в одном объёме воды может раствориться почти 700 объёмов аммиака. Лучше растворяется в воде только его близкий родственник – метиламин (NH₂CH₃). Фонтанчик, полученный с помощью метиламина и воды, окрашенной тимоловым синим, ничем не будет отличаться от аммиачного.

Но не только аммиак и его близкие родственники могут быть использованы для подобного опыта. Хлороводород (HCl) и бромоводород (HBr) также хорошо растворимы в воде. В одном объёме воды можно растворить больше 500 объёмов бромистого водорода или почти 450 объёмов хлороводорода. Соответственно, разрежения в колбе будет достаточно, чтобы вода устремилась внутрь под действием атмосферного давления. Только, в отличие от аммиака, хлороводород и бромоводород окрасят раствор тимолового синего в красный или ярко-оранжевый цвет.

Подпишитесь на наборы MEL Chemistry и проведите эти опыты у себя дома!

Источник