Лабораторный опыт 17 Реакция замещения меди железом в растворе медного купороса

Цель работы: изучить протекание реакций замещения на примере взаимодействия железа с сульфатом меди.

Оборудование и реактивы: пробирки, штатив для пробирок, железный гвоздь, пробирка с раствором сульфата меди(медного купороса CuSO4).

Краткие теоретические сведения

Реакции замещения - реакция между простыми и сложными веществами, при котором атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. К такому типу реакций относится взаимодействие между металлами и кислотами, металлами и солями. При этих реакциях необходимо учитывать положение металла в ряду напряжений (ряд Бекетова), а также силу кислот и растворимость солей. Железо легко вытесняет медь в химической реакции замещения. Если в раствор медного купороса опустить металлическое изделием будем наблюдать на поверхности железа образование микроскопических кристаллов химически чистой меди красно-бурого цвета. При этом голубой раствор медного купороса постепенно бледнеет и приобретает зеленоватый окрас, происходит образование железного купороса FeSO4x5H2O. Но это способ не эффективен для прочного медного покрытия, поэтому для более качественного нанесения медного покрытия используют электричество. Таким способом (реакцией замещения) можно покрыть металлом, стоящим правее металл стоящий левее в ряду напряжений.

Порядок работы

Задание

1.Осуществите реакцию замещения меди железом в растворе медного купороса.

1.Опустите железный гвоздь в пробирку с медным купоросом, наблюдайте за происходящими изменениями цвета поверхности гвоздя и раствора соли в течение 10 минут. Что наблюдаете?

Что делали?	Что наблюдали?	Уравнение реакции В молекулярном и ионном виде
Опустили железный гвоздь в пробирку с раствором медного купороса	На всей поверхности металла образуется медный налет, яркость цвета раствора значительно снизилась, раствор приобрел зеленоватый оттенок	CuSO4 +Fe=FeSO4+Cu Cu2++Fe0 = Fe2++Cu 0	Провели реакцию, подтверждающую, особенности взаимодействия растворов солей с металлами. Железо легко вытесняет медь в химической реакции замещения. Растворы солей взаимодействуют с металлами, более активный металл вытесняет из раствора соли менее активный, в соответствии с их положением в электрохимическом ряду напряжений металлов(ряд Бекетова).

С одержание отчета

Укажите номер лабораторного опыта, тему, цель, оборудование, выполните задания методических указаний, результаты наблюдений занесите в таблицу, сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1.Какие реакции относятся к реакциям замещения?(Реакции замещения - реакция между простыми и сложными веществами, при котором атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов в сложном веществе. К такому типу реакций относится взаимодействие между металлами и кислотами, металлами и солями.)

2.В каком случае возможна реакция замещения: между серебром и хлоридом железа или между железом и нитратом серебра? Ответ обоснуйте.(Реакция возможна только между раствором нитрата серебра и железом, т. к. железо стоит левее относительно серебра в ряду напряжений металлов)

Опыты с медной проволокой

С медью можно поставить несколько любопытных опытов, поэтому посвятим ей особую главу.

Из кусочка медной проволоки сделайте маленькую спиральку и укрепите ее в деревянной держалке (можно оставить свободный конец достаточной длины и намотать его на обычный карандаш). Прокалите спиральку в пламени. Ее поверхность покроется черным налетом оксида меди СuO. Если почерневшую проволоку опустить в разбавленную соляную кислоту, то жидкость окрасится в голубой цвет, а поверхность металла вновь станет красной и блестящей. Кислота, если она не нагрета, не действует на медь, но растворяет ее оксид, превращая его в соль CuCl 2 .

Но вот вопрос: если оксид меди черный, почему старинные медные и бронзовые предметы покрываются не черным, а зеленым налетом, и что это за налет?

Попробуйте найти старый медный предмет, скажем, подсвечник. Соскребите с него немного зеленого налета и поместите в пробирку. Горлышко пробирки закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в известковую воду (как ее готовить, вы уже знаете). Нагрейте содержимое пробирки. На ее стенках соберутся капли воды, а из газоотводной трубки будут выделяться пузырьки газа, от которого известковая вода мутнеет. Значит, это диоксид углерода. В пробирке же останется черный порошок, который при растворении в кислоте дает голубой раствор. Этот порошок, как вы, наверное, догадываетесь, - оксид меди.

Итак, мы узнали, на какие составные части разлагается зеленый налет. Его формула записывается так: СuСО 3 *Сu(ОН) 2 (основной карбонат меди). Он образуется на медных предметах, поскольку в воздухе всегда есть и диоксид углерода, и пары воды. Зеленый налет называют патиной. Такая же соль встречается и в природе - это не что иное, как знаменитый минерал малахит.

К опытам с патиной и малахитом мы еще вернемся - в разделе "Приятное с полезным ". А сейчас снова обратим внимание на почерневшую медную проволоку. Нельзя ли вернуть ей первоначальный блеск без помощи кислоты?

Налейте в пробирку аптечного нашатырного спирта, раскалите медную проволоку докрасна и опустите ее в пузырек. Спиралька зашипит и вновь станет красной и блестящей. В одно мгновение произойдет реакция, в результате которой образуется медь, вода и азот. Если опыт повторять несколько раз, то нашатырный спирт в пробирке окрасится в синий цвет. Одновременно с этой реакцией идет и другая, так называемая реакция комплексообразования - образуется то самое комплексное соединение меди, которое ранее позволило нам безошибочно определить аммиак по синему окрашиванию реакционной смеси.

Между прочим, способностью соединений меди вступать в реакцию с нашатырным спиртом пользуются с очень давних времен (еще с тех времен, когда науки химии не было и в помине). Раствором аммиака, т. е. нашатырным спиртом, очищали до блеска медные и латунные предметы. Так, кстати, опытные хозяйки поступают и сейчас; для большего эффекта нашатырный спирт смешивают с мелом, который механически оттирает грязь и адсорбирует загрязнения из раствора.

Следующий опыт. Насыпьте в пробирку немного нашатыря-хлорида аммония NH 4 Cl, которым пользуются при пайке (не путайте его с нашатырным спиртом NH 4 OH, который представляет собой водный раствор аммиака). Раскаленной медной спиралькой коснитесь слоя вещества, покрывающего дно пробирки. Снова раздастся шипенье, и вверх взовьется белый дым - это улетучиваются частицы нашатыря, А спиралька вновь засверкает первозданным медным блеском. Произошла реакция, в результате которой образовались те же продукты, что и в прошлом опыте, и впридачу хлорид меди СuСl 2 .

Именно из-за этой способности - восстанавливать металлическую медь из оксида - нашатырь и применяют при паянии. Паяльник обычно изготовлен из меди, которая хорошо проводит тепло; когда его "жало" окисляется, медь теряет способность удерживать на своей поверхности оловянный припой. Немного нашатыря - и оксида как не бывало.

И последний опыт с медной спиралькой. Налейте в пробирку немного одеколона (еще лучше - чистого спирта) и вновь внесите раскаленную медную проволоку. Результат опыта вы, по всей вероятности, уже представляете: проволока вновь очистилась от пленки оксида. На этот раз произошла сложная органическая реакция: медь восстановилась, а этиловый спирт, содержащийся в одеколоне, окислился до уксусного альдегида. Эта реакция в быту никак не используется, но иногда ее применяют в лаборатории, когда из спирта нужно получить альдегид.

Кристалл… От этого слова прямо-таки веет магией. Не знаю как насчет магических свойств кристаллов, а вот разнообразными полезными физическими свойствами они точно обладают. Кристаллы широко применяются в современной электронике, оптике и других областях техники. Ну и, конечно же, кристаллы просто красивы. Они притягивают взор своей правильной формой и природной симметрией. Причем это касается не только драгоценных кристаллов, но и кристаллов, выращенных из подручных средств.

Мы уже кое-что знаем о кристаллическом состоянии вещества из статьи о . Настало время перейти к практическим занятиям 🙂

Эксперимент по выращиванию кристаллов имеет ряд особенностей. Одной из таких особенностей является длительность проведения опыта. Дело все в том, что хороший и красивый, а, главное, большой кристалл нельзя вырастить быстро. На это нужно время. Именно поэтому опыт по выращиванию кристаллов в течение девяти дней развивался в рубрике , где вы могли наблюдать за ходом процесса и, даже может быть, вести параллельно свой эксперимент. Эта статья является обобщением полученных в ходе опыта сведений. Итак, инструкция для тех, кто хочет сам вырастить кристалл.

Для этого нам понадобятся:

• Емкость, в которой будет расти кристалл. Лучше всего, если емкость будет прозрачной, например, стеклянная банка. В этом случае будет удобно наблюдать за течением процесса.
• Небольшой кусочек картона, чтобы вырезать крышечку для емкости
• Воронка
• Фильтровальная бумага или любой материал, с помощью которого можно будет профильтровать раствор. Можно использовать салфетку.
• Нитка. Лучше взять нитку потоньше и более гладкую, например, шелковую.
• Ну и, конечно же, то вещество, из которого мы будем выращивать кристалл. В опыте используется медный купорос. Кристалл из него должен получиться красивого голубого цвета. К тому же достать медный купорос довольно просто – обычно он продается в любом садово-огородном магазине. Если же вам не удалось найти медный купорос или просто лень идти в магазин, то можно использовать любое кристаллическое вещество, например, обычную поваренную соль или сахар.

Перед началом опыта я вас должен предупредить на случай, если вы захотите повторить его, о мерах личной безопасности. Вы будете работать с химическими веществами, которые могут принести вам вред. Не используйте для своего опыта пищевые емкости, пользуйтесь защитными средствами (перчатки, очки), тщательно мойте свою лабораторную посуду. При попадании химических веществ на кожу или в глаза, тщательно промойте их водой. При попадании внутрь – обратитесь к врачу.

Ну вот, с формальностями покончено, приступим.

День 1.

Как я уже говорил, выращивание кристаллов – это процедура, имеющая некоторые особенности. Еще одна особенность этого опыта помимо длительности – это необходимость выращивания так называемой затравки, т.е. небольшого кристаллика, на основе которого будет расти большой кристалл. Можно обойтись и без затравки, но в таком случае сложно вырастить красивый монокристалл. Поэтому лучше все-таки затравку вырастить, тем более, что в этом нет ничего сложного.

Приготовим насыщенный раствор.

Насыпем в стеклянную емкость немного медного купороса (здесь и далее я буду говорить о медном купоросе, поскольку именно он участвует в опыте, вы же используйте то вещество, которое удалось найти).

Заливаем соль (а медный купорос является серно-медной солью) небольшим количеством горячей воды. Использование горячей воды обязательно, т.к. при повышенной температуре увеличивается растворимость солей.

Лучше поместить емкость на водяную баню, чтобы раствор не охлаждался раньше времени.

Размешиваем соль до растворения, а затем добавляем еще соли и снова размешиваем. Так повторяем до тех пор, пока соль не перестанет растворяться в воде.

Таким образом, мы получили насыщенный раствор соли.

Теперь полученный раствор нужно профильтровать. Сделать это нужно для того, чтобы в растворе не осталось посторонних частиц, например, пыли или примесей. Посторонние частицы могут служить дополнительными центрами кристаллизации, т.е. вокруг них начнут образовываться другие кристаллики, а нам этого не нужно. На данной стадии эксперимента это не очень критично, но позднее чистота раствора будет очень важна.

После того как профильтровали, в раствор нужно кинуть несколько кристалликов соли – на них и начнут образовываться затравки.

Теперь емкость нужно поместить в такое место, где будет обеспечен более-менее постоянный температурный режим (подоконник для этого замечательно подходит), и чем-нибудь прикрыть, чтобы не допустить попадания посторонних примесей.

Раствор начнет охлаждаться и пересыщаться, т.е. соли начнет становиться в растворе больше, чем она может раствориться при данной температуре. Соль начнет кристаллизоваться, а центрами кристаллизации станут те крупинки соли, которые мы добавили в насыщенный раствор. Ждать нужно будет дня 2-3. После этого приступим к следующей стадии эксперимента.

День 2.

Видно, что на дне сосуда стали образовываться кристаллики.

День 3.

Кристаллики подросли. В принципе, их размера достаточно для использования в качестве затравки, но я попробую выдержать их еще один день.

День 4.

Ну что ж, прошло уже достаточно времени, и у нас сформировался неплохой материал для затравки. Осталось выбрать подходящего кандидата.

Уже довольно красиво, не правда ли? Но мы на достигнутом останавливаться не будем и продолжим наш эксперимент.

На вид кажется, что образовавшаяся масса кристалликов представляет собой монолит, но на самом деле разделить кристаллики не представляет особого труда.

Постарайтесь выбрать кристаллик наиболее правильной формы. Я выбрал далеко не самый большой из имеющихся, но его форма мне понравилась больше всего. Чем правильнее будет форма затравки, тем правильнее в дальнейшем будет форма кристалла. Чтобы были более понятны размеры затравки, я рядышком положил спичку.

Теперь нужно к затравке привязать нитку. Как я писал в начале статьи, лучше взять нитку менее ворсистую, чтобы на ее торчащих ворсинках не образовывались побочные кристаллы. Не используйте в качестве подвеса проволоку.

Теперь нитку с затравкой нужно продеть через крышку емкости и закрепить на обратной стороне. Закрепить нужно так, чтобы в любой момент была возможность отрегулировать высоту подвеса. К примеру, можно с обратной стороны намотать излишек нитки на спичку или закрепить нитку скрепкой.

Теперь нам нужно приготовить свежий раствор соли. Делается он таким же способом как и для затравки: растворение в горячей воде соли, пока она не перестанет растворяться, фильтрация раствора. В этот свежий раствор мы и помещаем нашу затравку. Проследите, чтобы затравка не касалась дна и стенок емкости, иначе кристалл начнет расти неправильной формы.

И вот теперь у нас есть два пути. Первый — более сложный. Он требует больше внимания и усилий. Дело в том, что наиболее красивые и правильные по форме кристаллы получаются, когда процесс кристаллизации идет медленно. Следовательно, нам нужно обеспечить плавное охлаждение раствора соли. Для этого нужно нашу емкость с затравкой помещать в термососуды, постоянно контролировать температуру раствора. Говоря простым языком, возни довольно много. Но и награда за такие усилия стоящая — кристалл получится максимально чистый и правильной формы.

Второй путь гораздо проще. Вы поместили затравку в горячий раствор и можете на какое-то время про него забыть, предоставив процесс кристаллизации на волю случая. При этом способе растущий кристалл может не быть идеальной формы, но процесс роста будет быстрее.

Я выбрал второй путь. В конце-концов, пройдя по более простому пути и получив некоторый опыт, я всегда могу проделать и более сложный вариант эксперимента. К тому же нужно иметь ввиду, что быстрый вариант опыта – это вовсе не означает, что его можно провести за пару часов. Даже при ускоренном опыте кристалл будет расти несколько дней. В случае же длительного варианта эксперимент может растянуться на 1 – 2 месяца.

Но и в том и другом случает нужно следить за ростом кристалла. Лишний раз доставать кристалл и трогать его не нужно — это может сказаться на его форме. Если на кристалле или нитке стали образовываться побочные кристаллики, их нужно аккуратно снимать, чтобы они также не портили форму основного кристалла.

И еще один момент. Если вы опустили в раствор затравку, а она не стала увеличиваться, а совсем наоборот, растворяется, то это означает, что вы приготовили ненасыщенный раствор. Процедуру приготовления раствора придется повторить.

Итак продолжаем следить за ростом кристалла. Если у вас возникли вопросы, можете обратиться ко мне в комментариях или через форму .

День 5.

За сутки кристалл значительно вырос. На фото кристалл в сравнении со спичкой и кристалликом — дублером затравки, который я вчера оставил на всякий случай.

Однако, как видите, форма кристалла не идеальна, имеется множество дефектов. Это результат быстрого роста кристалла. Но он мне все равно нравится 🙂

Я обновил раствор так, как это делал раньше, и снова опустил туда кристалл. Так как размеры кристалла значительно увеличились по сравнению с предыдущим днем, потребовалась корректировка высоты подвеса затравки. Эксперимент продолжается.

День 6.

Кристалл подрос. Снова обновил раствор медного купороса.

День 7.

Кристалл уже еле влезает в мой стакан! Не забываем очищать нить от наростающих маленьких кристалликов.

День 8.

День 9.

Ну, вот и наступил, я считаю, последний день эксперимента. Последний не потому, что далее кристалл расти не сможет, а потому, что в моей лабораторной посуде ему стало тесновато. Достаем кристалл, обрезаем ему под самый корень ниточку и промакиваем салфетками. От любования своим произведением искусства нас отделяет один шаг. Дело в том, что если оставить кристалл как есть, он довольно скоро разрушится. Чтобы этого не произошло, его нужно «одеть» в защитную оболочку. Самый лучший вариант, это покрыть его прозрачным лаком. Можно и поместить его в герметично закрывающуюся посуду, например, в банку. Но мне кажется, что наилучший вариант — это все же покрыть его лаком. Это придаст ему дополнительный блеск, да и наблюдать его можно будет, что называется, вживую, а не через стекло.

А вот теперь можно и хорошенько рассмотреть кристалл. Конечно, его форма не получилась идеальной. Но я нарочно выбрал быстрый путь роста кристалла вместо качественного. В любом случае, я остался доволен полученным результатом. За девять дней кристалл вырос более чем на семь сантиметров в длину — довольно неплохой результат!

Я даже захотел дать ему название. Дают же крупным и уникальным драгоценным камням имена. Например, как знаменитому бриллианту дали название «Граф Орлов». Мой кристалл, конечно, далеко не бриллиант, но мне он по-своему дорог 🙂 Поэтому не без доли юмора, я решил назвать получившийся семисантиметровый камушек Малышом.

Удачных вам экспериментов!

Медная проволока светится в темноте!

Сложность:

Опасность:

Реагенты

Безопасность

• Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
• Проводите эксперимент на подносе.

Общие правила безопасности

• 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 12 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.

Информация о первой помощи

• В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае проглатывания 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 12 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

Проволока не светится. Что делать?

Во-первых, попробуйте немного подождать. Свечение проволоки не очень яркое, и, возможно, ваши глаза просто не успели привыкнуть к темноте. Кстати, а не слишком ли светло вокруг вас? Помните, что чем темнее вокруг, тем эффектнее получается опыт!

Во-вторых, попробуйте ещё раз окунуть проволоку в раствор и немного потереть ею по дну стакана. Скорее всего, это поможет.

В-третьих, прокалите проволоку на газовой горелке или турбо-зажигалке. Медь при взаимодействии с кислородом образует оксид меди CuO, который нужен для протекания нашей реакции.

Наконец, добавьте ещё 5 − 10 капель люминола в стакан, перемешайте и повторите пункт 6 инструкции к эксперименту.

Всё ещё не работает? Возможно, перекись водорода H 2 O 2 немного «выдохлась» и уже не подходит для эксперимента. Вы можете купить 3%-й медицинский раствор перекиси водорода в ближайшей аптеке.

Обратитесь в нашу службу поддержки, если у вас остались вопросы по этому эксперименту.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Внимание! Для этого опыта вам понадобится обеспечить темноту в помещении (начиная с пункта 6 данной инструкции). Чем темнее вокруг, тем эффектнее будет выглядеть «призрачная» медная проволока. Заранее продумайте, где вам будет удобно проводить эксперимент.

Подготовьте 3%-й раствор перекиси водорода H 2 O 2

Пошаговая инструкция

1. В химический стакан из стартового набора вылейте 5 мл 2М раствора карбоната натрия Na 2 CO 3 .
2. Возьмите пустую пластиковую пробирку и наполните её доверху 3%-м раствором перекиси водорода H 2 O 2 .
3. Вылейте содержимое пробирки с перекисью водорода в стакан с раствором карбоната натрия.
4. Добавьте 10 капель 1%-го раствора люминола в стакан.
5. Согните фигурку из медной проволоки, как показано на рисунке. Вы можете сделать фигурку произвольной формы, например, скрипичный ключ. Главное, чтобы вам было удобно держать фигурку за длинный конец проволоки. Кроме того, опыт получится лучше, если фигурка будет ему перпендикулярна.
6. Обеспечьте темноту в помещении. Трите проволокой по дну стакана в течение 30 секунд.
7. Достаньте проволоку из стакана и наблюдайте свечение. Возможно, понадобится пара минут, чтобы глаза привыкли к темноте и свечение стало ярким.

Ожидаемый результат

Медь помогает перекиси водорода H 2 O 2 окислить люминол. В результате раствор люминола, оставшийся на медной проволоке, светится в темноте.

Утилизация

Слейте растворы в раковину, промойте избытком воды.

Что произошло

Почему проволока начинает светиться?

Люминол – особенное соединение. При определённых условиях при его окислении происходит выделение света, то есть множества весьма активных частичек, называемых фотонами, которые наши глаза без труда замечают.

Почему же свечение происходит именно на проволоке? Дело в том, что одним из необходимых условий протекания реакции окисления люминола является наличие вещества, способного забирать у люминола электроны, причём строго по одному. Медь для этого отлично подходит. Но так как она нерастворима в воде, реакция может протекать только при непосредственном соприкосновении с этим металлом. Итак, проволока светится потому, что на её поверхности протекает реакция окисления люминола.

Что происходит с медью?

Свечение медной проволоки происходит как в растворе, так и снаружи (в течение некоторого времени). Чем же объясняется такой эффект? Все необходимые «действующие лица» для реакции окисления люминола способны подходить к поверхности меди. Если проволока остаётся в растворе, возможен обмен между молекулами, которые есть на поверхности меди, и молекулами, свободно плавающими в воде. Поэтому свечение происходит достаточно долго. Однако если вытащить проволоку наружу, такой обмен прекратится, вместе с ним завершится реакция, и свечение постепенно угаснет.

Сама медь в этой реакции не тратится, однако значительно способствует её протеканию, точнее, ускоряет её. Соединения, которые не расходуются в реакции, но увеличивают её скорость, называют катализаторами.

Узнать больше

Каким же образом протекает обмен электронами на поверхности меди? Обратите внимание: перед появлением свечения необходимо потереть проволокой по стенкам сосуда. Это нужно для того, чтобы «оголить» поверхность меди, которая в исходном состоянии покрыта тонким слоем оксида меди CuO. После этого медь может реагировать с приближающимися к ней частицами.

Как это происходит? Представим поверхность медной проволоки: это соединённые между собой атомы меди.

Далее какому-нибудь атому меди надоедает однообразие металлической решётки, ему хочется изучить окрестности, познакомиться с новыми молекулами, например, водой. Так, атом меди покидает решётку в виде иона Cu + , оставив внутри свой электрон.

Но далеко от своих «братьев» ион меди уйти не может и не хочет. Поэтому он фактически путешествует в тонком (фактически толщиной в один атом) слое вплотную к поверхности проволоки. На самом деле таких «бродячих» ионов на поверхности меди достаточно много.

Когда рядом оказывается частица, способная отдать электроны (например, люминол), Cu + обратно переходит в Cu 0 и возвращается в металлическую решётку к своим товарищам. Всего люминол отдаёт ионам меди два электрона. «Лишний» электрон забирает себе перекись водорода H 2 O 2 . Сделав это дважды, она превращается в два гидроксил-аниона OH - :

Все эти процессы протекают на поверхности металла. Поэтому так важно, чтобы реагирующие вещества, в числе которых люминол и перекись водорода, имели возможность контактировать с медью.

Зачем нужна перекись водорода?

Перекись водорода H 2 O 2 , как и вода H 2 O, – это соединение водорода с кислородом. Однако в ней кислород чувствует себя не так уютно, как в воде, и пытается из этого состояния выйти. Поэтому перекись водорода может выступать в качестве окислителя. Именно она в конечном счёте окисляет люминол: так взбудораживает его, что люминол начинает светиться.

Зачем нужен карбонат натрия?

Перекись водорода H 2 O 2 , может, и не самый слабый окислитель, но для выполнения своей роли ей необходима особая обстановка. Всё должно быть тщательно подготовлено, все действующие лица должны быть на своих местах, чтобы застать люминол врасплох! И карбонат натрия как раз является ещё одним персонажем, благодаря которому реакция может протекать.

Окисление люминола перекисью водорода, которое в конечном счёте приводит к свечению, протекает только в щелочной среде, т.е. тогда, когда в растворе оказывается достаточно много ионов OH - . Именно такую среду создаёт карбонат натрия Na 2 CO 3 .

Узнать больше

Возникновение щелочной среды в растворе карбоната натрия связано с тем, что карбонат-ионы CO 3 2– , которые получаются при растворении этого соединения, способны взаимодействовать с водой. При этом образуются гидрокарбонат-ионы HCO 3 – и те самые ионы OH – :

CO 3 2– + H 2 O <=> HCO 3 – +OH –

Почему мы используем именно медь?

Потому что медь способна отнимать у люминола электроны по одному. Большинство металлов предпочитает переходить из металла в раствор в виде двухзарядного катиона, отдавая два электрона:

M → M 2+ + 2e –

Однако медь способна отдавать один электрон, и останавливаться на этом, переходя в форму Cu+. Этим свойством также обладают все щелочные металлы, такие как натрий Na или калий K. Но они настолько активно это делают, что их реакция с водой сопровождается сильным нагреванием или даже взрывом.

Тем не менее, такой одноэлектронный обмен характерен и для серебра:

Ag + + e – –> Ag

Ag – e – –> Ag +

Поэтому его тоже можно использовать в данном опыте. Следует отметить, что и другие металлы также будут способствовать возникновению свечения, однако оно будет менее интенсивным, чем для меди или серебра.

Развитие эксперимента

Светящаяся монетка

Проведите опыт с несколькими разными монетами, чтобы можно было сравнить результаты. Новый раствор готовить не понадобится: все необходимые компоненты уже есть в химическом стакане.

Возьмите монетку и, используя пинцет, зажим или другое удобное для этого приспособление, погрузите её в раствор. Вы можете потереть ею по дну стакана. Не забудьте проводить опыт в темноте!

Достаньте монетку из стакана. Светится ли она? Сравните разные монетки. Поинтересуйтесь, какие металлы использовались в чеканке (так называется процесс изготовления монет) каждой из монет.

Гвоздь, скрепки и другие кандидаты

Повторите опыт (можно использовать раствор, оставшийся от опыта со свечением медной проволоки) с различными небольшими металлическими предметами:

Как ещё можно заставить медь светиться?

В нашем случае медная проволока светилась благодаря особой реакции окисления люминола, в которой медь выступает в качестве ускорителя, то есть катализатора. Однако есть и другие способы заставить медную проволоку светиться. Правда, сама она будет служить исключительно в качестве металлической основы, не участвуя в процессах, протекающих на её поверхности. Для этого мы можем использовать особые вещества, которые светятся не из-за протекания химических реакций (такие вещества называют хемилюминесцентными), а из-за воздействия на них другого света (фотолюминесцентные вещества). Явление свечения вещества под воздействием источника света называют фотолюминесценцией. Она бывает двух видов: флуоресценция и фосфоресценция.

Вам наверняка попадалась на глаза яркая ядовито-зелёная или оранжевая одежда, от которой порой рябит в глазах. Такой эффект возникает из-за того, что в составе таких тканей есть вещества, способные поглощать видимый свет, переходить в так называемое возбуждённое состояние с повышенной энергией, а затем «успокаиваться», выделяя свет обратно.

Такой свет в большинстве случаев яркий и тёплый: оранжевый, зелёный, реже – голубой. Это явление называют флуоресценцией. Выделение света происходит практически сразу после его поглощения веществом. Соответствующие вещества называют флуоресцентными. Мы можем покрасить медную проволоку, используя раствор такого вещества, и она будет светиться.

Если поместить флуоресцентное вещество под свет ультрафиолетовой лампы, то свечение становится намного ярче. Дело в том, что энергия, которую получает вещество от лампы, больше, чем от обычного источника света. Хоть флуоресцентные вещества весьма интересны из-за своих свойств, они обладают важным недостатком: пока на них не попадает свет, сами светиться они не могут.

Можно вспомнить популярные детские игрушки, которые способны светиться в темноте. В состав таких игрушек тоже входят вещества, способные поглощать свет, а затем отдавать его. Причём на выходе получается свет определённого цвета (чаще всего это зелёный). Важное отличие таких веществ от люминесцентных заключается в том, что они способны «заряжаться» от света и постепенно отдавать накопленную таким образом энергию, а не делать это сразу. Их называют фосфоресцентными веществами. Их также можно нанести на проволоку, и она будет светиться.

Наконец, многие наверняка слышали о белом фосфоре – воскообразном веществе, которое тоже способно, будто само по себе, светиться в темноте. В XIX веке свойства белого фосфора активно использовались для различных мистификаций и «пугающего» эффекта. Вспомните, например, развязку расследования гениальным Шерлоком Холмсом тайны собаки Баскервилей из одноимённой повести сэра Артура Конан Дойля. Злодей использовал именно белый фосфор!

Однако белый фосфор светится не сам по себе, а из-за протекающей реакции окисления. В роли вещества, отнимающего у него электроны, выступает кислород воздуха. Поэтому нам и кажется, что белый фосфор светится сам, без какого-либо внешнего воздействия. Явление свечения, которое возникает из-за протекания определённой химической реакции, называют хемилюминесценцией. Мы также могли бы нанести это вещество на медную проволоку, чтобы она светилась в темноте, но делать этого не станем. Белый фосфор крайне ядовит (бедная собака Баскервилей!), и даже профессиональные химики, оснащённые всеми средствами безопасности, стараются избегать работы с ним.

Медный купорос - вещество, которое благодаря красивому ярко-синему цвету идеально подходит для выращивания кристаллов. Их можно подарить своим близким или использовать в качестве элемента декора. В любом случае они никого не оставят равнодушным, а процесс изготовления может стать по-настоящему увлекательным. Итак, как же вырастить кристалл из медного купороса?

Подготовительные мероприятия

Медный купорос можно приобрести практически в любом хозяйственном магазине. Он активно применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Однако не следует забывать о том, что это вещество является токсичным. При работе с медным купоросом в домашних условиях обязательно используйте резиновые перчатки и не допускайте его попадания в пищевод и на слизистые оболочки. По окончании работ тщательно мойте руки в проточной воде.

Из медного купороса можно вырастить настоящее чудо, однако в процесе изготовления не забывайте о технике безопасности

Для того чтобы сделать кристалл, вам понадобятся:

• вода - если есть возможность, используйте дистиллированную или в крайнем случае кипячёную. Сырая вода из-под крана категорически не подходит из-за содержания в ней хлоридов, которые вступят в реакцию с раствором и ухудшат его качество ;
• медный купорос;
• стакан;
• проволока;
• нить из шерсти - проследите, чтобы она была тонкой. Можно использовать длинный волос. Кристаллы сульфата меди прозрачны, и нитка не должна просматриваться сквозь них.

Помещая затравку в ёмкость с раствором, следите, чтобы она не соприкасалась со стенками или дном сосуда. Это может нарушить процесс роста кристалла и его структуру.

Фотогалерея: варианты кристаллов, выращенных своими руками

Можно вырастить один крупный кристалл Экспериментируя с температурой и другимим параметрами, можно добиться разной формы и размеров Иногда получается много мелких кристалло С подсветкой кристалл выглядит особенно эффектно Кристаллы вытянутой формы хорошо использовать в составе композиций

Инструкция по выращиванию кристалла

Существует две технологии выращивания кристаллов из медного купороса.

1. Если вы не хотите долго ждать, то можете воспользоваться быстрым способом. По времени это займёт около недели, а в результате вы получите множество небольших кристаллов, закреплённых один на другом, будто колония ракушек-мидий.
2. Второй метод более продолжительный. Он поможет вам вырастить крупный цельный кристалл, похожий на драгоценный камень.

Но оба они основаны на работе с насыщенным раствором вещества.

Обратите внимание! Чем выше температура воды, тем быстрее в ней растворяется медный купорос. Но при достижении жидкостью +80С° последующее нагревание никак не влияет на растворимость солей.

Быстрый способ

1. Возьмите стакан или банку объёмом 500 мл, добавьте 200 г сульфата меди и залейте их 300 мл воды. Поставьте ёмкость на песчаную баню и начинайте разогревать, постоянно помешивая. Кристаллы медного купороса должны полностью раствориться.

   Тщательно растворите медный купорос в тёплой воде

2. Уберите посуду с песчаной бани, поставьте на плоскость с прохладной поверхностью, например, керамическую плитку. Раствор должен немного остыть. Теперь в него нужно поместить затравку. Ею послужит кристаллик сульфата меди, который нужно выбрать предварительно - самый крупный и ровный.

   Поместите затравку в раствор

3. Проследите, чтобы затравка не соприкасалась с внутренними поверхностями стакана. Даже если кристаллик растворится, не переживайте, - это не имеет значения. Охлаждаясь, насыщенный раствор отдаёт соли, которые оседают на нитке. Самое большое количество купороса сосредоточится на дне посуды, поскольку именно в этом месте стакан контактирует с прохладной поверхностью.

   Насыщенный раствор купороса начнёт образовывать кристаллы на поверхностях

4. Извлеките нитку с образовавшимися кристаллами из ёмкости с раствором. Повторите процедуру: поставьте стакан на баню из песка и подогрейте так, чтобы осадок растворился. Отключите нагрев. Не снимая посуды с бани, накройте её подходящей по диаметру крышкой (например, чашкой петри) и дайте раствору немного остыть.

   Нить с первыми кристаллами

5. Поместите нитку с кристаллами в раствор, закрепите её так, чтобы она не соприкасалась с дном и стенками. Накройте ёмкость и оставьте на ночь. Утром вы обнаружите в стакане большую гроздь прекрасных кристаллов необычной формы.
   

   Такой кристалл у вас может получиться через сутки

6. Вы можете попробовать придать скоплению кристаллов определённую форму. Для этого нужно вместо нити использовать проволоку . Согните её в виде квадрата, круга, сердечка или звезды. Проволока станет прочным устойчивым каркасом для будущего фигурного кристалла. Если при этом вам понадобится ограничить рост некоторых граней, смажьте их вазелином или жиром.

Выращивая кристаллы сульфата меди быстрым способом, вы можете не беспокоиться о затравке: можно и вовсе обойтись без неё. Осадок легко закрепится на нитке.

Второй способ

В этом случае вы сможете вырастить крупный кристалл сульфата меди, однако это займёт гораздо больше времени. Кроме того, в отличие от первого способа, выбор затравки принципиально важен. К тому же вам придётся следить, чтобы к ней не прилипали мелкие кристаллики.

Чем крупнее и ровнее будет выбранный из общей массы кристаллик медного купороса, тем красивее получится конечное изделие.

Вам понадобятся 200 г тёплой воды и около 110 г медного купороса.

Инструкция по изготовлению:

• смешайте купорос и воду в подходящей посуде (стакане или банке), оставьте на сутки. Периодически помешивайте: активное вещество должно полностью раствориться. После этого отфильтруйте раствор через вату или специальную фильтровальную бумагу. Оставшийся на поверхности фильтра осадок можно высушить и использовать снова при необходимости;
• полученный раствор залейте в чистую ёмкость;
• выберите кристаллик для затравки, привяжите его к нити (волосу). Второй конец нитки закрепите на палочке, положите её горизонтально на ёмкость. Затравка должна опуститься в раствор в строго вертикальном положении. Посуду накройте кусочком ткани, чтобы внутрь не попадала пыль;

Обязательно накройте ёмкость с раствором и затравкой кусочком ткани

Во время работы вы можете столкнуться с некоторыми трудностями. Их несложно преодолеть, придерживаясь простых правил.

При воздействии воздуха кристалл медного купороса теряет часть влаги, выветривается и со временем разрушается. Чтобы избежать этого, храните его в плотно закрытой ёмкости в прохладном месте. Специалисты советуют покрывать его бесцветным лаком, - это создаст надёжную защитную плёнку.

Как вырастить кристалл из медного купороса в домашних условиях (видео)

Выращивание кристаллов медного купороса - занятие долгое, оно требует внимания и терпения. Однако полученный результат обязательно вас порадует. Поделитесь с нами в комментариях вашим опытом. Удачи вам!