Химические хамелеоны
Добрый день, уважаемые читатели!
Сегодня мы поговорим о реакциях, которые похожи на магию — их растворы плавно меняют цвет, подобно хамелеону. Речь пойдет об окислительно-восстановительных реакциях, в которых один элемент последовательно меняет свою степень окисления, что выражается в смене окраски раствора. Чаще всего в роли такого «хамелеона» выступают ионы марганца или хрома, но можно использовать и другие элементы: железо, медь и пр.
Простейшим примером химического хамелеона может служить восстановление ионов железа(III) до ионов железа(II).
1. Для проведения опыта необходимо взять 2-3г хлорида железа(III) и растворить в 80-100 мл воды. Если к такому раствору прилить избыток 5-10% раствора аскорбиновой кислоты, то цвет раствора изменится на салатово-зелёный. Аскорбиновая кислота в данном случае проявляет восстанавливающие свойства - ионы железа(III) восстанавливаются до ионов железа(II). Салатово-зелёный цвет раствора обусловлен образованием тетрагидрата хлорида железа(II). Если же для опыта взять меньшее количество хлорида железа(III), то при добавлении аскорбиновой кислоты раствор обесцветится.
Вживую это выглядит вот так:
Данный опыт отлично демонстрирует сам принцип изменения цвета за счет изменения степени окисления металла, хотя цветовые переходы здесь не особо контрастны…
2. Для проведения второго опыта необходимо взять 0.3-0.5г дихромата калия (натрия) и растворить в 80-100 мл воды. Если теперь к такому раствору прилить избыток 5-10% раствора аскорбиновой кислоты, то цвет раствора изменится на серо-зелёный. Аскорбиновая кислота в данном случае проявляет восстанавливающие свойства - ионы хрома(VI) восстанавливаются до ионов хрома(III).
Для более предсказуемого и повторяемого протекания реакции исходный раствор лучше подкислить 1-2 мл 30% раствора серной кислоты.
Вживую это выглядит вот так:
Данный опыт также призван продемонстрировать сам принцип изменения цвета за счет изменения степени окисления металла. Но и в нём цветовые переходы не сильно контрастны по сравнению со следующими экспериментами.
3. Для проведения третьего опыта необходимо приготовить 2 раствора.
Для первого необходимо взять 100 мл воды, растворить 1г гидроксида натрия или гидроксида калия, добавить 1-2 мл глицерина и тщательно всё перемешать.
Второй раствор представляет из себя раствор перманганата калия в воде.
После смешивания растворов появляется сначала тёмно-синее окрашивание, а потом зелёное, обусловленное манганат-ионами в растворе (образуется манганат калия). Далее цвет изменяется сначала на красно-оранжевый, а потом становится жёлтым. Желтое окрашивание обусловлено образованием диоксида марганца.
Данный опыт является классическим примером «химического хамелеона».
Вживую это выглядит вот так:
Химизм данного опыта достаточно сложен т.к. в зависимости от соотношения реагентов может образовываться ряд промежуточных продуктов окисления глицерина. В случае предельного окисления с избытком окислителя:
В случае же недостатка окислителя глицерин может окисляться до: глицериновой кислоты, тартроновой кислоты, мезоксалевой кислоты и муравьиной кислоты.
4. Для проведения четвёртого опыта необходимо взять 0.5-1г дихромата калия (натрия) и растворить в 100-120 мл воды. Далее раствор необходимо подкислить 5-7 мл 30% раствора серной кислоты.
Если теперь к такому раствору прилить 2-3 мл формалина, то цвет раствора плавно изменится с насыщенного жёлто-оранжевого на зелёный, а потом на сине-фиолетовый.
Изменение цвета обусловлено образованием сульфата хрома(III) фиолетово-зелёного цвета. При этом при избытке окислителя формальдегид в кислой среде окисляется до углекислого газа.
Вживую это выглядит вот так:
Тот же трюк можно провернуть и с этиловым спиртом. В этом случае опыт будет выглядеть следующим образом:
5. Для проведения пятого опыта необходимо растворить 0.2-0.5г дихромата калия (либо дихромата натрия) в 80-100 мл 10-30% раствора серной кислоты.
Если теперь к раствору добавить 2-3 мл этилового спирта, то хорошо видно, что цвет раствора постепенно изменился сначала на зелёный, а затем появился синий оттенок.
Изменение цвета раствора, как и в предыдущем случае, обусловлено образованием сульфата хрома(III) фиолетово-зелёного цвета.
При этом будет наблюдаться отчётливый запах уксусного альдегида. Этиловый спирт относится к первичным спиртам. Первичные спирты окисляются дихроматом калия в кислой среде до альдегидов (в случае этанола до уксусного альдегида). При избытке окислителя процесс не заканчивается на альдегидах, а продолжается до соответствующих карбоновых кислот.
Вживую это выглядит вот так:
Впрочем, опыт №3 можно провести и несколько в другом исполнении.
6. Для поведения шестого опыта необходимо 5-7г гидроксида калия растворить в 100-120 мл воды. Далее к раствору необходимо добавить несколько кристаллов перманганата калия и тщательно перемешать. Если теперь к полученному раствору добавить несколько капель этилового спирта, то раствор окрасится в насыщенно-зелёный цвет.
Вживую это выглядит вот так:
Дело в том, что сильно щелочной среде при недостатке восстановителя в растворе образуется манганат калия, относительно устойчивый в подобных условиях. При дальнейшем добавлении 2-3 мл этилового спирта цвет раствора изменится на практически коричневый. Коричневое окрашивание обусловлено образованием оксида марганца(IV) в результате диспропорционирования манганата калия.
В общем и целом можно привести ещё ряд химических реакций, в которых изменение цвета раствора обусловлено изменением степени окисления ионов того или иного металла. Но думаю для данной статьи приведённых примеров более чем достаточно.
А на этом на сегодня всё. Спасибо, что дочитали доконца!