Обугливание сахара концентрированной серной кислотой уравнение

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

Возможно, для ускорения начала реакции сахарный песок все-таки целесообразно увлажнить водой (при контакте воды с серной кислотой произойдет разогрев, что ускорит обугливание сахара), но добавить в смесь воду у меня рука не поднялась.

Уже после опытов в другой книге — О.І. Астахов Цікаві роботи з хімії (Занимательные работы по химии) [ссылка] я увидел описание, в котором рекомендуют брать количества веществ, близкие к тем, что я использовал (и опять же сахар рекомендуют увлажнять):

Капризное обугливание сахара
Насыпьте 40 г растертого в мелкий порошок сахара в химический стакан емкостью 100 мл. Смешайте сахар с 3-4 мл воды. Добавьте к полученной массе 20-25 мл концентрированной серной кислоты (d=1.84) и снова хорошо перемешайте массу стеклянной палочкой. Палочку не вынимайте. Через несколько минут температура смеси повышается, смесь потемнеет и образуется пушистая масса, которая «вырастает» из стаканчика. Это — пористый уголь.

Его образование объясняется дегидратацией сахара серной кислотой

Кроме того, происходит восстановление концентрированной серной кислоты углем:

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, для этого опыта вполне подойдет упаренный электролит для свинцовых аккумуляторов. Он представляет собой разбавленный раствор серной кислоты. Электролит упаривают до прекращения активного кипения и начала образования густых белых паров. Делать эту процедуру можно под хорошей тягой или на улице, но, ни в коем случае не в жилой квартире. Аэрозоль серной кислоты вдыхать недопустимо.

Кстати, в свое время я пробовал добавлять к сахару еще горячую серную кислоту (которая не успела остыть после упаривания) — реакция начиналась быстро, без зазора в несколько минут, но работая с горячей кислотой нужно быть крайне осторожным.

Попутно отмечу, что если вам на одежду или обувь попадет разбавленная серная кислота (например, тот же электролит), в большинстве случаев дырки сразу не будет, но со временем часть воды испарится и на вашей одежде (обуви) начнут расти дырки — все больших размеров. Я в таких случаях смачивал место попадания кислоты ваткой с аммиаком — это останавливало рост дырок (или даже предотвращало их образование), но аммиак может оказаться далеко не безразличным к некоторым красителям, которыми окрашивают ткани.

Обугливание сахара концентрированной серной кислотой

При перемешивании стеклянной палочкой 30 г сахарного песка, слегка смоченного водой, с 30 мл концентрированной серной кис­лоты бурно протекает реакция обугливания сахара. Опыт проводят в химическом стакане емкостью 250—300 мл, помещенном в сосуд с песком или водой. Дегидратация глюкозы и сахарозы в этом случае протекает по уравнению:

Благодаря выделяющимся при реакции парам воды обугливающаяся масса вспучивается наподобие черной пены.

Если у вас нет концентрированной серной кислоты, ее можно получить осторожным упариванием разбавленой кислоты при хорошей тяге (не делайте это в квартире!).

Для этой цели разведенную серную кислоту (электролит для свинцовых аккумуляторов) нагревают на песочной бане до появления белых паров. При этом кислота преобретает темную окраску в результате обугливания примесей органических веществ. Нашему опыту это практически не мешает. В процессе нагревания кипение жидкости не желательно, поскольку в этом случае возможно разбрызгивание. Помните, что вдыхание паров и аэрозоля H₂SO₄ опасно для здоровья.

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e0cfed9db1a4c01 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

3.2. Дихроматные змеи

Чтобы осуществить этот опыт, смешивают и растирают в ступке 10 г дихромата калия K₂Cr₂O₇, 5 г нитрата калия KNO₃ и 10 г сахара (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁. Полученную смесь увлажняют этанолом (этиловый спирт) C₂H₅OH или коллодием, который можно купить в аптеке. Потом эту смесь спрессовывают в стеклянной трубочке диаметром 5–8 мм.

Полученный столбик выталкивают из трубочки и поджигают с одного конца. Вспыхивает едва заметный огонек, из-под которого начинает выползать сначала черная, а потом зеленая «змея». Столбик смеси диаметром 4 мм горит со скоростью 2 мм в секунду. При горении он может удлиниться в 10 раз!

Реакция горения сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ в присутствии двух окислителей – нитрата калия и дихромата калия – довольно сложна. Продукты реакции: черные частицы сажи, зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃, расплав карбоната калия K₂CO₃, а также диоксид углерода CO₂ и нитрит калия KNO₂. Газообразный диоксид углерода вспучивает смесь твердых продуктов и заставляет ее двигаться.

Другой способ приготовления смеси для дихроматной «змеи» включает смешивание порошков 1 г дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇, 2 г нитрата аммония NH₄NO₃ и 1 г сахарной пудры. Эту смесь смачивают водой, лепят из нее палочку и сушат на воздухе. Если палочку поджечь, из нее в разные стороны поползут черно-зеленые «змеи».

При поджигании смеси происходят следующие реакции:

При разложении дихромата аммония образуются азот N₂, водяной пар и зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃. Реакция протекает с выделением теплоты. В реакции термического разложения нитрата аммония выделяется бесцветный газ – оксид диазота N₂O, который уже при слабом нагревании разлагается на кислород O₂ и азот N₂. Горение сахара дает еще один газ – диоксид углерода CO₂, вдобавок происходит обугливание – выделение углерода. Много газов плюс твердые продукты окисления – вот причина «змеиного» поведения горящей смеси.

Хроматы и дихроматы

Хроматы – соли не существующей в свободном состоянии хромовой кислоты H₂CrO₄, получаемой лишь в виде водных растворов с концентрацией не выше 75%.

Хроматы, как правило, малорастворимы в воде (за исключением солей щелочных металлов и аммония). Растворы хроматов в воде имеют желтый цвет. При их подкислении, например добавлением небольшого количества разбавленной серной кислоты H₂SO₄, ионы CrO₄ 2- превращаются в дихромат-ионы Cr₂O₇ 2– , отщепляя воду:

Почти все дихроматы хорошо растворимы в воде. Дихроматы – сильные окислители. В кислой среде для них характерна полуреакция:

где каждый атом хрома(VI) в анионе принимает по три электрона и превращается в катион Cr 3+ . Раствор при этом становится зеленым.

Особые свойства у дихромата аммония: он легко разлагается. При слабом нагревании дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ самовоспламеняется с выбрасыванием искр – раскаленных частичек оксида хрома(III) Cr₂O₃, газообразного азота N₂ и паров воды.

Хромат калия K₂CrO₄ плавится без разложения при 968 °С, а дихромат калия K₂Cr₂O₇ разлагается в соответствии с уравнением реакции:

Коллодий – раствор нитроклетчатки (нитроцеллюлоза) в смеси этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:10. Это – бесцветная, прозрачная жидкость, легко воспламеняющаяся даже от искры.

Когда коллодий намазывают на кожу тонким слоем, он после высыхания дает прочно пристающую пленку, нерастворимую в воде и похожую на лак. При добавлении к коллодию скипидара или касторового масла пленка делается эластичной.

Нитраты – соли азотной кислоты HNO₃. Это – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. При нагревании они ведут себя по-разному в зависимости от катиона металла, входящего в их состав. Так, нитраты щелочных металлов плавятся с разложением, выделяя кислород O₂ и превращаясь в нитриты. Например, нитрат калия переходит в нитрит калия:

Нитраты металлов, которые в ряду напряжений находятся между магнием и медью (включая эти два металла), при нагревании превращаются в оксиды металлов с выделением диоксида азота и кислорода:

Нитраты благородных металлов термически разлагаются, выделяя металл:

Все нитраты в той или иной мере опасны, но особое место среди них занимает нитрат аммония NH₄NO₃: он является взрывчатым веществом. При нагревании он разлагается на оксид диазота N₂O и воду:

В 1921 г. в немецком городке Оппау произошел взрыв на заводе, выпускавшем удобрения – смесь нитрата и сульфата аммония (NH₄NO₃ и (NH₄)₂SO₄). Эти соли долго хранились на складе и слежались. Их решили раздробить небольшими взрывами, т. к. считали их совершенно безопасными.

Первый же небольшой взрыв вызвал детонацию (мгновенный взрыв) всей массы слежавшихся солей. Погибли 560 человек и было много раненых. Полностью были разрушены не только городок Оппау, но и некоторые дома в соседнем городе Мангейме, в шести километрах от места взрыва. Более того, взрывной волной выбило стекла в домах, расположенных в 70 км от Оппау.

Несчастье можно было предвидеть и предотвратить. Ведь еще раньше, в 1917 г., на химическом заводе в канадском городе Галифаксе произошел чудовищный взрыв из-за саморазложения нитрата аммония, стоивший жизни трем тысячам человек.

3.3. Содовая «гадюка»

Это очень простой и изящный опыт получения «черной змеи». Чтобы его осуществить, в столовую тарелку насыпают 3–4 ложки сухого просеянного речного песка и делают из него горку с углублением в вершине. Затем готовят реакционную смесь, состоящую из 1 чайной ложки сахарной пудры и 1/4 чайной ложки гидрокарбоната натрия NaHCO₃ (питьевая сода). Пропитывают песок 96–98%-м раствором этанола C₂H₅OH и насыпают в углубление горки приготовленную реакционную смесь, после этого поджигают спирт.

Через 3–4 мин на поверхности смеси появляются черные шарики, а у основания горки – черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорит, смесь чернеет, и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная «гадюка». У основания она окружена «воротником» догорающего спирта.

Диоксид углерода CO2, выделяющийся при разложении гидрокарбоната натрия и горении этилового спирта в соответствии с реакциями:

вспучивает горящую массу, заставляя ее ползти, как змея. Чем дольше горит спирт, тем длиннее получается «змея», состоящая из карбоната натрия Na₂CO₃, смешанного с мельчайшими частичками угля, который образуется при окислении сахара.

Подобную картину можно наблюдать, если вместо гидрокарбоната натрия использовать нитрат аммония NH₄NO₃. В этом случае реакционная смесь должна состоять из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложки сахарного песка, тщательно перетертых в ступке. Эту смесь засыпают в углубление пропитанной этиловым спиртом песочной горки, а потом поджигают спирт. После того как он почти весь выгорит, с вершины горки начинает сползать черная «гадюка».

Ее появление на свет вызвано взаимодействием нитрата аммония с сахаром:

Приводят в движение «гадюку» опять-таки образующиеся газы: азот N₂, диоксид углерода CO₂ и пары воды.

3.4. «Черный удав» из стакана

Этот опыт представляет собой захватывающее зрелище. Сахарную пудру в количестве 75 г помещают в высокий стеклянный стакан, смачивают ее 5–7 мл воды и перемешивают длинной стеклянной палочкой. Потом к влажному сахару приливают по этой палочке 30–40 мл концентрированной серной кислоты H₂SO₄. (Осторожно! Серная кислота – едкое и опасное вещество!) Затем смесь быстро перемешивают стеклянной палочкой, которую оставляют в стакане.

Через 1–2 мин содержимое стакана начинает чернеть, вспучиваться и в виде объемистой, рыхлой и ноздреватой массы подниматься, увлекая вверх стеклянную палочку. Смесь в стакане сильно разогревается и даже немного дымится. Она медленно выползает из стакана.

Серная кислота отнимает от сахара (сахароза C₁₂H₂₂O₁₁) воду, разрушая его молекулярную структуру, и окисляет его, а сама превращается в диоксид серы SO₂. При окислении сахара получается диоксид углерода CO₂. Эти газы вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой.

Уравнение, передающее эти химические превращения, таково:

Диоксиды углерода и серы вместе с парами воды увеличивают объем реакционной массы и заставляют ее перемещаться.