Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич (читать книги онлайн бесплатно полностью без .txt) 📗

В настоящее время в атмосфере содержится 21% (по объему) кислорода, или 10¹⁵ т. Несмотря на постоянное участие O₂ в окислительных процессах, его содержание в атмосфере практически не изменяется из-за продолжающегося процесса фотосинтеза.

Если бы в атмосфере содержалось менее 15% O₂, то обычный процесс горения стал бы невозможным. При концентрации O₂ более 30% первый же удар молнии сжег бы все на Земле: в этом случае даже сырая древесина горит как порох.

5.2. ДИОКСИД УГЛЕРОДА В РОЛИ «НОСИЛЬЩИКА»

Диоксид углерода способен под землей перемещать тысячи тонн известняка. Как это происходит?

Диоксид углерода CO₂ (углекислый газ) неплохо растворим в воде. Поэтому в природных речных, почвенных водах обычно высока концентрация растворенного CO₂. В водном растворе он частично переходит в гидрат, который затем превращается в угольную кислоту:

CO₂∙H₂O ↔ H₂CO₃.

Среда этого раствора слабокислая из-за появления ионов оксония H₃O⁺:

H₂CO₃ + H₂O ↔ HCO^-₃ + H₃O⁺ .

Однако и этой кислотности достаточно, чтобы при проникновении по трещинам породы грунтовых вод в толщу известнякового пласта (известняк — это карбонат кальция CaCO₃) прошла реакция

CaCO₃ + HCO^-₃ + H₃O⁺ = Ca²⁺ + 2 HCO^-₃ + H₂O

или

CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂

с образованием хорошо растворимого в воде гидрокарбоната кальция Ca(HCO₃)₂. Так на месте известковых толщ образуются огромные полости в земной коре — карстовые пещеры.

Интересно, что гидрокарбонат кальция в свободном виде не существует; при попытке выделить его выпариванием воды кристаллизуется карбонат кальция:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑.

Грунтовые воды, содержащие Ca(HCO₃)₂, могут перемещаться в земной коре на значительные расстояния и, испаряя в подходящих условиях воду, выделяют карбонат кальция — известняк, кальцит. Это происходит зачастую очень далеко от места растворения исходного карбоната кальция (см. 3.23).

5.3. ЧЕМ НАДУТ ТЕННИСНЫЙ МЯЧ?

Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят в них специальные вещества — «вздуватели»?

«Вздуватели» — это вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи (заготовки которых в виде двух полусфер изготовлены предварительно и смазаны клеем) кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия NaNO₂ и хлорида аммония NH₄Cl. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Происходит химическая реакция

NaNO₂ + NH₄Cl = NaCl + 2Н₂O + N₂↑.

Выделившийся азот создает в мяче повышенное давление.

5.4. «ПОРОШОК ЛИБИХА» ВМЕСТО ДРОЖЖЕЙ

«Порошок Либиха» (см. 2.17) применяли раньше для приготовления ржаного теста. В его состав входят пищевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO₃ и лимонная кислота (НООССН₂)₂С(ОН)СООН (см. 3.28). Его действие, как и других заменителей дрожжей, заключается в выделении газообразного диоксида углерода, разрыхляющего тесто:

3NaHCO₃ + (СН₂СООН)₂С(ОН)СООН = (CH₂COONa)₂C(OH)COONa + 3CO₂↑ + 3Н₂O.

Современные разрыхлители для теста включают в свой состав гидрокарбонат натрия и какие-либо пищевые кислоты, или гидрокарбонат аммония, который при нагревании разлагается с выделением диоксида углерода CO₂, аммиака NH₃ и воды:

NH₄HCO₃ = NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O.

Газообразные продукты этой реакции делают тесто пористым (см. 6.4).

5.5. ОБНАЖАЯ МЕТАЛЛ

При пайке металлов используют нашатырь и канифоль. Зачем?

Нашатырь (см. 1.44) — это хлорид аммония NH₄Cl, его используют для травления — очистки поверхности паяльника и спаиваемого изделия от оксидов металлов. Применение его основано на том, что при повышенной температуре хлорид аммония подвергается термическому разложению на аммиак NH₃ и хлороводород HCl (см. 1.44):

NH₄Cl = NH₃ + НСl.

Образующиеся аммиак и HCl реагируют с оксидом меди на горячей поверхности медного паяльника:

3CuO + 2NH₃ = 3Cu + N₂↑ + 3H₂O↑,

CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O↑.

В результате обнажается чистая поверхность металла, которая может «смачиваться» расплавленным оловом или сплавом — припоем.

Канифоль представляет собой сложную смесь органических кислот и ненасыщенных углеводородов, ее получают после отгонки скипидара из смолы хвойных растений. Взаимодействие компонентов канифоли с оксидами металлов при высокой температуре ведет к восстановлению этих оксидов до металла. Кроме того, расплав канифоли защищает поверхность «жала» паяльника и спаиваемое изделие от контакта с воздухом, а значит, и от окисления.

5.6. ВОДА НА ЛЮБОЙ ВКУС

Кроме хорошо известной всем воды состава H₂O, существуют и другие «воды»: хлорная, бромная, сероводородная. Это водные растворы хлора Cl₂, брома Br₂ и сероводорода H₂S. Есть и совсем таинственные названия. Так, «лабарракову воду» получают, пропуская хлор в разбавленный водный раствор гидроксида натрия NaOH (см. 3.39). При этом протекает реакция с образованием хлорида натрия NaCl и оксохлората натрия NaClO:

Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O.

Используют «лабарракову воду» для отбеливания тканей. Отбеливание основано на окислении загрязняющих веществ оксохлоратом водорода HClO (хлорноватистой кислотой), образующимся при действии угольной кислоты H₂CO3, всегда присутствующей в воде, при ее контакте с воздухом:

NaClO + H₂CO₃ = NaHCO₃ + HClO.

Если пропускать хлор в раствор гидроксида калия КОН, то получается «жавелевая вода», которую используют для тех же целей:

Cl₂ + 2KOH = KCl + KClO + H₂O.

«Фагеденическая вода» — это фармацевтический препарат, который готовят, смешивая известковую воду (см. 3.23) с раствором хлорида ртути HgCl₂:

Ca(OH)₂ + HgCl₂ = CaCl₂ + HgO↓ + H₂O.

После смешения образуется суспензия (взвесь) тонкодисперсного желтого оксида ртути HgO в водном растворе хлорида кальция CaCl₂. «Фагеденическую воду» используют при лечении кожных болезней.