Увлекательная химия

– Дядя Кузя, получается, когда в печке горят дрова, они соединяются с кислородом?

– Совершенно верно! В печке происходит быстрое окисление – соединяются элементы кислород и углерод, которого много в древесине.

– Надо запомнить! Представляешь, пойдём мы как-нибудь в лес, устанем, замёрзнем, до дома далеко, тут я и скажу: «Дядя Кузя, а не устроить ли нам быстрое окисление щепок и веток?»

Быстрое окисление называют горением.

– Любишь ты пошутить, Чевостик! Но я тебя пойму правильно. Только ничего жечь в лесу мы всё равно не будем.

– Я знаю. Лес надо беречь от огня. А у меня вопрос появился: окисление бывает медленным?

– Конечно. Пример – появление ржавчины. Когда железная вещь заржавела, это значит, что элемент железо соединился с кислородом и железо окислилось. Вещества, которые получаются после присоединения кислорода, называются оксидами. С одним из оксидов ты очень хорошо знаком.

– Быть этого не может. Я и слово-то такое слышу первый раз в жизни.

– Верю, что это новое для тебя название. Обычно мы зовём это вещество по-другому – вода.

– Ну и ну! Оказывается, прозрачная вкусная вода, которую я так люблю пить и в которой так весело купаться, – это оксид!

– Точнее, оксид водорода. Хотя химики тоже предпочитают называть воду водой, а не оксидом водорода. Кстати, название «водород» означает, что из него может получиться, или, как раньше говорили, «родиться» вода.

– Дядя Кузя, но если вода состоит из кислорода и водорода, значит, её можно поделить на эти две части?

– Чевостик, ты делаешь успехи в химии! Воду действительно можно разделить на два этих газа.

– Жидкую воду на два газа?! Что-то мне не верится…

– Хочешь убедиться, что так и происходит? Тогда продолжаем путешествие. Времяскок, за работу! Мы отправляемся в Англию начала девятнадцатого века. Город Лондон, лаборатория Королевского института.

Задание

Возьми яблоко и разрежь его на две половинки. Одну половинку надкуси и отложи в сторону, а из другой попроси родителей выжать несколько капель яблочного сока.

Возьми кисточку и на листе бумаги нарисуй яблочным соком несколько полосок или весёлых рожиц. Какого цвета они получились? Теперь прогладь лист горячим утюгом. А теперь какого цвета рисунки? Они стали светло-коричневыми, потому что при высокой температуре произошло быстрое окисление железа, которое содержится в яблочном соке.

Часа через два посмотри на вторую половинку яблока. Какого она стала цвета? С ней произошло такое же окисление, только гораздо медленнее.

В лаборатории Гемфри Дэви

Разложение воды

Ещё одна лаборатория. В ней уже знакомые нам колбы, пробирки, весы. Но молодой учёный занят не ими, а странной штуковиной. Снизу – деревянная подставка, сверху – крышка из дерева, а между ними – столб из круглых плоских кусков металла, которые лежат один на другом, как высоченная стопка блинчиков. К верху и низу этой стопки приделаны длинные верёвки, или провода. Надо узнать, что это такое.

– Дядя Кузя, что это за сооружение?

– Далёкий предок современных батареек, на которых в наши дни работают фонарики, будильники, сотовые телефоны и другие нужные и полезные вещи. Наши батарейки просто малютки по сравнению со старинными, но и те и другие делают одно и то же – дают электрический ток.

– Ого! А как этот прадедушка батареек называется?

– Вольтов столб. В честь придумавшего его итальянского учёного Алессандро Вольта.

– Интересно, что с этим столбом будет делать химик, который здесь работает? Подключит к нему какую-нибудь огромную лампочку?

– До изобретения лампочек ещё очень далеко. Мы находимся во времени, когда электричество только-только открыли и пока не придумали, как его использовать в обычном доме. Но, несмотря на это, электричество уже приносит людям пользу. Оказалось, что с его помощью можно изучать вещества. И даже открывать новые элементы, как это сделал химик, которого мы видим перед собой. Его зовут Гемфри Дэви.

– А какие элементы он открыл?

– Об этом я расскажу чуть позже. А сейчас нужно быть внимательными. Учёный готовится повторить один опыт. Его уже делали другие химики, но Дэви хочет сам разложить воду на два газа.

– Кислород и водород!

Учёный взял стеклянную банку с водой. Опустил в неё один из проводов, которые отходят от огромной батарейки. Пока ничего не происходит. Теперь он опустил в воду второй провод, и сразу всё изменилось! У концов проводов вода бурлит, в ней появились пузырьки газа.

– Дядя Кузя, вода закипела?

– Тогда пар снова бы превратился в воду. Но это не так. Газы, которые выделяются на концах двух проводов, можно собрать в разные пробирки, а потом изучить. Тогда станет ясно, что один из них – кислород. Его легко узнать. Если внести в этот газ еле тлеющую, почти потухшую щепку, она сразу вспыхнет ярким пламенем.

– Потому что кислород – лучший друг горения!

– А если поджечь второй газ, то он сам будет гореть голубым пламенем. Это водород. Ты уже знаешь, что кислород – самый распространённый элемент на нашей планете Земля. А вот водород – чемпион во всей Вселенной: атомов водорода в ней намного больше, чем атомов других элементов. Можно сказать, что из водорода сделаны звёзды, да и между звёздами тоже можно найти этот элемент.

Какие все элементы разные!

У каждого – свой характер

– Вот это да! Далёкие звёзды сделаны из водорода! Наверное, он самый удивительный элемент на свете!

– Каждый элемент по-своему удивителен. Например, элементы, которые открыл Гемфри Дэви. Сделать это открытие ему помогло электричество. Учёный подумал, что с помощью Вольтова столба можно разделить на составные части не только воду. Он не ошибся. Действуя электричеством на вещества, которые называются щёлочами, химик получил два новых элемента – металлы калий и натрий.

– А что в них такого удивительного?

– Оба этих металла – мягкие, их можно легко резать ножом. И они такие лёгкие, что не тонут в воде.

– Неужели они на ней плавают, как кусочки дерева?

– Не только плавают. Между ними и водой сразу же начинается реакция. Вообще и натрий, и калий очень любят вступать во всякие химические реакции. Когда они реагируют с водой, из неё выделяется водород. Пузырьки этого газа толкают кусочек натрия, и кажется, что он с шипением бегает по воде! Ну а калий устраивает ещё более яркое представление: когда он вступает в реакцию с водой, он так нагревается, что выделяющийся при этом водород начинает гореть ярко-фиолетовым огнём!

– А почему огонь фиолетовый?

– Таким его делают частицы калия. Окрашивать огонь в разные цвета умеют и другие элементы. Это умение используют, когда подбирают химические вещества для салютов. Для зелёно-голубого огня нужно вещество, в котором есть медь. Элемент литий сделает салют ярко-красным, а натрий – жёлтым.

Реакции калия и натрия с водой выглядят совсем по-разному.

– Вот в чём дело! Я давно хотел узнать, почему салют такой разноцветный! Оказывается, надо учить химию!

– Кстати, у костра или свечи огонь жёлтого цвета тоже из-за веществ, в которых есть натрий. Одно из них ты очень хорошо знаешь. Мы пользуемся им каждый день.

– Что же это за вещество?

– Соль.

– Та, которой мы солим суп, картошку и салат?

– Она самая.

– И в ней есть элемент натрий?

– Есть. Но не один. А в паре с элементом по имени хлор. Хлор тоже очень любит вступать во всякие реакции. Поэтому в природе в чистом виде его не найти – он обязательно уже успел соединиться с каким-нибудь другим элементом.

– Хлор похож на человека, у которого много друзей – он не любит быть один.

– Хорошее сравнение. Среди элементов есть и такие, которые ни с кем не хотят дружить. Элемент золото редко вступает в химические реакции, поэтому золотые монеты и украшения не портятся от времени. Но самый одинокий элемент – это гелий: что с ним ни делай, он упорно отказывается с кем-либо соединяться! Зато газ гелий приносит радость ребятишкам – им наполняют воздушные шары. Гелий легче воздуха, поэтому, если отпустить нитку, шарик улетит в небо.

– Какие же все элементы разные: хлор дружит почти со всеми элементами, а гелию никто не нужен, ему и одному хорошо. У каждого элемента свой характер!

– Элементы действительно очень разные. Но оказалось, что их можно расставить по порядку. Как это сделать, понял гениальный русский химик Дмитрий Иванович Менделеев. Его открытие называется Периодический закон Менделеева. Этот закон можно изобразить в виде таблицы, которая называется таблица Менделеева. Это настолько важное открытие, что ему и его автору даже поставили памятник.

– Памятник открытию?!

– Да. И мы прямо сейчас к нему отправимся. Настраиваю времяскок. Наше время, город Санкт-Петербург, сквер в центре города.

Задание

Возьми несколько камешков и разноцветные детали конструктора Lego. Пусть детали одного цвета будут атомами кислорода, а другого – атомами углерода. В природе атомы могут легко соединяться друг с другом, так же как детали конструктора. Соедини две детали кислорода и одну деталь углерода, и у тебя получится молекула углекислого газа. Мы все его выдыхаем, когда дышим, и ты тоже!

Пусть камешек поменьше будет атомом гелия, а побольше – атомом неона. Этот газ ярко светится красным светом, когда через него проходит ток. Ты мог это видеть в вывесках на городских улицах. Присоедини один газ к другому. Получилось? А к кислороду? Ничего не выходит! Вот так же и в природе – гелий и неон не вступают в химические реакции.

Таблица Менделеева

Последовательность элементов

Какое хорошее место! Зелёная травка. Около дома растёт несколько деревьев, под ними – скульптура-изображение человека, который сидит в кресле. У него высокий лоб, волосы до плеч и широкая борода. Кажется, что он думает о чём-то важном.

– Дядя Кузя, это учёный Менделеев?

– Верно. Перед нами его скульптурный портрет. А за ним, прямо на стене дома, выложена из разноцветных камней знаменитая таблица Менделеева.

– Она похожа на огромный лист бумаги в клеточку. В каждой клетке – цифры, буквы. Но что они значат?

– Буквы – это короткие названия элементов. Самый первый, крайний слева в верхней строке, – водород.

– Но там стоит буква «Эн».

– Короткие имена химических элементов пишут не русскими, а латинскими буквами. Латинское название водорода начинается с буквы «Аш», которая пишется так же, как наша буква «Эн». Во второй строке можно найти ещё одного нашего знакомца – кислород. Он обозначен буквой «О», от слова «оксиген».

– Понятно. А почему они не стоят рядом? И почему первый – водород, а не кислород?

– Место каждого элемента определил Менделеев. Над тем, как правильно расставить элементы в своей таблице, он думал целых двадцать лет. А началось всё с того, что учёный решил написать учебник химии. Эту науку он знал очень хорошо, а вот рассказать о ней так, чтобы всё было ясно, не получалось.

– Что же ему мешало?

– Представь, как трудно научить математике, если неизвестно, в каком порядке идут цифры? И что больше – единица или двойка? Все химические вещества состоят из элементов, а значит, их тоже надо выстроить по порядку.

– Но как это сделать?