Проектно-исследовательская работа учащегося «Мой химический серпентарий: Получение фараоновых змей в домашних условиях»

«Первые шаги в науку»

Секция «Экология»

Мой химический серпентарий:

Получение фараоновых змей в домашних условиях

Выполнил:

Байдер Ефим

ученик 3 «Н» класса

МБОУ Школы №42 г.о. Самара

Руководитель:

Павкина Галина Геннадьевна,

учитель технологии высшей категории

Самара, 2017 г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

Введение

Проблемная ситуация:

Я знаю, что вокруг много интересного, но не известное мне. Осуществляя поиск информации в интернете о фараонах Древнего Египта, я наткнулся на информацию о фараоновых змеях. Химические вопросы мне всегда были интересны, и я решил, что изучение и проведение опытов с «фараоновыми змеями» будут очень интересны.

Цель:

Найти информацию о фараоновых змеях, провести химические эксперименты и рассказать своим одноклассникам о том, что я узнал.

Задачи:

Узнать об исторических предпосылках «фараоновых змей».

Найти и изучить информацию о различных способах получения «фараоновых змей» из различных веществ.

Провести непосредственно сам эксперимент.

Проанализировать и обобщить собранную информацию.

Анализ информационных источников:

Я посетил несколько сайтов в интернете для сбора информации и просмотра интересующих меня химических опытов. Мне понравилось, что информация самая разнообразная и интересная. Источники информации помогают окунуться в волшебный мир химии, её разнообразие и фантастическую красоту.

Почему и как я заинтересовался «фараоновыми змеями»?

Я учусь в национальном классе, где мы изучаем традиции и историю еврейского народа. Всем известно, что Моисей водил евреев по пустыне 40 лет. А почему это произошло? Было много событий, предшествующих этому, описанных в различных книгах и торе – главной еврейской книге.

Так почему же такое название – "фараоновы змеи"? Змеи – понятно, но почему фараоновы? В литературе можно найти следующее объяснение: "В одном из библейских преданий говорится, как пророк Моисей, исчерпав все иные аргументы в споре с фараоном, совершил чудо, превратив жезл в извивающуюся змею... Фараон был посрамлен и напуган, Моисей получил разрешение покинуть Египет, а мир получил очередную загадку".

Пророк Моисей убедил фараона отпустить из рабства евреев, использовав куда более мощные аргументы; их назвали "Десять казней египетских". Это были разные беды, которые Господь насылал на Египет после очередного отказа фараона отпустить еврейский народ.

Ни одна из них, к слову, никак не была связана со змеями. Часть из этих ужасных чудес действительно сопровождались взмахами знаменитым жезлом. А знаменит он тем, что ему действительно приходилось побыть змеей, но сотворил это чудо вовсе не Моисей, а сам Господь, когда возлагал на него великую миссию, а Моисей стал проявлять малодушие.

Почему химических змей назвали фараоновыми?

Фараоновыми змеями называют целый ряд реакций, которые сопровождаются образованием пористого продукта из небольшого объема реагирующих веществ. Эти реакции сопровождаются бурным выделением газа. В итоге выглядит реакция так, будто из смеси реагентов выползает большая змея и ползет по столу, как настоящая.

Таким образом, остается непонятным, почему химических змей назвали "фараоновыми". Возможно, лишь потому, что такое название звучит солидно - под стать эффектности этого типа реакций.

На страницах моей работы вы узнаете про реакции, сопровождающиеся образованием "фараоновых змей" и сможете посмотреть впечатляющие фото, демонстрирующее такие реакции. Часть из этих реакций можно воспроизвести даже в домашних условиях или в школьной лаборатории – с соблюдением всех правил безопасности, разумеется. А другая часть реакций, к счастью, требует наличия таких реагентов, которых вы нигде, кроме как в специализированных лабораториях, не найдете. К счастью – потому что многие из них высокотоксичные, и экспериментировать с ними категорически не рекомендуется.

Разновидности «Фараоновых змей»…

3.1.Разложение роданида (тиоцианата) ртути - Hg (CNS)2.

Разложение тиоцианата ртути – первая из открытых реакций этого типа. Ее первооткрыватель – студент Гейдельбергского университета Фридрих Вёлер (1800—1882). Как–то раз осенью 1820 года, смешивая водные растворы тиоцианата аммония и нитрата ртути, он обнаружил, что из раствора выпадает белый осадок. Вёлер отфильтровал раствор и высушил осадок полученного тиоцианата ртути. Из любопытства исследователь поджег его. Осадок загорелся, и произошло чудо: из невзрачного белого комочка, извиваясь, выползла и стала расти длинная черно–желтая "змея".

Нитрид углерода вспучивается образующимися газами, при движении он захватывает черный сульфид ртути, и получается желто-черная пористая масса.

В результате из кусочка роданида ртути вылезает большая "змея" черно-желтого цвета, похожая на ужа, а то и не одна. Голубое пламя, из которого выползает "змея" – это пламя горящего сероуглерода. Из 1 г тиоцианата аммония и 2,5 г нитрата ртути в умелых руках может получиться змея длиной 20–30 см.

Cоли ртути ядовиты! Работа с ними требует осторожности и внимания! При нагревании роданида ртути образуются черная соль – сульфид ртути, нитрид углерода желтого цвета и дисульфид углерода. Последний на воздухе воспламеняется и сгорает, образуя диоксид углерода и диоксид серы.

3.2. Дихроматная змея

Безопаснее показывать змею дихроматную. Смешивают 10 г дихромата калия, 5 г нитрата калия и 10 г сахара. Затем растирают смесь в ступке и увлажняют этиловым спиртом или коллодием (он продается в аптеке). Затем 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 в присутствии двух окислителей – нитрата калия и дихромата калия – довольно сложна. Продукты реакции - черные частицы сажи, зеленый оксид хрома, расплав карбоната калия, диоксид углерода и нитрит калия. Углекислый газ вспучивает смесь твердых продуктов и заставляет ее двигаться.

3.3. Гадюка из соды и сахара

Для проведения этого опыта в столовую тарелку насыпают 3–4 ложки сухого просеянного речного песка и делают из него горку с углублением в вершине. Затем готовят смесь, состоящую из 1 чайной ложки сахарной пудры и 1/4 чайной ложки гидрокарбоната натрия (питьевая сода). Песок пропитывают 96–98%-м раствором этанола и насыпают в углубление горки приготовленную реакционную смесь. Затем поджигают горку.

Спирт загорается. Через 3–4 минуты 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 , выделяющийся при разложении гидрокарбоната натрия и горении этилового спирта, а также водяные пары вспучивают горящую массу, заставляя ее ползти, как змея. Чем дольше горит спирт, тем длиннее получается «змея». Она состоит из карбоната натрия, смешанного с мельчайшими частичками угля, образованного при горении сахара.

3.4.Нитратный червяк

Вместо гидрокарбоната натрия можно использовать нитрат аммония. В столовую тарелку насыпают 3–4 ложки просеянного речного песка, делают из него горку с углублением в вершине и готовят реакционную смесь, состоящую из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложки сахарной пудры, тщательно перетертых в ступке. Затем в углубление горки наливают 1/2 столовой ложки этилового спирта и насыпают 1 чайную ложку приготовленной нитратно–сахарной смеси. Теперь, если поджечь спирт, на поверхности смеси сразу же появляются черные шарики обугленного сахарного песка, и вслед за ними вырастает черный блестящий и толстый "червяк". Если нитратно–сахарной смеси было взято не более 1 чайной ложки, то длина червяка не превысит 3–4 см. А его толщина зависит от диаметра углубления горки.

Появление червяка вызвано взаимодействием нитрата аммония с сахаром. "Червя" приводят в движение газы: азот, диоксид углерода и пары воды.

3.5. «Черный удав» из стакана.

Этот опыт представляет собой впечатляющее 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. Затем смесь быстро перемешивают стеклянной палочкой и оставляют в стакане.

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

Серная кислота отнимает от сахара воду, разрушая его молекулярную структуру, и окисляет его, превращаясь при этом в диоксид серы. При окислении сахара получается диоксид углерода. Эти газы вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой.

Диоксиды углерода и серы вместе с парами воды увеличивают объем реакционной массы и заставляют ее подниматься вверх в узком стакане.

3.6. Уротропиновая змея

Для проведения этого опыта вам следует запастись терпением, но оно того стоит!

Для опыта понадобится уротропин. Таблетки уротропина можно купить в аптеке – это антисептический препарат. Подойдет также “твердый спирт” (сухое горючее) — его можно приобрести в хозяйственном магазине. Только убедитесь что сухое горючее, которое вы покупаете, содержит уротропин – оно бывает разных видов. Чтобы убедиться, что сухое горючее содержит уротропин, проведите простой опыт. Отломите несколько кусочков сухого горючего, положите их в пробирку и немного нагрейте. Если оно состоит из уротропина, вы почувствуете запах аммиака.

Чтобы сделать "змею", нужно произвести следующие действия. Одну таблетку “твердого спирта” или аптечного уротропина положите на блюдце и 3-4 раза пропитайте концентрированным водным раствором нитрата аммония, капая его из пипетки, а потом высушивая. Каждый раз надо наносить по 5-10 капель (0,5 мл раствора).

Высушивание таблеток – самая утомительная часть опыта: при комнатной температуре на воздухе оно продолжается слишком долго. Но повышать температуру для ускорения процесса нельзя – уротропин разлагается при высокой температуре. Тем более нельзя сушить таблетки на открытом огне: они могут загореться.

Пропитанную и высушенную таблетку на блюдце следует поджечь с одной стороны. И тут начнутся чудеса: появятся черные шарики кипящей жидкости, которые сливаются вместе и образуют подобие вырастающего “хвоста”. Он изгибается, а за ним из огня вырастает толстое тело “змеи”. “Змея” растет, упирается хвостом в блюдце, начинает изгибаться.

Интересно, что если смешать химически чистый уротропин и нитрат аммония, то разлагаются, не образуя твердых продуктов. Но в таблетки на стадии их формования добавляют связующие вещества – парафин и тальк. Вот почему появляется “тело змеи”. А выделяющиеся газы вспучивают и двигают его.

3.7. Глюконатная змея.

Это самый простой и безопасный способ получения глюконатной змеи – для этого достаточно поднести к пламени таблетку глюконата кальция, который продается в каждой аптеке. Можно положить таблетку глюконата кальция на таблетку сухого спирта и поджечь его. Из таблетки выползет светло–серая "змея" с белыми пятнами, объем которой намного превышает объем исходного вещества – она может достигнуть длины 10 – 15 см. Разложение глюконата кальция, приводит к образованию оксида кальция, углерода, углекислого газа и воды. Светлый оттенок «змее» придает оксид кальция.

Недостатком образующейся «змеи» является ее хрупкость - она достаточно легко рассыпается.

3.8. Фараонова змея из сульфаниламида.

Очень простой способ получения «фараоновых змей» – это окислительное разложение сульфаниламидных лекарственных препаратов (к ним относятся, например, стрептоцид, сульгин, сульфадиметоксин, этазол, сульфадимезин, фталазол, бисептол). В ходе окисления сульфаниламидных препаратов выделяется много газообразных продуктов реакции, которые вспучивают массу и формируют пористую «змею».

На таблетку сухого горючего помещают 1 таблетку лекарственного препарата и поджигают горючее. При этом происходит выделение блестящей «фараоновой змеи» серого цвета.

По своей структуре «змея» напоминает кукурузные палочки. Если выделяющуюся «змею» аккуратно подцепить пинцетом и осторожно вытягивать, то можно получить достаточно длинный «экземпляр».

3.9. Разложение нитроацетанилида.

Для опыта понадобятся: фарфоровый тигель, треугольник, штатив, горелка, стеклянная палочка, шпатель. Соблюдать правила работы с концентрированной серной кислотой. При выполнении опыта не наклоняться над тиглем. Опыт выполняется под тягой.

Смешаем в фарфоровом тигле органическое вещество белого цвета - нитроацетанилид и серную кислоту. Нагреем смесь. Через несколько секунд из тигля выстрелит масса черного цвета. Выделяющиеся газы делают массу очень пористой и рыхлой.

Черный цвет массе придает углерод, образующийся в больших количествах. В еще больших количествах в ходе реакции образуются газы SO2, NO2 и CO2, которые вспенивают углерод.

Мой выбор для проведения опытов.

Исходя из того, что большее число экспериментов являются не безопасными и выделяющими вредные вещества в окружающую среду, мною были выбраны два способа получения фараоновых змей. Они менее опасные для здоровья и их можно продемонстрировать перед ребятами, чтобы им это было интересно не меньше, чем мне.

Опыты я наблюдал в интернете, используя адрес:

https://www.youtube.com/watch?v=JLUZ5HkVDhU

Вещества, которые были выбраны мной для проведения эксперимента, были в домашней аптечке – это были: глюконат кальция и бисептол.

Техника безопасности при работе с химическими веществами.

Во время работы нужно быть максимально внимательным, дисциплинированным, соблюдать тишину, поддерживать чистоту и порядок на рабочем месте.

Опыты проводи только в строгом соответствии с инструкциями, используя точно указанные вещества.

Прежде чем приступить к выполнению эксперимента, внимательно изучи инструкцию.

Приступая к занятиям, нужно четко понимать ход и порядок выполнения работы и следовать технике безопасности на уроке.

Перед началом работ с химическими веществами учащийся должен надеть хлопчатобумажный халат, длина ниже колен и который застегивается в передней части, желательно иметь защитные очки.

К проведению экспериментов приступать школьники могут лишь с разрешения взрослых.

Старайтесь работать с помощью инструментов.

Необходимо быть осторожным с сухим горючим.

Вещества могут иметь резкий запах, поэтому нельзя находиться слишком близко к продуктам горения.

О

Сначала я взял имеющиеся в наличии вещества, и приспособления.

Для проведения первого опыта мне понадобилось:

• глюконат кальция;

• сухое горючее;

• зажигалка;

• пинцет;

• устройство для установки горючего;

• металлическая банка, которая будет создавать тепловой барьер между горючим и столом.

Я установил на банку из под консервов и устройство для сухого горючего и зажег сухое горючее.

4. пыты с глюконатом кальция и сульфаниламидом.

    

 

Далее я положил таблетки глюконата кальция на огонь и стал ждать результата. Результат первого эксперимента был менее зрелищный, чем результат следующего, второго эксперимента. Мы можем убедить в этом сами.

  Для проведения второго опыта мне понадобился ко всему прочему бисептол (сульфаниламидный препарат широкого спектра действия).

Реакция с бисептолом протекает значительно быстрее и змея растет в длину все больше и больше. Это видно по фото фиксации и времени внизу снимка.

 

На представленных фотографиях проведенного эксперимента видно, что химическая реакция от одной таблетки бисептола протекает гораздо быстрее, чем от одной таблетки глюконата кальция.

В ходе реакции горения выделяется неприятный запах, поэтому помещение, в котором проводится эксперимент должно быть хорошо проветриваемым.

Вот какая фараонова змея у меня получилась! С ней нужно обращаться крайне осторожно, потому что она очень пористая и хрупкая.

 

 

Заключение

Я люблю заниматься тем, что мне ещё неизвестно, наверное, всем людям это тоже нравится. Особенно меня интересуют различные эксперименты, которые можно выполнить и запечатлеть при помощи видео и фото фиксации. Особенно меня заинтересовал химический серпентарий, или фараоновы змеи…

Вы удивитесь, как много интересных и зрелищных экспериментов можно поставить у себя дома без особых усилий и затрат. Можно выбрать свободный день и перевоплотиться вместе с родителями в настоящих ученых. Нужно все подготовить и работать с осторожностью, соблюдая технику безопасности. Не волнуйтесь, все опыты делать очень легко и совершенно безопасно. Но, разумеется, только в присутствии взрослых!

Работая над темой, я узнал много нового и ранее мне неизвестного. Самое главное, что все, что я узнал, очень интересно. Мне хочется продолжить работу на эту тему. Химия – это мир волшебства и магии, который может стать доступным, стоит только захотеть.

Надеюсь, что мне еще не раз представится возможность выступать перед одноклассниками и учениками школы с различными темами, которые мне интересны.

Список литературы

Б.Д. Степин, Л.Ю. Аликберова Занимательные задания и эффектные опыты по химии. М.: Дрофа, 2002. – 432 c.: ил.

Гроссе Э., Вайсмантель X. Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. 2–е русское изд. – Л.:Химия, 1985 – 247 с.

О. Ольгин. Опыты без взрывов. Изд. второе, переработанное. – М.: Химия, 1986. – 192 с., ил.

О. Ольгин. Чудеса на выбор. Изд. второе, переработанное. – М.: Химия, 1986. – 192 с., ил.

https://www.youtube.com/watch?v=JLUZ5HkVDhU

http://fb.ru/article/145016/faraonovyi-zmei-zanimatelnaya-himiya-kak-sdelat-faraonovyih-zmey-v-domashnih-usloviyah

http://allforchildren.ru/sci/sci083.php

http://chemistry-chemists.com/forum/viewtopic.php