Номер 15, страница 354 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 49. Кремний и его соединения - номер 15, страница 354.

Условие.

15. Известен интересный опыт под названием «сад химика». Вам потребуется широкая стеклянная банка, силикатный клей, кристаллики медного и железного купороса. Силикатный клей налейте в банку и разбавьте водой в соотношении 1:1. Бросьте в раствор кристаллик медного купороса. Вскоре на дне раствора он покроется плёнкой, которая через некоторое время образует «почки», откуда будут расти голубые травинки. Кристаллик железного купороса даёт извивающиеся чёрные ветви. Объясните, почему это происходит. Используя интернет-ресурсы, выясните, какие ещё вещества в растворе силиката натрия или калия будут давать своеобразные деревья.

Решение.

Решение 2.

Объясните, почему это происходит.

Явление, известное как «химический сад», объясняется совокупностью химических и физических процессов.

Когда кристалл растворимой соли металла, например, медного купороса ($CuSO_4$), попадает в раствор силикатного клея (водный раствор силиката натрия $Na_2SiO_3$), на его поверхности происходит реакция ионного обмена:
$CuSO_4 + Na_2SiO_3 \rightarrow CuSiO_3 \downarrow + Na_2SO_4$

В результате реакции образуется нерастворимый силикат меди ($CuSiO_3$), который формирует вокруг кристалла гелеобразную плёнку. Эта плёнка является полупроницаемой мембраной: она пропускает молекулы воды, но задерживает более крупные ионы ($Cu^{2+}$, $SO_4^{2-}$, $Na^+$, $SiO_3^{2-}$).

Внутри этой оболочки кристалл продолжает растворяться, создавая очень концентрированный раствор соли. Снаружи находится менее концентрированный раствор силикатного клея. Из-за разницы концентраций возникает явление осмоса: молекулы воды из внешнего раствора устремляются сквозь полупроницаемую мембрану внутрь, стремясь разбавить внутренний концентрированный раствор.

Приток воды создает внутри оболочки высокое осмотическое давление. В какой-то момент давление становится настолько большим, что мембрана разрывается в самом слабом месте. Через разрыв вырывается струйка концентрированного раствора соли, которая немедленно вступает в реакцию с окружающим раствором силиката натрия, образуя новую плёнку нерастворимого силиката меди. Этот процесс разрыва и «залечивания» раны повторяется многократно, что приводит к росту полых ветвящихся трубок, напоминающих водоросли или деревья. Их цвет определяется цветом образующегося нерастворимого силиката (силикат меди — голубой, силикат железа(II) — тёмно-зелёный или чёрный).

Ответ: Рост «деревьев» происходит из-за образования полупроницаемой мембраны из нерастворимого силиката металла вокруг кристалла соли. Возникающее из-за осмоса давление разрывает мембрану, а выходящий раствор соли реагирует снова, образуя новые участки мембраны, что приводит к росту полых цветных структур.

Используя интернет-ресурсы, выясните, какие ещё вещества в растворе силиката натрия или калия будут давать своеобразные деревья.

Для создания «химического сада» можно использовать соли различных металлов, в основном переходных. Цвет и форма «деревьев» будут зависеть от выбранной соли. Вот некоторые примеры:

• Хлорид кобальта(II) ($CoCl_2$) — даёт фиолетовые или синие ветви.
• Сульфат никеля(II) ($NiSO_4$) — образует зелёные структуры.
• Хлорид марганца(II) ($MnCl_2$) — формирует белые или розоватые ветви.
• Хлорид железа(III) ($FeCl_3$) — даёт оранжево-коричневые «деревья».
• Хлорид кальция ($CaCl_2$) — образует белые структуры.
• Сульфат цинка ($ZnSO_4$) — формирует белые «пушистые» ветви.
• Сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) — даёт белые осадки.

Ответ: Своеобразные деревья в растворе силиката натрия или калия также могут давать соли кобальта(II) (фиолетовые), никеля(II) (зелёные), марганца(II) (белые/розовые), железа(III) (оранжево-коричневые), кальция (белые) и цинка (белые).