Домашний эксперимент, страница 175 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Невидимые чернила

Научимся делать тайные записи. Для этого воспользуемся молоком, лимонной кислотой, калийной или натриевой селитрой (ее можно приобрести как удобрение), кисточкой и утюгом. Разведите селитру и отдельно лимонную кислоту в небольшом количестве воды. С помощью кисточки нанесите любую надпись на бумаге молоком, или кислотой, или селитрой. Дайте бумаге высохнуть. Затем прогладьте бумагу несильно нагретым утюгом, и надписи проявятся.

Принцип действия всех "невидимых чернил", описанных в задаче, основан на химических реакциях, которые происходят при нагревании. На бумагу наносится вещество, которое в высохшем состоянии невидимо. При нагревании это вещество либо само разлагается с образованием окрашенных продуктов, либо вступает в реакцию с целлюлозой (основой бумаги), вызывая ее потемнение. Температура, необходимая для проявления надписи, как правило, ниже температуры воспламенения бумаги (около 233o C).

Молоко

Молоко представляет собой эмульсию, содержащую органические вещества: белки (в основном казеин), жиры и углеводы (молочный сахар — лактоза). Когда надпись, сделанная молоком, высыхает, на бумаге остаются эти органические соединения, которые практически невидимы. При нагревании утюгом они начинают разлагаться при температуре более низкой, чем температура обугливания самой бумаги. Происходят процессы карамелизации сахаров и пиролиза (термического разложения) белков и жиров. В результате этих реакций образуется углерод и другие соединения темного, обычно коричневого, цвета. Бумага же, состоящая в основном из целлюлозы, требует более высокой температуры для своего потемнения.

Ответ: Надпись, сделанная молоком, проявляется при нагревании, потому что содержащиеся в нем органические вещества (сахара, белки, жиры) обугливаются при более низкой температуре, чем бумага, образуя видимый тёмно-коричневый след.

Лимонная кислота

Лимонная кислота ($C_6H_8O_7$) — это органическая кислота. В виде водного раствора она прозрачна, и после высыхания на бумаге остаются невидимые кристаллики. При нагревании лимонная кислота действует как катализатор, ускоряя процесс разложения целлюлозы ($(C_6H_{10}O_5)_n$), из которой состоит бумага. Кислота способствует отщеплению молекул воды от целлюлозы (реакция дегидратации), что приводит к её частичному окислению и обугливанию. Этот процесс происходит в местах нанесения кислоты значительно быстрее и при более низкой температуре, чем на чистых участках бумаги. Сама лимонная кислота также может карамелизоваться при нагревании, внося вклад в потемнение.

Ответ: Надпись из раствора лимонной кислоты становится видимой, так как при нагревании кислота вызывает локальное химическое "обжигание" (дегидратацию и окисление) волокон целлюлозы в бумаге, что приводит к их потемнению.

Калийная или натриевая селитра

Калийная селитра (нитрат калия, $KNO_3$) и натриевая селитра (нитрат натрия, $NaNO_3$) являются сильными окислителями. После высыхания раствора на бумаге остаются кристаллы соли, пропитавшие волокна целлюлозы. Целлюлоза — это горючее вещество. При нагревании нитраты разлагаются с выделением кислорода (например, реакция для нитрата калия: $2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2 \uparrow$). Этот дополнительный кислород в непосредственной близости от волокон бумаги резко снижает температуру их окисления (горения). В результате те участки бумаги, которые пропитаны селитрой, начинают быстро окисляться (тлеть), превращаясь в черный угольный след, в то время как остальная бумага остается невредимой. Процесс напоминает горение бикфордова шнура.

Ответ: Надпись, сделанная селитрой, проявляется, потому что селитра при нагревании является сильным окислителем, который вызывает локальное сгорание (окисление) бумаги при более низкой температуре, оставляя черный обугленный след.