Огненная пена

Подожгите мыльные пузырьки, заполненные водородом!

Сложность:
Опасность:
Время:
20 минут
Огненная пена

Реагенты

Безопасность

  • Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
  • Проводите эксперимент на подносе.
  • Держите поблизости емкость с водой во время работы с огнем.
  • Снимите перчатки, прежде чем зажечь лучину (шаг 5).
  • Не допускайте контакта волос и легковоспламеняющихся предметов с пламенем.
Общие правила безопасности
  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.
Информация о первой помощи
  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.
Рекомендации для родителей
  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
  • Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли повторить этот опыт со своим жидким мылом?

С жидким мылом, которое есть у вас дома, опыт может получиться не таким эффектным, поскольку вам будет сложнее отмерить нужное количество. Двух пакетиков мыла из набора должно хватить на то, чтобы провести эксперимент дважды.

Пена не образуется или образуется очень медленно.
Что делать?

Прежде всего убедитесь, нет ли утечки газа. Проверьте, плотно ли трубка прилегает к резиновой пробке. Затем осмотрите саму пробку: она крепко сидит в горлышке колбы? После этого аккуратно покружите колбу, подождите несколько минут и попробуйте поджечь пену еще раз.

Почему так важно, чтобы пробка, металлический цилиндр и трубка плотно прилегали друг к другу?

Так вы предотвращаете утечку газа. Иначе не получится собрать достаточное количество водорода, необходимое для образования пузырьков.

Гидросульфат натрия NaHSO4 собрался в комки.
Как отмерить нужное количество?

Разбейте комки палочкой из набора. Помешивайте соль в баночке, пока она не станет однородной.

Почему мы не вытаскиваем трубку, когда поджигаем пену?

Во-первых, так безопаснее: держа конец трубки в пене, мы сокращаем зону воспламенения. Во-вторых, так удобнее повторять последний шаг опыта: пены образуется столько, что поджигать ее можно несколько раз, не разбирая при этом установку.

Мы уже подожгли пену, но водород продолжает выделяться и в стакане появляется еще больше пузырей.
Можно поджечь и их тоже?

Да, конечно. А если пены уже нет, можете слегка повращать колбу или добавить еще магниевых полосок.

Пошаговая инструкция

Подготовьте мыльную воду.

hydrogen-chlorine-v2_fire-foam_ru_iks-s-01

Подготовьте самодельный генератор газа.

hydrogen-chlorine-v2_fire-foam_ru_iks-s-02

В растворе гидросульфат натрия NaHSO4 — источник ионов водорода H+ (атомов водорода без своего единственного электрона). Эти ионы могут принимать электроны от полосок магния Mg.

hydrogen-chlorine-v2_fire-foam_ru_iks-s-03

Водород с достаточным количеством электронов превращается в молекулы водорода H2, то есть газообразный водород. Именно он и наполняет мыльные пузыри.

hydrogen-chlorine-v2_fire-foam_ru_iks-s-04

Газообразный водород легко воспламеняется, и поджечь его не составит труда. Взболтайте колбу или добавьте еще полосок магния, чтобы повторить эксперимент.

hydrogen-chlorine-v2_fire-foam_ru_iks-s-05

Утилизация

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Что произошло

Пена состоит из пузырьков. Зачастую вы имеете дело с пеной, пузырьки которой заполнены углекислым газом CO2 (как в газированном напитке) или обычным воздухом (как в пене для ванны). При этом ни воздух, ни углекислый газ не горят. C составляющими воздух газами Кислород O2 попросту не вступает в реакцию, а углекислый газ CO2 и подавно используют в различных огнетушителях. Но не все газы такие покорные. Так, газообразный водород H_ {2} охотно взаимодействует с кислородом O2 — как вы видели, запустить реакцию может даже крохотная искра!

Многие химические реакции — это своего рода борьба элементов за электроны. В этом эксперименте ионы водорода H+ (атомы водорода, которым не хватает всего одного электрона) с легкостью принимают электроны у магния Mg. Заполучив недостающие электроны, атомы водорода попарно связываются друг с другом. Так получаются молекулы H2, из которых состоит газ, заполняющий пузырьки пены.

Однако водород — не самый «жадный» элемент. Кислород O2 воздуха, к примеру, стремится забрать электроны у других элементов, а H2 играет по его правилам. Даже малейшая искра запускает реакцию, в которой кислород O2 отбирает электроны у водорода H2. В результате образуется устойчивое соединение, в котором кислород крепко держится за электроны двух атомов водорода Н. Как вы могли догадаться, формула соединения с двумя атомами H и одним атомом O есть не что иное, как H2O (вода).

Почему водородную мыльную пену так легко поджечь?

Газообразный водород чрезвычайно легко воспламеняется. Он образует горючую смесь, даже если его концентрация в воздухе всего 4 %! Водород настолько химически активен, что для его воспламенения нужно примерно в 10 раз меньше тепла, чем для воспламенения подобной смеси воздуха и природного газа.

Смесь воздуха и водорода с концентрацией последнего от 6 до 67 % зачастую воспламеняется со взрывом. Поэтому при работе с водородом крайне важно соблюдать меры безопасности. Как только поступает импульс, запускается простая реакция:

2H2 + O2 → 2H2O

Однако эта реакция проста лишь на первый взгляд — на самом же деле она представляет собой гораздо более интересный и сложный процесс. Чтобы в этом убедиться, нужно уменьшиться в 100 000 000 раз, проникнуть в реакционную смесь и понаблюдать, что с ней происходит во время взрыва!

Где применяется водород?

В Периодической системе у водорода первый порядковый номер. Это самый легкий и самый распространенный элемент во Вселенной. Вода, звезды, человеческое тело, различные предметы обихода, — где его только нет!

С азотом водород образует аммиак, который используется в удобрениях, пластике и взрывчатых веществах. Раньше водородом наполняли дирижабли и воздушные шары. Однако водород взрывоопасен, особенно в сочетании с воздухом. Поэтому со временем воздушные корабли стали наполнять гелием.

В наши дни водород применяют для получения из жидких масел таких твердых продуктов, как маргарин и арахисовое масло. Таким же образом его используют в производстве различных косметических средств, в частности при изготовлении мыла.

Еще водород часто служит охлаждающим агентом в генераторах. В ракетном топливе жидкий водород увеличивает реактивное ускорение, без которого космический корабль просто не сможет оторваться от земли. И конечно, водород содержится в хорошо знакомом всем антисептике и отбеливателе — пероксиде водорода!

Развитие эксперимента

Что еще можно сделать с пеной?

Ее можно поджечь прямо на ладони! Снимите защитные перчатки, наберите в руку немного пены и подожгите ее. Только заранее уберите от лица волосы и не наклоняйтесь близко к пене!

Это интересно

Удивительный водород

Нет таких критериев, по совокупности которых можно было бы выбрать самый лучший химический элемент в природе. Но если всё-таки начать сравнивать элементы между собой, то водород станет «самым-самым» сразу в нескольких номинациях.

Самый распространённый. Если использовать грубое округление, то во Вселенной из десяти атомов только один НЕ является атомом водорода. По массе водород составляет около 3/4 массы всей истинной материи (в расчёт не берётся масса тёмной материи и чёрных дыр). Интересно, что на Земле его содержание составляет всего 1 % от общей массы, при этом 85 % всего водорода находится в составе воды.

Единственный в своём роде Основная масса водорода вокруг нас состоит из протия – варианта этого элемента. Его атом состоит из протона (положительно заряженной частицы), вокруг которого вращается электрон (заряжен отрицательно). Как правило, под словом «водород» мы подразумеваем именно протий. Уникальность его состоит в том, что он является *единственным стабильным атомом, ядро которого не содержит нейтронов! Нейтроны (частицы размером примерно с протон, не имеющие заряда) – обычные составляющие атомного ядра. Согласно современным представлениям, они нужны для того, чтобы протоны не разбежались. Количество нейтронов в ядрах атомов лёгких элементов, как правило, равно количеству протонов. Примером могут служить углерод C (6 протонов и 6 нейтронов), азот N (7 протонов и 7 нейтронов), кислород O (8 протонов и 8 нейтронов) и даже кальций Ca (20 протонов и 20 нейтронов). Все элементы с атомной массой более 40 уже имеют ядра, внутри которых нейтронов больше, чем протонов. В ядре атома хрома Cr содержится 24 протона и 28 нейтронов, а вот у золота Au − 79 протонов и целых 118 нейтронов. Таким образом, чем тяжелее атом, тем больше в нём нейтронов, по сравнению с количеством протонов.

Самый мелкий и лёгкий Двухатомная молекула водорода в два раза легче одного атома гелия. А это значит, что подъёмная сила водорода больше. Из-за своей большой подъёмной силы и низкой стоимости водород часто использовался в летательных аппаратах, предназначенных для воздухоплавания. Вызывали восторг огромные пассажирские дирижабли (аэростаты, снабжённые двигателем и системой управления), совершавшие трансатлантические рейсы уже в 20-х годах XX века. К сожалению, дирижабли так и не смогли завоевать репутацию безопасных транспортных средств. Несмотря на то, что количество крушений было крайне мало по сравнению с количеством успешных рейсов, полёты считались рискованными. Причиной подобного отношения были жуткие последствия авиакатастроф. Стоило только произойти небольшой утечке водорода, а затем проскочить искре! Так, например, всего за 10 секунд пламя полностью охватило «Гинденбург» − воздушное судно с объёмом баллонов 190 000 м3. Только представьте: высота «Гинденбурга» в центральной части примерно равнялась высоте двенадцатиэтажного дома, а длина была, почти как два с половиной футбольных поля! На глазах у изумлённых свидетелей гигантская машина буквально превратилась в огненный шар при заходе на посадку 6 мая 1937 года возле Манхэттена. Тогда погибло 36 человек. Эта трагедия поставила точку в использовании дирижаблей для перевозки пассажиров. Несмотря на то, что «золотой век» воздухоплавания давно прошёл, аэростаты различной конструкции проектируются и создаются до сих пор. И даже водород всё ещё занимает важное место в этой отрасли, правда, из-за высокой пожароопасности его применяют исключительно для заполнения беспилотных аэростатов (например, метеорологических зондов). Современные дирижабли (да-да, они всё ещё существуют!), заполняемые инертным гелием, используются преимущественно в рекламных целях и для туристических экскурсионных полётов.

Почему солнышко светит и греет?

Мы совсем не задумываемся о том, что столь привычное Солнце дарит нам свет и тепло именно благодаря водороду. А ведь протекающая в недрах светила термоядерная реакция, в ходе которой водород превращается в гелий, – самая важная реакция в истории жизни на нашей планете. Термоядерной эта реакция называется потому, что благодаря огромной температуре лёгкие атомы разгоняются до таких скоростей, что при столкновении их ядра могут встретиться и «слипнуться». Важно, что реакция идёт не между атомами, а между их ядрами. В момент образования новых ядер высвобождается большое количество энергии, идущей на поддержание процесса. Излишняя же энергия выделяется в виде тепла и света. Основное отличие термоядерной реакции от химической состоит в том, что вступают в неё одни химические элементы, а в итоге получаются другие.

Если погаснет Солнце, исчезнет всё живое на Земле. В ходе превращения водорода в гелий выделяется огромное количество энергии. Существуют два основных механизма, по которым водород «сгорает» в недрах звёзд с образованием гелия. Первый механизм, по мнению астрофизиков, мало распространён и носит название CNO-цикла. При этом процесс происходит в присутствии атомов таких элементов, как углерод С, азот N и кислород O. Такой тип взаимодействия характерен для светил, во много раз превосходящих наше по размерам, и успевших накопить в себе химические элементы с тяжёлыми ядрами. Тепло, согревающее нашу планету, образуется в так называемом протон-протонном взаимодействии, при котором водород «сгорает» без участия посторонних элементов.

Если водород – это топливо, благодаря которому поддерживается жизнь на нашей планете, то возникает резонный вопрос, что будет, когда он весь «сгорит»? Протекание термоядерной реакции в солнечном ядре – не такой стремительный процесс, как горение газа в нашем эксперименте, поэтому запасов водорода (а это около 73 % по массе) в нашем светиле хватит надолго. Если верить учёным, то в ближайшие три-четыре миллиарда лет нам точно не о чем беспокоиться.