Как устроена первая в мире химическая машина Голдберга24.03.2022 16:03

Мы любим разные машины, но придуманные изобретателем и художником Рубом Голдбергом «максимально сложные системы для выполнения максимально простых задач» — особенно. Пружина толкает шар — он нажимает кнопку — ножницы перерезают нить — цепочки машин Голдберга могут включать десятки операций и выглядеть чрезвычайно хитроумно, но это лишь инженерная забава: отдача от них нулевая. Если, конечно, не считать чистого удовольствия.

Так действует и эта машина: пожалуй, впервые в истории наши друзья, создатели замечательных наборов MEL Chemistry, сконструировали такую систему, щедро разбавив привычную физику увлекательной химией. Эта машина Руба Голдберга — цепочка зрелищных реакций, каждое звено которой запускает следующее, а за ним еще одно — пока все не закончится, оставив за собой лишь дым.

Темнеет > перекрывает свет >

Прозрачный раствор йодида калия, тиосульфата натрия и крахмала темнеет так же быстро, как южная египетская ночь сменяет день. При добавлении пероксида водорода в жидкости образуется йод, который вступает во взаимодействие с крахмалом и придает ей густо-синий, почти черный цвет. Раствор перестает пропускать свет яркой лампы — и химическая машина Голдберга начинает работу.

Охлаждается > снижает давление > засасывает воду >

Свет больше не падает на круглодонную колбу с аммиаком, отчего он охлаждается и уменьшается в объеме, снижая давление. Из кюветы через подсоединенную к колбе трубку в нее начинает засасываться вода. Аммиак быстро растворяется, еще сильнее снижая давление в колбе — пока вода не польется внутрь уже фонтаном. Уровень воды в емкости уменьшается, заставляя опускаться поплавок.

Кристаллизуется > нагревается >

Во вторую емкость, заполненную перенасыщенным раствором ацетата натрия, падает крошечный кристаллик. Это вызывает моментальную «взрывную» кристаллизацию, которая сопровождается выделением тепла. Погруженная в раствор стеклянная трубка сильно нагревается, выталкивая наружу каплю глицерина.

Окисляется > зажигает фитиль >

Здесь для капли глицерина уже заготовлен оксид марганца (VII), который образуется при легком смачивании марганцовки концентрированной серной кислотой. Это сильнейший окислитель, который вызывает воспламенение органических веществ при малейшем соприкосновении. Упавшая капля глицерина вспыхивает и горит с выделением большого количества тепла.

Горит > поджигает газ >

Фитиль в нашей машине Голдберга сделан из нитроваты, которую получают при обработке хлопка нитрующей смесью из концентрированных кислот — азотной и серной. В результате образуется нитроцеллюлоза, вещество взрывоопасное и очень легко воспламеняющееся.

Вспыхивает огненным столбом > зажигает фитиль >

Эта пенная башня состоит из пузырей обычной мыльной жидкости, только наполняет их не воздух, а горючий метан. Немного глицерина стабилизирует ее и не дает рассыпаться —, но как только пламя подбирается к пене, она превращается в столб пламени, поджигая второй фитиль из нитроваты.

Горит > передает пламя дальше >

Огонек фитиля зажигает спиртовку, которая нагревает и заставляет воспламениться магний. Температура у поверхности металла при этом достигает 2200 °C, и отлетающие от него частички оксида раскаляются так, что начинают светиться ярким белым светом. Это не пламя, а настоящее беспламенное горение!

Окисляется > сдвигает чаши весов >

Температуры горящего магния достаточно для того, чтобы сделанная из железа вата воспламенилась. Сгорая, железо присоединяет кислород и увеличивает массу, становясь почти на 40% тяжелее, отчего левая чаша уравновешенных весов опускается вниз.

Детонирует > разрывает нить >

Осторожно! Для детонации йодистого азота достаточно самого легкого касания и даже громкого звука. Получают его реакцией настойки йода с раствором аммиака — то и дело это взрывоопасное вещество служит причиной ремонта и замены стекол в общежитиях студентов-химиков. В нашей машине прикосновение пера вызывает взрыв — по счастью, совсем небольшой.

Окисляется > извергается

Нить удерживала обыкновенного жевательного мишку из желатина, который теперь скатывается прямо в колбу с бертолетовой солью — хлоратом калия. Она окисляет органические соединения желатина — моментально и бурно, при ярком свечении. Если бы пару тысяч лет назад люди знали химию, то в аду, наверное, кипели бы котлы не с серой, а с бертолетовой солью.

Эксперименты 2, 3, 7, 8 входят в состав химических конструкторов MEL Chemistry. Но, используя реагенты из наборов (и из домашней «аптечки»), можно проделать практически все описанные реакции. Будьте осторожны и учите химию!