Окисление-восстановление

Опыт с диоксидом серы продемонстрировал нам одну из многочисленных окислительно-восстановительных реакций. В таких реакциях атомы одних веществ присоединяют электроны, а других — отдают электроны. Первые носят название окислителей (перманганат калия), вторые — восстановителей (диоксид серы).

Поставим еще несколько опытов с окислением — восстановлением.

На свежий срез картофеля капните разбавленной йодной настойкой: появится синяя окраска. Это крахмал, содержащийся в картофеле, синеет в присутствии свободного йода. Такую реакцию часто используют для того, чтобы обнаружить крахмал, значит, это тоже качественная реакция.

На то же место, куда вы капнули йодную настойку, налейте немного раствора сульфита натрия. Окраска быстро исчезнет. Произошло вот что: сульфит отдал свободному йоду электрон, тот стал электрически заряженным, превратился в ион, а в таком состоянии йод уже не реагирует с крахмалом.

Такое свойство сульфита натрия, как и диоксида серы, означает, что эти вещества — хорошие восстановители. Вот еще любопытный опыт с сульфитом. Его компаньоном-окислителем вновь будет перманганат калия.

В четыре пробирки налейте бледно-розовый, розовый, светло-фиолетовый и темно-фиолетовый растворы марганцовки. В каждую пробирку добавьте раствор сульфита натрия. Содержимое первой пробирки станет почти бесцветным, второй — буроватым. В третьей пробирке выпадут бурые хлопья, в четвертой тоже, но осадка будет намного больше. Во всех пробирках образуется твердый оксид марганца MnO₂. Но в первых двух пробирках он существует в виде коллоидного раствора (твердые частицы настолько малы, что раствор кажется прозрачным). А в остальных двух пробирках концентрация MnO₂ настолько велика, что частицы слипаются и выпадают а осадок.

Вообще марганцовка напоминает химического хамелеона — так она умеет менять свой цвет. Например, в щелочной среде раствор перманганата калия из красно-фиолетового становится зеленым, потому что перманганат восстанавливается до зеленого манганата. Чтобы проверить это, бросьте в раствор щелочи — в концентрированный прокипяченный раствор стиральной соды — кристаллик марганцовки, и вместо привычного розового окрашивания появится зеленое.

Этот опыт получается еще красивее, когда работают с едким натром, но для домашнего экспериментирования, пока у вас нет навыка и умения, такие щелочи рекомендовать нельзя. Если же вы занимаетесь в кружке, то поставьте опыт так: налейте в тонкостенный стакан немного красного раствора марганцовки (он должен быть прозрачным) и очень небольшими порциями, чтобы реакционная смесь не разогревалась, добавляйте достаточно концентрированный раствор едкого натра. Наблюдайте за цветом жидкости — сначала он будет становиться все более фиолетовым, затем, по мере увеличения щелочности, синим, и, наконец, зеленым.

Смена окраски особенно отчетливо видна в проходящем свете. В любом случае освещение должно быть хорошим, без этого переходы оттенков можно и не заметить.

Следующий опыт поможет вам отличить грязную воду от чистой. Одну пробирку наполните чистой водой, другую — водой из застоявшейся лужи или из болота. Добавьте в пробирки немного раствора окислителя — перманганата калия. В водопроводной воде он останется розовым, в воде из лужи — обесцветится. В теплую погоду в стоячей воде скапливаются органические вещества. Они, как и сульфит натрия, восстанавливают перманганат калия, меняют его окраску.

В первом опыте с сульфитом натрия предлагалось брать его из большого патрона проявителя. Если вы последовали этому совету, то у вас остался малый патрон, который содержит смесь метола и гидрохинона. Растворите эту смесь в воде; раствор будет очень слабо окрашенным. Прибавьте немного хлорной извести (это распространенное дезинфицирующее вещество, обращаться с ним надо осторожно). Содержимое пробирки станет желтым. Хлорная известь — хороший окислитель, она окисляет гидрохинон до хинона, а тот окрашен в желтый цвет. Если же теперь добавить в пробирку смесь сульфита натрия и соды из большого патрона, то желтая окраска исчезнет: сульфит натрия вновь восстановит хинон до гидрохинона.

Последний опыт на тему «окисление — восстановление» мы поставим с соединениями хрома. Такие опыты часто бывают красочными, что неудивительно, так как «хромос» по-гречески означает «цвет».

Итак, возьмите немного желтого раствора бихромата калия K₂Cr₂O₇. Это вещество широко применяют в технике в качестве окислителя, например, для очистки сильно загрязненных деталей; обращаться с ним надо аккуратно. Если добавить в желтый раствор немного серной кислоты (осторожно! лить кислоту медленно!), то он станет красным. В такой подкисленный раствор бросьте несколько кусочков цинка. Если у вас нет гранулированного цинка, с которым обычно ставят опыты, то добудьте цинк самостоятельно, из негодной батарейки: металлические стаканчики в элементах питания — цинковые.

Итак, вы бросили в стакан с раствором немного цинка, и бихромат, восстанавливаясь, меняет цвет на темно-зеленый. Это образовались ионы Cr³⁺. Одновременно благодаря реакции цинка с кислотой выделяется газ — водород. Если продукты реакции не окисляются кислородом воздуха, то реакция будет идти и дальше, причем появится голубая окраска — такой цвет у раствора сульфата хрома CrS0₄. Перелейте его в другой стакан; пока вы будете это делать, произойдет окисление, и раствор опять станет зеленым.

О. Ольгин. "Опыты без взрывов"
М., "Химия", 1986