Если вы уже неплохо знаете химию, то для точного выполнения этого же условия очень полезно будет записать уравнения реакций, протекающих в ходе опыта, выверить их по авторитетным книгам или справиться у знающих людей, скажем, у учителя химии. Тогда все ваши действия станут вам яснее и, может быть, вы сможете несколько видоизменить опыт, расширить его рамки. Но, повторяем, только при полной уверенности в том, что опыт пойдет так, как вы ожидаете,

И всем юным химикам, независимо от их подготовки и опыта, настоятельно советуем завести лабораторный журнал. Настоящий химик обязательно записывает в лабораторный журнал план работы, список реактивов, порядок действий, зарисовывает прибор и перечисляет, из каких деталей прибор состоит. Он заносит в журнал условия опыта, уравнения реакций, подсчитывает, сколько надо веществ для опыта. А потом записывает свои наблюдения и делает из них выводы.

Чтобы вам было понятнее, как надо вести лабораторный журнал, (а это, кстати, может быть обычная тетрадь), мы приводим для иллюстрации запись из такого журнала. Разумеется, это не образец, следовать ему в точности не обязательно; ведите записи так, как вам удобнее и привычнее. Но иметь перед глазами пример записи не помешает...

Если ваши наблюдения были точными, записи — аккуратными, а выводы — правильными, значит, вы сумели не просто поставить опыт (что интересно само по себе), но еще понять его смысл и извлечь пользу (а это гораздо важнее). Пожалуйста, не ленитесь заглядывать в учебники и популярные книги по химии, экспериментатор обязан понимать сущность опыта и его особенности. Мы умышленно возлагаем эту работу на вас, в противном случае с подробными разъяснениями книга превзошла бы разумные размеры и часть опытов пришлось бы из нее убрать. А как раз этого нам и не хотелось бы делать.

Теперь, после предварительных замечаний, к которым вы, конечно же, отнеслись со всей серьезностью, пора переходить к устройству своей, на первых порах очень скромной, лаборатории.

То, чем вам придется сейчас заниматься, не так интересно, как ставить опыты, однако необходимо. Впрочем, и оборудование собственной лаборатории, если взяться за него всерьез, тоже поучительное занятие.

Если при слове «лаборатория» вы представили себе просторную комнату с вытяжным шкафом, стеклянными приборами, печами, насосами и высоченными шкафами, доверху набитыми посудой и реактивами,— то вы в данном случае ошиблись. Речь идет об уголке комнаты, необязательно жилой, в котором можно поставить небольшой столик и повесить над ним полку. Но прежде чем устраивать лабораторию, выполните два требования. Первое: точно решите для себя, хотите ли вы серьезно заниматься химическими опытами, хватит ли у вас терпения тщательно их ставить, не смущает ли вас подготовка к опытам и такие скучные занятия, как уборка и мытье грязной посуды. Если вы сознательно идете на все это, то остается второе требование: получить согласие старших. Будем надеяться, что ваша твердая убежденность возымеет действие.

Начнем с устройства рабочего места.

Рабочий стол желательно поставить поближе к окну, чтобы освещение было хорошим; к тому же, если работать возле окна, то легче проветривать помещение. Если у окна места нет, позаботьтесь об электрическом освещении. В любом случае имейте в виду, что нельзя ставить опыты в полутемном помещении!

Как бы аккуратно вы ни работали, на стол могут попасть брызги растворов, просыпаться порошки. Во избежание неприятностей, чтобы уберечь стол, положите на него лист линолеума, или толстую фанеру, или прессованный картон. В крайнем случае можно обойтись и обычной клеенкой либо полиэтиленовой пленкой. Если стол не отдан полностью в ваше распоряжение, сделать это совершенно необходимо. Вдобавок не помешает поставить на стол еще и поддон — например, большую фотографическую кювету, которую легко можно вымыть после опыта. Между прочим, и стол после работы нужно протереть влажной тряпкой, а затем вытереть насухо.

Очень удобно, если над столом можно повесить полку или шкафчик и держать в них все необходимое для опытов. Если же это невыполнимо, то все равно держите посуду и реактивы в одном месте, недалеко от рабочего стола. Ни в коем случае не разбрасывайте их по комнате!

Обзаведитесь, пожалуйста, плотным фартуком, лучше всего клеенчатым. Нам придется иногда иметь дело с едкими веществами, и фартук предохранит вашу одежду. В аптеке или хозяйственном магазине купите пару резиновых перчаток — пригодятся для некоторых опытов.

Теперь поговорим о посуде. Конечно, лучше всего было бы обзавестись настоящими пробирками, колбами, химическими стаканами и тиглями. Однако далеко не всегда это выполнимо. Но выход из положения найдется: надо использовать то, что есть под рукой.

Пробирки проще всего заменить тонкостенными стеклянными ампулами из-под таблеток. Поскольку дно у них плоское, нагревать их на открытом пламени нельзя, а вот водяную баню они выдерживают. Для проведения опытов и для хранения веществ годятся также флакончики из-под пенициллина, стрептомицина и других лекарств. На первых порах понадобится не более десяти таких самодельных пробирок.

Иногда пробирки приходится нагревать, и, конечно, их при этом нельзя держать голыми руками. Лучшего держателя для пробирок, чем деревянная бельевая прищепка, нам, пожалуй, не найти. Для удобства прищепку можно удлинить, прикрепив к одной из ее развилок палочку или кусок толстой проволоки. Из толстой мягкой проволоки нетрудно сделать держатель, но не забудьте надеть на тот конец, за который вы будете браться рукой, кусок резинового шланга или обмотайте его изоляционной лентой.

Специальный штатив для большинства опытов не требуется, но полезно сделать штатив-подставку для пробирок, чтобы не держать их долго в руках. Самый простой штатив — это брусок, в котором просверлены (не насквозь) отверстия диаметром чуть большим, чем диаметр пробирок.

Химической посудой могут служить также разнообразные флаконы и банки из-под лекарств, которые закрываются обычно полиэтиленовыми пробками. Такие пробки очень удобны, потому что они стандартны и подходят ко многим склянкам. Но главное—полиэтилен химически стоек, он не разрушается даже под действием концентрированных растворов кислот и многих органических растворителей и поэтому во флаконах с полиэтиленовыми пробками можно хранить и такие реактивы, от которых со временем разрушаются резиновые пробки. Между прочим, когда количество реагирующих веществ невелико, крышки и пробки тоже можно использовать для опытов.

Стеклянная тара от пищевых продуктов — майонезные банки, бутылки, стеклянные банки из-под варенья и компота — годится для хранения реактивов и для некоторых опытов. Помните, что посуду из толстостенного стекла нельзя нагревать — она может лопнуть, В описаниях опытов мы будем советовать, какую посуду лучше взять. Если же посуда не оговорена, значит, годится любая склянка, которая есть под рукой.

Какую бы посуду для хранения веществ вы ни выбрали, она должна быть плотно закрыта, и к ней обязательно надо приклеить этикетку. Самая простая этикетка—из лейкопластыря. Он легко приклеивается к сухому стеклу, на нем удобно писать шариковой ручкой; когда запись поблекнет, ее нетрудно подновить. Можно сделать и бумажную этикетку, приклеив ее казеиновым канцелярским клеем, а чтобы она дольше держалась, ее надо закрыть прозрачной липкой лентой.

Всю посуду перед использованием (и после каждого использования) необходимо тщательно мыть; если посуда грязная, ее моют стиральным порошком с помощью ершика, а потом еще несколько раз чистой водой.

Посуда должна храниться только чистой. Ее надо мыть сразу после опыта (это, кстати, и легче, потому что через час-другой грязь может так пристать к стенкам, что насилу отмоешь). Вымытую посуду лучше сушить так, чтобы вода легко стекала с нее. Можно изготовить для этого нехитрую сушилку: вбить в толстый лист фанеры длинные гвозди, чтобы они пробили лист насквозь и ушли в него по самую шляпку, отогнуть торчащие из фанеры гвозди вверх под углом примерно 45° и обмотать их изоляционной лентой, чтобы не поцарапаться (или надеть резиновые трубки). На всякий случай не помешает затупить напильником острия гвоздей. Это и есть сушилка. Ее надо повесить на стену и поставить внизу поддон, чтобы вода, стекая с пробирок и склянок, надетых на гвозди, не капала на стол или на пол.

Иногда по ходу опыта необходимо прокалить какое-либо вещество. Для этого есть специальная фарфоровая посуда, но можно обойтись и без нее. Выручат тщательно вымытые жестяные баночки из-под гуталина или вазелина. А если вещества немного, воспользуйтесь столовой или даже чайной ложкой из нержавеющей стали. Конечно, для еды эта ложка уже не годится. Точно так же, как бутылки, банки и прочая посуда, которую вы взяли для опытов.

Лучше, наверное, будет купить специально одну-две стальные ложки для своей лаборатории. Они годятся не только для прокаливания, но могут заменить шпатели, которыми набирают вещества для опытов. Если же опыт проводят в пробирке, то можно обойтись и без шпателя: порошки набирают большей частью прямо в сухую пробирку.

Теперь немного о фильтрах. Они будут нужны очень часто. В описаниях опытов вам то и дело будут попадаться советы: профильтровать жидкость, отделить осадок от раствора. Иногда, правда, можно обойтись без фильтрования. Если осадок достаточно тяжелый, ему дают осесть, а жидкость сливают с него в чистый стакан по стеклянной палочке (этот прием называется декантацией). Но чаще приходится все же фильтровать, а для этого надо уметь делать бумажные фильтры. Для этого нужна специальная бумага, не пропитанная клеем. Она так и называется — фильтровальная. Все с ней хорошо знакомы, даже первоклассники — это обычная промокашка.

Чтобы сделать фильтр, надо приготовить квадратный кусок фильтровальной бумаги, сложить его пополам и еще раз пополам, а потом обрезать края так, чтобы при развертывании получился круг. Такой сложенный вчетверо листок надо раздвинуть, чтобы образовался конус. Половина этого конуса будет из одного слоя бумаги, другая половина — из трех слоев.

Другой фильтр, немного посложнее — складчатый. Для него вырезают из бумаги круг и складывают его многократно, чтобы получилась гармошка. Через такие складки жидкость фильтруется быстрее, но тяжелый осадок может этот фильтр прорвать; он годится только для легких, хлопьевидных осадков или для крупных кристаллов.

Какой бы фильтр вы ни взяли, его надо положить в воронку—стеклянную (химическую) или пластмассовую, которую продают в хозяйственных магазинах. Он должен плотно прилегать к воронке и не доходить до ее края на несколько миллиметров. Перед работой фильтр смачивают растворителем (как правило, водой; мы чаще всего будем иметь дело с водными растворами), затем осторожно льют жидкость с осадком. Фильтрование требует терпения, потому что жидкость через промокательную бумагу проходит медленно. Но ни в коем случае не отрывайте носик фильтра — вся работа пойдет насмарку.

Иногда можно фильтровать через ткань или несколько слоев марли — это несколько скорее, но не так эффективно. В описаниях опытов будет сказано, через какой материал можно фильтровать без ущерба для дела. Если же особых замечаний по этому поводу вы не обнаружите, то фильтруйте через бумажный фильтр.

Во многих опытах реагирующие вещества необходимо нагревать. Если требуется температура не выше 100°С, то удобнее всего (да и безопаснее) пользоваться водяной баней. Ею может служить любая кастрюля (лучше с ручкой) или просто широкая консервная банка, в которую налита вода. Воду нагревают до требуемой температуры, скажем, до кипения, ставят в нее пробирку или склянку с реакционной смесью, а чтобы пробирка не упала, делают какое-либо приспособление. Например, обматывают пробирку проволокой так, чтобы проволочные концы торчали вроде усов, и эти усы кладут на край кастрюльки. Или делают крышку из фанеры так, чтобы она могла лежать на кастрюле, а в крышке просверливают отверстие для пробирок и закрепляют их проволочными усами, только совсем короткими.

Когда вещество нагревают в стакане, то крышка не нужна. Стакан ставят в водяную баню, но не прямо на дно (так он может перегреться), а на подставку из фанеры или куска дерева. В подставке желательно прорезать отверстия, чтобы вода могла циркулировать. А чтобы дерево не всплывало, подставка должна плотно прилегать к стенкам бани.

Наливать много воды не надо — достаточно, если стакан или пробирка будут погружены в воду наполовину. По мере выкипания воду надо понемногу доливать.

Водяную баню можно нагревать на газовой пли электрической плите либо на закрытой электроплитке (пожалуйста, помните об аккуратности в работе!). Если же надо нагревать вещества на открытом пламени до более высоких температур, то лучше пользоваться горелкой с «сухим спиртом», таблетки которого продают в хозяйственных и спортивных магазинах,— таким сухим горючим часто пользуются туристы. Таблетки горючего дают ровное и жаркое пламя. Сжигать их надо на специально сделанном таганке. Его можно изготовить из толстой стальной проволоки в виде треноги и положить сверху жестяную крышку с загнутыми краями, например от стеклянной консервной банки; на этой крышке и поджигают таблетку. Приготовьте и жестяный колпачок, например, маленькую консервную банку, которым вы будете гасить пламя: накройте колпачком горящую таблетку, воздух перестанет к ней поступать, и пламя погаснет.

Еще один способ нагревания до высокой температуры — песочная баня. В небольшую сковородку насыпьте ровным слоем сухой прокаленный песок на высоту около 2 см. На песок поставьте фарфоровую чашку или металлическую банку с реакционной смесью и нагревайте песочную баню на электроплитке. Это старый, надежный и безопасный метод прокаливания, хотя и не очень быстрый.

В заключение этой главы — немного об измерении масс и объемов.

Для домашней лаборатории подойдут аптечные весы, они достаточно точны и стоят недорого. Такого же типа весы с коромыслом для отвешивания фотореактивов продают в фотомагазинах. Если нет настоящих разновесов, воспользуйтесь новыми медными монетами от копейки до пятака; их масса соответственно 1, 2, 3 и 5 г. Годятся и рычажные весы с пределом измерения до 100 г; особо высокой точности взвешивания для большинства наших опытов не потребуется.

Что же касается измерения объемов, то для этой цели можно использовать аптечную мензурку — стеклянную рюмочку с делениями — или мерный стакан. В крайнем случае можно воспользоваться мерной бутылочкой, из которой кормят через соску младенцев. Иногда нам нужны будут и более сложные приборы, многие из которых можно будет собрать из подручных средств. Как именно — об этом будет сказано в описаниях опытов. А сейчас, после всех приготовлений, приступим к работе.

2

ПЕРВЫЕ ОПЫТЫ

Сначала, как положено, самое простое.

Опыты, которые напечатаны в этом разделе, — совсем легкие. Они для тех, кто только качал изучать химию, а может быть, еще и не учит ее. Наверное, и старшеклассники смогут найти здесь что-то полезное для себя. Кстати, вам попадался когда-нибудь такой простой, но очень наглядный опыт—рисование йодом по металлу? Вот с него, пожалуй и начнем.

РИСОВАНИЕ ИОДОМ

Чем особенно хорош этот опыт — все необходимое для него, наверное, есть дома: свечка, аптечный под (спиртовой раствор, йодная настойка) и какой-нибудь негодный железный предмет — старая дверная петля, ключ от неизвестного замка или замок, ключи от которого потеряны. Металлическую поверхность, на которой будет рисунок, прошлифуйте наждачной шкуркой до блеска, зажгите свечку и наклоните ее так, чтобы парафин капал на блестящую поверхность. Слегка нагрейте предмет, тогда парафин растечется тонким слоем. А когда он охладится и остынет, иглой процарапайте канавки, чтобы они дошли до металла. Наберите пипеткой аптечный йод и капните на царапины. Через несколько минут раствор йода побледнеет, и тогда надо вновь нанести его на царапины. Примерно через час снимите слой парафина: вы увидите на металле ясные следы, они точь-в-точь повторяют рисунок на парафине.

Если опыт был удачным, можно перейти к более серьезному занятию — не просто царапать парафин, а написать на нем слово или сделать рисунок, например, пометить свой перочинный нож или гаечный ключ от велосипеда.

Разберемся, что же происходит, когда йод соприкасается с металлом. Железо вступает в реакцию с подом, в результате образуется соль — йодид железа. А эта соль — порошок, который легко удаляется с поверхности. И там, где были царапины, образовались углубления в металле. Такой процесс называют химическим травлением. К нему часто прибегают, однако используют обычно не йод, а другие вещества, более активные.

Между прочим, йод взаимодействует не только с железом, но и с медью. Значит, им можно травить разные предметы из меди и медных сплавов, например, из латуни. Можете попробовать.

САМОДЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами — иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависит и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы не раз понадобятся и нам, а так как не всегда можно их купить, то попробуем приготовить их самостоятельно. Исходным сырьем будут служить растения: многие цветы, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую (или, напротив, в щелочную) среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.

Растительное «сырье» летом собрать нетрудно — в лесу, в поле, в саду или огороде. Возьмите яркие цветы — ирис, темные тюльпаны и розы, анютины глазки, мальву; наберите малины, ежевики, черники, голубики; запаситесь несколькими листами красной капусты и молодой свеклой.

Так как растворы индикаторов получают отвариванием (отвар — это нечто вроде бульона), то они, естественно, быстро портятся—скисают, плесневеют. Их надо готовить непосредственно перед опытом. Возьмите немного запасенного сырья (точное количество не имеет значения), положите в пробирку, налейте воды, поставьте на водяную баню и нагревайте до тех пор, пока раствор не окрасится. Каждый раствор после охлаждения профильтруйте и слейте в приготовленную заранее чистую склянку с этикеткой.

Чтобы обеспечить себя индикаторами на весь год, засушите летом лепестки и ягоды, разложите их по отдельным коробочкам, а потом точно так же, как говорилось выше, приготовьте из них отвары, отдельно из каждого растения.

Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо провести испытание. Возьмите пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляйте их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором может служить столовый уксус, а щелочным — раствор стиральной соды, карбоната натрия. Если, к примеру, добавить к ним ярко-синий отвар из цветков ириса, то под воздействием уксуса он станет красным, соды — зелено-голубым.

Результаты всех этих опытов тщательно записывайте, лучше всего в таблицу; ее образец мы здесь приводим.

Не только листья и ягоды могут сослужить вам службу в качестве индикаторов. На изменение кислотности четко реагируют изменением цвета некоторые соки (в том числе из красной капусты, из вишни, черного винограда, черной смородины) и даже компоты. Выполнить роль индикатора может обычный борщ. Хозяйки это давно приметили и используют такое свойство свекольного отвара, но не для анализа. Чтобы борщ был ярко-красным, в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты — уксусной или лимонной; цвет меняется буквально на глазах.

В лабораториях широко используют индикатор фенолфталеин. Приготовим его из аптечных таблеток того же названия. Одну-две таблетки разотрите и растворите примерно в 10 мл водки (в крайнем случае, просто в теплой воде). В любом случае таблетки растворятся не полностью, потому что кроме основного вещества, фенолфталеина, в них есть еще наполнитель—тальк или мел. Отфильтруйте полученный раствор через промокательную бумагу и перелейте в чистую склянку с этикеткой «фенолфталеин — индикатор». Этот бесцветный раствор со временем не портится. Он пригодится, и не раз, для определения щелочной среды: в ней он мгновенно краснеет. Для проверки добавьте каплю-другую фенолфталеина к раствору стиральной соды.

А вот и образец таблицы, которая будет служить вам справочником при выборе индикатора: