ОПЫТЫ С МЕДНОЙ ПРОВОЛОКОЙ

С медью можно поставить несколько любопытных опытов, поэтому посвятим ей особую главу.

Из кусочка медной проволоки сделайте маленькую спиральку и укрепите ее в деревянной держалке (можно оставить свободный конец достаточной длины и намотать его на обычный карандаш). Прокалите спиральку в пламени. Ее поверхность покроется черным налетом оксида меди СuO. Если почерневшую проволоку опустить в разбавленную соляную кислоту, то жидкость окрасится в голубой цвет, а поверхность металла вновь станет красной и блестящей. Кислота, если она не нагрета, не действует на медь, но растворяет ее оксид, превращая его в соль CuCl₂.

Но вот вопрос: если оксид меди черный, почему старинные медные и бронзовые предметы покрываются не черным, а зеленым налетом, и что это за налет?

Попробуйте найти старый медный предмет, скажем, подсвечник. Соскребите с него немного зеленого налета и поместите в пробирку. Горлышко пробирки закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в известковую воду (как ее готовить, вы уже знаете). Нагрейте содержимое пробирки. На ее стенках соберутся капли воды, а из газоотводной трубки будут выделяться пузырьки газа, от которого известковая вода мутнеет. Значит, это диоксид углерода. В пробирке же останется черный порошок, который при растворении в кислоте дает голубой раствор. Этот порошок, как вы, наверное, догадываетесь,— оксид меди.

Итак, мы узнали, на какие составные части разлагается зеленый налет. Его формула записывается так: СиСО₃*Сu(ОН)₂ (основной карбонат меди). Он образуется на медных предметах, поскольку в воздухе всегда есть и диоксид углерода, и пары воды. Зеленый налет называют патиной. Такая же соль встречается и в природе — это не что иное, как знаменитый минерал малахит.

К опытам с патиной и малахитом мы еще вернемся — в разделе «Приятное с полезным». А сейчас снова обратим внимание на почерневшую медную проволоку. Нельзя ли вернуть ей первоначальный блеск без помощи кислоты?

Налейте в пробирку аптечного нашатырного спирта, раскалите медную проволоку докрасна и опустите ее в пузырек. Спиралька зашипит и вновь станет красной и блестящей. В одно мгновение произойдет реакция, в результате которой образуется медь, вода и азот. Если опыт повторять несколько раз, то нашатырный спирт в пробирке окрасится в синий цвет. Одновременно с этой реакцией идет и другая, так называемая реакция комплексообразования — образуется то самое комплексное соединение меди, которое ранее позволило нам безошибочно определить аммиак по синему окрашиванию реакционной смеси.

Между прочим, способностью соединений меди вступать в реакцию с нашатырным спиртом пользуются с очень давних времен (еще с тех времен, когда науки химии не было и в помине). Раствором аммиака, т. е. нашатырным спиртом, очищали до блеска медные и латунные предметы. Так, кстати, опытные хозяйки поступают и сейчас; для большего эффекта нашатырный спирт смешивают с мелом, который механически оттирает грязь и адсорбирует загрязнения из раствора.

Следующий опыт. Насыпьте в пробирку немного нашатыря—хлорида аммония NH₄Cl, которым пользуются при пайке (не путайте его с нашатырным спиртом NH₄OH, который представляет собой водный раствор аммиака). Раскаленной медной спиралькой коснитесь слоя вещества, покрывающего дно пробирки. Снова раздастся шипенье, и вверх взовьется белый дым — это улетучиваются частицы нашатыря, А спиралька вновь засверкает первозданным медным блеском. Произошла реакция, в результате которой образовались те же продукты, что и в прошлом опыте, и впридачу хлорид меди СuСl₂.

Именно из-за этой способности — восстанавливать металлическую медь из оксида — нашатырь и применяют при паянии. Паяльник обычно изготовлен из меди, которая хорошо проводит тепло; когда его «жало» окисляется, медь теряет способность удерживать на своей поверхности оловянный припой. Немного нашатыря — и оксида как не бывало.

И последний опыт с медной спиралькой. Налейте в пробирку немного одеколона (еще лучше — чистого спирта) и вновь внесите раскаленную медную проволоку. Результат опыта вы, по всей вероятности, уже представляете: проволока вновь очистилась от пленки оксида. На этот раз произошла сложная органическая реакция: медь восстановилась, а этиловый спирт, содержащийся в одеколоне, окислился до уксусного альдегида. Эта реакция в быту никак не используется, но иногда ее применяют в лаборатории, когда из спирта нужно получить альдегид.

Вот и все наши первые, вводные опыты. Теперь, когда вы, что называется, набили руку в эксперименте, а если вы ставите опыты дома, то создали, наверное, некоторый запас посуды и доступных реактивов, пора заняться опытами посерьезнее. Давайте заглянем в кухонный шкаф....

3

ЗАГЛЯНЕМ В КУХОННЫЙ ШКАФ

Как только человек начал готовить себе пищу, так он, пусть и неосознанно, стал химиком. На сковородах и в жаровнях, в бочках и глиняных сосудах шли сложнейшие химические и биохимические процессы. Между прочим, не все они получили полное объяснение и сегодня, что, впрочем, не мешает людям варить, печь, солить и мариновать. Однако многое уже хорошо изучено. И кое-что — конечно, не самое сложное — можно воспроизвести даже в домашней лаборатории.

У опытов, помещенных в этом разделе, есть по меньшей мере одно неоспоримое достоинство: нужные вещества (точнее,— продукты) найдутся в кухонном шкафу или в холодильнике. Или же их можно купить в продовольственном магазине. Вам понадобятся небольшие количества веществ, но если вы купите того или иного продукта больше, чем требуется для опыта, остальное не пропадет.

Самая важная составная часть пищи — белок, основа всего живого, строительный материал всякого организма. Тысячи исследователей во всем мире работают с белком, изучают его свойства. Конечно, в наших опытах мы не откроем ничего нового. Но, говорят, лиха беда начало...

ОПЫТЫ С БЕЛКОМ

Первый опыт—качественная реакция на белок, т. е. такая реакция, которая позволит нам уверенно судить - белок перед нами или нет. Таких реакций несколько. Ту, которую мы проведем, называют биуретовой. Для нее нам потребуются растворы стиральной соды (или едкого натра) и медного купороса.

Приготовьте несколько растворов, которые, как можно предположить, содержат белок. Пусть это будет мясной или рыбный бульон (желательно процеженный через марлю), отвар каких-либо овощей или грибов и др. Растворы налейте в пробирки примерно наполовину. Затем прибавьте немного раствора щелочи — едкого натра или стиральной соды (раствор соды желательно прокипятить и остудить). Наконец, добавьте голубого раствора медного купороса. Если в испытуемом отваре действительно есть белок, то окраска сразу станет фиолетовой. Про такие реакции говорят, что они характерные. Они идут только в том случае, если в растворе действительно есть белок. Для контроля поставьте опыт с лимонадом или с минеральной водой.

Всем известно, что при нагревании белок свертывается и переходит в нерастворимую форму — сырое яйцо становится крутым. Это явление называют денатурацией белка. Каждая хозяйка знает: чтобы приготовить вкусный бульон, надо нарезанное мясо положить в холодную воду. А когда хотят приготовить отварное мясо, то большие куски опускают в кипяток. Есть ли в этом химический смысл? Попробуем разобраться.

Налейте и пробирку холодной воды, опустите в нее немного сырого рубленого мяса и нагрейте. По мере нагревания образуются (и в большом количестве) серые хлопья. Это свернувшийся белок, пена, которую снимают шумовкой, чтобы не портила вид и вкус бульона. При дальнейшем нагревании растворимые в воде вещества постепенно переходят из мяса в раствор. Эти вещества называют экстрактивными, потому что они извлекаются из мяса при его экстракции кипящей водой (проще говоря, при варке бульона). Они-то, в первую очередь, и придают бульону характерный вкус. А мясо, лишившись этих веществ, становится менее вкусным.

В другой пробирке воду вскипятите заранее и положите сырое мясо уже в кипяток. Как только мясо соприкоснется с водой, оно моментально станет серым, зато хлопьев образуется очень мало. Тот белок, что находился на поверхности, под действием высокой температуры сразу свернулся и закупорил многочисленные поры, которые пронизывают мясо. Экстрактивные вещества, и белки в том числе, уже не могут перейти в раствор. Значит, они остаются внутри мяса, придавая ему хороший вкус и аромат. А бульон, разумеется, получается несколько хуже.

Белок денатурируется, свертывается не только при нагревании. Налейте в пробирку чуть-чуть свежего молока и капните одну-две капли уксуса или раствора лимонной кислоты. Молоко тут же скиснет, образуя белые хлопья. Это свертывается молочный белок. Кстати, без такой реакции не приготовить творога, и не случайно творог так полезен—в него переходит почти весь молочный белок.

Когда молоко оставляют в теплом месте, то его белок тоже свертывается, но уже по иной причине— это работают молочнокислые бактерии. Их известно очень много, и все они вырабатывают молочную кислоту, даже если питаются не молоком, а, скажем, соком капусты. Профильтруйте немного скисшего молока и прибавьте к сыворотке несколько капель какого-нибудь самодельного индикатора. Цвет индикатора покажет, что в растворе есть кислота. Эта кислота — молочная, ее же можно обнаружить и в капустном, и в огуречном рассоле,

В состав некоторых белковых молекул входит, помимо углерода, водорода, кислорода и азота, еще и сера. В этом можно убедиться на опыте. Немного яичного белка поместите в пробирку с раствором едкого натра или стиральной соды и, нагрев пробирку, добавьте в нее немного раствора основного ацетата свинца Рb(СН₃СОО)₂*3Н₂O—свинцовой примочки, которая продается в аптеках. Если содержимое пробирки почернеет, значит, сера есть: это образуется сульфид свинца PbS, вещество черного цвета.

И в заключение приготовим настоящий белковый клей — казеиновый, которым пользуются по сей день, несмотря на обилие синтетических клеев. Казеин — это основа творога, а если так, то клей мы будем делать из молока, точнее, из его белковых веществ,

Отфильтруйте простоквашу от сыворотки. То, что осталось на фильтре, несколько раз промойте водой, чтобы удалить растворимые примеси, и высушите. Потом промойте полученную массу бензином и высушите вновь; это нужно для того, чтобы избавиться от молочного жира (он растворяется в бензине). Когда масса станет совсем сухой, измельчите ее в ступке — получится порошок казеина.

Сделать из него клей совсем просто — смешать порошок с нашатырным спиртом и водой в отношении 1 : 1 : 3. Конечно, вы захотите испытать клей. Попробуйте склеить им какие-нибудь деревянные или керамические предметы, потому что для этих материалов казеиновый клей особенно хорош.

ОПЫТЫ С УГЛЕВОДАМИ

Углеводы — один из «трех китов» нашего питания (два других—белки и жиры). Глюкоза и фруктоза, крахмал и клетчатка, десятки других углеводов образуются непрерывно и «сгорают» (окисляются) в растительных и животных клетках, служат важнейшим энергетическим материалом организма.

При всей несхожести отдельных представителей углеводов есть у них, конечно, общие, обязательные для всех свойства. Это и позволяет обнаружить углеводы даже в очень малых количествах. Верный и к тому же красивый способ их распознавания — цветная реакция Молиша.

Налейте в пробирку примерно 1 мл воды и бросьте несколько крупинок сахарного песка (сахарозы), часть таблетки глюкозы или клочок фильтровальной бумаги (клетчатки). Теперь добавьте 2—3 капли спиртового раствора резорцина или тимола (эти вещества продают в аптеке). Наклоните пробирку и осторожно налейте по стенке 1—2 мл концентрированной серной кислоты. Будьте осторожны с кислотой, следите, чтобы она не попала на кожу! Закрепите пробирку в вертикальном положении. Тяжелая кислота опустится на дно, а на границе ее с водой появится яркое красивое кольцо — красное, розовое или фиолетовое.

Если вещество, состав которого неизвестен, даст при реакции Мелиша такое кольцо — можете не сомневаться, что углевод налицо. Помните только, что эта реакция настолько чувствительна, что ее может вызвать даже пылинка и волоконце на стенках пробирки. Поэтому посуду, в которой проводят реакцию, надо очень тщательно мыть, а ополаскивать лучше дистиллированной водой.

Теперь, научившись распознавать углеводы, перейдем к крахмалу, одному из самых известных углеводов. Для начала поучимся правильно готовить крахмальный клейстер, коллоидный раствор крахмала в воде. Налейте в кастрюлю немного холодной воды и добавьте крахмал, из расчета примерно две чайные ложки на стакан (учитывая и ту воду, которую вы добавите позже). Смесь хорошо размешайте — получится так называемое крахмальное молоко. При перемешивании добавьте к нему кипяток и, продолжая размешивать, нагревайте на огне до тех пор, пока раствор не станет прозрачным. Остудите его. Это и есть крахмальный клейстер, который так хорошо склеивает бумагу; поэтому его часто применяют, например, для приклеивания обоев.

Вы уже знаете, что в присутствии свободного йода крахмал синеет. Это его свойство нам еще пригодится; заметьте только, что раствор йода должен быть очень слабым. Кстати, пользуясь таким раствором (а чтобы приготовить его, достаточно разбавить аптечный раствор водой), можно исследовать на содержание крахмала различные пищевые продукты.

Заготовив пробирку со слабым раствором йода, понаблюдаем за превращениями крахмала. Попробуем сделать из крахмального клейстера глюкозу.

Огромные молекулы крахмала под действием воды гидролизуются, расщепляются на более мелкие молекулы. Сначала образуется растворимый крахмал, потом «обрубки» помельче — декстрины, затем дисахарид, но не всем привычная сахароза, а другой — мальтоза, или солодовый сахар. Наконец, при распаде мальтозы образуется глюкоза, виноградный сахар. Готовый продукт гидролиза часто содержит все переходные вещества; в таком виде он известен под названием патоки.

К половине стакана крахмального клейстера добавьте 1—2 чайные ложки разбавленной, примерно 10 %-ной серной кислоты. Не забудьте: при разбавлении серной кислоты обязательно нужно лить кислоту в воду, а не наоборот!

Смесь клейстера с кислотой поставьте кипятиться в кастрюльке, понемногу доливая воду по мере ее испарения. Время от времени берите ложкой пробы жидкости и, слегка охладив, капайте на них разбавленным йодным раствором. Крахмал, как вы помните, дает синее окрашивание, а вот декстрины — красно-бурое. Что касается мальтозы и глюкозы, то они вовсе не окрашиваются. По мере гидролиза цвет проб будет меняться, а когда окрашивание йодом исчезнет, нагревание можно прекратить. Впрочем, для более полного разложения мальтозы имеет смысл прокипятить смесь еще несколько минут.

После кипячения жидкость надо немного охладить и постепенно добавлять в нее при перемешивании около 10 г порошка мела, чтобы полностью нейтрализовать серную кислоту. Смесь при этом будет вспениваться, потому что во время реакции кислоты с мелом выделяется углекислый газ. Как только вспенивание прекратится, поставьте полученную желтоватую жидкость на слабый огонь, чтобы она упарилась примерно на две трети, затем еще горячей профильтруйте ее через несколько слоев марли, после чего упарьте жидкость еще раз, но теперь более аккуратно, уже не на открытом огне, а на водяной бане (смесь легко пригорает). У вас получится густая сладкая патока, основу которой составляет глюкоза. Примерно так же патоку получают в больших количествах на крахмалопаточных заводах.

Глюкоза человеку необходима, она — один из главных поставщиков энергии. Но в хлебе, в картошке, в макаронах содержится преимущественно крахмал, а в организме он превращается в глюкозу под действием ферментов.

В нашем опыте серная кислота в процессе реакции не расходовалась. Она играла роль катализатора, т. е. вещества, резко ускоряющего ход реакции. Каталитическое действие природных ферментов намного сильнее, оно более целенаправленно. Ферментов очень много, и у каждого из них свой, узкий участок работы. Например, содержащийся в слюне фермент амилаза может превращать полисахарид крахмал в дисахарид мальтозу. Проследим на опыте за действием этого фермента.

Дистиллированной водой (а если ее нет, то кипяченой) с минуту прополощите рот — получится раствор слюны. Этот раствор профильтруйте и смешайте с равным количеством крахмального клейстера. Пробирку со смесью поставьте в стакан с теплой, около 40 °С, водой. Время от времени берите пробы с йодом — изменение окраски будет точно таким же, как при гидролизе с серной кислотой, но реакция пойдет быстрее. Не позже чем через четверть часа крахмал гидролизуется до мальтозы, и цветная реакция с йодом исчезнет.

Есть и совсем уж простой опыт: попробуйте долго разжевывать кусочек белого хлеба. Вы заметите, что вкус его становится сладковатым. Это работает фермент амилаза, превращая в мальтозу крахмал, содержащийся в хлебе.