4

ПРИЯТНОЕ С ПОЛЕЗНЫМ

Химические опыты можно ставить с разными целями: чтобы удовлетворить любопытство, приятно и разумно занять досуг, проверить на практике то, что известно по книгам. А еще в результате химических превращений можно получить полезные — для вас, для дома, для школы — вещества или смеси веществ. Причем вы приготовите их своими руками! Это могут быть самодельные краски, или красивый (сугубо химический) новогодний подарок, или значок, которого ни у кого нет...

Многие опыты из этого раздела (как, впрочем, и из последующих) лучше ставить в химическом кружке. Во-первых, сообща приятнее работать. Во-вторых, можно сделать нечто полезное для школы или клуба. И наконец, если возникнут затруднения — с постановкой опыта, с посудой или с реактивами,— то преодолеть их гораздо проще в кружке, нежели дома.

Начнем с красок — масляных и акварельных.

МАСЛЯНЫЕ КРАСКИ

Всякая масляная краска—это смесь олифы с пигментами, т. е. с красящими веществами. Как их приготовить самостоятельно, будет рассказано дальше, а сейчас займемся основой масляной краски — олифой.

Разумеется, олифу (как и некоторые пигменты) можно купить в магазине. Но для юного химика такое решение было бы слишком неинтересным. Если уж ставить опыты, то надо и олифу приготовить самостоятельно. Однако прежде надо уяснить, что она собой представляет.

Натуральную олифу готовят на растительных маслах. Такиx масел множество; некоторые из них способны высыхать на воздухе (льняное, конопляное). Другие высыхают лишь отчасти, и поэтому называются полувысыхающими (например, подсолнечное масло). А некоторые масла не высыхают вовсе—оливковое из оливок, касторовое из клещевины.

Но что значит слово «высыхают» применительно к маслам? В них нет растворителя, и высыхать вроде бы нечему. Так оно и есть, высыхание — термин хотя и устоявшийся, но не совсем точный. На самом деле масла полимеризуются, их молекулы связываются между собой, образуя твердый нерастворимый и неплавкий полимер. Но для этого нужно вещество, которое сшило бы воедино относительно небольшие молекулы масла. Это вещество—кислород воздуха. Вот почему пленка масляной краски, нанесенной на изделие, высыхает быстро. А масло, оставшееся в банке, загустевает лишь с поверхности: только она и соприкасается с воздухом.

Но даже высыхающие масла сами по себе реагируют с кислородом очень медленно, и нам пришлось бы ждать очень долго, пока краска перестанет пачкать. Однако эту реакцию можно значительно ускорить, если добавить к маслу немного катализатора, Те катализаторы, которые ускоряют высыхание масляной пленки, называют сиккативами. Обычная олифа — это смесь масла (в последнее время — все чаще синтетического) с сиккативом.

Итак, чтобы приготовить олифу, надо смешать высыхающее масло с сиккативом. Его также можно купить в магазине, но не лучше ли будет приготовить сиккатив самостоятельно и на опыте проверить его действие?

Многие сиккативы — это соли органических кислот. Вы можете приготовить такую соль, достаточно известную — плавленый резинат; резинатами называют соли кислот, входящих в состав канифоли.

В фарфоровой посуде (а если ее нет, то в металлической) нагрейте около 50 г канифоли. Температура должна быть примерно 220—250 °С, канифоль при такой температуре расплавится. В этот расплав небольшими порциями при размешивании введите (с осторожностью, не дотрагиваясь руками) 5 г негашеной извести СаО. В результате реакции получится резинат кальция.

Если вместо извести взять 15 г глета (оксида свинца РbО), растертого в пасту с льняным маслом, и добавлять его небольшими порциями, то образуется другой сиккатив—резинат свинца. Глет можно получить из порошка свинца, смешанного с натриевой или калиевой селитрой (это распространенные удобрения). При нагревании смеси образуется оксид свинца РbО желтого цвета, так что о ходе реакции можно судить по изменению окраски. Когда она станет достаточно интенсивной, прекратите нагрев, охладите смесь и обработайте ее водой. Растворимый продукты реакции перейдут в раствор, а при встряхивании легкий глет отделится от тяжелого свинца, не вступившего в реакцию,— он осядет на дно. Таким образом, надо слить взмученную непрозрачную жидкость с осадка, профильтровать и высушить — глет готов.

Смесь канифоли с СаО или РbО надо нагревать до тех пор, пока не получится однородная масса. Ее капли помещайте время от времени на чистое стекло, и как только капля окажется прозрачной, нагрев можно прекратить.

Еще один очень распространенный сиккатив — оксид марганца МnО₂. Получить его можно просто. Приготовьте два раствора — сульфита натрия Na₂SO₃ и перманганата калия КМnO₄ (марганцовки). Когда вы смешаете эти растворы, в осадок выпадет черный порошок. Это и есть искомый оксид. Отфильтруйте его и высушите на воздухе без подогрева.

Какой бы сиккатив вы ни приготовили, дальнейшие действия будут одинаковыми. Добавьте сиккатив в нагретое до 150—200 °С льняное или конопляное масло — оба высыхающие. Опыт удается лучше, если масло рафинированное. На 100 частей масла возьмите 3—5 частей сиккатива и размешайте смесь до полного его растворения. Вы приготовили олифу. Дайте ей остыть и проверьте действие сиккатива.

Нанесите олифу тонким слоем на стекло или металл, рядом нанесите такую же пленку чистого масла, без катализатора. Вы легко обнаружите, насколько сиккатив ускоряет высыхание масла. Если вы приготовили несколько сиккативов, сравните их активность.

Чтобы получить масляную краску, олифу надо смешать с пигментом, готовым или самодельным. Имейте в виду, что пигмент должен быть высушен как следует, растерт и просеян через самое мелкое сито, какое вы сможете найти, или через марлю, сложенную вдвое.

К такому мелкому порошку добавляйте по каплям олифу, каждый раз размешивая и растирая ее, пока не получится густая однородная масса, напоминающая кашу. Разотрите ее тщательно еще раз и разбавьте все той же олифой, чтобы она приняла густоту обычной малярной краски. Возможно, ваша краска окажется прозрачной, а это далеко не всегда желательно. Чтобы избежать прозрачности (как говорят специалисты, чтобы краска была укрывистой), добавьте к маслу какой-нибудь белый пигмент. Он не повлияет на окончательный цвет краски, но лишит ее прозрачности.

Даже если вы все будете делать аккуратно, полученная масляная краска все равно будет, пожалуй, чуть-чуть хуже, чем из магазина. Зато—своими руками.

ПИГМЕНТЫ

Пигменты еще несколько десятилетий назад называли обычно минеральными красками, подчеркивая их происхождение: многие природные пигменты получали измельчением окрашенных минералов. И сейчас поступают порою так же, особенно если надо приготовить яркие, сочные, стойкие краски для живописи. Но гораздо чаще в наши дни используют синтетические пигменты — всевозможные оксиды и соли металлов. Если же пигменты имеют органическую природу, то их чаще называют красителями; пожалуй, главная область их применения — окрашивание тканей.

Займемся приготовлением минеральных пигментов разных цветов. Начнем с белого.

В роли белых пигментов обычно выступают соединения свинца, цинка и титана: последние для самостоятельного изготовления наименее доступны. А лучший источник свинца в домашней лаборатории — это свинцовая примочка, 20%-ный раствор основного ацетата свинца, с которым вам уже доводилось работать. Так как свинцовые белила представляют собой основной карбонат свинца Рb(ОН)₂CO₃, то для их получения надо пропускать через раствор ацетата (т. е. через примочку) диоксид углерода. Свинцовые белила при этом выпадут в осадок. Отфильтруйте его, промойте водой и высушите. В фильтрате останется раствор ацетата свинца. Старайтесь работать так, чтобы соединения свинца не попадали на руки и лицо, и ни в коем случае — в рот. Красками, приготовленными на основе таких соединений (в том числе и со свинцовым сиккативом) запрещается красить посуду и любые предметы, которые соприкасаются с пищей.

Цинковые краски, к которым мы сейчас перейдем, тоже не предназначены для окрашивания посуды; все предупреждения об осторожности, только что сделанные, относятся и к ним.

Исходным веществом для цинковых пигментов будет служить хлорид цинка ZnCl₂. Раствор его можно получить, опустив в соляную кислоту немного цинка, необязательно гранулированного. Годится, например, стаканчик от старой батарейки — он сделан из почти чистого цинка. К полученному раствору осторожно, по каплям, добавляйте раствор стиральной соды. Сначала он нейтрализует избыток кислоты (вы заметите это по вспениванию), а потом вступит в реакцию с хлоридом цинка, образуется карбонат ZnCO₃. Его надо отфильтровать, промыть водой и прокалить при температуре не ниже 280 °С. Выше этой температуры карбонат цинка разлагается на белый оксид цинка ZnO и CO₂.

Есть еще один белый цинковый пигмент — сульфид цинка ZnS. Для его приготовления надо получить сначала сульфид натрия Na₂S. Проще всего поступить так: сильно нагреть сульфит натрия Na₂SO₃ (еще раз напоминаем — это вещество продают в фотомагазинах), тогда образуются два вещества — сульфат Na₂SO₄ и сульфид Na₂S. Нам требуется только второе вещество. Смесь после охлаждения растворите в воде и добавляйте понемногу раствор хлорида цинка, получение которого описано в предыдущем опыте. Избегайте избытка кислоты: образующийся сульфид в ней растворяется. После фильтрования и высушивания вы получите нерастворимый сульфид белого цвета — порошок ZnS.

Перейдем к цветным пигментам. Получим сначала сине-зеленую ярь-медянку — смесь основных ацетатов меди.

К раствору медного купороса добавьте раствор соды, и в осадок выпадет основной карбонат меди Сu₂(ОН)₂СО₃. Отфильтруйте его, и осторожно, по каплям, добавьте уксусную эссенцию до полного растворения осадка. Упарьте раствор на небольшом огне почти досуха, не допуская сильного перегрева и разбрызгивания жидкости, а затем охладите. Выпавшие сине-зеленые кристаллы отфильтруйте и высушите между листами фильтровальной бумаги.

В кружке такой опыт лучше ставить под тягой, а дома не забудьте после опыта как следует проветрить комнату, чтобы исчез запах уксуса.

Перейдем к пигментам на основе оксида железа Fe₂O₃. Сурик, мумия, охра, умбра, колхотар, венецианская красная, английская красная—вот далеко не полный перечень таких пигментов. В зависимости от способа получения у краски могут быть различные оттенки, от красного до коричневого, а при сильном нагревании оксид железа чернеет.

Это вещество легко получить прокаливанием железного купороса FeSO₄*7H₂O (семиводный сульфат железа). Берите небольшие порции купороса, тогда разложение пойдет быстрее. Накаливайте купорос до тех пор, пока он из зеленого не станет черным. При охлаждении получится красный оксид Fе₂О₃.

Если не удастся купить готовый железный купорос (а его продают в хозяйственных магазинах), то сульфат железа нетрудно приготовить из более распространенного медного купороса; опустите в его раствор железные опилки, настроганные напильником и промытые в бензине. Как только голубой раствор станет зеленым, слейте его с осадка, профильтруйте и упарьте досуха. Вы получите не чистый железный купорос, потому что железо частично окислится кислородом воздуха, однако на результат опыта это не повлияет.

Коричневый гидроксид железа Fе(ОН)₃ вы получите из раствора железного купороса, в который добавлен раствор едкого натра, приготовленного из стиральной соды и гашеной извести, как было описано в главе «Олово и свинец». Работая с любыми щелочами, не забывайте об осторожности! В результате реакции в осадок выпадет гидроксид железа Fe(ОН)₂. До требуемого нам гидроксида Fе(ОН)₃ он легко окисляется пероксидом (перекисью) водорода, а если время терпит, то просто кислородом воздуха при хранении в открытой склянке. Осадок коричневого цвета отделите и высушите при комнатной температуре.

Широко известный синий пигмент на основе железа — берлинская лазурь. Для ее приготовления нужна соль трехвалентного железа. Вот как ее можно получить: свежеосажденный гидроксид железа, приготовленный в предыдущем опыте, растворите в соляной кислоте (можно в разбавленной, аптечной) или, что несколько хуже, в уксусной эссенции, и смешайте с раствором ферроцианида калия (под названием желтой кровяной соли это вещество продают в фотомагазинах). Мгновенно образуется синий осадок знакомой вам берлинской лазури: Fe₄[Fe(CN)₆]₃. Эта реакция очень чувствительна, ее часто используют для обнаружения в растворе ионов трехвалентного железа.

Желтый оксид свинца — глет, на основе которого вы готовили сиккатив, можно вводить в краску и как пигмент. А чтобы получить ярко-красный свинцовый сурик, смешанный оксид свинца Рb₃О₄, достаточно нагреть на воздухе ранее приготовленный глет. Тонкость, однако, в том, что реакция окисления обратима, и при температуре выше 500 °С сурик вновь превращается в глет. Значит, нужна температура несколько ниже 500 °С, но ненамного, иначе реакция вообще не пойдет. Вряд ли у вас есть подходящий термометр. Поэтому положите рядом с прокаливаемым глетом кусочки свинца и цинка. Их температуры плавления соответственно 327 и 420 ⁰С, этот интервал вполне приемлем для получения сурика. Понятно, что во время опыта свинец должен быть расплавленным, а цинк твердым.

Черный пигмент—это обычная сажа. Вот один из способов получения хорошей сажи, пригодной для изготовления краски. Направьте пламя парафиновой свечи на холодный массивный предмет, разумеется, негорючий. Образующийся черный налет время от времени соскребайте, В таких условиях парафин сгорает не полностью и наряду с диоксидом углерода СО₂ образуется элементарный углерод — сажа.

В заключение получим зеленые пигменты. Сначала темно-зеленый оксид хрома Сr₂О₃. Как вы помните из опытов с окислением — восстановлением, многие соединения хрома ярко окрашены, поэтому их часто используют в качестве пигментов, однако лишь для тех красок, которые не соприкасаются с пищей.

Будем вновь исходить из бихромата калия К₂Сr₂O₇, самого доступного из соединений хрома. Смешайте его с активным углем или с серой и тщательно разотрите смесь в ступке, а затем, взяв не более 2 г смеси, сильно ее нагрейте в фарфоровой или металлической посуде (когда веществ взято много, реакция идет слишком бурно). Охладите смесь, промойте ее несколько раз водой и отфильтруйте, Оставшийся на фильтре темно-зеленый оксид хрома высушите.

Есть и другие способы получения этого пигмента, например, нагреванием бихромата аммония или смеси бихромата калия с хлоридом аммония (нашатырем). Примите во внимание, что оксид хрома, получаемый в таких реакциях, находит применение не только как зеленый пигмент, но и в качестве тонкого абразивного материала, одного из самых лучших. Он входит в состав многих особо тонких полировальных паст, например, для доводки линз и зеркал оптических приборов.

Наконец, ярко-зеленый пигмент «изумрудный зеленый», гидроксид хрома. От обычного серого гидроксида того же состава он отличается тем, что состоит из более крупных частиц.

Сплавьте бихромат калия с аптечной борной кислотой в железной ложке. Нагревать надо до красного каления железа, ложку необходимо держать щипцами. После охлаждения обработайте плав водой и профильтруйте. Вы убедитесь, что цвет вещества и впрямь изумрудно-зеленый.