Представьте себе школьника советских времен, неизбалованного нынешним разнообразием наборов для химических экспериментов. Для меня тогда это было каким-то чудом, когда подключив батарейку к двум гвоздям, опущенным в раствор поваренной соли, я наблюдал выделение водорода на минусе, а сам этот гвоздь так и оставался новеньким и блестящим. Плюсовый же гвоздь довольно быстро ржавел, наполняя раствор хлопьями какой-то бледно-зеленоватой гадости.
Позднее, с началом изучения химии, я рассказал об этом эксперименте учительнице и она заявила, что тут должен был выделяться хлор. Проблема была в том, что в моих экспериментах хлором, в буквальном смысле этих слов, "и не пахло". Позднее я узнал, в чем дело. Для получения хлора таким способом необходимо соблюсти следующие условия:
- плюсовый электрод должен быть графитным
- необходимо предотвратить перемешивание растворов у плюсового и минусового электродов
- процесс надо вести в очень горячей воде
- и еще надо, чтобы источник тока обеспечивал хорошую плотность тока.
Ничего себе задачка! В лабораториях для этого используют установки с диафрагмами из пористой керамики, способной устоять против почти кипятка, хлора и едкой щелочи. При этом надо еще как-то отводить продукты реакции. А в промышленности так и вовсе с водными растворами не заморачиваются - электролизу подвергают не растворенную, а расплавленную соль. А плавится она при 800 градусах! На картинке ниже вы можете увидеть, как примерно выглядят эти установки.
Упростим себе дело, проведем короткий опыт. Ограничимся только тем моментом, когда почувствуем запах, как в бассейне, где хлор используют для дезинфекции воды. Так что лепить какой-то подогрев к установке нет нужды - ограничимся тем, что сготовим раствор на горячей воде. К тому же, протекающий через раствор ток будет слегка подогревать его, так что он слишком быстро не остынет.
В качестве диафрагмы сойдет полукруглый кусок пластика от обычной пластиковой бутылки, охватывающий графитовый электрод. В нем насверлите 3-4 десятка отверстий диаметром около 1,5 мм. Или пробейте подходящим гвоздем, если у вас нет дрели. Помешайте с ее помощью раствор, чтобы удалить пузырьки воздуха, которые могут застрять в отверстиях и тем самым разомкнуть электрическую цепь.
Минусовым электродом может быть любая подходящая пластинка из меди или железа. Графитовый электрод можно вытащить из старой батарейки, выпилить тонкий брусок из куска графитовой накладки троллейбусного токосъемника или использовать достаточно толстый 2-миллиметровый грифель к механическому простому карандашу.
Сразу же обратим ваше внимание не технику безопасности. Нельзя совать нос в сосуд с химическими веществами! Лучше взмахом ладони направить на себя ограниченную порцию воздуха.
Впрочем, в нашем опыте не надо делать даже и этого - вы и так почувствуете запах, даже не особо приближаясь к сосуду. Для этого будет достаточно какой-то минуты, если вы обеспечите ток в сотню-другую миллиампер.
Итак, мы получили из хлорида натрия хлор в свободной форме. Выключите ток. Как еще убедиться, что прошел именно этот процесс? Достаточно опустить кусочек индикаторной бумаги в часть сосуда с графитовым электродом. Она покажет кислотную реакцию. Ведь хлор хорошо растворяется в воде и обладает сильными кислотными свойствами. А под действием света такой раствор постепенно превращается в соляную (хлороводородную) кислоту HCl.
А теперь опустим индикаторную бумагу в раствор около металлического электрода. Она покажет сильную щелочную реакцию. Именно там собирается оставшийся в одиночестве натрий, образуя гидроксид натрия NaOH - сильнейшее основание.
Установку лучше потом утилизировать, так как в растворе около плюсового электрода, там, где реагируют углерод, хлор и водород, в небольших количествах получается изрядный шлейф самых разных веществ, порой достаточно вредных.
Быть может, это наше занятие и не дало вам важных для практики и для выживания сведений. Но для общего ориентирования, что к чему в химии, оно было нужно для дальнейшего продвижения.
Но, допустим, что вы сможете собрать хорошую лабораторную установку. С хорошей диафрагмой, качественно разделяющей растворы. С герметичной трубкой, отводящей хлор в некий сосуд. Что из этого можно будет получить?
Раствор у минусового металлического электрода превратится в гидроксид натрия - важнейшее вещество, имеющее множество применений. Самое простейшее, на которое годится даже загрязненный примесями реактив, состоит в следующем. Основания, как вы уже знаете, мылкие на ощупь и обладают моющими свойствами. Гидроксид натрия, как очень сильное основание, еще и разъедает разную органику. В то же время он не особо опасен для металлов в смысле коррозии. Поэтому он входит в состав некоторых средств для устранения засоров в сливных трубах.
Хлор лучше всего направлять не просто в сосуд, а в сосуд с водой, в которой он хорошо растворяется. Место входа трубки в горлышко сосуда лучше слегка прикрыть ватой, чтобы хлор не перемешивался с окружающим воздухом. Тогда он будет спокойно накапливаться внизу сосуда (хлор - довольно тяжелый газ) и растворяться в воде, а через вату будут уходить только излишки вытесняемого им воздуха. Конечно, такой опыт лучше вести где-нибудь на балконе. Хлорная вода вполне сгодится, например, для дезинфекции унитаза.
Если же вы оставите сосуд с хлорной водой на долгое время под воздействием солнечного света, то произойдет реакция хлора с водой, в результате которой получится соляная кислота и еще выделится кислород. Раствор кислоты получится слабым, но он все же несколько восстановит используемое для травления печатных плат хлорное железо, если вылить его в "подсевший" раствор.