УГЛЕРОД и КРЕМНИЙ. Часть 2

Классический опыт разложения. В этом опыте, как, впрочем, и в любом другом, важно отследить признаки реакции. Здесь применён изящный приём: обнаружение не углекислого газа, а оксида кальция. Это выглядело вполне убедительно, особенно в сравнении с действием фенолфталеина на не прокалённый кусок мела. Можно уточнить более жесткие условия разложения средних карбонатов по сравнению с кислыми. Кроме того, важно напоминать про окраску классических индикаторов. Можно использовать на уроке в 8 классе в теме Оксиды.

Абсолютно базовый прибор для проведения реакций и улавливания, идентификации плохо растворимых в воде газообразных веществ. Можно обратить внимание на приёмы работы с лабораторным оборудованием: проверку прибора на герметичность, правила монтажа прибора с резиновыми пробками (движения вращательно-поступательные), порядок действий при завершении опыта. Демонстрацию можно использовать и в 8 классе при изучении типов реакций. Отдельно следует подчеркнуть лёгкость разложения кислой соли, разложение начинается уже при 100⁰С.

Кварцевая посуда – редкость в школьных лабораториях. Но только с ней можно продемонстрировать способность кварца не расширяться при нагревании и не сжиматься при охлаждении. Таких веществ не много. Следует понимать, что кварц тоже хрупок, как и стекло, даже термостойкое. Он твёрже стёкла и поэтому оставляет на нём царапины. Можно заметить, что кварцевую посуду применяют для получения особо чистых веществ, например, для получения бидистиллята, чтобы избежать даже небольшой растворимости обычного стекла при сильном нагревании.

Гель отличается от золя текучестью. При этом они оба прозрачны или полупрозрачны, как в случае кремниевой кислоты. И золь, и гель – состояние коллоидного раствора. Кремниевая кислота – один из типичных представителей коллоидных дисперсных систем.

Опыт важен для понимания силы электролитов. Соли слабых электролитов подвергаются гидролизу. И чем слабее электролит, тем сильнее отклонение рН раствора от нейтрального. В данном случае важно показать различие в степени гидролиза средней и кислой соли угольной кислоты, тем более, что люди сталкиваются с ними в повседневной жизни. И то, и другое вещество называются содой, но их ни в коем случае нельзя спутать, т.к.  одна – питьевая (пищевая), а другая – стиральная. Опыт можно повторить и в теме «Гидролиз солей»..

Следует подчеркнуть, что обнаружение карбонат- и гидрокарбонат-ионов основано на свойствах угольной кислоты: она – слабая и непрочная. Слабая – означает, что она может быть вытеснена из солей более сильной кислотой – практически любой, кроме кремниевой и сероводородной. Непрочная – вещество распадается уже в момент образования. Как любой гидроксид, он разлагается на оксид и воду. Признак реакции – выделение плохо растворимого в воде углекислого газа. Напомним, что в молекуле углекислого газа атом углерода находится в sp-гибридизации, валентный угол в молекуле – 180º, что и обуславливает неполярность молекулы СО₂, а следовательно, и низкую точку плавления, и практически нерастворимость в полярных растворителях.

Реакция основана на слабости и нерастворимости кремниевой кислоты. Пожалуй, это единственная из доступных реакций для рассмотрения нерастворимых кислот.

Опыт – парадокс! Невероятно: стекло растворимо в воде. Изящным является обнаружение признаков этой реакции – фенолфталеин обнаруживает щелочную среду. Следует обсудить, что растирание стёкла в ступке увеличивает площадь поверхности твёрдой фазы. В раствор переходит натриевая соль (соли натрия, как правило, растворимы в воде). Растворимая соль натрия кремниевой кислоты в растворе сильно гидролизуется как соль слабой кислоты, а фенолфталеин обнаруживает продукт реакции гидролиза. Можно подчеркнуть, что фенолфталеин обнаруживает сильно щелочную среду, так как рН перехода этого индикатора больше 10. Т. е., кремниевая кислота ОЧЕНЬ слабая. Опыт можно показать и в теме «Гидролиз солей».

Сюжет наглядно демонстрирует, что химия – везде вокруг нас. Как важно видеть химическую картину мира! Важно подчеркнуть распространённость кремния на нашей планете (25% земной коры), а также природное многообразие вещества, формула которого SiO₂. Песчаная роза привезена из Туниса, часть кристаллов найдена на Урале, другая – на Черноморском побережье Крыма и Кавказа. Для пробуждения любознательности учеников стоит задать вопросы: из чего это сделано, это рукотворно или нерукотворно? Обязательно порекомендовать посетить Минералогический Музей им. А. Е. Ферсмана в Нескучном саду. Вот где нерукотворная красота форм и красок!

Методически грамотно и оправдано познакомиться с этой коллекцией, обратив внимание учеников на  то, что химия – везде вокруг нас, независимо от того, знаем мы об этом или нет. Коллекции много лет, но трудно переоценить важность знакомства с ней. Первое стекло на Руси стало активно изучаться и применяться еще в XVIII веке. Целесообразно сопроводить демонстрацию коллекции выдержками из «Письма о пользе стекла» М. В. Ломоносова. Вся ода достаточно большая – около 10 книжных страниц, на уроке достаточно продекламировать те фрагменты, которые описывают свойства стекла. Для педагога это замечательная возможность продемонстрировать мета- (или меж-) предметные связи с русской литературой и напомнить, что  Ломоносов – наш первый университет – был не только учёным, но и поэтом.