Химики раскрыли секрет натриевых взрывов

2015-01-28 - administrator

Одним из самых зрелищных опытов в классе химии является реакция натрия с водой — когда учитель бросает маленький кусочек металла в воду, происходит взрыв. Преподаватели проводят этот эксперимент на глазах ликующих учеников десятилетиями, но, как выяснилось в ходе нового исследования, сама реакция, стоящая за взрывом, долгое время понималась неправильно.

Ведущий автор нового исследования Павел Юнгвирт (Pavel Jungwirth) вместе с коллегами из Чешской академии наук в Праге опубликовал, можно сказать, революционную статью в журнале Nature Chemistry.

Как поясняют исследователи, взрыв является не только следствием воспламенения водорода, но и освобождения щелочных металлов от воды. По сути, реакция представляет собой быстрый исход электронов с последующим взрывом металла, обусловленный электрическим отталкиванием.

Натрий — это серебристый металл, который остаётся относительно твёрдым при комнатной температуре. Если он приходит в контакт с водой, то в ходе реакции появляется гидроксид натрия и водород.

Подобная "взрывная" реакция наблюдается и у калия, только она оказывается ещё более мощной. В ходе этих реакций выделяется большое количество тепла, поэтому долгое время химикам казалось, что взрывы являются результатом воспламенения водорода.

"Чтобы получить зрелищный взрыв в ходе химической реакции, реагенты необходимо смешать быстро и эффективно. В случае с щелочными металлами, однако, водородный газ и пар, которые образуются на поверхности металла, должны предотвращать попадания на эту поверхность большого количества воды. А без постоянного пополнения запасов воды реакция должна быстро сойти на нет", — поясняет Юнгвирт.

Эксперимент проводил коллега Юнгвирта Филип Мейсон (Philip Mason). Он учёл, что натрий иногда (например, при неправильном хранении) может окислиться на поверхности и не взорваться, и чтобы получить желаемую реакцию, использовал в своём опыте сплав натрия и калия. Сплав представляет собой жидкость при комнатной температуре.

Натрий является серебристым мягким металлом (фото Wikimedia Commons).

Мейсон капнул сплав в стакан с водой и заснял весь процесс на высокоскоростную камеру. Затем учёные, наконец, вычислили, что именно провоцирует бурную реакцию на ранних стадиях.

Реакция начинается меньше чем через миллисекунду после того, как металлическая капля, выпущенная из шприца, соприкасается с водой. Спустя всего 0,4 миллисекунды металл начинает выстреливать "шипами", и происходит это слишком быстро, чтобы быть вызванным одним лишь теплом, делают вывод учёные.

Более того, между 0,3 и 0,5 миллисекундами вокруг металлических шипов в жидкости образуются сине-фиолетовые облака. Ранее подобного химики не замечали.

Исследователи провели квантово-механическое компьютерное моделирование процесса с условием, что в реакции было задействовано всего 19 атомов натрия. Исследователи обнаружили, что каждый из атомов на поверхности металла теряет электрон в течение всего нескольких пикосекунд, и что эти электроны "выстреливают" в окружающую воду, где они окружаются молекулами воды.

Сольватированные электроны, как уже известно, имеют глубокий синий цвет, что непродолжительное время и наблюдается на видеозаписи.

Исход электронов оставляет кусок металла полным положительно заряженных ионов, которые отталкивают друг друга. В итоге происходит кулоновский взрыв, при котором металл разлетается на части в силу взаимного электростатического отталкивания ионов, делают вывод чешские учёные.

Похожие статьи:
Рейтинг: 0 538 просмотров
Комментарии (0)
Добавление комментария



Каптча: