Выделение звука в химических реакциях чаще всего наблюдается при взрывах, когда резкое повышение температуры и давления вызывает колебания в воздухе. Но можно обойтись и без взрывов. Если на питьевую соду налить немного уксуса, слышится шипение и выделяется углекислый газ: NaHCО3 + СН3СООН = CH3COONa + Н2О + СО2. Понятно, что в безвоздушном пространстве ни эта реакция, ни взрыв не будут слышны.
Другой пример: если на дно стеклянного цилиндра налить немного тяжёлой концентрированной серной кислоты, затем сверху налить слой лёгкого спирта, после чего поместить на границу между двумя жидкостями кристаллики перманганата калия (марганцовки), то будет слышно довольно громкое потрескивание, а в темноте видны яркие искры. А вот очень интересный пример «звукохимии».
Все слышали, как гудит пламя в печке.
Гудение раздаётся и в том случае, если поджечь водород, выходящий из трубки, и опустить конец трубки в сосуд конической или шарообразной формы. Это явление назвали поющим пламенем.
Известно и прямо противоположное явление — действие звука свистка на пламя. Пламя может как бы «чувствовать» звук, следить за изменениями его интенсивности, создавать своеобразную «световую копию» звуковых колебаний.
Так что всё в мире взаимосвязано, в том числе даже такие, казалось бы, далёкие друг от друга науки, как химия и акустика.
Рассмотрим последний из перечисленных выше признаков химических реакций — выпадение из раствора осадка.
В повседневной жизни такие реакции встречаются нечасто. Некоторые садоводы знают, что если для борьбы с вредителями приготовить так называемую бордоскую жидкость (названа так по городу во Франции Бордо, где ею опрыскивали виноградники) и для этого смешать раствор медного купороса с известковым молоком, то выпадет осадок.
Сейчас редко кто готовит бордоскую жидкость, а вот накипь внутри чайника видели все. Оказывается, это тоже осадок, выпадающий в ходе химической реакции!
Реакция эта такая. В воде есть немного растворимого гидрокарбоната кальция Са(НСО3)2. Это вещество образуется, когда подземные воды, в которых растворён углекислый газ, просачиваются через известковые горные породы.
При этом идёт реакция растворения карбоната кальция (а именно из него состоят известняк, мел, мрамор): СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2. Если теперь из раствора испаряется вода, то реакция начинает идти в обратном направлении.
Вода может испаряться, когда раствор гидрокарбоната кальция по каплям собирается на потолке подземной пещеры и эти капли изредка падают вниз.
Так рождаются сталактиты и сталагмиты. Обратная реакция происходит и при нагревании раствора.
Именно так и образуется накипь в чайнике.
И чем больше гидрокарбоната было в воде (тогда воду называют жёсткой), тем больше образуется накипи. А примеси железа и марганца делают накипь не белой, а жёлтой или даже коричневой.
Легко убедиться, что накипь — действительно карбонат. Для этого нужно подействовать на неё уксусом — раствором уксусной кислоты.
В результате реакции СаСО3 + 2СН3СООН = (СН3СОО)2Са + + Н2О + СО2 будут выделяться пузырьки углекислого газа, а накипь начнёт растворяться.
Перечисленные признаки (повторим их ещё раз: выделение света, теплоты, газа, осадка) не всегда позволяют сказать, что реакция действительно идёт.
Например, при очень высокой температуре карбонат кальция СаСО3 (мел, известняк, мрамор) распадается и образуются оксид кальция и углекислый газ: СаСО3 = СаО + СО2, причём в ходе этой реакции тепловая энергия не выделяется, а поглощается и внешний вид вещества мало изменяется.
Другой пример. Если смешать разбавленные растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, то никаких видимых изменений не наблюдается, хотя идёт реакция НС1 + NaOH = NaCl + Н2О. В этой реакции едкие вещества — кислота и щёлочь «погасили» друг друга, и в результате получились безобидный хлорид натрия (поваренная соль) и вода.
А вот если смешать растворы соляной кислоты и нитрата калия (калийная селитра), то никакой химической реакции не произойдёт.
Значит, только по внешним признакам не всегда можно сказать, пошла ли реакция.
Рассмотрим наиболее распространённые реакции на примере кислот, оснований, оксидов и солей — основных классов неорганических соединений.