Науковий пікнік. Цікаві досліди з хімії, які можуть провести самі учні

Що найцікавіше та найзахопливіше в хімії? Звичайно, хімічні експерименти. Вони прищеплюють любов до предмету, стимулюють розвиток пізнавального інтересу, їх підготовка стає спільною справою, яка об’єднує учнів і вчителя, а проведення перетворюються на захоплююче наукове шоу, яке мотивує учасників і глядачів до вивчення хімії та популяризує науку.

Усі описані досліди були підготовані та проведені в рамках декади природничих дисциплін, яка проходила в Лебединському педагогічному училищі ім. А. С. Макаренка весною 2018 року. Вони безпечні, нескладні в проведенні, яскраві та видовищні.
Ми зупинимося на техніці підготовки досліду, розкажемо на що звернути увагу при демонстрації експерименту, розглянемо методику проведення.

Дослід 1. Повітряні кульки і апельсин

Обладнання: повітряні кульки – 3-5 шт., апельсин або лимон – 1 шт.
З апельсину для проведення досліду нам знадобиться шматочок цедри, кульки перед проведенням досліду потрібно надути.
Зверніть увагу: кульки обирайте найдешевші, більш дорогі кульки роблять з більш стійкої гуми, з ними дослід не вийде. Чим краще надути кульки, тим швидше і гучніше вони будуть лопатися при потраплянні на них соку цедри цитрусових. Апельсин можна замінити лимоном. Обирайте цитрусові з максимально товстою соковитою шкіркою.
Пояснення студента. Для досліду нам знадобляться повітряні кульки і апельсин.
Існує помилкове уявлення, що кульки лопаються через потрапляння на них кислого соку цитрусових. Насправді це не так – сік апельсина чи лимона повітряній кульці не зашкодить.
Лопаються кульки якщо на них потрапляє сік цедри, у якому міститься ненасичений вуглеводень лимонен. Лимонен має будову, яка схожа на будову гуми, з якої складаються кульки. І гума і лимонен утворені неполярними вуглеводневими ланцюгами. А оскільки подібне розчиняється в подібному, лимонен починає розчиняти гуму кульки. Цей процес непомітний неозброєним оком, проте його цілком досить, аби кулька лопнула.

Дослід 2. Як пояснити дітям поняття густина

Реактиви: вода, олія, спирт, густий цукровий сироп або гліцерин або рідке мило, харчові барвники.
Обладнання: скляний циліндр або висока склянка, чотири хімічні стаканчики, скляні палички.
Пояснення студента. Відомо, що дітям часто складно даються абстрактні поняття, які вони не можуть собі уявити. Ми пропонуємо експеримент, який дозволить унаочнити поняття густини, зробити його доступним та зрозумілим.
Нам знадобляться: висока посудина, густий сироп, вода, олія та спирт. Усі рідини, окрім олії, ми підфарбуємо харчовим барвником у різні кольори. Тепер по черзі наливаємо їх в циліндр одну за другою – від цукрового сиропу, який має найбільшу густину, до спирту, густина якого найменша. Наливати слід обережно по стінці посудини.
Перед нами стовп різнокольорових рідин, які не змішуються між собою, бо мають різну густину.

Дослід 3. Фараонові змії з глюконату кальцію

Реактиви: сухий спирт, таблетки глюконату кальцію.
Обладнання: демонстраційний столик, фарфорова чашечка, сірники.
Пояснення студента. Фараоновими зміями називають хімічні реакції, які супроводжуються утворенням пористого продукту з невеликого обсягу реагуючих речовин. У підсумку виглядає так, ніби з суміші реагентів виповзає велика змія і повзе по столу, як справжня.
Відомо біля десяти подібних реакцій. Найбільш простою та безпечною з них є отримання глюконатной змії – для цього достатньо піднести до полум'я таблетку глюконату кальцію, який продається в кожній аптеці. Розкладання глюконату кальцію призводить до утворення оксиду кальцію, вуглецю, вуглекислого газу і води.
Можна покласти таблетку глюконату кальцію на таблетку сухого спирту і підпалити його. З таблетки виповзе світло-сіра "змія" з білими плямами, обсяг якої набагато перевищує обсяг вихідної речовини – вона може досягти 10-15 см довжини.

Дослід 4. Лавова лампа

Реактиви: олія, харчові барвники, шипучі таблетки.
Обладнання: три скляні циліндри або високі склянки.
Зверніть увагу: різні шипучі таблетки дають різний ефект, варто обирати ті, які розчиняються з помірною швидкістю.
Пояснення студента. Цей дослід абсолютно безпечний, його можна проводити разом з дітьми. Для досліду нам знадобиться звичайна вода, харчовий барвник, олія, та шипучі таблетки вітаміну С, а також високий посуд з прозорими стінками. Ми використаємо скляні циліндри.
На дно циліндра наливаємо воду та підфарбовуємо її харчовим барвником. Доливаємо циліндр олією. Особлива обережність тут не потрібна – олія з водою не змішується і утворює шар на поверхні води. А тепер головна магія. Кидаємо у циліндри шипучі таблетки. Розчиняючись у воді, вони утворюють бульбашки газу, які піднімаються вгору, захоплюючи з собою воду. Проте вода важча за олію, тому піднявшись трохи вгору, вона опускається вниз. Утворюється такий собі колообіг бульбашок, який виглядає досить цікаво та загадково.

Дослід 5. Чому кров червона

Реактиви: розчини ферум(ІІІ) хлориду, купрум сульфату, калій роданіду, розчин амоніаку (нашатирний спирт).
Обладнання: демонстраційний столик, фарфорова чашечка, сірники.
Пояснення студента. У людей, як відомо, кров червона. Про осіб благородного походження говорять, що вони мають блакитну кров. Комплімент вкрай сумнівний – у природі блакитну кров мають молюски та деякі черви. Від чого залежить колір крові? Зрозуміти це допоможе хімічний експеримент.
У дві пробірки наливаємо сполуки Феруму та Купруму: ферум(ІІІ) хлорид і купрум сульфат. У пробірку з ферум(ІІІ) хлоридом додаємо краплину калій роданіду – КSCN. Розчин забарвлюється в криваво-червоний колір. У пробірку з купрум сульфатом додаємо дві-три краплини розчину амоніаку. Розчин набуває інтенсивного синього кольору.
Та до чого ж тут кров, запитаєте ви? Все просто. Кров людини як і більшості хребетних містить гемоглобін до складу якого входить залізо. А сполуки заліза часто мають бурий або червоний колір. Кров восьминогів і кальмарів містить ціаноглобін, який містить в своєму складі мідь. А сполукам міді властиве синювате забарвлення.

Дослід 6. Реакція срібного дзеркала

Реактиви: розчини арґентум нітрату, натрій гідроксиду, глюкози, розчин амоніаку (нашатирний спирт).
Обладнання: демонстраційний столик, пробірка, штатив для пробірок, пробіркотримач, спиртівка, сірники.
Зверніть увагу: концентрація розчину арґентум нітрату – 3%, глюкози – 10%, натрій гідроксиду – 10%, нашатирний спирт – свіжий розчин з аптеки. Пробірка має бути максимально чиста. У процесі нагрівання розчин в пробірці не перемішуємо й не збовтуємо.
Пояснення студента. Наукова назва цього досліду – Проба Толленса, проте значно частіше його називають реакцією срібного дзеркала. Саме за її допомогою раніше виготовляли дзеркала та ялинкові прикраси.
Нам знадобиться чиста пробірка, розчини аргентум нітрату, натрій гідроксиду, та глюкози.
Готуємо реактив Толленса. Для цього в пробірку наливаємо 3% розчин аргентум нітрату, додаємо кілька крапель розчину натрій гідроксиду до випадання осаду, та розчиняємо утворений розчин в невеликій кількості розчину амоніаку.
До отриманого розчину доливаємо такий же об'єм 10% розчину глюкози та нагріваємо в полум’ї спиртівки, не струшуючи й не перемішуючи розчин в пробірці. Спостерігаємо, як на стінках пробірки осідає шар металічного срібла.

Дослід 7. Кольорові квіти

Реактиви: розчини калій роданіду – KSCN, червоної кровяної солі – гексаціаноферату(III) калію – K3[Fe(CN)6], ферум(ІІІ) хлориду – FeCl3.
Обладнання: паперові квіти, пульверизатор або пензлик.
Пояснення студента. Ми пофарбували білі паперові квіти розчинами калій роданіду – KSCN та червоної кровяної солі – гексаціаноферату(III) калію – K3[Fe(CN)6]. Розчини цих речовин практично безбарвні, тому квіти зовні не змінилися. Проте в результаті реакції з ферум(ІІІ) хлоридом, утворяться сполуки, забарвлені в червоний та синій кольори. Побризкаємо на наші квіти розчином FeCl3, вони набудуть червоного та синього забарвлення.
Ферум(ІІІ) хлорид абсолютно безпечна речовина. Фактично, це звичайна водопровідна вода, яка тече по іржавим трубам.

Дослід 8. Зубна паста для слона (Elephant's toothpaste)

Реактиви: порошок гідропериту, порошок калій йодиду, харчові барвники, рідкий засіб для миття посуду.
Обладнання: велика пробірка або скляний циліндр.
Зверніть увагу: для реакції використовуємо насичені розчини гідропериту та калій йодиду. Для цього гідроперит перед початком досліду розчиняємо в гарячій воді у співвідношенні 1 мл води на 1 г гідропериту. Утворений розчин з часом поступово розкладається, не варто готувати його заздалегідь. Замість калій йодиду можна взяти розчин калій перманганату, з ним реакція відбувається більш інтенсивно.
Пояснення студента. Зубна паста для слона – дослід, який часто проводять в західних школах, бо для нього потрібно зовсім небагато легкодоступних реактивів, при цьому він дуже ефектний.
Змішуємо розчини перекису водню та йодиду калію. Йодид калію це каталізатор, в його присутності реакція розкладання перекису водню йде надзвичайно швадко. У результаті хімічної реакції відбувається значне збільшення об'єму реагентів. Невелика кількість рідкого миючого засобу, яку додали в розчин перекису водню, утворює вулкан піни, а харчові барвники забарвлюють цю піну в різні кольори.

Дослід 9. Хімічний вулкан 

Реактиви: порошок амоній дихромату – (NH4)2Cr2O7, етиловий спирт, порошок магнію, за бажанням.
Обладнання: демонстраційний столик, фарфорова чашечка для спалювання речовин, скляна паличка, сірники, скіпка.
Зверніть увагу: чим більше взяти дихромату амонію, тим ефектнішим буде дослід, оптимальна кількість 30-50 г. Додавання невеликої кількості порошку магнію додасть вулкану іскор. Хром(ІІІ) оксид, який утворюється в ході реакції, нетоксичний, але вдихати його небажано, після початку експерименту від палаючого «вулкану варто трохи відійти.
Пояснення студента. Улюблений і дуже популярний хімічний експеримент.
Розкладання дихромату амонію – один з найефектніших і одночасно простих у виконанні дослідів. Цей дослід нагадує виверження справжнього вулкана. Під час експерименту можна побачити і темну гору з кратером, і розпечені частинки, що вилітають з кратера, і "великі маси" вулканічного попелу.
У фарфоровій ступці розтерли 30 г оранжево-червоних кристалів дихромату амонію. Порошок (NH4)2Cr2O7 висипаємо у фарфорову чашечку для спалювання речовин, надаючи йому форму гірки. На вершині "вулкана" робимо невелику лунку і вливаємо в неї 2 мл етилового спирту і підпалюємо його.
Від тепла горіння спирту починає бурхливо розкладатися дихромат амонію. При цьому з "кратера" викидається сніп яскравих іскор і "вулканічний попіл" – зелений хром(III) оксид, обсяг якого в багато разів перевищує обсяг взятого амоній дихромату.
Рівняння реакції: (NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O

Дослід 10. Хімічна веселка

Реактиви:
 
1 л KIO3: 4 г KIO3 розчинити в 1 л води, додати 3 мл 32% розчину H2SO4 та 20-30 мл крохмального клейстеру. Для приготування клейстеру 1 чайну ложку крохмалю заварити в 0,25 літра води;

1 л Na2SO3: 3 г Na2SO3*5Н2О розчинити в 1 л води

1 л NaOH: 5-10 г NaOH розчинити в 1 л води;

Індикатори:

100 г фенолфталеїну: 1 г фенолфталеїну розчинити в 60 мл 96° спирту і додаюти 40 мл дистильованої води;

100 г тимолфталеїну: 0,1 г тимолфталеїну розчинити в 60 мл 96º спирту і додати 40 мл дистильованої води;

100 г  п-нітрофенолу: 2 г п-нітрофенолу розчинити в 60 мл 96° спирту і додати 40 мл дистильованої води.

Проведення досліду:

Індикатори додаються по краплинам в кожну з семи склянок:

Червоний: 5 фенолфталеїну: 2 п-нітрофенолу.

Оранжевий: 1 фенолфталеїну: 5 п-нітрофенолу.

Жовтий: п-нітрофенол.

Зелений: 2 тимолфталеїну: 3 п-нітрофенолу.

Синій: тимолфталеїн.

Індиго: 1 фенолфталеїну: 1 тимолфталеїну.

Фіолетовий: фенолфталеїн.

Після додавання індикаторів, у склянки наливаємо по 50 мл розчину Na2SO3 і крохмалю. Розчини прозорі.

Доливаємо в кожну склянку 50 мл розчину KIO3

Десь через 30 с розчини стануть вугільно-чорні

Доливаємо в кожну склянку 50 мл розчину NaOH

Чорний колір зникає, а розчини набувають кольорів веселки

Зверніть увагу: Дослід вимагає точних кількісних співвідношень реактивів. Розчин калій йодату обов’язково слід підкислити сульфатною кислотою, без цього реакція не відбудеться. Розчин крохмального клейстеру готуємо безпосередньо перед проведенням досліду, тоді він буде прозорим, якщо приготувати крохмальний клейстер заздалегідь, він стане мутним.
Пояснення студента. Цей надзвичайно красивий та дивовижний експеримент – комбінація двох хімічних реакцій.
Перша має назву йодокрохмальний годинник. Її часто називають "єгипетська ніч", бо колір розчину змінюється з прозорого на чорний так само раптово та несподівано, як спадає темна ніч на Єгипет. Для цього досліду ми змішали крохмальній клейстер з розчинами тіосульфату натрію та йодату калію. Йод, який виділився в цій реакції забарвлює крохмаль в темно-синій майже чорний колір.
Друга реакція – зникнення темного забарвлення при додаванні розчину лугу, та зміна кольору індикаторів у лужному середовищі. У якості індикаторів ми використали добре відомий фенолфталеїн, який з лугом дає малиновий колір, тимолфталеїн – синій колір та нітрофенол – жовтий колір. Комбінація цих трьох кольорів дозволяє отримати будь-який колір веселки.