Изучение химических реакций в текстах алхимиков

      Азотная кислота обладает сильными окислительными свойствами, но в поисках «универсального растворителя» ученики великого Джабира сумели придумать состав, обладающий еще более сильными окислительными способностями, которому дали название «Царская водка» за способность растворять «царя металлов» - золото. В состав этой чудесной кислоты входит один объем азотной и три объема соляной кислоты. Смесь является сильнейшим окислителем благодаря выделению газа хлора и хлористого нитрозила NOCl (3HCl + HNO₃ → Cl₂ + NOCl + 2H₂O) (БСЭ). Объяснение взаимодействия царской водки с золотом состоит,  в частности, в образовании комплексного соединения H[AuCl₄]. Этот рецепт очень похож на предыдущий, только здесь в составе присутствует соляная кислота. Сначала надо получить азотную кислоту способом, описанным мною раньше. Понятно, что при воздействии HNO₃ на NH₄Cl (нашатырную соль) и образуется HCl. А реакцию можно записать следующим образом: : HNO₃ + NH₄Cl → NH₄NO₃ + HCl, так как азотная кислота летучая, то в реакции используется ее смесь с водой, но кислота смешивается с ней в любых соотношениях(Wikipedia). В данной же реакции нужен концентрированный раствор. В рецепте написано, что царскую водку надо получать в хорошо замазанном сосуде. Это условие для того, чтобы летучая азотная кислота до конца прореагировала с солью с образованием соляной кислоты. Но помимо азотной и соляной кислот в сосуде также образуется серная кислота. Чтобы отделить от смеси азотную кислоту, смесь надо нагреть чуть выше 83^оС ( температура кипения азотной кислоты) и собрать пары в другом сосуде с помощью газоотводящей трубке. Затем трубку можно опустить в полученную азотную кислоту, а смесь нагреть до 110 градусов, тогда испарится вся соляная кислота и смешается с азотной. При этом серная кислота, оксид железа и соли останутся в сосуде.

          Экспериментальная часть.

Проанализировав рецепты, я решил подтвердить правильность моих предположений опытами.

  Опыт №1

  Цель : понять, как при нагревании купорос образует серную кислоту.

  Порядок работы:

1. В перегонный сосуд поместили сульфат железа (II)
2. К сосуду подсоединили газоотводную трубку.
3. Перегонный сосуд поставили на спиртовку.

Наблюдения: поначалу в сосуде было видно обильное кипение жидкости, а в газоотводной трубке – образование конденсата.  А среда в жидкости оказалась кислотной. Но тут я почувствовал характерный неприятный запах диоксида серы. Значит, высший оксид серы разложился на сернистый газ и кислород. Чтобы проверить, была ли получена серная кислота, мы добавили к жидкости хлорид бария. Но предполагаемого осадка не выпало. Значит, это не серная кислота. Вероятно, кислота из-за сильной температуры просто разложилась на воду, сернистый ангидрид и кислород.

Я обратился за помощью к справочникам, где выяснил, что температура разложения серной кислоты = 338^о С.

Поэтому мне необходимо было провести еще один эксперимент, но с более низкой температурой 

Опыт №2

Цель: получить серную кислоту путем перегонки железного  купороса.

Порядок работы:

1. В колбу для перегонки мы положили железный купорос,

(к сосуду присоединили  газоотводную трубку).

2. Проверили температуру плитки, она была в пределах 338 градусов, но не меньше 279. Дело в том, что при температуре больше 338⁰ кислота разлагается на воду, диоксид серы и кислород, а температуре меньше, чем 279⁰ кислота просто не испаряется.

 После проверки  температуры мы также проверили  герметичность соединения трубки с сосудом.  Все готово. Начинаем эксперимент.

Поначалу из сосуда выделялась жидкость, являющаяся нейтральной  – вода. А затем в приемном сосуде среда сменилась на кислотную. Согласно предположению о процессе, протекающем в реакции, сформулированному  мной перед этим, жидкость должна была являться серной кислотой.       

4. Чтобы проверить  это, мы добавили к ней раствор  хлорида бария. Как и предполагалось, выпал осадок – сульфат бария.  Значит, это действительно серная  кислота. 

  Так я смог получить одну из самых важных кислот. Помимо метода получения серной кислоты из сульфатов, известен факт получения ее из квасцов. Однако вследствие того, что они были труднодоступными, чаще все – таки использовался способ, описанный мною.

  Опыт № 3

  Цель: получить азотную кислоту.

  Порядок работы:

  1.В сосуд  для перегонки мы поместили  калийную селитру и железный  купорос, к склянке прикрепили  газоотводящую трубку.

  2. Затем проверили  температуру плитки (она должна  быть не меньше 100 градусов и  не больше 279, чтобы могли испаряться  только вода и азотная кислота, а серная кислота – оставаться в сосуде). Температура была 239 градусов, что нас вполне удовлетворило.. Удостоверившись в правильности условий, мы начали процесс перегонки.

  Поначалу было видно активное выделение жидкости, судя по реакции на нее индикаторной бумажки, а точнее, по отсутствию таковой можно было определить, что это – вода. Однако, вскоре из газоотводной трубки начал выделяться бурый газ, а индикатор показал кислотную среду. Это определенно двуокись азота. При контакте с накопившейся в приемном сосуде водой, цвет терялся, а среда в жидкости оказалась кислотной. Реакцию можно записать следующей формулой: H₂O + NO₂à HNO₃ + NO. Таким образом я описал метод, который, вероятнее всего, изобрел Джабир более 1200 лет назад. Кислота является сильной. Поэтому мы решили проверить, действительно ли это азотная кислота следующим образом. В полученную жидкость мы опустили медную проволоку. Сразу же на ней начали образовываться пузыри бесцветного газа. Это был оксид азота (II)( А раствор приобрел синий оттенок нитрата меди. Значит, это была азотная кислота. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Получение кислот в современной        промышленности.

  В современной  химической промышленности получение  кислот занимает особое место. Сейчас обществу необходимы огромные запасы кислот для самых разных целей. Конечно, современные способы их получения сильно отличаются от тех, с помощью которых получали кислоты алхимики. Производство занимает огромные масштабы, потому и себестоимость чистого продукта ниже. Но алхимикам важно было не количество и стоимость готового продукта, а он сам. Но чтобы понять, как шагнуло вперед производство, я сравню современные методы получения кислот с методами алхимиков.

  Серную кислоту  в промышленности получают двумя способами. Но чаще всего используют контактный способ получения серной кислоты. На первой стадии получают диоксид серы окислением пирита или самородной серы. Вторая стадия – окисление сернистого газа до оксида серы(VI) в присутствии катализатора – оксида ванадия. Полученный высший оксид растворяют в воде, точнее, в концентрированной серной кислоте. При этом получается раствор оксида серы (VI) в серной кислоте – олеум. Это экзотермическая реакция.          Второй способ – окисление пирита с образованием диоксида серы и последующим окислением до оксида серы (II) 4FeS₂ +11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂. Второй способ дешевле, так как минерал пирит встречается чаще, чем сера в чистом виде.

  Теперь  хорошо видно, что в современной  промышленности для получения серной кислоты  серу окисляют до нужной степени окисления. А в рецептах алхимиков сера в высшей степени окисления уже имеется в исходных веществах.

  Современной способ производства азотной кислоты основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино -родиевых катализаторах ( по методу Габера) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой. И опять же в рецептах алхимиков в отличии от современных рецептов, азот в нужной степени окисления присутствует в исходных продуктах.

  Соляную кислоту  сейчас получают сжиганием водорода в хлоре.  
 
 
 
 
 

                                Выводы.

  Итак, я проанализировал рецепты алхимиков, химические реакции в них, затем сравнил их с современными методами получения кислот. Я выяснил, что для получения кислот из нескольких способов алхимики выбирали те, в которых исходные вещества наиболее доступны. Так,  для получения серной кислоты, алхимики брали сульфат железа, но не квасцы. Это связано с распространенностью первых в отличии от квасцов. Так же я обнаружил, что во всех рецептах алхимиков изначальные вещества уже содержали элементы со степенью окисления готовых продуктов.

  Сейчас способы алхимиков применяются только в лабораториях с учебной целью, чтобы показать пример реакций замещения. В промышленности же используют более сложные, но более дешевые в связи с массовым производством способы. Так же в большинстве из них не остается побочных продуктов (солей), так как современные способы получения кислот основаны на окислительно – восстановительных реакциях при горении водорода в хлоре (способ получения соляной кислоты) или при горении серы в кислороде ( серная кислота). И такие способы позволяют существенно экономить ресурсы Земли, так как минералы, задействованные в алхимических рецептах, важны и для других целей помимо получения кислот. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Лит -ра