Очистите поверхность алюминия наждачной бумагой и обезжирьте кипячением в содовом растворе. На чистой поверхности прочертите скальпелем или иглой контур рисунка. Поверхность с помощью обычной кисточки покройте шликером, просушите над пламенем, а потом нагревайте в том же пламени до тех пор, пока стекло не наплавится на металл. У вас получится эмаль. Если значок невелик, его можно покрывать слоем стекла и нагревать в пламени целиком. Если же изделие более крупное (скажем, табличка с надписью), то надо разбить его на участки и наносить стекло на них поочередно. Чтобы цвет эмали был более интенсивным, нанесите стекло повторно. Таким способом можно получать не только украшения, но и надежные эмалевые покрытия для защиты алюминиевых деталей во всевозможных приборах и моделях. Так как в этом случае эмаль несет дополнительную нагрузку, металлическую поверхность после обезжиривания и промывки желательно покрыть плотной оксидной пленкой; для этого достаточно подержать деталь 5-10 мин в печи с температурой чуть ниже 600+С.
Разумеется, на большую деталь шликер удобнее наносить не кисточкой, а из пульверизатора или просто поливом (но слой должен быть тонким). Подсушите деталь в сушильном шкафу при 50-60+С, а затем перенесите в электропечь, нагретую до 700-800+С.
А еще из легкоплавких стекол можно приготовить окрашенные пластинки для мозаичных работ. Куски битой фарфоровой посуды (их вам всегда дадут в посудном магазине) облейте тонким слоем шликера, просушите при комнатной температуре или в сушильном шкафу и наплавьте стекло на пластинки, выдерживая их в электропечи при температуре не ниже 700+С.
Освоив работу со стеклом, вы можете помочь своим коллегам из биологического кружка: там нередко изготовляют чучела животных, а для чучел нужны разноцветные глаза...
В стальной плите толщиной около 1,5 см высверлите несколько углублений разных размеров с коническим или сферическим дном. Тем же способом, что и прежде, сплавьте разноцветные стекла. Гаммы, пожалуй, хватит, а чтобы изменить интенсивность, чуть увеличьте или уменьшите содержание окрашивающей добавки.
Небольшую каплю яркого расплавленного стекла поместите в углубление стальной плиты, затем налейте стекло цвета радужной оболочки. Капля войдет в основную массу, но не смешается с ней,- так будут воспроизведены и зрачок, и радужная оболочка. Охлаждайте изделия медленно, не допуская резких перепадов температур. Для этого затвердевшие, но еще горячие "глаза" достаньте из формы подогретым пинцетом, положите в рыхлый асбест и уже в нем охладите до комнатной температуры.
Конечно, легкоплавким стеклам можно найти и другие применения. Но не лучше ли будет, если вы поищете их сами?
И в завершение опытов со стеклом, пользуясь все той же электропечью, попытаемся превратить обыкновенное стекло в цветное. Естественный вопрос: нельзя ли таким способом сделать солнечные очки? Можно, но вряд ли это удастся вам с первого раза, потому что процесс капризен и требует некоторых навыков. Поэтому беритесь за очки только после того, как потренируетесь на кусочках стекла и убедитесь, что результат соответствует ожиданиям.
Основой краски для стекла будет канифоль. Из резинатов, солей кислот, входящих в состав канифоли, вы ранее готовили сиккативы для масляных красок. Вновь обратимся к резинатам, потому что они способны образовывать на стекле тонкую ровную пленку и служить носителями красящего вещества,
В растворе едкого натра концентрацией около 20% растворяйте при помешивании и помня, конечно, об осторожности, кусочки канифоли до тех пор, пока жидкость не станет темно-желтой. Отфильтровав, добавьте немного раствора хлорида железа FeCl3 или другой соли трехвалентного железа. Имейте в виду, что концентрация раствора должна быть небольшой, соль нельзя брать в избытке осадок гидроксида железа, который в этом случае образуется, нам помешает. Если же концентрация соли невелика, то образуется красный осадок резината железа он-то там и нужен.
Отфильтруйте красный осадок и высушите его па воздухе, а затем растворите до насыщения в чистом бензине (не автомобильном, а бензине-растворителе) еще лучше было бы взять гексан или петролейный эфир. Кисточкой или пульверизатором окрасьте поверхность стекла тонким слоем, дайте подсохнуть и положите на 5-10 мин в печь, нагретую примерно до 600+С. Но канифоль относится к органическим веществам, а им такую температуру не выдержать! Правильно, но именно это и нужно - пусть органическая основа выгорит. Тогда на стекле останется тончайшая пленка оксида железа, хорошо сцепленная с поверхностью. И хотя оксид в общем-то непрозрачен, в столь тонком слое он пропускает часть световых лучей, т. е. может служить светофильтром.
Возможно, светозащитный слой покажется вам слишком темным или, напротив, излишне светлым. В таком случае поварьируйте условия опыта - чуть увеличьте или уменьшите концентрацию раствора канифоли, измените время и температуру обжига. Если же вас не устраивает цвет, в который скрашено стекло, замените хлорид железа хлоридом другого металла, но непременно такого, оксид которого ярко окрашен, например хлоридом меди или кобальта.
А когда технология тщательно отработана на кусочках стекла, можно без особого риска совершить превращение обычных очков в солнечные. Не забудьте только вынуть стекла из оправы - пластмассовая оправа не выдержит нагревания в печи точно так же, как канифольная основа...
САМОДЕЛЬНЫЙ ПЛАСТИЛИН
Конечно, пластилин можно купить в магазине. Ну и что из этого? Радиоприемник тоже купить можно, однако сколько людей корпят над радиосхемами!
Для самодельного пластилина единственным дефицитным сырьем окажется, видимо, олеиновая кислота С17Н33СООН. Впрочем, она есть, наверное, в школьной лаборатории (и вообще это очень распространенная кислота, входящая в состав почти всех жиров). Из нее мы получим цинковую соль - олеат цинка. К 35 частям (по массе) нагретой олеиновой кислоты прибавьте небольшими порциями 5 частей сухих цинковых белил (можно взять самодельный пигмент). Каждую новую порцию белил вносите лишь после того, как исчезнет пена от прибавления предыдущей. Если цинковых белил у вас не оказалось, можно заменить их обычным мелом тогда у вас получится олеат кальция. Правда, качество пластилина будет несколько хуже.
К полученному сиропообразному олеату прибавьте при постоянном перемешивании 18 частей смеси равных количеств масла и воска. Чтобы ее приготовить, расплавьте воск и добавьте к нему, энергично перемешивая, жидкое масло, например вазелиновое. Еще раз подчеркиваем - все компоненты надо тщательно перемешивать, от этого во многом зависит качество готового пластилина. Что касается воска, то лучше бы взять природный, пчелиный, но в крайнем случае его можно заменить стеарином (только не парафином). Стеарин же можно без труда приготовить из хозяйственного мыла, как было описано в разделе "Первые опыты".
Когда смесь олеата, масла и воска (или стеарина) будет готова, добавьте к ней 23 части серы, измельченной в тонкую пудру (можно взять аптечный препарат), 15 частей сухой мелкой глины, просеянной через сито, и еще 4 части какой-либо минеральной краски. Можно, например, взять мумию (оксид железа Fe2O3) - вы уже умеете готовить это вещество (не забудьте об интенсивном и постоянном перемешивании). Еще раз тщательно размешайте готовую смесь и раскатайте скалкой на листе фанеры или жести. Пластилин готов.
Вот только какая неприятность: у олеата цинка запах не из лучших. Но его можно заглушить отдушкой. Смешивая исходные продукты, добавьте немного (несколько капель) приятно пахнущего вещества, например розового или лавандового масла, или хотя бы одеколона.
ПОСЕРЕБРИМ ЗЕРКАЛО!
Возможно ли это? Зеркала серебрят на специальных фабриках, в зеркальных мастерских. Ремесло это древнее, с традициями и профессиональными секретами нелегко изготовить хорошее зеркало. И все же - попробуем!
Конечно, зеркальную поверхность можно приготовить без труда, - реакцию "серебряного зеркала" ставят в школе на уроках. Но хорошего зеркала не получится, поблестит немного - и все. Нет, тут речь пойдет о настоящем зеркале. И оно у вас непременно получится, если вы будете работать аккуратно и не пренебрегать мелочами.
Важное предупреждение: работайте только с дистиллированной водой. Порошок "крокус" - специально приготовленный оксид железа(III) - просейте через мелкое сито и полученную пыль разведите дистиллированной водой. Если у вас нет "крокуса", можно взять какую-либо готовую полировальную жидкость, они продаются в хозяйственных магазинах. Ровное стекло, которое вы собираетесь сделать зеркальным, положите на стол. Проверьте уровнем, горизонтальна ли поверхность стола, и если нет, подложите под ножки сложенные листки бумаги, чтобы выровнять поверхность. Не берите большое стекло, начинать лучше с малого. Чтобы случайно не раздавить его, положите на стол, например, старое одеяло.
Налейте полировальную жидкость на стекло и тщательно протирайте его круговыми движениями с помощью войлока, фетра (можно взять старую шляпу) либо куска мягкой кожи. Потрите стекло марлей, смоченной взвесью тонко размолотой и просеянной пемзы в воде, еще раз промойте дистиллированной водой, протрите влажной губкой, а затем марлевым тампоном, смоченным в 0,15%-ном растворе хлорида олова (IV), опять промойте и протрите отжатым тампоном. Подготовка стекла закончена. Это очень важная процедура. От того, насколько тщательно вы ее выполнили, зависит качество будущего зеркала.
Обработанную поверхность надо сразу же серебрить. Если вы почему-либо не успели приготовить раствор для серебрения, то опустите стекло в теплую дистиллированную воду и не вынимайте из нее, пока все не будет готово. Кстати, такая операция полезна во всех случаях: хорошо, если стекло градусов на 8-10 теплее, чем раствор для серебрения.
Этот раствор необходимо готовить только в резиновых перчатках. Его получают, смешивая два раствора, каждый из которых готовят отдельно. Мы укажем количества веществ на литр раствора, а вы прикиньте сами, сколько раствора вам требуется.
Первый раствор: 4 г нитрата серебра, 10 мл 25%-ного раствора аммиака, 4 г едкого натра. Порядок приготовления раствора не совсем обычен. Весь нитрат серебра растворите в 300 мл воды, 9/10 раствора отлейте в чистый стакан и добавьте по каплям раствор аммиака, все время перемешивая жидкость стеклянной палочкой. Мутная жидкость будет становиться все более прозрачной, и, наконец, окраска исчезнет. Прибавьте немного раствора нитрата серебра - раствор вновь станет мутным. Добавьте раствор едкого натра, тогда раствор примет светло-коричневый оттенок. Вновь по каплям прибавляйте раствор аммиака, и раствор опять посветлеет, теперь он кажется слегка синеватым. Влейте оставшийся раствор нитрата серебра и аммиак, как следует размешайте и долейте дистиллированную воду до литра.
Если придется хранить этот раствор, то перелейте его в бутылку или склянку с хорошо подогнанной пробкой. В открытой посуде раствор хранить нельзя! Второй раствор: на литр раствора - 100 г сахара-рафинада и 10 мл разбавленной (примерно 10%-ной) серной или азотной кислоты. Сахар заранее растворите в дистиллированной воде, добавьте кислоту, покипятите четверть часа и долейте воду до расчетного объема.
Смешайте оба раствора: на один миллилитр второго раствора (с сахаром) возьмите примерно 100 мл первого раствора (с нитратом серебра). Точное соотношение придется подобрать на опыте. Если будет избыток сахарного раствора, то при серебрении начнут выпадать хлопья; если же, напротив, этот раствор в недостатке, то серебрение пойдет слишком медленно. Полученную смесь быстро и тщательно размешайте; сначала она станет оранжево-красной, а затем почернеет. Это сигнал: пора приступать к серебрению. Не упустите момент!
Сразу вылейте смесь на стекло. Она растечется по всей поверхности, и стекло станет темным, но потом быстро начнет светлеть, на нем образуется слой металлического серебра, которое восстанавливается из нитрата. Через 5-10 мин осторожно сгоните смесь со стекла с помощью марли (а еще лучше -ї кусочка замши), смоченной в дистиллированной воде, вновь налейте смесь и подержите ее еще четверть часа. Уже посеребренную поверхность промойте дистиллированной водой. Если на стекле окажутся темные пятна, их надо протереть тампоном со смесью пемзы, затем раствором хлорида олова (IV), снова налить на эти места смесь и промыть водой.
Чтобы проверить, достаточно ли осадилось серебра на стекле, посмотрите сквозь зеркало на лампу мощностью 60 Вт - она должна быть едва видна сквозь посеребренное стекло.
Серебряный слой еще недостаточно прочно держится на стекле. Чтобы укрепить его, поставьте зеркало в вертикальном положении на час-другой нагреваться при температуре 100-150+С. Воспользуйтесь сушильным шкафом, в крайнем случае несильно нагретой духовкой. Когда зеркало остынет, покройте серебряную пленку водостойким прозрачным лаком из пульверизатора (кисть может ее повредить). После высыхания нанесите поверх лака толстый слой непрозрачной краски или черного битумного лака. Водите кистью или направляйте струю из пульверизатора только в одном направлении: либо сверху вниз, либо слева направо.
Зеркало почти готово. Осталось лишь привести в порядок его лицевую, непосеребренную сторону. На ней могут оказаться затеки серебра; удалите их тампоном, смоченным слабым раствором соляной кислоты. Если вы запачкали руки, то удалите пятна слегка подогретым раствором гипосульфита и хорошенько вымойте руки теплой водой.
Много ли серебра пошло на изготовление зеркала? И сколько серебра в настоящем зеркале? Вопросы вроде бы нехитрые, но ответить на них не так-то легко. Пленка серебра настолько тонка, что даже будь у вас микрометр, ее не измерить...
Чтобы не портить хорошее зеркало, возьмите какой-нибудь осколок, удалите слой лака и краски ватой, смоченной ацетоном, и положите на посеребренную поверхность небольшой кристаллик йода. Уже при комнатной температуре йод довольно быстро испаряется, его пары растекаются по стеклу, потому что они намного тяжелее воздуха. Чтобы их не разогнал случайный сквозняк, накройте кристаллик перевернутым стаканом.
При взаимодействии йода с серебром образуется иодид серебра, и возле кристаллика медленно расплывается прозрачное пятно: иодид в тонком слое прозрачен. А у краев прозрачного пятна серебряная пленка не исчезает, но становится тоньше. И в результате на зеркале появляются окрашенные кольца, которые видно особенно хорошо в отраженном свете.
Кольца кажутся цветными по той же причине, по которой нам кажутся радужными мыльные пузыри и масляные пятна на воде. Явление это называется интерференцией света в тонких пленках, его изучают в курсе физики. Для нас самое важное вот что: чем больше колец, тем толще серебряная пленка. Если их два, то толщина пленки около 0,03 мкм, три кольца соответствуют 0,06 мкм, четыре - 0,09, пять - 0,12, шесть - 0,15, семь - 0,21 мкм.
Зная толщину серебряного слоя, легко подсчитать и количество серебра: надо лишь умножить толщину на площадь зеркала и полученный объем еще раз умножить на плотность серебра (10,5 г/см3).
Вот ориентир для проверки расчета: зеркало площадью около квадратного метра содержит чуть больше грамма серебра.
5. ЛОВКОСТЬ РУК
Нас окружает множество вещей и веществ, которые кажутся обыденными и ничем не примечательными. Однако очень часто они обладают удивительными свойствами надо только суметь их заметить. Скажем, алюминиевой ложкой можно выпрямлять переменный ток, спичкой - зажечь электрическую лампочку, сахаром-рафинадом высечь искры, а марганцовкой из аптеки - начистить до блеска кастрюлю. Но для этого надо, во-первых, знать свойства веществ и, во-вторых, уметь этими свойствами пользоваться, иными словами, необходима ловкость рук, приобретаемая с опытом. И, как в старые времена говорили фокусники, - никакого мошенничества!
Итак, займемся фокусами - серьезными химическими фокусами. Иногда - для забавы, но чаще - для демонстрации необычных явлений и изготовления необычных вещей.
ЛОЖКА-ВЫПРЯМИТЕЛЬ
Для этого опыта годится любая алюминиевая ложка - чайная или столовая. Ее надо тщательно вымыть и обезжирить; как это сделать, вы знаете из опытов с анодированием алюминия. Ложка будет первой деталью будущего выпрямителя тока, а второй нам пока послужит пустая консервная банка, высотой примерно с ложку, во всяком случае, не намного ниже.
Жестяную банку вымойте с мылом или стиральным порошком, ополосните и заполните раствором для анодирования алюминия: на 100 мл воды - 20 мл серной кислоты (осторожно!). Кислоту можно заменить, карбонатом аммония (NН4)2СО3 (10 г) или в крайнем случае пищевой содой, растворив ее в воде до насыщения. Вода должна быть дистиллированная, годится и чистая дождевая.
Прежде чем опускать ложку в банку, прикиньте, до какого места ложки будет доходить раствор. На границе раствор - воздух алюминий будет интенсивно растворяться, и ложка скоро развалится на две части. Чтобы этого не произошло, участок вблизи границы покройте слоем лака или водостойкого клея.
Теперь подвесьте ложку в банке так, чтобы она не касалась стенок; устройство подвески вы, наверное, без труда придумаете сами. Под банку положите кафельную плитку или любую другую не проводящую электричество подставку. На этот раз мы будем пользоваться не батарейками или аккумулятором, а переменным током от сети, и, естественно, надо полностью себя обезопасить. По той же причине самым тщательным образом изолируйте все оголенные концы проводов, а во время опыта не прикасайтесь ни к ложке, ни к банке. Лучше всего, если перед включением тока вы накроете их перевернутым фанерным ящиком или пластмассовым ведерком.
Электрическая схема проста: включите в цепь последовательно лампу мощностью около 40-60 Вт, переключатель, ложку и банку; если есть амперметр, можно подсоединить и его. Когда схема собрана и надежность изоляции проверена, включайте ток.
Сначала, как вы и догадываетесь, лампа загорится, потому что раствор в банке электропроводен. Но примерно через полчаса она станет светить заметно слабее, а потом и вовсе погаснет. Ложка стала выпрямителем. Она пропускает ток только в одном направлении - от банки к ложке.
В этом было бы легко убедиться, будь у вас осциллограф: на его экране в начале опыта светилась бы синусоида, а в конце нижняя ее ветвь исчезла бы: в цепи течет так называемый импульсный ток. Осциллограф помог бы сразу установить, где положительный полюс выпрямителя, а где отрицательный (это очень важно, если вы собираетесь ставить с самодельным выпрямителем электрохимические опыты). Но можно обойтись и без приборов: полярность выпрямителя легко установить, пользуясь полоской фильтровальной бумаги, смоченной слабым раствором поваренной соли с добавкой индикатора фенолфталеина.
Отключите ток, прижмите листок к ложке и к банке и закрепите его, например, пластмассовыми бельевыми прищепками. Включите ток, и несколько минут спустя фильтровальная бумага покраснеет у одного из полюсов. Этот полюс отрицательный. При электролизе воды (соль нужна только затем, чтобы увеличить электропроводность) на отрицательном электроде (катоде) выделяется водород, а ионы ОН- остаются в избытке. Эти ионы и обусловливают щелочные свойства, поэтому индикаторная бумага краснеет.
Такое же испытание влажной индикаторной бумагой с солью и фенолфталеином можно провести и в том случае, если вы перепутали полюса аккумулятора или батарейки. Так как здесь напряжение невелико, полоску бумаги можно просто прижать руками к обоим полюсам источника тока.
Но отчего алюминиевая ложка стала выпрямителем? После включения тока на ней, как и при анодировании алюминия, растет пленка оксида алюминия. А эта пленка - полупроводник: пропускает ток только в одном направлении. Это ее свойство нередко используют в технике.
С помощью самодельного выпрямителя можно ставить некоторые электрохимические опыты, которые описаны в этой книге. Но в соответствии с условиями опыта включайте выпрямитель через понижающий трансформатор. Напряжение ни в коем случае не должно превышать 40 В. А ток, который можно снимать с алюминиевой ложки, может достигать нескольких десятков ампер.
Но обязательно ли брать для выпрямителя ложку и консервную банку? Разумеется, нет. Вместо ложки можно взять алюминиевый электрод любой формы, вместо банки - железный, свинцовый или графитовый электрод и погрузить их в стеклянный сосуд, в который налит раствор электролита. Более того, так мы и советуем вам поступить, если вы решите использовать самодельный выпрямитель на практике. Но если вы собираетесь продемонстрировать, как оксид алюминия выпрямляет переменный ток, то ложка с банкой выглядят гораздо эффектнее...
ЗАЖГИТЕ ЛАМПУ СПИЧКОЙ!
Для этого опыта удобнее взять настольную лампу. Один из ее проводов отсоедините от вилки и удлините, не забывая о хорошей изоляции.
Возьмите небольшую узкую стеклянную трубку с тонкими стенками (проще всего воспользоваться стеклянными рейсфедерами с оттянутыми концами). Вставьте в трубку с двух концов электроды - проводки диаметром около 1 мм; закрепите их в трубке изоляционной лентой. Электроды не должны соприкасаться, расстояние между ними 1-2 мм.
Удлиненный провод от лампы присоедините к одному из электродов, а другой электрод соедините проводом со свободным гнездом вилки и изолируйте. У вас получится цепь, разомкнутая в одном участке - между электродами. Закрепите стеклянную трубку в горизонтальном положении. Это совсем просто сделать, если провода жесткие, с пластмассовой изоляцией: зажмите провод, и трубка будет на нем держаться. Подготовка к опыту закончена, можно включать вилку в сеть. Лампа, конечно, гореть не будет.
Поднесите к трубке, в которую вставлены электроды, зажженную спичку. Если трубка из не тугоплавкого стекла, то стекло размягчится и трубка при этом чуть-чуть провиснет. И тут же загорится лампа, несмотря на то, что цепь по-прежнему остается разомкнутой. Дело в том, что соли, входящие в состав стекла, при нагревании ионизируются, и стекло становится проводником.
Если опыт не получается из-за того, что трубка широка, то вместо спички возьмите свечку или спиртовку. Зажечь лампу свечкой - тоже эффектный опыт.
А еще можно ее зажечь с помощью расплавленной селитры. Закрепите вертикально пробирку, на дно которой насыпано немного калиевой или натриевой селитры (нитрата калия или натрия), и опустите в нее две медные проволочки. Чтобы медные электроды не соприкасались, пропустите их сквозь пробку. Подсоедините к электродам лампу так же, как в предыдущем опыте. Когда вы включите ток, лампа, естественно, не загорится: твердая селитра ток не проводит.
Нагрейте селитру до плавления с помощью таблеток сухого горючего - лампа вспыхнет. Ионы, составлявшие кристаллическую решетку соли, приобретают подвижность, и цепь замыкается. Лампа будет гореть и после того, как вы уберете пламя: у расплава селитры высокое электрическое сопротивление, и то тепло, которое выделяется при прохождении тока, поддерживает селитру в расплавленном состоянии.
Подобным образом можно поставить опыт не с расплавом, а с раствором, например, поваренной соли. Электроды в этом случае лучше взять графитовые. Погрузите их сначала просто в банку с водой, а потом небольшими порциями добавляйте соль, и лампа будет разгораться все ярче.
Между прочим, таким способом удобно проверять электропроводность растворов. Проверьте, например, как проводят ток растворы соды, сахара и уксусной кислоты разной концентрации.
И еще один, не вполне обычный опыт с электрической лампочкой, но не с большой, а от карманного фонаря. Укрепите ее в полоске жести, согнутой под прямым углом, и вставьте полоску в небольшой химический стакан так, чтобы стеклянный баллон лампочки оказался внутри стакана и был обращен к его дну. Подключите лампочку к батарейке: выступ на цоколе, самый крайний его участок соедините с отрицательным полюсом, а полоску жести - с положительным. Обратите внимание: припаивать проводники нельзя, потому что во время опыта припой может расплавиться. Надо придумать механический контакт или же использовать патрон от старого карманного фонаря.
До начала опыта выньте лампу из стакана и насыпьте в него нитрат натрия (нитрат калия в этом случае не годится; почему - станет ясно позже). Поставьте стакан на асбестовую сетку или металлическую пластинку и нагрейте его на пламени газовой горелки или спиртовки; сухой спирт не очень удобен, так как трудно регулировать температуру расплава. Селитра плавится при 309+С, а при 390+С уже разлагается; вот в таком интервале и придется поддерживать температуру. Для этого изменяйте либо размер пламени, либо расстояние до стакана. Следите, чтобы расплав не застывал, даже с поверхности.
В расплавленную селитру осторожно опустите лампочку. Большая часть стеклянного баллона должна быть погружена в расплав, но следите за тем, чтобы верхняя часть цоколя, к которой припаян проводник, не соприкоснулась с селитрой - произойдет короткое замыкание. Зажженную лампочку подержите в селитре около часа, потом отключите ток, погасите горелку и аккуратно доставьте лампочку. Когда она остынет, промойте ее водой, и вы увидите, что лампочка изнутри покрыта зеркальным слоем!
Разумеется, на большую деталь шликер удобнее наносить не кисточкой, а из пульверизатора или просто поливом (но слой должен быть тонким). Подсушите деталь в сушильном шкафу при 50-60+С, а затем перенесите в электропечь, нагретую до 700-800+С.
А еще из легкоплавких стекол можно приготовить окрашенные пластинки для мозаичных работ. Куски битой фарфоровой посуды (их вам всегда дадут в посудном магазине) облейте тонким слоем шликера, просушите при комнатной температуре или в сушильном шкафу и наплавьте стекло на пластинки, выдерживая их в электропечи при температуре не ниже 700+С.
Освоив работу со стеклом, вы можете помочь своим коллегам из биологического кружка: там нередко изготовляют чучела животных, а для чучел нужны разноцветные глаза...
В стальной плите толщиной около 1,5 см высверлите несколько углублений разных размеров с коническим или сферическим дном. Тем же способом, что и прежде, сплавьте разноцветные стекла. Гаммы, пожалуй, хватит, а чтобы изменить интенсивность, чуть увеличьте или уменьшите содержание окрашивающей добавки.
Небольшую каплю яркого расплавленного стекла поместите в углубление стальной плиты, затем налейте стекло цвета радужной оболочки. Капля войдет в основную массу, но не смешается с ней,- так будут воспроизведены и зрачок, и радужная оболочка. Охлаждайте изделия медленно, не допуская резких перепадов температур. Для этого затвердевшие, но еще горячие "глаза" достаньте из формы подогретым пинцетом, положите в рыхлый асбест и уже в нем охладите до комнатной температуры.
Конечно, легкоплавким стеклам можно найти и другие применения. Но не лучше ли будет, если вы поищете их сами?
И в завершение опытов со стеклом, пользуясь все той же электропечью, попытаемся превратить обыкновенное стекло в цветное. Естественный вопрос: нельзя ли таким способом сделать солнечные очки? Можно, но вряд ли это удастся вам с первого раза, потому что процесс капризен и требует некоторых навыков. Поэтому беритесь за очки только после того, как потренируетесь на кусочках стекла и убедитесь, что результат соответствует ожиданиям.
Основой краски для стекла будет канифоль. Из резинатов, солей кислот, входящих в состав канифоли, вы ранее готовили сиккативы для масляных красок. Вновь обратимся к резинатам, потому что они способны образовывать на стекле тонкую ровную пленку и служить носителями красящего вещества,
В растворе едкого натра концентрацией около 20% растворяйте при помешивании и помня, конечно, об осторожности, кусочки канифоли до тех пор, пока жидкость не станет темно-желтой. Отфильтровав, добавьте немного раствора хлорида железа FeCl3 или другой соли трехвалентного железа. Имейте в виду, что концентрация раствора должна быть небольшой, соль нельзя брать в избытке осадок гидроксида железа, который в этом случае образуется, нам помешает. Если же концентрация соли невелика, то образуется красный осадок резината железа он-то там и нужен.
Отфильтруйте красный осадок и высушите его па воздухе, а затем растворите до насыщения в чистом бензине (не автомобильном, а бензине-растворителе) еще лучше было бы взять гексан или петролейный эфир. Кисточкой или пульверизатором окрасьте поверхность стекла тонким слоем, дайте подсохнуть и положите на 5-10 мин в печь, нагретую примерно до 600+С. Но канифоль относится к органическим веществам, а им такую температуру не выдержать! Правильно, но именно это и нужно - пусть органическая основа выгорит. Тогда на стекле останется тончайшая пленка оксида железа, хорошо сцепленная с поверхностью. И хотя оксид в общем-то непрозрачен, в столь тонком слое он пропускает часть световых лучей, т. е. может служить светофильтром.
Возможно, светозащитный слой покажется вам слишком темным или, напротив, излишне светлым. В таком случае поварьируйте условия опыта - чуть увеличьте или уменьшите концентрацию раствора канифоли, измените время и температуру обжига. Если же вас не устраивает цвет, в который скрашено стекло, замените хлорид железа хлоридом другого металла, но непременно такого, оксид которого ярко окрашен, например хлоридом меди или кобальта.
А когда технология тщательно отработана на кусочках стекла, можно без особого риска совершить превращение обычных очков в солнечные. Не забудьте только вынуть стекла из оправы - пластмассовая оправа не выдержит нагревания в печи точно так же, как канифольная основа...
САМОДЕЛЬНЫЙ ПЛАСТИЛИН
Конечно, пластилин можно купить в магазине. Ну и что из этого? Радиоприемник тоже купить можно, однако сколько людей корпят над радиосхемами!
Для самодельного пластилина единственным дефицитным сырьем окажется, видимо, олеиновая кислота С17Н33СООН. Впрочем, она есть, наверное, в школьной лаборатории (и вообще это очень распространенная кислота, входящая в состав почти всех жиров). Из нее мы получим цинковую соль - олеат цинка. К 35 частям (по массе) нагретой олеиновой кислоты прибавьте небольшими порциями 5 частей сухих цинковых белил (можно взять самодельный пигмент). Каждую новую порцию белил вносите лишь после того, как исчезнет пена от прибавления предыдущей. Если цинковых белил у вас не оказалось, можно заменить их обычным мелом тогда у вас получится олеат кальция. Правда, качество пластилина будет несколько хуже.
К полученному сиропообразному олеату прибавьте при постоянном перемешивании 18 частей смеси равных количеств масла и воска. Чтобы ее приготовить, расплавьте воск и добавьте к нему, энергично перемешивая, жидкое масло, например вазелиновое. Еще раз подчеркиваем - все компоненты надо тщательно перемешивать, от этого во многом зависит качество готового пластилина. Что касается воска, то лучше бы взять природный, пчелиный, но в крайнем случае его можно заменить стеарином (только не парафином). Стеарин же можно без труда приготовить из хозяйственного мыла, как было описано в разделе "Первые опыты".
Когда смесь олеата, масла и воска (или стеарина) будет готова, добавьте к ней 23 части серы, измельченной в тонкую пудру (можно взять аптечный препарат), 15 частей сухой мелкой глины, просеянной через сито, и еще 4 части какой-либо минеральной краски. Можно, например, взять мумию (оксид железа Fe2O3) - вы уже умеете готовить это вещество (не забудьте об интенсивном и постоянном перемешивании). Еще раз тщательно размешайте готовую смесь и раскатайте скалкой на листе фанеры или жести. Пластилин готов.
Вот только какая неприятность: у олеата цинка запах не из лучших. Но его можно заглушить отдушкой. Смешивая исходные продукты, добавьте немного (несколько капель) приятно пахнущего вещества, например розового или лавандового масла, или хотя бы одеколона.
ПОСЕРЕБРИМ ЗЕРКАЛО!
Возможно ли это? Зеркала серебрят на специальных фабриках, в зеркальных мастерских. Ремесло это древнее, с традициями и профессиональными секретами нелегко изготовить хорошее зеркало. И все же - попробуем!
Конечно, зеркальную поверхность можно приготовить без труда, - реакцию "серебряного зеркала" ставят в школе на уроках. Но хорошего зеркала не получится, поблестит немного - и все. Нет, тут речь пойдет о настоящем зеркале. И оно у вас непременно получится, если вы будете работать аккуратно и не пренебрегать мелочами.
Важное предупреждение: работайте только с дистиллированной водой. Порошок "крокус" - специально приготовленный оксид железа(III) - просейте через мелкое сито и полученную пыль разведите дистиллированной водой. Если у вас нет "крокуса", можно взять какую-либо готовую полировальную жидкость, они продаются в хозяйственных магазинах. Ровное стекло, которое вы собираетесь сделать зеркальным, положите на стол. Проверьте уровнем, горизонтальна ли поверхность стола, и если нет, подложите под ножки сложенные листки бумаги, чтобы выровнять поверхность. Не берите большое стекло, начинать лучше с малого. Чтобы случайно не раздавить его, положите на стол, например, старое одеяло.
Налейте полировальную жидкость на стекло и тщательно протирайте его круговыми движениями с помощью войлока, фетра (можно взять старую шляпу) либо куска мягкой кожи. Потрите стекло марлей, смоченной взвесью тонко размолотой и просеянной пемзы в воде, еще раз промойте дистиллированной водой, протрите влажной губкой, а затем марлевым тампоном, смоченным в 0,15%-ном растворе хлорида олова (IV), опять промойте и протрите отжатым тампоном. Подготовка стекла закончена. Это очень важная процедура. От того, насколько тщательно вы ее выполнили, зависит качество будущего зеркала.
Обработанную поверхность надо сразу же серебрить. Если вы почему-либо не успели приготовить раствор для серебрения, то опустите стекло в теплую дистиллированную воду и не вынимайте из нее, пока все не будет готово. Кстати, такая операция полезна во всех случаях: хорошо, если стекло градусов на 8-10 теплее, чем раствор для серебрения.
Этот раствор необходимо готовить только в резиновых перчатках. Его получают, смешивая два раствора, каждый из которых готовят отдельно. Мы укажем количества веществ на литр раствора, а вы прикиньте сами, сколько раствора вам требуется.
Первый раствор: 4 г нитрата серебра, 10 мл 25%-ного раствора аммиака, 4 г едкого натра. Порядок приготовления раствора не совсем обычен. Весь нитрат серебра растворите в 300 мл воды, 9/10 раствора отлейте в чистый стакан и добавьте по каплям раствор аммиака, все время перемешивая жидкость стеклянной палочкой. Мутная жидкость будет становиться все более прозрачной, и, наконец, окраска исчезнет. Прибавьте немного раствора нитрата серебра - раствор вновь станет мутным. Добавьте раствор едкого натра, тогда раствор примет светло-коричневый оттенок. Вновь по каплям прибавляйте раствор аммиака, и раствор опять посветлеет, теперь он кажется слегка синеватым. Влейте оставшийся раствор нитрата серебра и аммиак, как следует размешайте и долейте дистиллированную воду до литра.
Если придется хранить этот раствор, то перелейте его в бутылку или склянку с хорошо подогнанной пробкой. В открытой посуде раствор хранить нельзя! Второй раствор: на литр раствора - 100 г сахара-рафинада и 10 мл разбавленной (примерно 10%-ной) серной или азотной кислоты. Сахар заранее растворите в дистиллированной воде, добавьте кислоту, покипятите четверть часа и долейте воду до расчетного объема.
Смешайте оба раствора: на один миллилитр второго раствора (с сахаром) возьмите примерно 100 мл первого раствора (с нитратом серебра). Точное соотношение придется подобрать на опыте. Если будет избыток сахарного раствора, то при серебрении начнут выпадать хлопья; если же, напротив, этот раствор в недостатке, то серебрение пойдет слишком медленно. Полученную смесь быстро и тщательно размешайте; сначала она станет оранжево-красной, а затем почернеет. Это сигнал: пора приступать к серебрению. Не упустите момент!
Сразу вылейте смесь на стекло. Она растечется по всей поверхности, и стекло станет темным, но потом быстро начнет светлеть, на нем образуется слой металлического серебра, которое восстанавливается из нитрата. Через 5-10 мин осторожно сгоните смесь со стекла с помощью марли (а еще лучше -ї кусочка замши), смоченной в дистиллированной воде, вновь налейте смесь и подержите ее еще четверть часа. Уже посеребренную поверхность промойте дистиллированной водой. Если на стекле окажутся темные пятна, их надо протереть тампоном со смесью пемзы, затем раствором хлорида олова (IV), снова налить на эти места смесь и промыть водой.
Чтобы проверить, достаточно ли осадилось серебра на стекле, посмотрите сквозь зеркало на лампу мощностью 60 Вт - она должна быть едва видна сквозь посеребренное стекло.
Серебряный слой еще недостаточно прочно держится на стекле. Чтобы укрепить его, поставьте зеркало в вертикальном положении на час-другой нагреваться при температуре 100-150+С. Воспользуйтесь сушильным шкафом, в крайнем случае несильно нагретой духовкой. Когда зеркало остынет, покройте серебряную пленку водостойким прозрачным лаком из пульверизатора (кисть может ее повредить). После высыхания нанесите поверх лака толстый слой непрозрачной краски или черного битумного лака. Водите кистью или направляйте струю из пульверизатора только в одном направлении: либо сверху вниз, либо слева направо.
Зеркало почти готово. Осталось лишь привести в порядок его лицевую, непосеребренную сторону. На ней могут оказаться затеки серебра; удалите их тампоном, смоченным слабым раствором соляной кислоты. Если вы запачкали руки, то удалите пятна слегка подогретым раствором гипосульфита и хорошенько вымойте руки теплой водой.
Много ли серебра пошло на изготовление зеркала? И сколько серебра в настоящем зеркале? Вопросы вроде бы нехитрые, но ответить на них не так-то легко. Пленка серебра настолько тонка, что даже будь у вас микрометр, ее не измерить...
Чтобы не портить хорошее зеркало, возьмите какой-нибудь осколок, удалите слой лака и краски ватой, смоченной ацетоном, и положите на посеребренную поверхность небольшой кристаллик йода. Уже при комнатной температуре йод довольно быстро испаряется, его пары растекаются по стеклу, потому что они намного тяжелее воздуха. Чтобы их не разогнал случайный сквозняк, накройте кристаллик перевернутым стаканом.
При взаимодействии йода с серебром образуется иодид серебра, и возле кристаллика медленно расплывается прозрачное пятно: иодид в тонком слое прозрачен. А у краев прозрачного пятна серебряная пленка не исчезает, но становится тоньше. И в результате на зеркале появляются окрашенные кольца, которые видно особенно хорошо в отраженном свете.
Кольца кажутся цветными по той же причине, по которой нам кажутся радужными мыльные пузыри и масляные пятна на воде. Явление это называется интерференцией света в тонких пленках, его изучают в курсе физики. Для нас самое важное вот что: чем больше колец, тем толще серебряная пленка. Если их два, то толщина пленки около 0,03 мкм, три кольца соответствуют 0,06 мкм, четыре - 0,09, пять - 0,12, шесть - 0,15, семь - 0,21 мкм.
Зная толщину серебряного слоя, легко подсчитать и количество серебра: надо лишь умножить толщину на площадь зеркала и полученный объем еще раз умножить на плотность серебра (10,5 г/см3).
Вот ориентир для проверки расчета: зеркало площадью около квадратного метра содержит чуть больше грамма серебра.
5. ЛОВКОСТЬ РУК
Нас окружает множество вещей и веществ, которые кажутся обыденными и ничем не примечательными. Однако очень часто они обладают удивительными свойствами надо только суметь их заметить. Скажем, алюминиевой ложкой можно выпрямлять переменный ток, спичкой - зажечь электрическую лампочку, сахаром-рафинадом высечь искры, а марганцовкой из аптеки - начистить до блеска кастрюлю. Но для этого надо, во-первых, знать свойства веществ и, во-вторых, уметь этими свойствами пользоваться, иными словами, необходима ловкость рук, приобретаемая с опытом. И, как в старые времена говорили фокусники, - никакого мошенничества!
Итак, займемся фокусами - серьезными химическими фокусами. Иногда - для забавы, но чаще - для демонстрации необычных явлений и изготовления необычных вещей.
ЛОЖКА-ВЫПРЯМИТЕЛЬ
Для этого опыта годится любая алюминиевая ложка - чайная или столовая. Ее надо тщательно вымыть и обезжирить; как это сделать, вы знаете из опытов с анодированием алюминия. Ложка будет первой деталью будущего выпрямителя тока, а второй нам пока послужит пустая консервная банка, высотой примерно с ложку, во всяком случае, не намного ниже.
Жестяную банку вымойте с мылом или стиральным порошком, ополосните и заполните раствором для анодирования алюминия: на 100 мл воды - 20 мл серной кислоты (осторожно!). Кислоту можно заменить, карбонатом аммония (NН4)2СО3 (10 г) или в крайнем случае пищевой содой, растворив ее в воде до насыщения. Вода должна быть дистиллированная, годится и чистая дождевая.
Прежде чем опускать ложку в банку, прикиньте, до какого места ложки будет доходить раствор. На границе раствор - воздух алюминий будет интенсивно растворяться, и ложка скоро развалится на две части. Чтобы этого не произошло, участок вблизи границы покройте слоем лака или водостойкого клея.
Теперь подвесьте ложку в банке так, чтобы она не касалась стенок; устройство подвески вы, наверное, без труда придумаете сами. Под банку положите кафельную плитку или любую другую не проводящую электричество подставку. На этот раз мы будем пользоваться не батарейками или аккумулятором, а переменным током от сети, и, естественно, надо полностью себя обезопасить. По той же причине самым тщательным образом изолируйте все оголенные концы проводов, а во время опыта не прикасайтесь ни к ложке, ни к банке. Лучше всего, если перед включением тока вы накроете их перевернутым фанерным ящиком или пластмассовым ведерком.
Электрическая схема проста: включите в цепь последовательно лампу мощностью около 40-60 Вт, переключатель, ложку и банку; если есть амперметр, можно подсоединить и его. Когда схема собрана и надежность изоляции проверена, включайте ток.
Сначала, как вы и догадываетесь, лампа загорится, потому что раствор в банке электропроводен. Но примерно через полчаса она станет светить заметно слабее, а потом и вовсе погаснет. Ложка стала выпрямителем. Она пропускает ток только в одном направлении - от банки к ложке.
В этом было бы легко убедиться, будь у вас осциллограф: на его экране в начале опыта светилась бы синусоида, а в конце нижняя ее ветвь исчезла бы: в цепи течет так называемый импульсный ток. Осциллограф помог бы сразу установить, где положительный полюс выпрямителя, а где отрицательный (это очень важно, если вы собираетесь ставить с самодельным выпрямителем электрохимические опыты). Но можно обойтись и без приборов: полярность выпрямителя легко установить, пользуясь полоской фильтровальной бумаги, смоченной слабым раствором поваренной соли с добавкой индикатора фенолфталеина.
Отключите ток, прижмите листок к ложке и к банке и закрепите его, например, пластмассовыми бельевыми прищепками. Включите ток, и несколько минут спустя фильтровальная бумага покраснеет у одного из полюсов. Этот полюс отрицательный. При электролизе воды (соль нужна только затем, чтобы увеличить электропроводность) на отрицательном электроде (катоде) выделяется водород, а ионы ОН- остаются в избытке. Эти ионы и обусловливают щелочные свойства, поэтому индикаторная бумага краснеет.
Такое же испытание влажной индикаторной бумагой с солью и фенолфталеином можно провести и в том случае, если вы перепутали полюса аккумулятора или батарейки. Так как здесь напряжение невелико, полоску бумаги можно просто прижать руками к обоим полюсам источника тока.
Но отчего алюминиевая ложка стала выпрямителем? После включения тока на ней, как и при анодировании алюминия, растет пленка оксида алюминия. А эта пленка - полупроводник: пропускает ток только в одном направлении. Это ее свойство нередко используют в технике.
С помощью самодельного выпрямителя можно ставить некоторые электрохимические опыты, которые описаны в этой книге. Но в соответствии с условиями опыта включайте выпрямитель через понижающий трансформатор. Напряжение ни в коем случае не должно превышать 40 В. А ток, который можно снимать с алюминиевой ложки, может достигать нескольких десятков ампер.
Но обязательно ли брать для выпрямителя ложку и консервную банку? Разумеется, нет. Вместо ложки можно взять алюминиевый электрод любой формы, вместо банки - железный, свинцовый или графитовый электрод и погрузить их в стеклянный сосуд, в который налит раствор электролита. Более того, так мы и советуем вам поступить, если вы решите использовать самодельный выпрямитель на практике. Но если вы собираетесь продемонстрировать, как оксид алюминия выпрямляет переменный ток, то ложка с банкой выглядят гораздо эффектнее...
ЗАЖГИТЕ ЛАМПУ СПИЧКОЙ!
Для этого опыта удобнее взять настольную лампу. Один из ее проводов отсоедините от вилки и удлините, не забывая о хорошей изоляции.
Возьмите небольшую узкую стеклянную трубку с тонкими стенками (проще всего воспользоваться стеклянными рейсфедерами с оттянутыми концами). Вставьте в трубку с двух концов электроды - проводки диаметром около 1 мм; закрепите их в трубке изоляционной лентой. Электроды не должны соприкасаться, расстояние между ними 1-2 мм.
Удлиненный провод от лампы присоедините к одному из электродов, а другой электрод соедините проводом со свободным гнездом вилки и изолируйте. У вас получится цепь, разомкнутая в одном участке - между электродами. Закрепите стеклянную трубку в горизонтальном положении. Это совсем просто сделать, если провода жесткие, с пластмассовой изоляцией: зажмите провод, и трубка будет на нем держаться. Подготовка к опыту закончена, можно включать вилку в сеть. Лампа, конечно, гореть не будет.
Поднесите к трубке, в которую вставлены электроды, зажженную спичку. Если трубка из не тугоплавкого стекла, то стекло размягчится и трубка при этом чуть-чуть провиснет. И тут же загорится лампа, несмотря на то, что цепь по-прежнему остается разомкнутой. Дело в том, что соли, входящие в состав стекла, при нагревании ионизируются, и стекло становится проводником.
Если опыт не получается из-за того, что трубка широка, то вместо спички возьмите свечку или спиртовку. Зажечь лампу свечкой - тоже эффектный опыт.
А еще можно ее зажечь с помощью расплавленной селитры. Закрепите вертикально пробирку, на дно которой насыпано немного калиевой или натриевой селитры (нитрата калия или натрия), и опустите в нее две медные проволочки. Чтобы медные электроды не соприкасались, пропустите их сквозь пробку. Подсоедините к электродам лампу так же, как в предыдущем опыте. Когда вы включите ток, лампа, естественно, не загорится: твердая селитра ток не проводит.
Нагрейте селитру до плавления с помощью таблеток сухого горючего - лампа вспыхнет. Ионы, составлявшие кристаллическую решетку соли, приобретают подвижность, и цепь замыкается. Лампа будет гореть и после того, как вы уберете пламя: у расплава селитры высокое электрическое сопротивление, и то тепло, которое выделяется при прохождении тока, поддерживает селитру в расплавленном состоянии.
Подобным образом можно поставить опыт не с расплавом, а с раствором, например, поваренной соли. Электроды в этом случае лучше взять графитовые. Погрузите их сначала просто в банку с водой, а потом небольшими порциями добавляйте соль, и лампа будет разгораться все ярче.
Между прочим, таким способом удобно проверять электропроводность растворов. Проверьте, например, как проводят ток растворы соды, сахара и уксусной кислоты разной концентрации.
И еще один, не вполне обычный опыт с электрической лампочкой, но не с большой, а от карманного фонаря. Укрепите ее в полоске жести, согнутой под прямым углом, и вставьте полоску в небольшой химический стакан так, чтобы стеклянный баллон лампочки оказался внутри стакана и был обращен к его дну. Подключите лампочку к батарейке: выступ на цоколе, самый крайний его участок соедините с отрицательным полюсом, а полоску жести - с положительным. Обратите внимание: припаивать проводники нельзя, потому что во время опыта припой может расплавиться. Надо придумать механический контакт или же использовать патрон от старого карманного фонаря.
До начала опыта выньте лампу из стакана и насыпьте в него нитрат натрия (нитрат калия в этом случае не годится; почему - станет ясно позже). Поставьте стакан на асбестовую сетку или металлическую пластинку и нагрейте его на пламени газовой горелки или спиртовки; сухой спирт не очень удобен, так как трудно регулировать температуру расплава. Селитра плавится при 309+С, а при 390+С уже разлагается; вот в таком интервале и придется поддерживать температуру. Для этого изменяйте либо размер пламени, либо расстояние до стакана. Следите, чтобы расплав не застывал, даже с поверхности.
В расплавленную селитру осторожно опустите лампочку. Большая часть стеклянного баллона должна быть погружена в расплав, но следите за тем, чтобы верхняя часть цоколя, к которой припаян проводник, не соприкоснулась с селитрой - произойдет короткое замыкание. Зажженную лампочку подержите в селитре около часа, потом отключите ток, погасите горелку и аккуратно доставьте лампочку. Когда она остынет, промойте ее водой, и вы увидите, что лампочка изнутри покрыта зеркальным слоем!