Шипение натрия

Натрий и его "шипение" есть байка, автором которой является Доктор химических наук Андрей Недоспасов

Пожалуйста, указывайте автора и источник при копировании.

Оригинальный Текст

До экспериментальной проверки каких-либо утверждений, выходящих за рамки изменения цвета индикаторов, выделения газа и образования белого творожистого осадка, на школьных уроках химии дело доходит редко, и тут мы не были исключением. Словом, на выходе из школы мы имели о реальной химии весьма расплывчатые, иногда – совершенно фантастические представления.
В качестве комментария – реакция металлического натрия с водой, протекающая, согласно учебнику, "с шипением". Именно так и учила Клавдия Андреевна (это о реакции), и запоминали это достаточно надежно: где-то в подсознании хранилось – ничего особенного, одно шипение. О том, что это не так, большинство выпускников российских школ не подозревает: если в учебнике – "с шипением", значит, с шипением.
Поскольку металлический натрий дешев и химиками используется довольно широко, на химфаке годовой его расход исчислялся десятками килограммов. В продажу он поступал под слоем керосина, в запаянных литровых металлических банках, в коих обычно и хранился после вскрытия банки. Когда для реакции требуется натрий, химик выуживает пинцетом кусок из банки, обрезает его со всех сторон ножом от корки, как сыр, и этот чистый свежеобрезанный блестящий натрий вводит в реакцию. Корки-обрезки по нормам техники безопасности положено заливать спиртом (в котором они растворяются с кипением спирта и выделением водорода), поскольку деть их решительно некуда – в мусор не бросить – могут загореться, и в воде не растворить, так как "шипение" бывает только в школьных учебниках. Естественно, каждая лаборатория факультета вместе с натрием получала спирт для уничтожения его остатков. А поскольку спирт был самый что ни на есть питьевой, расходовать его по назначению никому не приходило в голову, и обрезки накапливались. Чтобы как-то все-таки от них избавляться, на факультете дважды в год снаряжали специальную машину. Накануне, обычно перед майскими и ноябрьскими праздниками, вывешивалось объявление, призывающее принести все остатки натрия (а также и калия, который используется гораздо реже) в некую оговоренную комнату с кафельным полом и в отдельно стоящем корпусе. На следующий день с помощью двух-трех студентов-добровольцев многие десятки собранных банок (стеклянных) с обрезками загружались в кузов грузовика, украшенного красными флагами (опасный груз!) и отвозились на ближайшую свалку, где и топились в подходящей луже. Прознав об этом, я, естественно, при первой возможности оказался в числе добровольцев. Мы доехали до большого пустыря, недалеко от места, где позже построили Олимпийскую деревню, и где было множество больших и маленьких то ли прудов, то ли котлованов для будущего строительства, окруженных кучами строительного мусора. Хотя к самой воде машина подъехать не могла по причине непролазной грязи, таскать нам пришлось недолго. Когда все банки были собраны на берегу, шофер провел дополнительный инструктаж: крышки снимать, бросать по одной и подальше, и желательно так, чтоб "по дороге" из банок ничего не вылетало. "Поняли? Смотрите!" – он нагнулся, взял ближайшую банку, до половины наполненную грязным коричневым то ли керосином, то ли машинным маслом, отвинтил крышку, размахнулся и метнул банку метров на двадцать пять, практически в середину "пруда". Это был особый, неизвестный нам ранее способ метания: замах сбоку, а при выпускании банки ей сообщается вращательное движение вокруг оси, ориентированной вертикально. После этого банка, как гироскоп, перемещается параллельно себе самой, так что до касания воды из нее действительно ничего не вываливается, и даже практически не выливается.
Шлеп – банка коснулась воды, перевернулась и пошла на дно. Никакого шипения мы не услышали – на поверхности осталось лишь масляное пятно, едва заметное с такого расстояния. Шофер, провожавший банку взглядом, лишь мельком взглянул на нас и всматривался теперь в это пятно. Я не испытывал каких-либо эмоций, решив, что натрия в банке практически не было, и собирался уже продемонстрировать степень усвоения урока метания:
–Ба-бах! – на месте, где только что была гладкая поверхность, из воды, с яркой желтой вспышкой, выскочило нечто, тут же снова упавшее в воду:
–Бах!..
– Натрий! – удовлетворенно заявил шофер и нагнулся за следующей банкой.
Вторая банка утонуть не успела, – едва коснувшись воды, она буквально превратилась в фиолетовый огненный шар, и взрыв был – не чета первому.
– Калий – невозмутимо сообщил шофер, но мы понимали это и без пояснений – фиолетовое пламя увидишь не часто.
  Следующие полчаса, может, и час, мы занимались метанием и любовались невиданным фейерверком: временами на пруду горела вода (на самом деле, конечно, выливавшийся из банок керосин или что там было вместе с керосином или вместо него), и из этого моря огня со взрывами и желтыми или – изредка – фиолетовыми вспышками, выпрыгивали и снова падали в воду обрезки металлов, не успевшие прореагировать при первом контакте с водой.
 Не надо объяснять, что желание показать столь замечательный фейерверк друзьям возникло немедленно. Когда через полгода перед майскими праздниками подошла пора очередного освобождения факультета от натрия, план был детально продуман и неплохо подготовлен. Ключевым объектом этой подготовки была трехлитровая банка то ли от огурцов, то ли от виноградного сока. Насобирать обрезков в той самой комнате с кафельным полом не составляло труда, и десяток наиболее полных банок с обрезками временно перекочевали в лабораторию, где я работал. Процедура плавления натрия (т.пл. 99оС) под слоем керосина хорошо известна химикам и часто используется в различных синтезах, обычно – для получения натриевой дроби. Передо мной же стояла обратная задача. С соблюдением всех мер предосторожности в установленную на электроплитке колбу с горячим ксилолом (смесь высококипящих углеводородов, получаемая при перегонке нефти) с помощью пинцета были последовательно перенесены все более-менее крупные куски первой банки, второй, и т.д. Натрий плавился и собирался на дне колбы в виде блестящей линзы, похожей на ртуть, оксиды и другие примеси, содержавшиеся в обрезках, распределялись над линзой в слое ксилола. Когда объем линзы достиг полутора литров, содержимое колбы было перелито в ту самую банку из-под огурцов (естественно, абсолютно сухую, предварительно нагретую и для страховки установленную в тазу). Жидкий натрий собрался внизу и вскоре начал застывать, после чего ксилол был возвращен в колбу и процесс плавления обрезков возобновлен. Вливанием второй порции банка заполнилась натрием практически доверху. Когда слиток окончательно затвердел, поверхность его была промыта чистым ксилолом и залита расплавленным парафином – вскоре и он застыл. Ставший ненужным ксилол был разлит по банкам, в которых прежде были обрезки, а банки возвращены на место.
 "Изделие" выглядело как-то двусмысленно: если смотреть сверху, можно было подумать, что это большая банка жирной "тушенки" (в то время необходимые для походов мясные консервы были большой редкостью, подчас туристы готовили тушенку самостоятельно) – был виден только белесый парафин, очень похожий на застывший жир; вес банки (плотность натрия – 1, 01) также вполне соответствовал весу банки мясных консервов. Вид сбоку, однако, никак не согласовывался с обычными представлениями о консервах: казалось, что банка сделана из плохого зеркала, в котором при желании можно было пытаться рассмотреть собственный лик – сильно искаженный и замутненный. "Изделие" было закрыто обычной полиэтиленовой крышкой, упаковано в двойной пластиковый пакет и отнесено домой.
Майские праздники мы часто проводили в байдарочных походах, и этот не был исключением. Выбрали подмосковную речку Лопасню, подъезд к которой электричкой с Курского вокзала особенно прост: от платформы назад вдоль железной дороги чуть более километра. Здесь – рядом с мостом – удобное место для сбора байдарок. Той же электричкой приехало еще несколько групп, часть расположилась выше моста, мы – метрах в тридцати ниже. Все спешили поскорее собрать байдарки и отплыть в поисках лучших мест для ночлега (Современного шоссе Москва–Белгород в то время еще не было, ниже по течению был хороший лесной массив). День был теплый и солнечный, и, хотя на берегу мы оказались ближе к вечеру, где-то звенел жаворонок, летали бабочки, пахло весной.
 В тот год зима была снежная, а весна поздняя, так что паводок только прошел, и Лопасня – летом курам по колено – выглядела вполне солидно. Сразу ниже моста, где мы и расположились, образовалось небольшое проточное озеро, о глубине которого можно было судить по круто уходящему в воду склону и затопленным кустам на противоположном берегу. Когда байдарки были собраны, я достал из рюкзака "изделие", снял крышку, проковырял ножом дырочку в слое парафина: "Наши", естественно, знали – в самых общих чертах – о предстоящем испытании, участники остальных групп (всего – человек двадцать в поле зрения, плюс группы за мостом, которых мы не видели из-за насыпи) были в полном неведении. Банка выглядела вполне мирно (да и кто станет смотреть на какую-то банку, когда надо поскорее отплыть?). О том, что в банке, "наши" знали, но о том, что произойдет, не могли и подумать – в сознании и подсознании натрий реагировал с водой с шипением, а я всем видом показывал, что нечто подобное и будет – так, небольшой салют в честь начала спортивного сезона и предстоящего праздника Международной солидарности трудящихся. Все было быстро и буднично – стоя у самой воды, я легонечко бросил банку в воду в нескольких метрах от себя. Яркая и блестящая, банка пошла на дно, и мы видели ее даже уже довольно глубоко под водой. Впрочем, паводковая вода – мутная, место оказалось глубоким, так что банка все-таки исчезла из виду: пропала – как не было.
– А говорил, рванет: – разочарованно произнес стоявший рядом Григорий. Школьные знания из области химии убедительно подтверждались экспериментом.
 Я продолжал вглядываться в место, где, по моим соображениям, должна была находиться банка. Непоколебимая вера в торжество науки была вознаграждена более чем достойно.
Представьте себе квадратичную параболу. Теперь представьте себе параболоид – тело, полученное вращением этой параболы вокруг оси Y – высотой более метра, и диаметром в верхней части – почти метр. А теперь представьте себе, что неведомая сила вырезала из обычного озера, заполненного обычной водой, такой параболоид и удалила его с глаз долой неведомо куда. Невозможно представить – полный сюрреализм, но именно это я и увидел – ни много, ни мало. То есть течет в реке вода, впадает в озеро, а в нем глубокая яма – не на дне, а прямо в самой воде, и на дне той ямы что-то серебристое поблескивает.
Через мгновение… да разве могут быть в языке народа, испокон веков не знавшего и не любившего химию, слова для реального описания всего, что случилось через мгновение? Ибо слова "раздался взрыв" имеют к реальному явлению весьма условное отношение. Яма исчезла, а "изделие" – естественно, без стекла, оказалось где-то в небесах – с земли мы видели его как быстро улетающий маленький серебристый шарик.
  "Наши" стояли не шелохнувшись, раскрыв рты, прочие… вот тут были разные варианты. То есть сразу после взрыва, пока "изделие" удалялось, никто не сдвинулся с места, но как бы ни велика была начальная скорость, она все-таки была меньше первой космической и в какой-то момент поменяла знак: шарик возвращался. Кто-то бежал от реки, кто-то карабкался на насыпь, кто-то залег между стоявшими на берегу байдарками и закрыл голову руками, какая-то девица истошно орала.
Мячик упал практически в точку, откуда вылетел, на мгновение исчез под водой –
 –Ба-Бах!!! – яркая желтая вспышка, и мячик снова летит в небеса.
 Один из убегавших падает – то ли споткнулся, то ли от испугу, то ли решил, что лежа безопасней. Снова встает. Штаны у него мокрые – почему-то сзади. Взбиравшиеся на насыпь встречаются лицом к лицу с теми, кто были за насыпью и поднялись разузнать, что за шум, мимика – не передать. Мы не успеваем следить за всем сразу и о возвращении мячика догадываемся по свистящему звуку, очень похожему на звук падающей мины в кинофильмах.
Ба-Бах!!! Девица перестает вопить и тихо скулит, народ на насыпи делится на три группы – часть остается наверху, часть скрывается за насыпью, несколько человек спускаются к нам. Хуже всего лежащему между байдарок: он ничего не видит, но слышит свист мин и взрывы.
Ба-Бах!!! Мячик в очередной раз улетает, мы с веселыми лицами провожаем его глазами, группа на насыпи уже вся лицами к нам, девица не вопит, владелец мокрых штанов и другие убегавшие начинают возвращаться, только бедалага между байдарками лежит в прежней позе.
Очередного ба-бах не последовало – то ли подул ветерок, то ли сказалось нарушение симметрии, но мячик шлепнулся на берег между мной и Григорием, оставив в песке довольно глубокий отпечаток. Белый, как чистая алюминиевая кастрюля, чуть вытянутый, с пояском посередине – граница первой и второй заливок при изготовлении. Лежит совершенно безмятежно – невозможно представить, что только что вытворял. Я потрогал его пальцем (!) – он был совершенно холодным. Окружающие смотрели на нас без злости, скорее – с уважением и, уж точно, с любопытством. Лежащий между байдарок поднял голову, увидел меня с мячиком и заулыбался – не знаю, понял ли он в этот момент, что это тот самый мячик. Подойти поближе, однако, никто не пожелал.
– А, прореагировал – глубокомысленно заметил Григорий и вдруг, как классный футболист, выбил мяч на середину реки в направлении моста.
Выпускники физматшколы, даже если впоследствии им не пришлось непосредственно заниматься физикой, понимают, что движение, например, мячика, можно разложить на вертикальную, горизонтальную и вращательные составляющие. Процессы, отвечающие за первую, остались теми же и обеспечивали колебательное движение вверх-вниз, горизонтальному же перемещению ничто особенно не препятствовало. Результат получился великолепным – пинг-понговый шарик, как бы алюминиевый, размером с небольшой арбузик, весело попрыгал под мост, практически не теряя ни скорости горизонтального перемещения, ни максимальной высоты подъема.
Некоторые группы начинали маршрут не от моста, а на двенадцать километров выше – от города Чехова. Надо же случиться – как раз в тот момент, когда Григорий поддал мячик, под мостом появилась байдарка – крупный, красивый, несколько пижонистого вида парень, явно любуясь собой, греб, две девушки – возможно, впервые оказавшиеся в байдарке, грелись на солнышке с полузакрытыми глазами – весла лежали вдоль бортов.
Ба-бах!! – пинг-понговый шарик после подачи Григория коснулся поверхности на поле соперника.
Позже я неоднократно задавался вопросом – как поступил бы сам, если бы, сидя в байдарке, нежданно-негаданно встретился нос к носу с таким "шариком" – скачущим по воде прямо на меня, взрывающемся и извергающим желтое пламя при контактах с водой, явно не подчиняющемся элементарным законам физики – эдаким огнедышашим драконом, одним словом – себе на уме. Добавьте к начальным условиям двух девчонок, возможно, не умеющих плавать, и вы поймете, что капитан оказался в очень сложном положении. Вышел он из него с блеском – слаженности действий экипажа могли бы позавидовать Ушаков, Нахимов, Нельсон и другие выдающиеся флотоводцы. Зрители с очень близкого расстояния могли наблюдать, как, буквально по кадрам, менялось выражение лиц: полное спокойствие (мячик у ног Григория вряд ли привлек внимание экипажа при прохождении моста – потенциально опасного места) – любопытство, быть может, легкая тревога (вошли под мост и увидели непонятный мячик в полете) – безмерный ужас (мячик коснулся воды) – выделение адреналина, мобилизация и начало активных действий (мячик снова в воздухе и совсем рядом). В мгновение байдарка развернулась и на трех веслах устремилась обратно под мост, вверх по течению.
Зрители были в восторге, девица, пару минут назад истошно вопившая, столь же неприлично хохотала. Позже, когда все закончилось, мы пытались подняться под мост против течения – ни одному экипажу этого не удалось.
Между тем, мячик проскакал как раз до стремнины под мостом и, потеряв постепенно горизонтальную скорость, снова вернулся в озеро. По мере растворения натрия размер мячика мало помалу уменьшался и прыжки становились все ниже. Тут случилось еще одна неожиданность – после очередного контакта с водой мячик развалился на два, условно говоря, "полушария" неравной массы – видимо, контакт между двумя последовательными заливками при изготовлении был не особенно прочен. Далее каждое жило самостоятельной жизнью. Более тяжелое прыгало повыше, и взрывы были помощнее, меньшее обладало и меньшей амплитудой. Поскольку шарообразная форма была безвозвратно утеряна, и высота, и направления прыжков менялись раз от раза в довольно широких пределах. Слышалось это так: Бах! – пух – пух – Бах! – пух – Бах! – пух – пух – пух – Ба-бах!! – пух… Наконец, кусочки стали такие маленькие, что не могли по настоящему подпрыгнуть и горели желтым пламенем, бегая по воде, как водомерки. Собственно, пока они (т.е. водород) горели, гремучий газ не накапливался и взрываться было нечему, если же пламя гасло, через некоторое время следовал новый взрыв.
В конце концов все окончательно прореагировало и растворилось, мы спустили байдарки, попробовали подняться под мост против течения (пустые хлопоты) и вышли, наконец, на маршрут.
Не буду утомлять читателя излишними подробностями аналогичных экспериментов – они проводились неоднократно, с разными загрузками и в разных условиях, соответственно, звуковые (как и световые) эффекты также сильно отличались от раза к разу. За парой исключений, ничего хоть отдаленно подобного "шипению" не было и в помине. Впрочем, и исключения только подтверждает основной вывод. В первом случае шипели отнюдь не куски растворяющегося в воде металла, а мирные любители подледного лова – с досады от невозможности меня догнать и намылить шею (я-то, спустив "изделие" в прорубь, удирал на лыжах, преследователи располагали лишь валенками с калошами). Всем, считающим, что созерцание чудесного превращения рыбацких лунок в фонтанирующие гейзеры и уникальная возможность омыть в таком гейзере лицо на ласковом весеннем солнце не окупает некоторого сокращения улова приношу запоздалые, но абсолютно искренние извинения, Впрочем, эффект был слабенький – воздуха подо льдом практически не было, так что водород толком и не взрывался.
Напоследок заметим – если б каким-либо образом серьезные количества натрия попали нам в руки в школе, последствия могли бы быть самые печальные: ни ума, ни реальных знаний химии у нас не было, а элементарного чувства осторожности в то время мы были лишены начисто. Много позже я узнал, что в год нашего выпуска в соседней школе "любитель химии" спустил в туалет четвертого этажа кусок натрия, завернутый в алюминиевую фольгу. "Изделие" благополучно преодолело сифон унитаза, успело доплыть до стояка и, видимо, долететь донизу. Собственно, никто точно не знает, докуда оно успело долететь, потому что менять пришлось не только все унитазы в мальчиковых туалетах, но и часть чугунных труб. По моим сведениям, ни организатор взрыва, ни его причина так и не были установлены при расследовании, а ученикам на уроках химии продолжали морочить головы насчет шипения натрия в воде точно так же, как и нам.
Закончить можно описанием случая, когда шипение реагирующего с водой натрия все же удалось услышать. И случилось это уникальное явление не где-нибудь в заморской лаборатории или на спецполигоне, а в стенах родной школы, в полном соответствии с буквой учебника и словами незабвенной учительницы.
Когда П.Хмелинский задумал возродить Вторую школу, я оказался среди учителей химии. Буквально в первый день появления в школе меня ждало суровое испытание: в подвале школы обнаружился стратегический склад очень старых реактивов, в том числе, с этикетками "Сталинский Совнархоз". Обнаружился он не случайно – где-то прорвало трубу, подвал стал заполняться водой, начали искать течь. Среди многочисленных бутылок бензола, толуола, солей и прочего, нашелся ящик, в котором плавали небольшие, чуть больше стакана, стеклянные банки с пластмассовыми крышками. Света в подвале не было (видимо, выключили, чтоб не замкнуло случайно), пользовались фонариком, прочитать этикетки я не мог, да они в основном и отклеились. Впрочем, и без этикетки плавающая банка с реактивом наводит на размышления.
Плотность "школьных" солей много больше единицы, а сравнительно легкие жидкости (бензин, керосин, спирты и пр.) фасуют в бутылки. Я взял одну из банок и покачал – там явно была жидкость, но не только жидкость. Понимая уже интуицией, что находится в банках, я все еще не хотел верить, что такое возможно: десяток литров легковоспламеняющейся органики много лет мирно уживались здесь с несколькими килограммами натрия и калия, расфасованными, для удобства учителей, не в стандартные железные банки с запаянной крышкой, а в обычные стеклянные.
За всю мою многолетнюю химическую карьеру ничего более опасного, во всяком случае, в единицах "мера риска × длительность процедуры", не случалось: отыскав сухое ведро, я, стоя по голень в воде перед шкафом с реактивами, на размокших, готовых в любой момент рухнуть фанерных полках которого ждали своего часа те самые бензолы-толуолы, по одной вылавливал банки из ящика и, вытерев, переносил их в ведро, первоначально стремившееся плавать, так что его приходилось зажимать между ног. Взяв, кажется, предпоследнюю банку, я услышал шипение, и через мгновение крышка банки развалилась у меня в руках, тут же треснула и сама банка – к счастью, она уже была над ведром. Случись это на секунду раньше, и эти строки, быть может, остались ненаписанными.
Позже, рассматривая края осколков и содержимое банки, я установил – крышка треснула давным-давно, но керосин почти не испарился, а натрий (слава богу – не калий) лежал куском на дне, частично закрытый керосином, естественно, покрытый толстой коркой оксидов. Видимо, когда банка оказалась в воде, она продолжала плавать крышкой вверх, и вода через трещину в крышке начала поступать, лишь когда я выловил часть банок и эта смогла лечь на бок. Первые капли воды, прореагировав с оксидной пленкой, не достигли поверхности металла, но высокая теплота реакции привела к выдавливанию части воздуха из банки через ту же трещину. Когда реакция прекратилась и содержимое банки начало охлаждаться, банка уже лежала на боку и создавшимся разрежением в нее начала засасываться вода. Видимо, к моменту, когда я ее выловил, она была уже целиком заполнена водородом (чистый водород не взрывается) – он с шипением выходил через трещину в крышке, но, хотя банка грелась, взорваться не мог – вокруг реагирующего раскаленного натрия, где грелось, не было кислорода. Вернув банку в вертикальное положение, я охладил перетекшим керосином ее дно – отчего и треснула банка, – но одновременно и натрий – попавший в нее воздух образовал гремучий газ, но взорваться он уже не мог – теперь не было горячей поверхности. К счастью, произошло все это уже над ведром, так что и воды для теперь уже неминуемого взрыва тоже не оказалось.

Ключевые слова

Андрей Недопасов, Натрий, Калий, Химия, СССР,