Взаимодействие хлорида олова с цинком тип реакции

Оловянный ежик

Гранула цинка превращается в ежика!

Проведите этот опыт с нашей подпиской!

Этот эксперимент, как и Оловянное дерево, входит в набор Олово. Подпишитесь и получите всё, что понадобится для проведения этого эксперимента дома.

Реагенты

Безопасность

• Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
• Проводите эксперимент на подносе.
• Не закрывайте стаканчик крышкой.

• Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
• Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
• Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
• Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
• Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
• Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
• Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
• Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.

• В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
• В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
• В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
• В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
• В случае травм всегда обращайтесь к врачу.

• Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
• Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
• Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
• Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
• Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
• Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Попробуйте другой носик — он должен идеально разместиться в горлышке бутылки. Разумеется, вы можете попросить помощи взрослого.

Да, конечно. Но обязательно выберите крышку, которая подходит для бутылок, предназначенных для жидкостей. В противном случае у вас не получится закрутить крышку достаточно плотно.

Все в порядке! Просто продолжайте эксперимент.

В таком случае лучше начать эксперимент с начала.

К сожалению, долго ежика хранить нельзя. Оловянные иголки очень хрупкие и тонкие, и они моментально слипнутся, если вы вынете ежика из раствора. Вы можете подержать ежика в растворе SnCl₂ некоторое время, но не очень долго. Если вы чуть встряхнете пробирку, то иголки тут же слипнутся. А еще со временем раствор станет мутным, и образуется осадок. Мы настоятельно советуем сфотографировать ежа, пока он «молод» и красив.

Другие эксперименты

Пошаговая инструкция

Для начала подготовьте раствор хлорида олова SnCl₂.

Теперь погрузите более активный металл — цинк Zn — в раствор соли олова и понаблюдайте за происходящим!

Ожидаемый результат

Обычная гранула цинка становится колючим оловянным ежиком.

Утилизация

Пожалуйста, утилизируйте химические отходы эксперимента в соответствии с нормами вашего региона. Остальные твердые отходы утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Что произошло

В металлической форме металлы состоят из положительно заряженных частиц , окруженных облаком отрицательно заряженных электронов . И частицы одних металлов пребывают в таком облаке охотнее, чем другие.

В этом опыте олово Sn стремится оказаться в облаке электронов, а вот цинк Zn склоняется к тому, чтобы пуститься в самостоятельное «плавание» в виде заряженной частицы (иными словами, в виде иона). Когда мы помещаем цинковую гранулу в раствор с ионами Sn 2+ , олово перетягивает «одеяло» из электронов на себя и превращается в металлическое олово. Цинк в это время переходит в раствор .

Частицы олова не оседают в растворе как попало — они «рассаживаются» в определенном порядке. Химики называют такой порядок кристаллической структурой. Поэтому олово и образует красивые иглы, а не покрывает цинковую гранулу ровным слоем. Для других веществ характерны собственные кристаллические структуры. Так, если взять раствор с ионами меди (раствор CuSO₄, например) вместо олова, получится не игольчатый ежик , а совсем другое существо .

Даже у самого́ олова встречаются разные кристаллические структуры. При очень низких температурах олово предпочитает другой вид самоорганизации, что сильно сказывается на его свойствах: твердое олово начинает сильно крошиться! Такое явление называют оловянной чумой — оно сулит большие неприятности тем, кто понадеется на предметы из этого металла в сильный мороз. По одной из версий, именно такой «недуг» и поразил антарктическую экспедицию британского исследователя Роберта Скотта. Полярники оказались посреди снежной пустыни без возможности согреться из-за того, что канистры с топливом были запаяны оловом. От холода металл растрескался, и всё топливо вытекло.

Как получается ежик?

Металлический цинк Zn взаимодействует с хлоридом олова SnCl₂, находящимся в растворе. При этом протекает следующая реакция:

Олово осаждается из раствора в виде красивых кристаллических структур. Кристаллики олова растут прямо на поверхности гранулы цинка. Так и получается металлический ежик.

Дополнение

Такие реакции, как между хлоридом олова и цинком, называют окислительно-восстановительными или сокращённо ОВР. В ходе ОВР происходит перенос электронов от одной частицы (атома) к другой. Окислитель (олово Sn 2+ ) хочет забрать электроны у восстановителя (цинк Zn). Окисление — это процесс переноса электронов, в котором окислитель (элемент с относительным недостатком электронов) забирает у восстановителя (элемента с относительным избытком электронов) часть электронов с его валентной (внешней) электронной оболочки. Окислитель при этом восстанавливается (получает электроны), а восстановитель — окисляется (теряет электроны).

Чтобы говорить об ОВР, необходимо ввести понятие степени окисления атома (элемента). Степень окисления — это положительное или отрицательное число, которое приписывают элементу в соединении. Это число представляет собой формальный заряд атома (частицы) в соединении.

В простых веществах (например, Zn или I₂) степень окисления равна нулю. У одноатомного иона (Sn 2+ , Zn 2+ , H + , Na + , K + ) она равна заряду этого иона.

Сумма всех степеней окисления атомов − с учётом количества атомов! − в нейтральной молекуле равна нулю. Например, в SnCl ₂ есть 3 атома: один атом Sn 2+ и два атома Cl — , тогда получим: +2 + 2*(−1) = 0.

В сложном ионе сумма всех степеней окисления атомов будет равна его заряду. Например, HSO₄ − содержит в себе атомы H + , S +6 и 4 атома O 2− . Тогда получим: +1 + (+6) + 4*(−2) = −1.

Олово находится в соли SnCl₂ в степени окисления +2. В нашей реакции оно выступает в роли окислителя, а Zn, имеющий степень окисления «0», — в роли восстановителя. При этом происходят следующие процессы:

Получается, что Sn +2 — более сильный окислитель, чем Zn +2 . Такой вывод мы сделали исходя из результатов опыта — ведь Sn +2 окисляет цинк до Zn +2 , а обратный процесс — окисление олова при помощи Zn +2 — не происходит. В химии очень важно уметь извлекать из результатов опыта информацию о свойствах веществ.

Почему образуются «иголки» из олова?

Откуда в нашем опыте появляется олово, мы уже выяснили — цинк вытесняет его из раствора соли SnCl₂.

Но почему олово растёт на поверхности цинковой гранулы в виде таких причудливых иголок?

Реакция между хлоридом олова SnCl₂ и Zn протекает у поверхности гранулы цинка. При этом образуется олово. Наблюдаемый нами процесс роста олова в виде кристаллических структур называется кристаллизацией.

Любой металл обладает уникальным набором химических и физических свойств, в том числе особой структурой своих кристаллов. Уникальность олова заключается в том, что оно образует достаточно прочные и эластичные кристаллы, скорость роста которых в разных направлениях будет сильно различна. Благодаря этому кристаллы олова имеют форму длинных иголок.

Можно ли получить ежика, используя вместо SnCl₂ какую-нибудь другую соль?

Давайте ещё раз вспомним, что происходит в этом опыте. Цинк восстанавливает SnCl₂ до металлического олова, которое кристаллизуется из раствора в виде «иголок» металла.

Значит, если мы хотим попробовать заменить SnCl₂ на какую-то другую соль, нам нужно, чтобы было выполнено сразу несколько условий:

эта соль должна быть хорошо растворима в воде;

атом металла в этой соли должен хорошо реагировать с цинком, окисляя его до Zn 2+ (при этом сам металл должен восстанавливаться до простого вещества);

получаемый металл должен не только быть нерастворимым в воде, но и способным образовывать достаточно прочные кристаллические структуры;

образующийся металл не должен реагировать с кислородом воздуха (иначе он будет окисляться, и никаких иголок не получится).

Не трудно подобрать подходящие соли. Однако вырастить ежика из другого металла не получится. Каждый металл имеет определённое, уникальное для себя строение кристаллов. И только олово способно образовывать иголки.

Дополнение

Мы только что поговорили о том, можно ли вместо хлорида олова использовать другую соль. А можно ли заменить гранулу цинка кусочком другого металла?

Нам нужно найти такой металл, чтобы:

он не реагировал с водой;

он окислялся при помощи Sn +2 (очень важное условие, ведь Sn +2 — достаточно слабый окислитель, поэтому очень многие металлы не подходят для опыта именно по этому признаку);

продукт его окисления — катион этого металла — не выпадал в осадок в виде соли (хлорида), или в виде гидроксида (после взаимодействия с водой);

он был сравнительно легкодоступен, не токсичен и безопасен;

Из всего разнообразия металлов, представленных в таблице Менделеева, для нашего опыта могли бы подойти разве что алюминий Al или железо Fe. Алюминий всегда покрыт слоем оксида алюминия Al₂O₃. Пробиться через оксидную плёнку мы сможем. Проблема заключается в другом: алюминий весьма бурно реагирует с водой H₂O, и при этом выделяется газообразный водород H₂:

Пузырьки выделяющегося газа сломают оловянные иголки, и ежик в эксперименте не получится.

Железо могло бы подойти для этого опыта. Реакция окисления железа при помощи Sn +2 возможна:

Однако она будет идти слишком медленно, и в результате будет образовываться много побочных продуктов. Это происходит из-за того, что Sn +2 и Fe +2 — примерно с одинаковой силой хотят получить пару электронов (иными словами, их окислительная способность близка).

Получается, что лучший металлический ежик — из цинка и олова.

Развитие эксперимента

Что будет, если разбавить раствор SnCl₂ перед тем, как делать ежика?

Попробуйте повторить эксперимент, разбавив раствор хлорида олова в два раза. Для этого подходит обычная водопроводная вода. Лучше всего профильтровать её при помощи обычного фильтра. Минеральную воду из бутылок тоже можно использовать — главное, чтобы в ней не было никаких добавок. А вот газированную воду брать точно не стоит — ежик не получится.

Когда мы разбавляем раствор соли, мы увеличиваем его объём. При этом количество молекул соли остаётся прежним. Значит, содержание этих молекул в единице объёма (их концентрация) уменьшается. Уменьшение концентрации молекул хлорида олова приводит к двум важным последствиям. Как часто случается и в жизни, и в химии — в чём-то мы выигрываем, а в чём-то — проигрываем. С одной стороны, оловянные иглы теперь будут длиннее, ежик будет выглядеть красивее. С другой стороны, иголки будут расти медленнее. Разбавлять раствор хлорида олова SnCl₂ больше, чем в 2-4 раза, уже не имеет смысла — ежик будет расти слишком медленно.

Попробуйте вырастить ежика из разбавленного раствора. И не забудьте его сфотографировать!

Это интересно

Можно ли хранить ежика?

Сохранить ежика, к сожалению, не получится. Оловянные иглы очень хрупкие и тонкие — они сразу слипнутся, если вынуть ежика из раствора. Медленно упаривать раствор, оставив крышку пробирки открытой, тоже не получится. Иглы опять слипнутся − на этот раз просто под тяжестью собственного веса. Какое-то время ежика можно хранить в растворе соли, но тоже не долго. Во-первых, достаточно немного потрясти пробирку — и иголки сомнутся. Во-вторых, водный раствор соли SnCl₂ не очень стабилен на воздухе: постепенно он будет мутнеть, начнёт выпадать осадок. Олово со временем тоже потеряет «свежий» вид. Поэтому рекомендуем сфотографировать ежика, пока он «молод» и красив.

Оловянная чума: как «болеют» металлы.

Не совсем верно называть выпадающий в нашем эксперименте металл просто оловом. Ведь олово может существовать в виде двух форм (химики называют такие формы модификациями) — белого и серого олова. Белое олово — мягкий и пластичный металл серебристо-белого цвета. Именно из белого олова и получаются иголки ежика. Оно существует при температуре выше 13.2 о С. Из него делали, например, пуговицы для мундиров солдат некоторых армий начала 19-го века, фляжки и посуду, популярные в своё время детские игрушки — оловянных солдатиков. Однако, если охладить олово ниже 13.2 о С (например, на морозе), оно постепенно превратится в хрупкое и рассыпчатое серое вещество — серое олово. При сильном морозе (около −30 о С) олово практически рассыпается на глазах в серый порошок. Интересно, что, если привести в соприкосновение с серым оловом кусочек белого олова, второе «заразится» и превратится в серое. Эти явления назвали «оловянной чумой».

С оловянной чумой связано несколько любопытных, но, как правило, печальных историй.

Например, эта «болезнь» олова стала одной из причин гибели экспедиции на Южный полюс отважного путешественника Роберта Скотта. Баки с горючим, так необходимым для выживания в суровых условиях Антарктиды, были запаяны оловянными пробками. Средняя температура в Антарктиде зимой от −60 до −70 о С, а летом от −25 до −45 о С. Белое олово превратилось в хрупкое серое, пробки рассыпались, и горючее вытекло наружу.

Подпишитесь на наборы MEL Chemistry и проведите эти опыты у себя дома!

Источник