Научные забавы: кухня как лаборатория

Недавно я спросил своего бывшего одноклассника, какие химические опыты нам показывали в школе. Долго вспоминать не пришлось - их, опытов, было ровно два! Растворение мела в воде и изменение окраски индикаторной бумаги. И оба опыта я, признаться, пропустил. То ли болел, то ли прогуливал. На этом фоне чуть ли не с благодарностью вспоминается учительница физики, которая извлекала из недр лаборантской электрофорную машину или простейшие магниты. А еще она могла отлупить длинной деревянной линейкой по заднице.

Когда я уже сам начал рассказывать детям об удивительной «механике» окружающего мира, то с радостью обнаружил, что совершенно не обязательно обзаводиться таинственной лаборантской, полной непонятных приборов. Или обивать пороги академий с просьбой поюзать синхрофазотрон. Порой достаточно и куриного яйца! И вообще, если вы хотите рассказать ребенку о фундаментальных законах нашего мира – отправляйтесь на кухню.  

Стоит ли атмосферное давление яйца?

Вечный спор о курице и яйце нас не интересует. А вот как засунуть яйцо в бутылку, не прилагая особых усилий, – достаточно интересно (при определенной подготовке и сноровке, туда же можно отправить и курицу).

Очень старый опыт. Берем стеклянную бутылку и очищенное яйцо. Нагреваем внутренний объем бутылки (на открытом огне, горячей водой или поместив горящий объект внутрь). Закрываем горловину яйцом, как пробкой. Несколько секунд и - вуаля - яйцо со смачным чпоком оказывается внутри.

Удивительно, но этот простой опыт чаще всего объясняют очень не точно (и особенно умные взрослые!). Спросите кого-нибудь, и скорее всего услышите сказку о вакууме, образовавшемся из-за того, что мы сожгли кислород внутри бутылки.

На самом деле, когда внутренний объем нагрелся, то и молекулы воздуха, «разгоряченные», полные сил стараются разбежаться в стороны (вспомните, как надувается воздушный шар). Единственный выход – через зазор между яйцом и горловиной бутылки. Когда нагрев прекращается, воздух охлаждается. Внутри образуется разреженная область. Вакуум, действительно, образуется. Но так называемый «парциальный», или «частичный», «неполный». Природа не терпит пустоты и разреженная область должна быть заполнена – внутрь бутылки устремляется воздух из окружающего пространства. Но яйцо-пробка ему помеха. Давление молекул воздуха как раз и заталкивает «шалтай-болтая» внутрь. Вот мы и поговорили об атмосферном давлении.

А если за яйцами лень идти в магазин, сделаем еще более простой опыт. На плоскую тарелку налейте воды. Положите на воду зажженную свечку (идеально подойдут свечки-таблетки в алюминиевом корпусе) и накройте ее высоким стаканом. Механизм процесса тот же, что описан выше. Наглядный результат другой – свеча поднимется на водяном столбе, как на лифте. А тарелка вокруг стакана "осушается".

Или совсем уж простой вариант, если не оказалось под рукой свечи. Разверните и расстелите на столе газету. Под неё подсуньте длинную линейку так, чтобы сантиметров на 30-50 она бы нависала над полом. А теперь попробуйте ударом по линейке перевернуть газету. Задача не самая легкая. Ведь поверхность газеты, на которую воздух оказывает давление, достаточно большая.

По воде, аки по суху

Самое запоминающееся исполнение этого опыта я видел в шоу Такеши Китано. Бассейн заполнили странной белесой жидкостью, по которой соревнующиеся могли бегать. Но стоило им только замедлить шаг или остановиться, как они уходили в неё по пояс и вязли.

Неньютоновская жидкость – проста в изготовлении и приводит в восторг при общении. Википедия нам подскажет. Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.

Возьмите несколько пакетиков крахмала (картофельного ли, кукурузного ли) и разбавьте водой. Примерная пропорция: на 1 пакетик (200 грамм) полстакана воды; идеальное соотношение найдете экспериментально (иначе для чего мы здесь собрались?!). Полученная жидкость по консистенции напоминает жидкое тесто для блинов. А теперь опускаем в неё руки и начинаем делать различные пасы и прочие кульбиты. Фишка в том, что чем сильнее активнее и быстрее вы будете с ней взаимодействовать (т.е. увеличивать градиент, модуль, скорости), тем сильнее жидкость будет вам противодействовать, по ощущениям, вести себя, как твердое тело. Если же ваши движения будут медленными – то все равно, что водить руками в воде. Скатайте между ладоней шарик. Чувствуется, будто работаешь с глиной. Раскройте ладонь, прекратите движение, и увидите, как растекшийся шарик просачивается между пальцами.

Один мой друг, увлекающийся даосизмом так пояснил этот опыт: чем сильнее мы сопротивляемся обстоятельствам, тем с большим противоборством встречаемся. Порой ситуацию надо просто отпустить. Ну, что ж, им, даосам, виднее. А родителям важнее будет знать, что проводить его лучше всего в фартуках. Опыт не то, чтобы грязный (да и крахмал легко отмывается), сколько неаккуратный. Ну, будете делать, поймете.

Химия. Объясняю на картошке

Опыт, который, кажется, должны знать все. Но вот, спросил жену, и оказалось, что она его не знает. А ведь в их гимназическом классе были серьезные занятия по химии.

Разрежьте пополам картофелину и капните на нее йод. Коричневая жидкость почти сразу поменяет свой цвет. Капля станет черной. Чуть разотрите ее по срезу – и увидите, что на самом деле она иссиня-черная – синяя.

Так взаимодействует йод с крахмалом. Объяснение этого простого опыта достаточно сложное. Интересующиеся могут полюбопытствовать, а после попробовать объяснить ребенку. Однако на этом наш опыт не завершается. На примере йода и крахмала можно еще рассказать об обратимости химических реакций. Добавьте капельку йода в разведенный крахмал. Если нет пробирки, возьмите стеклянный стакан или рюмку. Посиневший раствор нагрейте. Удивительно, но жидкость стала прозрачной (либо мутноватой)! Дайте жидкости остыть или добавьте льда и … раствор снова синий!

Огнетушитель из соды

Мы с бабушкой часто готовили кекс. Большой, круглый, с цукатами и сухофруктами, он всегда был украшением стола. Но самым волнительным этапом приготовление для меня было гашение соды лимонным соком. Ну, если вы готовили, то знаете, как это здорово, когда белый порошок на ложке начинает шипеть и пузырится. Пищевая сода – это гидрокарбонат натрия (или, как написано на каждой коробке – натрий двууглекислый), NaHCO3. При взаимодействии с кислой средой (лимонная кислота, уксус) начинается активное выделение углекислого газа (CO2), который-то нам и нужен.

Во-первых, это просто забавно, когда из бутылки, в которую насыпали соды и добавили уксусной кислоты, раз за разом вылетает пробка, которой безуспешно стараешься заткнуть горлышко (в перевернутом варианте может даже получиться небольшая ракета). Параллельно детям можно рассказать про паровую пушку, которую при случае, оказавшись в Санкт-Петербурге, вы покажете ребенку в музее артиллерии.

Во-вторых, отыщите где-нибудь огнетушитель и прочитайте, что на нем написано. Скорее всего он будет маркирован, как «ОУ», т.е. «Огнетушитель Углекислотный». Дело в том, что углекислый газ тяжелее кислорода и вытесняет его из объема, не давая поддерживать горение. Зная этот принцип, можно сделать собственный огнетушитель.

Возьмите широкую чашку. Насыпьте на дно соды, установите внутри свечку и зажгите фитиль. А чуть погодя добавьте несколько капель уксуса. Вы услышите шипение, заметите начало реакции и … вдруг обнаружите, что свеча погасла. Пока реакция идет, попытайтесь снова зажечь свечу. Но не надейтесь, что это так легко получится.

Продолжение опытов - в следующих выпусках!

Фото: Георгий Шуклин, Pexels