Краски-хамелеоны: химические цветные термометры

Автор: | 14 апреля 2021

Есть термохромные соединения, изменяющие свой цвет под действием тепла (цветовые индикаторы температуры). В технике их обычно используют вместо градусников для измерения температуры там, где трудно измерить ее обычными способами. Рецепты таких красок довольно сложны. Но если вы хотите поэкспериментировать с необычными красками-градусниками, предлагаю вам несколько доступных рецептов.

Самое распространенное соединение –  цинковые белила (окись цинка) ZnO. При нормальной температуре они белые. Если окись цинка нагреть свыше 180°С , она приобретет желтоватый оттенок. Если затем охладить её до температуры ниже 180°С , она снова постепенно станет белой. Однако окись цинка меняет свой цвет постепенно, а не в строго определенном температурном интервале.

Опыты с йодистой ртутью

Значительно интереснее в этом отношении йодистая ртуть HgI2 . При обычной температуре она ярко-красного цвета, а при температуре 126-127°С становиться лимонно-желтой. При понижении температуры это соединение приобретает прежнюю окраску.

Как получить йодистую ртуть?

Ртуть и все соединения этого металла вредны для здоровья. Не рекомендуется проводить опыты со ртутью в домашних условиях. Это лучше делать в химическом кружке по руководством преподавателя.

Первый способ: необходимо растереть металлическую ртуть с двойным количество кристаллического йода. Второй способ: несколько капель ртути растворить в 10-15 мл азотной кислоты. В результате реакции, которая сопровождается выделением бурой окиси азота, образуется азотнокислая ртуть (нитрат ртути) Hg(NO3)2. В отдельной пробирке растворите 3-5 г йодистого калия, а затем этот раствор влейте в приготовленный раствор азотнокислой ртути. В результате реакции выпадет в осадок йодистая ртуть HgI2 ярко-красного цвета.

Осадок надо отфильтровать и промыть на фильтре. Сняв с бумаги, просушить на воздухе.

Йодистая ртуть меняет цвет

Небольшое количество йодистой ртути нанесите тонким слоем на стеклянную пластинку или лист бумаги, помешенный на стальную пластинку (жесть). Жесть нужна для равномерного нагрева. Учтите, что при нагревании свыше 250 °С йодистая ртуть разлагается.

Нагревание йодистой ртути

Постепенно нагреваясь порошок при достижении температуры изменит свой цвет из красного в лимонно-желтый. При остывании пластинки йодистая ртуть станет снова красной.

Термическая краска, реагирующая на температуру 60-65 °С

В 20 мл дистиллированной воды растворите 2,5 г йодистого калия KI. Когда йодистый калий полностью растворится, добавьте в раствор 8 г йодистой ртути Hgl2. Пометьте его как раствор № 1. Затем в другой пробирке в 20 мл дистиллированной воды растворите 3 г сульфата меди CuSO4. Это будет раствор № 2. Раствор № 2 перелейте в колбу и маленькими порциями, постепенно перемешивая, добавляйте в него раствор № 1. Образуется красный осадок. Он представляет собой довольно сложное соединение Cu2(HgI4), содержащее медь, йод и ртуть.

Дайте смеси отстояться около 30 минут, после чего прозрачную жидкость осторожно слейте, а осадок поместите на бумажный фильтр и тщательно промойте не менее десяти раз дистиллированной водой.

Сухой осадок, тщательно растертый в порошок, можно теперь смешать с олифой, тогда получится термическая краска для покрытия металлических, керамических и деревянных поверхностей. Но можно порошок смешать с жидким мучным клейстером — такими красками можно писать или рисовать на бумаге и картоне. Высохнув, рисунок становиться красного цвета. Если же поднести его к лампе накаливания, батарее центрального отопления или другому источнику тепла, он приобретет бурую окраску, а после охлаждения снова станет красным.

Термическими красками на олифе можно нарисовать, например, узкие полоски на батарее центрального отопления. Их цвет будет сигнализировать: выше 65°С или ниже 60° С температура батареи в данный момент.

Термическая краска, реагирующая на температуру 40-45 °С

В 200 мл дистиллированной воды растворите 5 г йодистого калия KI. Нагрейте раствор, добавьте 8 г йодистой ртути Hgl2 и перемешайте до полного растворения. Это будет раствор № 1. В другой пробирке с 10 мл дистиллированной воды растворите 2,5 г азотнокислого серебра (ляписа) AgNO3. Это будет раствор № 2. Дальнейшую операцию следует проводить в темной комнате.

После охлаждения раствора № 1 влейте в него, постоянно перемешивая, – раствор № 2. Подождите минут двадцать, пока на дно не осядет осадок лимонного цвета. Теперь — уже на свету — осторожно слейте прозрачную жидкость, а осадок поместите на фильтровальную бумагу и несколько раз промойте его дистиллированной водой.

Осадок просушите между двумя фильтровальными бумагами. Полученный желтый сухой порошок Ag2(HgI4) размешайте в олифе, декстриновом или ацетоновом клее. Получится краска, меняющая свой цвет с лимонного на коричневый при температуре 40—45°С.

Изменение цвета при потере кристаллизационной воды

Изменение цвета красок под действием температуры часто бывает вызвано потерей кристаллогидратом части или всей кристаллизационной воды. Например, если нагреть красивые голубые кристаллы всем известного медного купороса, они обесцвечиваются, т.к. теряют кристаллизационную воду:

CuSO4 • 5Н2O -> CuSO4 + 5Н2O

Хлорид кобальта при лишении кристаллизационной воды из розового становится синим при 140 °С. Бромид кобальта при нагревании с красного становится пурпурно-синим при 43 °С, а выше 60 °С приобретает зеленый цвет. Фосфат кобальта Co3(PO4)2 изменяет свою окраску с сиреневой на темно-фиолетовую при 140 °С.

Квазиобратимые химические индикаторы

Можно поэкспериментировать и с более сложным веществом: уротропином (гексаметилентетрамин, “сухой спирт”) C6H12N4. Это вещество сгорает с образование углекислого газа, воды и азота (не образует токсичных веществ при горении), поэтому его используют в качестве простого горючего в домашних условиях. Гексаметилентетрамин замечателен своей способностью образовывать комплексные соли со многими соединениями.

4 г уротропина растворите в небольшом количестве воды и половину раствора прилейте к раствору  1 г хлористого кобальта, другую — к раствору 1 г бромистого никеля. В результате взаимодействия образуются сложные комплексные соединения состава: CoCl2 • 2C6H12N4 • 10Н2O; NiBr2 • 2C6H12N4 • 10Н2O. Из хлористого никеля и азотнокислого кобальта также образуются комплексные соединения с уротропином: NiCl2 • 2C6H12N4 • 10Н2O; Co(NO3)2 • 2C6H12N4 • 10Н2O.

Раствор аккуратно упаривают в фарфоровой чашке. Полученные кристаллы используют для получения восковых карандашей. Переход окраски у кобальтовой соли от розового к голубому наблюдается при 35° С, а у никелевой — с 60° С от светло-зеленого к голубому. Эти соединения являются квазиобратимыми, т.е. регенерируются постепенно под действием влаги воздуха. Я не указываю соотношений компонентов, необходимых для реакции. Попробуйте рассчитать сами. Для справки привожу молекулярные веса: хлористый кобальт — 129,85; бромистый никель — 138,61; гексаметилентетрамин — 140,20; вода — 18,01.

Растворите навеску хлористого кобальта в небольшом количестве воды. Подмешайте по каплям раствор хлористого никеля, хлорного железа или аммиака до полного обесцвечивания жидкости. Надпись, сделанная на листе белой бумаги, после высыхания будет незаметна. При слабом нагревании появляется красивый зеленый цвет.

При замерах не выше 150° С термочувствительные краски удобно готовить в виде восковых карандашей. Для этого растирают в ступке кристаллы реактива,тщательно смешивают с расплавленным воском или парафином и формуют в виде палочек. Таким карандашом легко наносить метки или надписи на поверхность изделия, для чего кончик карандаша нужно слегка подогреть.

Библиография

  1. Цветные термометры. Журнал “Горизонты техники для детей” 1981-5
  2. Мацей Уминьский. Красное или жёлтое. Журнал “Горизонты техники для детей” 1982-10
  3. Никулин Ф.Е. Краски-хамелеоны. Журнал “Юный техник” 1984-12
  4. Абрамович Б.Г. Термоиндикаторы и их применение. Москва : Энергия, 1972. – 224 с.
  5. Абрамович Б.Г., Картавцев В.Ф. Цветовые индикаторы температуры. М.: Энергия, 216 страниц; 1978 г.
  6. Коленко Е. А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. -СПб.: Политехника, 1994. С. 69.
Поделитесь с друзьями

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *