Химия. Узнавай химию, читая классику. С комментарием химика

22
18
20
22
24
26
28
30

Как и другие цветные металлы, цинк восстанавливается из оксида углем:

ZnO + C = Zn + CO

Для этого нужна температура 110 °C°. Но, в отличие от других цветных металлов, цинк кипит при температуре 906 °C! То есть восстановленный цинк возгоняется и сгорает в воздухе, снова образуя оксид цинка. Собрать его не удавалось, пока Чемпион не догадался проводить восстановление в герметичных огнеупорных ретортах без доступа воздуха. Так, вероятно, и действовал герой рассказа. В настоящее время к пирометаллургическому (от греческого πῦρ – «огонь») способу Чемпиона добавился гидрометаллургический. Полученный при обжиге руды оксид цинка растворяют в кислоте:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Образовавшийся раствор соли цинка далее подвергают электролизу. На катоде восстанавливается цинк:

2ZnSO4 + 2H2O = 2Zn + O2 + 2H2SO4

Но этот способ по известным причинам герою рассказа недоступен: у него пока нет источника тока.

Как получить азот?

Об азоте впервые человечество узнало только в XVIII в. В 1772 г. эксцентричный английский ученый Генри Кавендиш (открывший, кстати, и водород) проводил опыт с воздухом. Он пропускал воздух над раскаленным углем, а затем через раствор щелочи. Мы сегодня понимаем, что кислород воздуха соединялся с углем, образуя углекислый газ, который затем поглощался щелочью:

С + О2 = СО2

СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

После этих процедур оставался бесцветный газ, который Кавендиш назвал «удушливым воздухом» (в тот период развития науки любое газообразное вещество еще считали разновидностью воздуха). Наш герой вполне мог воспользоваться этим способом для выделения азота из воздуха.

Но герой рассказа предпочел поначалу получить азот из аммиачной селитры. До открытия аммиачной селитры Иоганном Рудольфом Глаубером оставалось четыре года! Считают, что впервые она была получена в 1659 г. Это означает, что все необходимые для этого вещества и методы науке уже были известны. Глаубер получил ее, скорее всего, действуя аммиаком на азотную кислоту. Сначала Глаубер усовершенствовал способ получения азотной кислоты. До него азотную кислоту веками получали нагреванием смеси селитры и железного купороса. Глаубер заменил купорос купоросным маслом, то есть концентрированной серной кислотой:

2NaNO3 + H2SO4 = 2НNO3 + Na2SO4

Пары азотной кислоты отгонялись и конденсировались. Далее на азотную кислоту нужно подействовать аммиаком:

3 + НNO3 = NН4NO3

Ученым, открывшим аммиак, считается Джозеф Пристли. Это произошло в 1774 г. Но аммиак был известен и ранее. Его получали из соли аммония (хлорида аммония, или нашатыря) действием щелочей.

Герой рассказа вполне мог получить азотную кислоту по методу Глаубера, поскольку концентрированную серную кислоту он получил, а раздобыть селитру в середине в XVII в. не было проблемой, ведь черный порох, содержащий селитру, известен в Европе с XIV в. Для получения аммиака нужны нашатырь и гашеная известь:

2NН4Cl + Са(ОН)2 = СаCl2 + 2NН3 + 2Н2О

Перечень операций, который приводится в рассказе, не вполне соответствует описанным реакциям. Не совсем понятно, что следует понимать под намерением «восстановить селитру». Если под восстановлением понимается кипячение селитры в концентрированном растворе щелочи с добавлением цинка (цинк уже получен!), то продуктом восстановления будет аммиак. Аммиак нам нужен. Значит, нашатырь уже доставать не требуется.

NaNO3 + 8Ho (Zn, конц. NaOH) = NН3 + 2Н2О + NaOH