Задача 11 Ртутное сердце Команда: Мастера Беспорядка

Химия – это наука о любви, как гласит расхожая
цитата. И эта любовь может заставить пульсировать
даже сердце, отлитое из металла. Это подтверждает
опыт под названием "ртутное сердце". Его методика
заключается в следующем: каплю ртути помещают в
раствор серной кислоты с малым содержанием
дихромата калия, после чего к капле прикасаются
железным гвоздем или проволокой. При этом
наблюдается пульсация капли с обратимым изменением её формы. Ртуть в этом
опыте можно заменить на галлий, однако капля металла в данном случае не будет
образовывать симметричные формы, подобно переходящим друг в друга
треугольникам ртути. Приведите объяснения для явлений, наблюдаемых в этом
опыте. Предложите аналогичный опыт, безопасный и осуществимый в условиях
школьной лаборатории. Опыт обязан включать в себя обратимое изменение
формы объекта за счет химических процессов, но не обязан включать в себя те
же вещества, что и эксперименты, указанные в условии задачи.
Условие задачи

Цель
1. Привести объяснения для явлений, наблюдаемых при проведении опыта «ртутное сердце».
2. Предложить аналогичный опыт, безопасный и осуществимый в условиях школьной лаборатории.

Критерии выбора модели
- низкая температура плавления
- нетоксичность
- невысокая химическая активность
- доступность

Анализ литературы
Физические величины. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991.
В. Я. Хавин. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1991.
В. И. Перельман. Краткий справочник химика. — М.-Л.: Химия, 1964.
Справочник по пайке. — изд 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1984.

Наше решение
Суть опыта:
1) На стекло помещают каплю ртути и капают 6М р-ром H2SO4, добавляют K2Cr2O7

2) Ртуть на поверхности капли окисляется до сульфата(HgSO4)-> поверхностное натяжение капли уменьшается-> капля растекается.
Hg0 + SO42- -> HgSO4

3) При касании капли железной проволокой, ртуть на поверхности восстанавливается(Fe0 + Hg2+ -> Fe2+ + Hg0)-> поверхностное натяжение капли растет-> капля стремится к уменьшению площади своей поверхности-> капля сжимается.

Аналогичный опыт
Нам необходимо засчёт исключительно химических свойств вещества изменить его поверхностное натяжение, сделав реакцию самовоспроизводящейся.
https://www.youtube.com/watch?v=BuZOemSiKI0
Рис. . Галлиевый вариант опыта

Рис. . Структура кристаллической решетки галлия
Рис. . Структура кристаллической решетки ртути
https://mash-xxl.info/pic1/110054132226176164093020198255085055177071017128.png
https://www.chem21.info/info/279101/

Возможные варианты
Висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % при t воды> 60°C [2]
Гвоздь можно использовать также железный.
Сплав не токсичен.
Рис. . Висмут
https://s1.funon.cc/img/orig/201803/11/5aa5af1af2ca4.jpg

Сплав Филдса[3]
Висмут 58 %, индий 17 %, олово 25 % при t воды> 80°C
Железный гвоздь.
Не токсичен.
Рис. . Висмут
https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-5e13df666e728f0b41770a75c0b0e3d4-c

Преимущества и недостатки решения
+ Я схематично объяснил процессы, происходящие при проведении опыта «Ртутное сердце». Я объяснил, почему не получается опыт с галлием.
- Металлы, в данных сплавах достаточно дорогие.

Вывод
1. Были приведены объяснения для явлений, наблюдаемых при проведении опыта «ртутное сердце».
2. Предложены аналогичные варианты проведения этого опыта, безопасные и осуществимые в условиях школьной лаборатории.

Источники информации
[1] https://www.chem21.info/info/1164769/
[2]Физические величины. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991.
В. Я. Хавин. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1991.
В. И. Перельман. Краткий справочник химика. — М.-Л.: Химия, 1964.
Справочник по пайке. — изд 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1984.
[3]Heavy Metals—Advances in Research and Application: 2013 Edition
https://en.wikipedia.org/wiki/Field%27s_metal