Лев Власов - Занимательно о химии
Лишь спустя восемьдесят лет солнечный гелий передал эстафетную палочку научных неожиданностей элементу технецию. Тому, что занимает место номер 43 в менделеевской таблице. Призрак в земных рудах, технеций сначала был открыт в спектрах некоторых звезд, а затем ученые обнаружили ничтожные его следы на Земле. И в этих звездах технеций — отнюдь не редкий элемент. Он непрерывно образуется там в результате ядерных реакций.
Новых элементов ни на Солнце, ни в звездах уже больше открыть не удалось. Да, пожалуй, и не удастся. Ведь мир един: Земля, Солнце, планеты и звезды, вообще все небесные тела состоят из одних и тех же химических элементов.
Вот что оказалось любопытным: в небесах действует совершенно иная «бухгалтерия» химических элементов, чем на Земле. Не кислород и кремний главенствуют в космосе, а водород и гелий. Их, первых представителей периодической системы, во вселенной во много раз больше, чем всех остальных элементов, вместе взятых. Видите, к какому удивительному парадоксу привела химия звезд: наша Галактика — это в первую очередь царство водорода.
Волны и вещество
Цветовых оттенков в природе неисчислимое множество. Это знают и химики. И подчас сказочная гамма окрасок ставит их в тупик.
— Какого цвета, скажем, раствор нитрата ниодима?
— Розовый, — ответит химик.
— А в какой цвет окрасится раствор трехвалентного железа, если к нему прилить роданида калия?
— В красный.
— А какой будет окраска, если к фенолфталеину добавить раствора щелочи?
— Малиновый.
Так можно продолжать довольно долго: очень многие химические реакции идут в цветовом оформлении. Притом оформлении однотонном. Думается, что если мы назовем еще с десяток соединений, растворы которых имеют цвет, близкий к красному, то окончательно запутаемся. Правда, говорят, что художники и текстильщики, связанные с крашением тканей, различают около двух десятков оттенков красного цвета. Вот что значит наметанный глаз!
Для химиков же такое «интуитивное» различение цветов и оттенков мало подходит. Ведь даже раствор одного и того же вещества в зависимости от концентрации может иметь множество оттенков. Где уж тут их все запомнить!
Живут, оказывается, на Земле люди, что различают цвета с завязанными глазами. Кончиками пальцев. Медики говорят, что у этих людей чрезвычайно развито так называемое кожное зрение. Знаменитый Джонатан Свифт иронизировал по поводу «научной» тематики Лапутянской академии наук: там слепые смешивали различные краски.
Сарказм английского сатирика ныне стал неуместным. Сейчас химики могут сказать о цвете раствора, не видя его в глаза. Помогает в этом так называемая спектрофотометрия. Этот своеобразный метод анализа получил свое название от прибора — спектрофотометра. Прибор позволяет провести анализ окраски химического соединения или его раствора.
Еще Исаак Ньютон, пропуская тонкий солнечный луч через стеклянную призму, обнаружил, что белый цвет — сложный. Каждый, наверное, видел радугу. Все цвета радуги и являются составляющими белого цвета. Такую же радугу наблюдал и Ньютон, пропуская солнечный луч через призму. Эта радуга называется спектром.
Но что такое свет? Это электромагнитные колебания, волны. А каждая волна имеет определенную длину (ее обычно обозначают греческой буквой «лямбда»). С помощью длины волны можно точно характеризовать любой цвет или оттенок. Например, химики говорят: «Красный цвет с длиной волны, равной 620 миллимикронам», или: «Красный цвет с длиной волны, равной 637 миллимикронам». (Миллимикрон — одна тысячная микрона, или одна миллионная доля миллиметра.) Теперь уже не нужно присваивать отдельным оттенкам определенные названия — «малиновый», «красный», «бордовый», «кумачовый», «алый». Достаточно назвать длину волны, и всем ученым на свете станет ясно, о каком цвете, каком оттенке идет речь. Каждое соединение получило как бы своеобразный «паспорт», где в графе «цветность» записано: «Лямбда равна такой-то величине». Поверьте, это весьма солидный документ.
Но это полдела. Ведь цвет соединения зависит от того, какие лучи, с какой длиной волны оно поглощает, а какие — пропускает. Например, если раствор соли никеля зеленый, значит, он поглощает все длины волн света, кроме тех, которые отвечают зеленому цвету. А, к примеру, желтый раствор хромовокислого калия прозрачен только для желтых лучей.
Спектрофотометр как раз и позволяет получить поток световых лучей вполне определенной длины волны и исследовать, как поглощаются они тем или иным веществом. Громадное количество соединений как органических, так и неорганических было исследовано с помощью спектрофотометров.
Кроме света видимого, есть свет невидимый. Тот, которого человеческий глаз не замечает. Эти «потусторонние света», расположенные за границами видимого светового спектра, называют ультрафиолетовым и инфракрасным излучением. Химики проникли и в эту область. Они изучили спектры различных химических веществ в ультрафиолетовой и в инфракрасной областях. Здесь-то и обнаружилось очень интересное явление. Оказалось, что каждому химическому соединению (или иону) присущ свой собственный, характерный только для него спектр полосы поглощения. И здесь каждое вещество имеет свой «цветовой» (инфракрасный или ультрафиолетовый) «паспорт».
С помощью спектров поглощения можно проводить не только качественный, но и количественный анализ. И вот почему: во многих случаях интенсивность окраски тем глубже, чем больше концентрация химического соединения в растворе. Тем сильнее поглощается им свет определенной длины волны. Таким образом, определяя поглощение света раствором (как принято говорить, «определяя его оптическую плотность»), легко можно узнать количество интересующего нас элемента.
И всего лишь ртутная капля
Из глубины веков дошел до нас афоризм: «Все гениальное — просто».
Один-единственный раз Нобелевской премии было удостоено открытие в области химического анализа. Его сделал в 1922 году Ярослав Гейровский, замечательный чешский ученый. С тех пор Прага стала своеобразной Меккой. К Гейровскому начали стекаться многочисленные паломники — учиться новому методу. Полярографии.
Теперь во всем мире публикуется ежегодно больше тысячи статей, посвященных полярографическому анализу.
Вот его суть, так сказать, «на пальцах». Стеклянный стакан с раствором, в котором требуется определить концентрацию данного вещества. На дно стакана налита ртуть. Слой ртути — это один электрод. Из капилляра через определенные промежутки времени в стакан падает ртутная капля. Она-то и является другим электродом.
К электродам подводится электрический ток. В растворе должен начаться электролиз. Он идет лишь при некотором значении потенциала ртутной капли. Если это значение мало, в цепи тока нет. Оно увеличивается, и ионы, содержащиеся в растворе, начинают разряжаться. В цепи возникает ток.
Когда в растворе ионы разных элементов, то они разряжаются не все сразу, а постепенно. Для каждого вида ионов характерно свое значение потенциала.
Химики строят график. На оси абсцисс они откладывают величину потенциала, на ординате — силу возникающего тока. Кривая напоминает лесенку. Каждая ее ступенька соответствует разряжению определенных ионов.
Полученную лесенку сравнивают с кривой-эталоном. С такой кривой, которая заранее была вычерчена для раствора, содержащего известные концентрации известных веществ.
Так одновременно проводится и качественный и количественный анализ раствора. С помощью специальных устройств анализ проходит автоматически.
О полярографическом методе так и хочется сказать — изящный. Но дело не в одном лишь изяществе. Полярография проста, быстра, точна и по этим своим качествам превосходит большинство других методов анализа. С ее помощью можно, скажем, определить присутствие в одном кубическом сантиметре раствора… миллионной доли грамма хлористого цинка. И на весь анализ уйдет меньше десяти минут.
Первоначальную идею Гейровского теперь усовершенствовали, появилось много ее разновидностей. Например, адсорбционный полярографический анализ. Его чувствительность необычайно высока. Миллиардные доли грамма органического вещества в кубике раствора легко поддаются определению.
Где нужна полярография? Да практически всюду. И для автоматического контроля производства и для анализа минерального сырья и сплавов. Полярография позволяет судить о содержании в организме витаминов, гормонов и ядов. Медики даже хотят применить полярографию для ранней диагностики рака.
Химическая призма
Фамилия и специальность этого ученого по странной прихоти судьбы созвучны названию сделанного им открытия.
![Абрахам Мэррит - Гори, ведьма, гори! [Дьявольские куклы мадам Мэндилип]](/uploads/posts/books/85743/85743.jpg)
