Олег Ольгин - Опыты без взрывов
Атомы свинца и серы связаны в кристалле двумя электронами: свинец отдает их сере. Ну а когда соотношение 1:1 нарушается? Если рядом с атомом свинца нет атома серы, электроны окажутся свободными — они-то и будут служить носителями тока. А таких случаев совсем не так мало, как может показаться. Конечно, отношение 1,0005:1 почти равно единице, но если вспомнить, как много атомов в кристалле, то эта незначительная разница уже не покажется вам такой пустячной.
Состав сульфида свинца можно регулировать. Нужно это затем, чтобы изменять его проводимость. Когда атомов серы в кристалле становится больше, то проводимость падает, а когда их меньше, то образуется больше свободных электронов, и проводимость растет. Словом, меняя соотношение атомов серы и свинца, можно получить требуемую проводимость. Опыт этот поставить непросто; если вы не рискнете проводить эксперимент, поверьте на слово, что он получается.
Возьмите кварцевую трубку и поместите в неб лодочку с сульфидом свинца. С другой стороны введите в трубку такую же лодочку со свинцом и очень сильно нагрейте трубку, чтобы свинец начал испаряться. Сульфид в этом случае будет поглощать пары, он обогатится свинцом, н его электропроводность значительно повысится.
Осталось лишь ответить на вопрос, отчего сульфид свинца так чувствителен к освещению. Световые кванты сообщают энергию электронам, причем в каждом конкретном случае наиболее эффективны лучи с определенной длиной волны. Для сульфида свинца — это инфракрасное тепловое излучение. Поэтому-то мы и советовали вам поднести лампу поближе к пленке.
Между прочим, в приемниках инфракрасного излучения и используют обычно прекрасный полупроводник— сульфид свинца.
НЕОБЫЧНАЯ ФОТОГРАФИЯ
В основе фотографического процесса лежат превращения светочувствительных веществ — галогенидов серебра, чаще всего бромида. Находясь в светочувствительной эмульсии, они распадаются под действием света, и на освещенных участках появляются крохотные кристаллические зародыши серебра.
А серебро — драгоценный металл, нужный не только для фотографии. И поэтому исследователи ищут такие светочувствительные вещества и системы, которые не содержали бы серебра. На этом пути есть и удачные находки, но полноценного заменителя пока не найдено. Впрочем, для некоторых целей фотографию без серебра или почти без серебра успешно используют. И такие необычные процессы можно воспроизвести самостоятельно. Вот несколько примеров.
В 100 мл дистиллированной воды растворите 15 г глюкозы и 2 г бихромата аммония. Чистую тонкую белую ткань пропитайте приготовленным раствором и высушите ее, но обязательно в темноте, потому что она стала светочувствительной, и в темноте же прогладьте утюгом. Заранее приготовьте проявляющий раствор. Он состоит из 1 г нитрата серебра (обойтись вовсе без солей серебра не удается) и 10 мл уксусной кислоты на 100 мл воды.
Сделайте на кальке рисунок — то изображение, которое вы хотели бы перенести на ткань. Положите кальку поверх ткани и вынесите на дневной свет. Не торопитесь; чтобы фотохимический процесс завершился, понадобится около пяти минут, а при электрическом освещении и того больше. Для проявления опустите ткань в проявляющий раствор. Полная темнота уже необязательна, допустимо слабое рассеянное освещение.
Высушите проявленную ткань; на ней темно-коричневый рисунок.
В этом опыте вы воспользовались восстановительными свойствами глюкозы — она восстанавливала хром в бихромате аммония. А тот бихромат, который не восстановился, вступил в реакцию с ионами серебра из проявителя, образовал окрашенное соединение, которое и осталось на ткани, так как оно нерастворимо. И поскольку окраска появилась на неосвещенных участках, вы получили сразу позитивное изображение.
Другой вариант этого способа, тоже с бихроматом аммония, но уже без глюкозы и, что важнее, без серебра даже в проявителе. Приготовьте эмульсию, состоящую из двух растворов. Первый раствор: 17 г столярного клея и 6 г желатины залейте 100 мл воды, добавьте 3 мл водного раствора аммиака и оставьте для набухания на сутки, а затем нагревайте около часа на водяной бане при 80 °C до полного растворения. Второй раствор: по 2,5 г бихромата аммония и хромокалиевых квасцов, 3 мл водного раствора аммиака, 30 мл воды и 6 мл спирта. Когда первый раствор остынет примерно до 50 °C, при энергичном перемешивании влейте в него второй раствор и полученную эмульсию дважды профильтруйте (лучше — через вату). Поставьте ее в темное место, и следующую операцию — нанесение эмульсии на металлическую, стеклянную или керамическую пластинку — проводите в затемненном помещении.
Подогретую до 30–40 °C эмульсию налейте тонкой струйкой на чистую пластинку, покачивав ее, чтобы выровнять слой. Минут десять-пятнадцать посушите пластинку, желательно при небольшом нагревании, и, как и в предыдущем опыте, положите на светочувствительный слой кальку с изображением. Прижмите ее стеклом, чтобы она распрямилась, и осветите. Несколько минут на ярком солнце — то, что нужно, а если освещение искусственное, то включите на 10 мин несколько ламп общей мощностью около 2000 Вт, желательно с рефлекторами.
Проявлять надо сразу, иначе хромовые соли задубят желатину и там, где не надо. Проявитель — чуть теплая, не более 30 °C, вода. Незадубленная желатина в ней растворится. А те участки, в которых под действием света белки желатины затвердели, останутся на поверхности.
Изображение получилось не очень четким. Чтобы исправить этот недостаток, опустите отпечаток в 1 %-ный раствор индикатора метилового фиолетового (можно взять разбавленные фиолетовые чернила). Промойте пластину в воде и приступайте к закреплению в растворе: 5 г бихромата аммония, 2 г хромокалиевых квасцов и 4 мл спирта на 100 мл воды; время — три-четыре минуты. Высушите фотографию на воздухе. Для дополнительного закрепления снимка можно нагреть его несколько минут в сушильном шкафу или в духовке.
Следующую бессеребряную фотографию сделаем более привычно — на бумаге. Правда, на фильтровальной; но все равно — этот опыт демонстрационный.
Кружок бумаги опустите в раствор, содержащий по 20 мл 5 %-ных растворов красной кровяной соли К3[Fе(СN)6], хлорида железа FeCl3 и щавелевой кислоты Н2СO4 (осторожно!). Пропитанную бумагу извлеките из раствора и высушите в темноте, затем положите кальку с рисунком и засветите солнечным светом. Лампы накаливания для этой цели не годятся, а вот ультрафиолетовая (кварцевая) лампа подойдет. Освещенные места станут темно-синими из-за образования уже знакомой вам турнбулевой сини. Проявления не нужно, а для закрепления промойте бумагу водой, чтобы смыть вещества, не вступившие в реакцию.
И последний опыт с бессеребряной фотографией. В одном стакане растворите в 100 мл воды по 0,4 г хлорида железа (III) и щавелевой кислоты, в другом—1,4 г хлорида меди в таком же количестве воды. Смешайте 10 мл первого и 0,6 мл второго раствора, пропитайте смесью фильтровальную бумагу и высушите ее в темноте. Заготовьте проявитель: 3,5 г медного купороса, 17 г сегнетовой соли (двойной натриево-калиевой соли винной кислоты), 5 г едкого натра (осторожно!) на 100 мл воды и смешайте с 25 мл 40 %-ного раствора формальдегида. Вновь засветите бумагу на солнечном свете или под ультрафиолетовой лампой через кальку с рисунком; в отличие от предыдущего опыта изображения сперва не видно. Оно появится после 15-минутной выдержки в проявителе и промывки в большом количестве воды.
Этот процесс несколько напоминает серебряную фотографию, поскольку в светочувствительном слое также образуются центры кристаллизации, но не серебра, а меди; однако медь осаждалась не из эмульсии, как в обычной фотографии, а из проявляющего раствора.
ВНИМАНИЕ, СКОРОСТЬ!
В химической науке есть особая область, которая изучает скорости и механизмы различных реакций, — химическая кинетика.
Хотя химическая теория может объяснить многое, предсказать теоретически скорость любой реакции пока нельзя. Ее изучают экспериментально, в лаборатории, и потом разрабатывают способы, как эту скорость изменить. Есть немало реакций, важных для промышленности, которые идут слишком медленно, нужно уметь их ускорять. Другие реакции, напротив, приходится тормозить, потому что они вредны.
Словом, химическая кинетика — экспериментальная наука. В справедливости ее законов можно убедиться, поставив несколько несложных опытов.
Для начала удостоверимся в том, что скорость одной и той же реакции действительно может изменяться, и довольно значительно. (Впрочем, это можно предположить на основании не химического, а жизненного опыта; к примеру, продукты на морозе портятся медленнее, чем на жаре, потому что при разных температурах одни и те же биохимические реакции идут с разными скоростями.)
