Олег Ольгин - Опыты без взрывов
Дайте пятну подсохнуть и капните одну-две капли растворителя. Если расплываюшееся пятно оставит на сорбенте-крахмале не одно, а два или несколько цветных колец, это будет свидетельствовать о том, что вы имели дело не с индивидуальным веществом, а со смесью.
Вариант опыта с тонкослойной хроматографией: пластинку с исследуемым веществом ставят наклонно в стакан, на дно которого налито совсем немного растворителя - так. чтобы он смачивал немного крахмал. Растворитель (спирт) будет подыматься по крахмалу, дойдет до капли смеси, продвинется еще выше, а смесь при этом разделится на компоненты: они по-разному удерживаются адсорбентом - крахмалом.
Не менее распространена в лаборатории колоночная хроматография, при которой смеси разделяют на колонках, заполненных сорбентом. Такой метод, пожалуй, еще точнее, но он требует терпения, поскольку раствор в колонке движется медленно.
Хроматографической колонкой вам будет служить стеклянная трубка диаметром около 1 см и длиной примерно 20 см. Закройте ватой ее нижний конец и всыпьте крахмал или сахарную пудру чуть больше, чем наполовину. Сверху влейте в трубку раствор исследуемого вещества, желательно не слишком высокой концентрации. Когда раствор пропитает крахмал или пудру в колонке примерно на половину его высоты, влейте 3-4 мл чистого растворителя. Смесь разгонится по высоте колонки, станут отчетливо видны окрашенные кольца. Их будет столько, сколько веществ входит в состав изучаемой смеси. Этот опыт хорошо удается, в частности, с экстрактом хлорофилла, если в качестве растворителя взят чистый бензин (не автомобильный, а бензин-растворитель).
ЛУЧ УПАЛ НА КРИСТАЛЛ...
Займемся тем, что приготовим полупроводник. Один раз вам это уже удалось когда вы превратили алюминиевую ложку в выпрямитель тока. Теперь опыт не менее интересный, и с теоретическими пояснениями. Ставить его лучше в химическом кружке или в школьной лаборатории, И не потому, что опыт опасный: просто дома у вас скорее всего нет требуемых веществ.
Сначала - предварительный опыт. Приготовьте раствор нитрата или ацетата свинца и пропустите через негo сероводород (работайте под тягой!). Выпавший осадок сульфида свинца PbS высушите и проверьте, как он проводит электричество. Оказывается, это самый обычный изолятор. Так причем же здесь полупроводники?
Не будем спешить с выводами, а поставим следующий, основной опыт. Для него придется приготовить равные количества, скажем, по 15 мл, 3%-ного раствора тиокарбамида NH2C(S)NH2 и 6%-ного раствора ацетата свинца. Вылейте оба раствора в небольшой стакан. С помощью пинцета внесите в растворї стеклянную пластинку и держите ее вертикальної (либо закрепите в таком положении). Надев резиновые перчатки, налейте в стакан почти доверху концентрированный раствор щелочи (осторожно!) и очень аккуратно размешайте стеклянной палочкой, стараясь не задевать ею пластинку. Слегка подогрейте раствор - так, чтобы появился пар; помешивание продолжайте. Минут через десять стеклянную пластинку аккуратно выньте, вымойте под струей воды и высушите.
И в этом случае вы получили сульфид свинца - так в чем же разница?
Во втором опыте реакция идет медленно, и осадок выпадает не сразу. Если вы наблюдали за раствором, то заметили, что сначала он помутнел и стал почти как молоко, и лишь потом потемнел,- это промежуточные соединения, разлагаясь, образовали черный сульфид свинца. И он оседает на стекле в виде тонкой черной пленки, которая состоит из очень маленьких, различимых только под микроскопом кристаллов. Поэтому пленка кажется очень гладкой, почти зеркальной.
Присоедините к пленке два электрических контакта и пропустите ток. Если сульфид свинца из предыдущего опыта вел себя как диэлектрик, то теперь он проводит ток! Включите в цепь амперметр, измерьте ток и подсчитайте сопротивление: оно окажется выше, чем у металлов, но не столь уж большим, чтобы служить препятствием для прохождения тока.
Поднесите к пластинке зажженную лампу совсем близко и снова включите ток. Вы сразу обнаружите, что сопротивление сульфида свинца резко упало. Примерно так же будет вести себя черная пленка, если ее просто нагреть. Но если при освещении и нагревании проводимость увеличивается, значит, мы имеем дело с полупроводником!
Отчего же у сульфида свинца такое свойство? Мы записали его формулу как PbS, однако истинный состав кристаллов этого вещества не вполне ей соответствует. Некоторые соединения, среди которых и сульфид свинца, не подчиняются закону постоянства состава. И все они - полупроводники. (Это же, между прочим, относится и к оксиду алюминия,ї выпрямлявшему переменный ток.)
В кристалле PbS порядок расположения частиц должен, казалось бы, строго повторяться. Но нередко благодаря тому, что концентрации растворов, из которых кристаллы получены, колеблются, порядок нарушается. Сказываетсяї влияние температуры, других внешних причин. Как бы то ни было, в реальном кристалле соотношение атомов серы и свинца не точно 1:1. Отклонения от этого отношенияї очень невелики, всего около 0,0005. Но и этого достаточно, чтобы свойства существенно изменились.
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 окажутсяї 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 образуетсяї больше свободных электронов, и проводимость растет.ї Словом, меняя соотношение атомов серы и свинца, можно получить требуемую проводимость.ї 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 - галогенидовї 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 15г 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,ї которое и осталось на ткани, так как оно нерастворимо.ї И поскольку окраска появилась на неосвещенных участках, вы получили сразу позитивное изображение.
