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.

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.

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.

Фамилия и специальность этого ученого по странной прихоти судьбы созвучны названию сделанного им открытия.