Занимательно о химии - Власов Лев Григорьевич

Перед каждым значительным праздником мы можем услышать по радио слова диктора: «Приказ министра обороны… В ознаменование… приказываю: произвести салют в столице нашей Родины Москве, в столицах союзных республик, а также в городах-героях…»

Красиво небо во время салюта. Желтыми, зелеными, красными огнями расцвечивается оно под грохот орудийных залпов. Традиция отмечать праздники салютами и фейерверками очень стара. Еще за две тысячи лет до нашей эры в Китае было известно искусство пиротехники. Но использовать цвет пламени для химического анализа ученые додумались относительно недавно.

Немногим больше ста лет назад немецкий химик Кирхгоф обратил внимание, что соли различных металлов окрашивают бесцветное пламя газовой горелки в различные цвета. Так, соли натрия придают пламени желтую окраску, кальция — карминово-красную, бария — зеленую и т. д.

Кирхгоф быстро сообразил, что окрашивание пламени в определенный цвет солями различных металлов дает возможность быстро и безошибочно устанавливать присутствие тех или иных химических элементов в изучаемых веществах. Однако радость оказалась преждевременной. Все было хорошо, пока ученый пользовался чистыми солями. Но если, например, смешать соли натрия и калия, то на фоне ярко-желтого пламени горелки (обязанного своим цветом присутствию натрия) фиолетовую окраску калия практически невозможно разглядеть.

На помощь химику Кирхгофу пришел физик Бунзен. Он предложил рассматривать пламя горелки, в которое вносится смесь солей, через специальный прибор — спектроскоп. Основной его деталью служит призма, которая, если через нее пропускать белый свет, разлагает его в спектр, то есть на составляющие. Само название «спектроскоп» по-русски и означает «наблюдать спектр».

Вот здесь-то ученых и поджидала удача. Оказалось, что в отличие от других источников света пламя газовой горелки, в которое вносилась испытуемая соль, давало не сплошной, а линейчатый спектр, причем положение линий на спектре было строго постоянным. Так, если рассматривать в спектроскоп пламя, в которое внесли соли натрия, можно различить две очень близкие друг к другу исключительно яркие желтые линии. Если в пламя внести соли калия, на спектре мы увидим одну красную и две фиолетовые линии и т. д.

Кирхгоф и Бунзен обнаружили, что линии определенных химических элементов появляются на одних и тех же местах всегда, когда их соли вносятся в пламя. Мы можем внести в пламя хлористый, сернокислый, углекислый, азотнокислый натрий, и всегда линии натрия будут появляться на одном и том же месте. Даже если мы смешаем соли натрия с какими-нибудь другими, например, с солями калия, меди, железа, стронция, бария, все равно линии натрия появятся на своем месте.

Кирхгоф и Бунзен, окрыленные своим открытием, работали не покладая рук. Очень многие элементы и соединения испробовали они «на пламя». А через некоторое время составили список химических элементов с характеристиками их линий в спектре. Теперь ученые уже могли безошибочно анализировать многие сложные смеси веществ.

Так родился спектральный анализ. Он оказался не только прекрасным методом качественного определения тех или иных известных химических элементов в смесях. Именно с его помощью были открыты новые элементы: рубидий, цезий, индий и галлий. А когда выяснилось, что интенсивность (яркость) линий зависит от количества присутствующих в смеси веществ, спектральный анализ занял почетное место в ряду количественных методов.

В ожидании солнечного затмения 1868 года астрономы, как всегда, снаряжались солидно. На сей раз они не забыли взять с собой и спектроскоп, незадолго до этого позволивший открыть несколько новых элементов.

Прошло затмение, страсти успокоились. А 25 июля 1868 года Парижская академия наук получила сразу два письма: одно — с берегов далекой Индии от француза Жансена, а другое — из Англии, от англичанина Локьера. В обоих письмах почти слово в слово повторялось одно и то же: оба ученых извещали академию, что каждый из них открыл на Солнце с помощью спектрального анализа неизвестный на Земле элемент. В спектроскопе он дает желтую линию, по цвету схожую с линией натрия. Но к натрию эта линия никакого отношения не имеет.

Почтенное собрание ученых было крайне поражено. Мало того, что Жансену и Локьеру удалось «проанализировать» Солнце, они еще и утверждают, что обнаружили новый элемент!

А на Земле гелий (так был назван «солнечный элемент») открыли лишь в 1895 году, 27 лет спустя.

В честь такого события — открытия метода, позволяющего начать изучение тайн далеких космических светил, — Парижская академия приняла решение отчеканить специальную медаль. Этот метод действительно был достоин специальной медали. Ведь чтобы провести химический анализ любым другим методом, нужно иметь хотя бы самый ничтожный кусочек вещества. А спектральному анализу не страшны никакие расстояния.

После открытия «солнечного элемента» ученые не раз направляли спектрографы (регистрирующие спектроскопы) на Солнце, и оно послушно рассказывало им о себе.

Вслед за Солнцем пришла очередь других звезд — далеких и близких. Блеск звездных атмосфер достигал земных спектроскопов. А в тиши лабораторий ученые разбирались в запутанном частоколе всевозможных спектральных линий. Ученые открывали на небесных светилах элементы, уже известные на Земле.

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!