Задержать, «заморозить» такой переход — вот в чем задача. Удастся ее решить, и мы получим фактически еще одну науку химию. Химию номер два.
Ее глазами
Слово о пользе анализа
Сказал некогда Михайло Ломоносов: «Широко распростирает химия руки свои…» Двести с лишним лет назад он гениальным своим чутьем понял значение этой науки для грядущих поколений.
И век двадцатый — нагляднейший тому пример. Химия ныне «существо» многорукое. Не всякий академик сразу, за один присест, перечислит все ее отрасли. А чуть ли не каждый год рождаются все новые и новые.
Но есть нечто, без чего любая химическая «рука» повисла бы безжизненной плетью.
Это нечто — химический анализ.
Он помог химикам открыть очень многие существующие на Земле элементы.
Он позволил разобраться в том, какие составные части входят в химические соединения, простые и сложные. От поваренной соли до белков.
Он расшифровал состав горных пород и минералов и помог геохимикам завести скрупулезный бухгалтерский учет земных ресурсов химических элементов.
Ему во многом обязана химия. В том, что сделалась точной наукой. И в самых разнообразных областях человеческой деятельности он первый помощник. Подтверждений тому не счесть.
Скажем, идет выплавка железа из руды в доменной печи. И от того, сколько углерода окажется в полученном металле, будут в сильной степени зависеть его свойства. Так, если углерода более 1,7 процента, мы получим чугун, интервал от 1,7 до 0,2 процента будет отвечать различным маркам сталей, а когда углерода менее 0,2 процента, получается ковкое железо.
В чем разница между чугуном и сталью, латунью и бронзой? Сколько меди в медном купоросе? Много ли калия в минерале карналлите? На все эти и им подобные вопросы мы можем ответить благодаря химическому анализу. Два главных вопроса стоят перед ним: какие элементы входят в состав изучаемого вещества и в каких соотношениях. На первый отвечает анализ качественный, на второй — количественный.
А сколько существует различных анализов, сразу не скажет и опытный специалист.
Чтобы порох был хорошим
Кто изобрел черный (дымный) порох? Легенда утверждает, что швейцарский монах Бертольд Шварц. По мнению ученых, порох знали еще китайцы задолго до нашей эры.
Приготовить черный порох не ахти как трудно: нужно смешать в определенных пропорциях серу, селитру, древесный мелко истолченный уголь. Причем все эти компоненты должны быть высокого качества.
А как его оценить, это качество?
Хороша ли, плоха ли селитра — пороходелы определяли на вкус.
Вот любопытный рецепт «вкусового» анализа селитры, найденный в архиве старинных документов: «Если селитра солона и горька, то она не добра, а только она на языке покусывает и сладка слышится, то такова селитра добра».
Право же, про хорошего пороходела можно было бы сказать: «Он пуд селитры съел!»
Качество серы определяли способом еще более оригинальным.
Кусочек серы сжимали в руке и подносили к уху. Если слышалось легкое потрескивание, сера считалась годной. В противном случае ее выбрасывали, так как она содержала много примесей.
Почему же трещит чистая сера? Ее теплопроводность очень мала. Кусок серы в руке слегка нагревается, в нем появляются участки с разной температурой. В веществе возникают напряжения, хрупкая сера разваливается на кусочки, потому и слышится слабый треск. Загрязненная же сера имеет гораздо большую теплопроводность и поэтому гораздо прочнее. Вот, так сказать, научная основа химического анализа на слух.
Словом, основными аналитическими приборами у химиков прошлого были органы чувств. Это даже нашло отражение в названиях некоторых простых и сложных веществ. Например, бериллий прежде именовали глицием, потому что его соли сладковаты. От латинского слова «сладкий» происходит и название глицерин. А вот природный сульфат натрия называют мирабилитом, что означает «горький».
Как был открыт германий
В начале марта 1886 года в Петербург на имя Дмитрия Ивановича Менделеева пришло письмо. В нем говорилось:
«Милостивый государь!
Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент „германий“. Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с экасилицием.
Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь тем лишь, что уведомляю Вас о весьма вероятном новом триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую Вам свое почтение и глубокое уважение.
Преданный Клеменс Винклер.
Фрейберг, Саксония,
26 февраля 1886 г.».
Видимо, недаром почти за сто лет до открытия германия Генри Кавендиш не уставал повторять, что «все определяется мерой, числом и весом». Анализируя довольно редкий минерал аргиродит, незадолго перед этим найденный в Саксонии, Клеменс Винклер обнаружил, что в нем содержались в основном серебро и сера и в качестве небольших примесей железо, цинк и ртуть. Но его сразу же поразил количественный результат анализа — сумма процентного содержания всех найденных в аргиродите элементов упорно держалась цифры 93 и никак не хотела доходить до 100 процентов.
Что же могли представлять собой неуловимые 7 процентов? Ведь методы анализа большинства известных к тому времени элементов довольно хорошо отработали и ни один не должен был скрыться от глаз химика. И Винклер делает смелое предположение: раз эти 7 процентов ускользают при существующей методике анализа, значит, они принадлежат неизвестному элементу. Предположение подтвердилось. Слегка изменив схему анализа, ученый выделил неуловимые 7 процентов и доказал, что они относятся к новому, еще не известному в то время элементу, который был назван в честь родины Винклера германием.
Весовой анализ сыграл важную роль в открытии и другого элемента — аргона, представителя нулевой группы периодической системы.
В начале 90-х годов прошлого столетия английский физик Рэлей занялся определением плотности газов, а отсюда и их атомных весов. Все было хорошо, пока исследователь не дошел до изучения азота. И здесь начались какие-то странности. Литр азота, выделенного из воздуха, весил на 0,0016 грамма больше, чем такое же количество азота, полученного из химических соединений. Злосчастный литр азота из азотистокислого аммония, закиси или окиси азота, мочевины, аммиака и других соединений упорно оказывался легче «воздушного» на ту же самую величину.
Так и не найдя причину этого странного различия, Рэлей публикует заметку в лондонском журнале «Природа», где подробно рассказывает о своих результатах. Вскоре на эту заметку откликнулся химик Рамзай, и, объединив свои усилия, исследователи добились разрешения загадки. В августе 1894 года они сообщили об открытии нового элемента, аргона, который и был причиной первых неудач Рэлея. Оказалось, что содержание его в воздухе составляет около одного процента.
Так ординарный весовой анализ помог ученым открыть новые элементы. Ни одна химическая лаборатория не обходит его своим вниманием и сейчас. Обычное взвешивание помогает в конце концов определить, в каком количестве содержатся составляющие элементы в сложных соединениях и минералах. Конечно, этому предшествуют трудоемкие химические операции отделения различных элементов друг от друга.
