Возьмем самый обычный пример из повседневной деятельности химика-исследователя. Вот я пришел сегодня в лабораторию и мне нужно получить чистую воду. Нет, далеко не такой степени чистоты, какой добивался и в конце концов добился Кольрауш! Мне нужна просто чистая вода, чтобы приготовить раствор какого-либо вещества, по возможности свободная от примесей.
Из водопроводного крана я наливаю в колбу воду, которая, с моей точки зрения, с точки зрения химика, является не просто грязной, а представляет собой какое-то болото. В этой воде содержится большое число различных солей натрия, калия, кальция, магния. В то время как вода протекала по трубам, в нее перешло большое количество железа, неощутимое, конечно, для того, кто пьет эту воду, но вполне достаточное, чтобы я мог обнаружить его присутствие с помощью роданида калия. На водоочистительной станции воду хлорировали, и при этом в ней осталось такое количество хлора, что прибавление к ней нескольких капель азотнокислого серебра делает ее похожей по внешнему виду на молоко — это выпало хлористое серебро. Кроме этого, в воде находится значительное, опять-таки с точки зрения химика, количество органических веществ: мельчайшие частицы растений, бактерий и проч. В этой водопроводной воде растворено не большое, а прямо-таки громадное количество воздуха — каждый, кто даст постоять стакану холодной водопроводной воды в комнате, может убедиться в этом: на стенках стакана появится большое количество пузырьков воздуха.
А углекислый газ, растворенный в воде! А сернистый газ, который пусть и в очень незначительном количестве поглотили воды реки, когда они протекали мимо любого завода, отапливающегося углем? А фенол, который где-то в верховьях выпустил в воду нерадивый директор химического завода? Словом, можно сказать, что в той водопроводной воде, которую я налил из крана, содержится в ощутимых количествах, помимо водорода и кислорода, еще добрая треть элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. Ошибся бы я при этом разве только в сторону преуменьшения. Пусть все эти примеси безвредны для человека, утоляющего жажду, но мне, химику, они мешают. И я приступаю к их удалению.
Сначала я кипячу воду со щелочным раствором перманганата калия. При этом окисляется большинство органических веществ, находящихся в воде. Затем я повторно кипячу воду с подкисленным раствором перманганата. Эта операция должна привести к окончательному разрушению всех органических веществ. После этого воду перегоняют. При перегонке освобождаются от основного количества примесей: от солей металлов, от значительной части воздуха. Полученная так называемая дистиллированная вода далеко еще не чистая. В ней содержится сравнительно много воздуха, остался почти весь углекислый газ. Так как все операции проводились в стеклянной посуде, то вода содержит много едкого натра и кремниевой кислоты, которые перешли в нее из стекла. Словом, до чистой воды еще далеко.
Эту дистиллированную воду я снова кипячу в течение нескольких часов, чтобы удалить возможно больше газов, в том числе и хлора, а затем переливаю в перегонную колбу. В отличие от предыдущей, эта колба сделана из платины, холодильник, в котором конденсируются пары воды, отлит целиком из олова, приемная колба тоже сделана из платины. Эти металлы почти не растворяются в воде. При перегонке необходимо соблюдать предосторожность, чтобы вода нигде не соприкасалась с воздухом, иначе она снова «натянет» кислород, азот и углекислый газ. Полученная вода называется уже бидистиллатом. Конец! С этой водой мне уже можно работать.
Одно описание процесса очистки воды заняло у читателя, вероятно, несколько минут. Сколько же времени приходится его осуществлять на практике?
Но все-таки я получил не очень чистую воду. Установить это можно легко: достаточно опустить в нее электроды, соединенные с источником электрического тока. Стрелка прибора покажет, что вода проводит электрический ток, хотя она неэлектролит и проводить не должна. Значит, мы не полностью удалили из нее примеси. Электропроводность полученной воды, правда, небольшая и имеет порядок 10-6 обратных омов. Кольрауш, который значительно тщательнее очищал воду, смог получить значения электропроводности в сто раз меньше. Это означало, что вода у него была много чище. Однако достаточно было подержать эту воду в течение нескольких минут в открытом сосуде, чтобы электропроводность начала быстро увеличиваться: в воде растворялся углекислый газ воздуха.
То, что я сейчас рассказал о воде, с успехом можно отнести к любому другому веществу. Разница только в том, что в большинстве случаев очистка веществ является еще более длительной и кропотливой операцией, чем получение чистой воды.
Мы помним, что абсолютно чистых веществ в природе нет. В любом соединении всегда присутствуют большие или меньшие количества посторонних веществ. По мере того как усовершенствовались методы химического анализа, химики стали получать все более подробные сведения о том, сколько примесей присутствует в исследуемом веществе и каков их характер. Однако одно дело знать, сколько имеется примесей, а совсем другое — освободиться от этих примесей.
Да и то сказать, что эта последняя операция часто не была нужна. В самом деле, зачем прибегать к хитроумным манипуляциям, тратить много времени, губить ценные химические реактивы — и все это только для того, чтобы иметь возможность сказать, что добытое тобой соединение имеет чистоту, например, не 99,99, а 99,999. Да стоит ли этого одна тысячная?! Ну, разумеется, нет.
Вот почему никто из химиков пока не стремился получать абсолютно чистые вещества. Но тут как раз наступил момент, когда надо рассказать об одной истории, которую почти все химики приняли как научную сенсацию.
Проблемы возникают так…
Я написал слово «сенсация» и задумался: а правильно ли я перевел те определения, которыми характеризовалось в зарубежной литературе 20-х годов это открытие? Видимо, правильно. Подобно другим сенсациям, это открытие, нашумев, и притом весьма сильно, в научных и околонаучных кругах, потом с непостижимой быстротой забылось и в течение двадцати лет не упоминалось даже в самых фундаментальных руководствах. Почему? Возможно, потому, что слишком уж невероятными показались химикам 20-х годов факты, описанные в нескольких небольших статьях. Репутация солидных научных журналов, где публиковались эти статьи, заставляла относиться к ним с некоторым уважением. Многовековой же опыт физики и химии принуждал к мысли: не мистификация ли эти сообщения? Обдумывая все это, солидные профессора приходили к одному несомненному выводу: абсолютно непонятно. И как это часто бывает, люди предпочли не искать разгадку удивительных явлений, а попросту забыли о них.
Трудно приготовить тщательно очищенное вещество, но еще труднее сохранить его в чистом состоянии. Со всех сторон его подстерегают враги. В него может попасть капля постороннего соединения, пепел из трубки исследователя, маникюрный лак с ногтей ассистентки, залетевшая в окно пыльца цветов и тысяча других самых разнообразных веществ. Особенно трудно сохранить чистые вещества от проникновения примесей из воздуха и влаги, содержащейся в атмосфере. Ведь воздух проникает всюду, от воздуха не спрячешься!
Вот почему, сохраняя очищенные вещества, их запаивают в стеклянные или сделанные из какого-либо другого материала сосуды.
Так поступил однажды и английский химик Бейкер, когда он в 1908 году запаял в стеклянной трубке азотистый ангидрид — жидкость, которая кипит при температуре +3,5°. Правда, на этот раз азотистый ангидрид находится в трубке вместе с пятиокисью фосфора. Дело в том, что при получении азотистого ангидрида экспериментатор случайно примешал к нему некоторое количество воды. Пятиокись же фосфора является одним из самых «жадных» к воде веществ: почти ни одно из известных нам соединений так активно не соединяется с водой, как этот белый порошок.
