Путешествие в мир химии

Учёным сразу стало ясно, что они получили в свои руки замечательный и сравнительно простой прибор — спектроскоп. Оказалось, что каждый элемент даёт не одну, а несколько спектральных линий, и спутать их невозможно, даже если анализируется сложная смесь.

Прочитать остальную часть записи »

Основным достижением у химиков в течение почти двух столетий считалось открытие нового химического элемента. До появления «современной химии» (а это произошло в XVIII в.) было известно всего 15 химических элементов: углерод, сера, медь, серебро, золото, железо, олово, сурьма, ртуть, свинец, мышьяк, цинк, висмут, фосфор и платина.

При этом только у двух элементов были первооткрыватели, оба — алхимики из Германии: Альберт Великий около 1250 года обнаружил мышьяк, а Хенниг Бранд в 1669 году — фосфор.

Затем открытия посыпались как из рога изобилия: в XVIII веке узнали 17 новых химических элементов — то есть больше, чем за несколько тысячелетий до этого.

Среди них были известные сейчас каждому человеку неметаллы водород, азот, кислород и хлор; металлы кобальт, никель, магний, марганец, хром, вольфрам, титан, уран и др. И первенство по числу открытых элементов принадлежало шведским химикам.

Итак, древняя теория «четырёх первооснов», из которых построен мир, была отброшена: «элементарных кирпичиков» оказалось намного больше.

Однако никто не знал, сколько же всего существует химических элементов — пятьдесят, сто или двести? Настоящая лавина новых открытий обрушилась на химиков в следующем веке: только за первые восемь лет XIX века список пополнился 15 новыми элементами!

Среди них были драгоценные платиновые металлы палладий и иридий, очень активные щелочные металлы натрий и калий, щёлочноземельные элементы кальций, стронций и барий… Ещё 15 элементов были открыты в следующие полвека.

К середине XIX столетия было известно уже около 60 элементов, то есть не поддающихся разложению простых веществ, и никто не мог сказать, сколько их ещё будет обнаружено.

Правда, скорость появления новых элементов заметно снизилась. Если с 1801 по 1825 год их было открыто 18, то за следующие 25 лет — только шесть.

Дело значительно ускорилось в конце 50-х — начале 60-х годов, когда немецкие учёные химик Роберт Вильгельм Бунзен (1811 — 1899) и физик Густав Роберт Кирхгоф (1824- 1887) разработали очень чувствительный спектральный анализ. Этот метод появился из хорошо известного химикам явления: многие элементы окрашивают пламя в разные цвета.

Например, соли натрия окрашивают пламя в жёлтый цвет, калия — в фиолетовый, кальция — в красный, бария — в зелёный. Так, ещё в 1758 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграф (1709-1982) рекомендовал различать очень похожие по химическим свойствам соединения натрия и калия по изменению цвета пламени, когда в него вносят крупинки этих веществ.

Бунзен изобрёл очень удобную лабораторную горелку, которой химики до сих пор пользуются в лаборатории. Горелка Бунзена даёт сильное, ровное и почти бесцветное пламя.

Очень горячее пламя позволяет переводить многие вещества в парообразное состояние.

Если в такое пламя внести платиновую проволочку с ничтожным количеством, например, поваренной соли, пламя окрасится в жёлтый цвет; это явление можно наблюдать у себя дома на кухне, когда в пламя газовой горелки попадает «убежавший» суп, который уже посолили.

Однако только по цвету пламени, на глаз, часто трудно или невозможно определить состав вещества. Например, зелёный цвет дают и медь, и барий, и бор. Многие металлы окрашивают пламя в разные оттенки красного цвета.

А если анализируется смесь?

Как узнать, какие в ней присутствуют элементы?

И хорошо бы также узнать — в каком количестве!

Бунзен и Кирхгоф проводили спектральный анализ не на глаз, а с помощью прибора — спектроскопа.

Этот прибор, в отличие от глаза человека, регистрирует не цвет — красный, оранжевый, жёлтый, — а длину световой волны (её измеряют в миллиардных долях метра — нанометрах).

Свет от газовой горелки с внесённым в пламя веществом Бунзен и Кирхгоф пропустили через призму — примерно так же, как за 200 лет до этого сделал Ньютон.

Но результат получился совершенно другой.

У Ньютона призма разлагала на составные части белый солнечный свет, и в результате получался непрерывный спектр — всем известная сплошная разноцветная радуга. Такую же можно увидеть в небе после дождя: роль призмы, разлагающей белый свет на составные цвета, играют маленькие капельки воды в воздухе.

Радуга возникает и в случае преломления света на стеклянных изделиях — зеркалах, хрустальных вазах, драгоценных камнях.

Радугу можно увидеть и на плёнках бензина и машинного масла в лужах, и при отражении света под определённым углом от компакт-диска или старой патефонной пластинки (правда, механизм «разложения» белого света в этих случаях другой). То, что увидели Бунзен и Кирхгоф, пропустив через призму свечение раскалённого в пламени вещества, совершенно не было похоже на радугу!

Вместо сплошной разноцветной полоски, в которой один цвет постепенно переходит к другому — от тёмно-красного на одном конце до бледно-фиолетового на другом, — они увидели линейчатый спектр, то есть на тёмном фоне были узкие цветные полоски.

Получилось так потому, что само пламя горелки было бесцветным, и в спектроскоп свет от него вообще не попадал.

А раскалённые соли разных металлов испускали не белый свет, как Солнце (или яркая лампа), а лишь лучи в отдельных участках спектра.

При этом важно, что эти участки были очень узкие!