Девятый знак

Фиалков Юрий Яковлевич

Следует ли из этого, что для химиков вредна чрезмерная точность анализа? Ну, разумеется, нет. Догадайся Литте проверить, содержится ли золото в исходной ртути, все было бы в порядке. Но в те времена об этом даже невозможно было подумать.

Не всегда химикам была доступна такая высокая точность эксперимента. Всего за каких-нибудь 150 лет до этого химики не могли обнаружить примеси даже в 100, даже в 1000 раз большие.

Весы создают химию

В Ленинграде в одном из зданий, которое глядит своими высокими и узкими окнами в Неву, есть большая круглая комната. Там царит торжественная музейная тишина. Застыл

в нише телескоп, какие увидишь разве что только на картинах рядом с портретами старинных ученых. Тускло отсвечивает потемневший от времени глобус с непривычными для нас очертаниями земных материков. Под потолком висит сложное приспособление: не то змей, не то устройство для добывания атмосферного электричества. Посредине комнаты стоит небольшой столик, а на нем весы под стеклянным колпаком. Весы как весы. В любой школьной лаборатории можно встретить весы много интереснее. За что же им такой почет? Почему они удостоены такой «чести», которой не добились многие весы в современных академических лабораториях, — ведь стеклянными колпаками покрывают самые точные приборы!

Удивляться тут не приходится. Все эти приборы священны для истории нашей науки. Ими пользовался Михаил Васильевич Ломоносов.

Правильнее всего было бы над весами Ломоносова повесить надпись: «Прибор, который положил начало современной химии». Создав закон сохранения веса вещества, который экспериментально был доказан на этих самых весах, Ломоносов утвердил химию как точную науку. С тех пор весы стали самым главным орудием исследования любого химика.

Возьмем химические сочинения, написанные не в глубоком средневековье, а почти в «наше время» — лет за 30–40 до Ломоносова. Сплошь и рядом там можно встретить такие описания экспериментов: «Было взято количество соды (мы переводим выражения химиков того времени на наш химический язык), умещающееся на ладони, к нему прилили серной кислоты по усмотрению. Затем упаривали некоторое время и получили осадок много тяжелее, чем взятая сода». Вот и пойми, что хотел сказать автор! У одного рука большая, у другого маленькая, у одного на ладони и 50 граммов соды не уместится, а другой своей лапищей может загрести с килограмм. А кислоты сколько приливать? По моему «усмотрению» стакана кислоты будет мало, а иной читатель решит, что и трех капель более чем достаточно.

Утвердив в качестве закона положение, что вещество при химической реакции не может ни исчезать, ни возникать, что, «ежели в одном месте сколько убудет, столько присовокупится в другом», Ломоносов тем самым подвел под химию единственно правильный и строго научный фундамент.

Теперь, смешивая два вещества, ученые не должны были гадать, будет ли продукт реакции весить больше или меньше взятых исходных веществ. Нет, они твердо знали, что вес веществ, вошедших в реакцию, должен быть точно равен весу продуктов реакции.

Точность исследований в то время — двести лет назад — была невысока. Только у Ломоносова, Лавуазье и некоторых других исследователей были тщательно изготовленные инструменты. Весы же большинства других ученых имели такую точность, что на них в наше время иной продавец не согласился бы взвешивать даже картофель.

Но так продолжалось недолго. Уже в начале прошлого века принадлежностью каждой химической лаборатории стали весьма точные весы. Причина этого лежала в значительном развитии химической промышленности и, как следствие этого, химического анализа.

Чем бы химик ни занимался в своей лаборатории: получением нового вещества, воспроизведением уже описанных опытов, изучением какой-либо реакции, — всегда его работу венчает химический анализ. Только анализ может дать ответ на вопрос, какое именно соединение получено, правильно ли вел исследователь процесс, достиг ли он желаемого результата.

Анализ — дело не простое. Тут нельзя работать кое-как. И реактивы необходимы самые чистые, и посуда должна блестеть, и вычисления требуются правильные. Ну, а весы, само собой разумеется, должны быть возможно точными.

С развитием науки и техники требования к химическому анализу повышались довольно быстро. Вот почему спустя сто лет после работы Ломоносова ученые располагали приборами, с помощью которых можно было производить взвешивание с точностью до одной тысячной грамма.

А еще через каких-нибудь 40–50 лет в любой химической лаборатории, где проводились химические анализы, стояли весы, чувствительность которых составляла две десятитысячные грамма.

Две десятитысячные? Эту крупинку даже не во всякий микроскоп разглядишь. Зачем же понадобилась такая точность взвешивания химикам?

Расчет здесь простой. Для того чтобы результаты анализа были достоверны, необходимо определять процентное содержание элементов в соединении с точностью до одной сотой доли процента. Иначе о составе соединения уверенно судить невозможно. Если для исследования состава соединения брать количества вещества в один грамм, то нетрудно подсчитать, что десятитысячные доли грамма как раз будут составлять те сотые доли процента, которые так нужны химику.

Взвешивание на «четырехзначных» весах — так их прозвали химики — дело, требующее особой сноровки и осторожности. Забудешь прикрыть дверцы стеклянного ящика, которым накрывают такие весы, вот и нарушилось равновесие. На одну из чашек упали две-три пылинки. Они и глазом-то невооруженным не видны. А стрелка весов сигнализирует: на чашки попало что-то постороннее.

Теперь изволь смахивать пыль замшевой тряпочкой, да осторожнее, чтобы не повредить нежные детали!

Такие весы теперь имеются буквально в каждой химической лаборатории. Студенты, например, начинают знакомство с химией с работы на таких весах.

Но «четырехзначные» весы — далеко не предел. Уже несколько десятилетий назад появились приборы, на которых взвешивали вещество с точностью до одной стотысячной доли грамма. Дело в том, что те количества, которые химики брали для проведения анализа, — один грамм — скоро показались им чрезмерно большими. Особенно были недовольны «органики» — специалисты в области органической химии. Действительно, при приготовлении какого-либо вещества приходится часто вести синтез продолжительно, нередко по две-три недели, а то и дольше. При этом получаешь всего 2–3 грамма продукта, и изволь почти половину этого количества пустить на анализы. А ведь при анализе вещество пропадает безвозвратно: его разлагают на составные части. Нет, это слишком расточительно! На проведение анализа исследователи могли отпустить самое большее одну десятую грамма. Но тогда надо в десять раз повысить чувствительность весов.

Так в химию вошел пятый десятичный знак…

Весы, на которых можно производить взвешивание с такой точностью, тоже не редкость в исследовательских химических лабораториях. Но они заметно отличаются от своих «четырехзначных» собратьев. Начать с того, что им воздаются гораздо более высокие «почести», чем их менее чувствительным коллегам. Стоят они обычно в отдельной комнате, на специальной подставке, укрепленной в стене. Температура в помещении должна быть всегда постоянной, за перемещением стрелки весов наблюдают в специальное оптическое приспособление. Всего один лишний десятичный знак — а сколько дополнительных хлопот!