Удивительная химия
Шрифт:
В связи с этим можно вспомнить сетования известного популяризатора науки Я. И. Перельмана. Вот что он писал в своей «Занимательной физике» (книге первой): «Кому случалось наливать через воронку жидкость в бутылку, тот знает, что нужно время от времени воронку приподнимать, иначе жидкость из нее не выливается. Воздух в бутылке, не находя выхода, удерживает своим давлением жидкость в воронке. Правда, немного жидкости стечет вниз, так что воздух в ней чуть сожмется давлением воды. Но стесненный в уменьшенном объеме воздух будет иметь увеличенную упругость, достаточную, чтобы уравновесить своим давлением вес жидкости в воронке. Понятно, что, приподнимая воронку, мы открываем
Было бы поэтому весьма практично устраивать воронки так, чтобы суженная часть их имела продольные гребни на наружной поверхности, — гребни, мешающие воронке вплотную приставать к горлышку. Таких воронок мне в обиходе видеть не приходилось; только в лабораториях употребляются фильтры, устроенные подобным образом».
Первое издание «Занимательной физики» было опубликовано в 1913 году и с тех пор перепечатывалось десятки раз, однако воронки с ребрышками, кажется, так и остались только в лабораториях.
Фильтрование — процесс довольно медленный: жидкость из носика воронки вытекает по каплям. Чтобы ускорить этот процесс, химики придумали такое приспособление (рис. 2.25). У верхнего сосуда, в который наливают смесь для фильтрования, вместо обычного дна-стеклянный фильтр. Это белая пластинка из мелкопористого стекла, в котором имеется множество тонких пор, пропускающих жидкость и не пропускающих твердые частицы. Размер пор может быть разным, но в любом случае жидкость через такой фильтр просачивается не очень быстро (а иногда даже очень медленно, если твердое вещество образует на поверхности фильтра плотный осадок). Резко ускорить фильтрование помогает… атмосферное давление. Для этого воздух из нижнего сосуда через специальную трубочку откачивают с помощью насоса. Понижение давления воздуха в нижнем сосуде резко увеличивает давление воздуха на фильтруемую жидкость. В результате скорость фильтрования может возрасти во много раз. Химику остается только перелить отфильтрованную жидкость (или вылить ее, если нужна не она, а осадок на фильтре).
Не всегда процесс фильтрования идет успешно даже со стеклянным фильтром и с использованием вакуумного фильтрования. Бывают случаи, когда твердое вещество в жидкости состоит из таких мелких частиц, которые, образуя суспензию или вязкую массу, быстро забивают любой фильтр и останавливают фильтрование. В таких случаях используют приспособление, весьма напоминающее центрифугу, на которой тренируются космонавты. Жидкость, которую надо, как говорят технологи, осветлить, наливают в несколько пробирок из прочного стекла, выдерживающего большие перегрузки. Эти пробирки вставляют в пластмассовые или металлические пеналы, которые устанавливают в пазах вращающегося диска центрифуги (рис. 2.26). Диск с помощью мотора раскручивается до очень высоких скоростей (показанная на этом рисунке центрифуга имеет скорость вращения 3300 оборотов в минуту, или 55 оборотов в секунду). Под действием центробежной силы мельчайшие твердые частицы, которые никак не хотели оседать в обычном поле притяжения Земли, получив ускорение, в тысячи раз превышающее ускорение нормального падения, собираются на дне пробирок в виде плотного осадка. Остается только отключить центрифугу и слить с этого осадка прозрачный раствор. Кстати, похожий процесс происходит и в обычной соковыжималке, в которой также действует центробежная сила. Только в соковыжималке эта сила отбрасывает (через мелкую сетку) отжатый сок, а твердые «отжимки» морковки или яблок остаются внутри сетки.
В заключение этого раздела рассмотрим случай, когда надо разделить две жидкости. Понятно, что такая операция имеет смысл только в тех случаях, когда эти жидкости взаимно нерастворимы — например, вода и масло (любое). Если эту смесь потрясти, масло раздробится на мелкие капельки и образуется мутная эмульсия. Со временем она отстоится и более легкое масло соберется наверху. Но как отделить его от воды? Каждый, кто пробовал совершить такую операцию в обычной кастрюле, знает, как трудно бывает в самом конце: почти всегда либо часть воды оказывается в слитом масле, либо часть масла остается в кастрюле с водой.,
Химик легко отделяет две жидкости с помощью простого прибора, который называется делительной воронкой (рис. 2.27). Открывая понемногу кран, легко добиться того, чтобы граница между двумя жидкостями (ее очень хорошо видно в узкой части воронки) как раз оказалась на уровне крана.
В химической лаборатории самое главное — строжайшим образом соблюдать все меры безопасности. В чем же состоят правила проведения опытов?
Прежде чем приступить к опытам, даже самым простым, надо подготовить рабочее место, необходимую посуду и оборудование, а также внимательно прочитать описание опыта, чтобы, проводя его, вы ясно понимали, что и зачем делаете. Химия требует аккуратной, а главное — грамотной работы! Очень важно также, чтобы после окончания работы не оставалось никакой грязи — ни на столе, ни на полу, ни на одежде. Использованное для опытов оборудование тоже должно быть вымыто.
Конечно, в этой книжке не будут описаны сложные и опасные опыты. Ну чем могут быть опасны самодельные весы? Но ведь беспечный или неаккуратный человек может пораниться и иголкой, и даже карандашом. Опыты же с химическими реактивами представляют дополнительную опасность. От разных веществ могут остаться трудно удаляемые пятна, а то и дырки на одежде. Реактивы могут вызвать ожог на коже; особенно надо беречь глаза. Кроме того, при смешивании некоторых вполне безобидных веществ возможно образование ядовитых соединений, которыми можно отравиться. Происходит такое, как правило, у людей химически неграмотных, которые не знают состав и свойства веществ, не представляют себе, что между ними может произойти нежелательная реакция. Если вы только начали интересоваться превращениями веществ и еще не знаете ни химических формул, ни уравнений реакций, единственный способ избежать неприятностей — строго следовать инструкции, описанию эксперимента. И если вы захотите сделать что-то сверх того, что описано в эксперименте, то без дополнительных знаний вам не обойтись, а их вы можете почерпнуть из соответствующих учебников (и не только школьных!) и справочников.
Для иллюстрации сказанного приведем только три примера «из жизни». Два закончились сравнительно благополучно, третий — печально.
Пример первый. Согласно правилам при работе с пипетками (см. рис. 2.7) затягивать в них жидкость ртом нельзя ни в коем случае! И дело не только в том, что это негигиенично и вредные пары над раствором могут попасть в организм. Основная опасность в другом: если потерять бдительность, самый кончик пипетки, погруженный в жидкость, может оказаться в воздухе (уровень жидкости ведь понижается), и тогда под действием разности давлений все содержимое пипетки мгновенно окажется во рту! Хорошо если в пипетке была чистая вода или на худой конец раствор поваренной соли или хлорида кальция — противно, но не смертельно. А если это была сильная щелочь, или кислота, или очень ядовитое вещество? Один химик, пренебрегший правилами техники безопасности, засасывал таким способом в большую пипетку крепкий раствор аммиака — нашатырный спирт. И в это время ему что-то сказал коллега. Достаточно было незадачливому химику, наклонившемуся над колбой, чуть-чуть приподнять голову, как кончик пипетки, который был погружен в раствор не очень глубоко (раствора в колбе было немного), оказался в воздухе. И через долю секунды около 10 миллилитров раствора оказалось у него во рту. Конечно, химик тут же прополоскал рот большим количеством воды, но через некоторое время со слизистых оболочек языка и внутренней части щек начала лохмотьями слезать кожа. Боли не было, но и приятного тоже было мало. Этот случай послужил ему хорошим уроком: всегда надо выполнять все правила и инструкции, а также стараться предусмотреть все неприятные события, которые могут произойти. И не только в химической лаборатории. Например, не ставить чайник или стакан с кипятком на самый край стола…
Пример второй. Как-то в редакцию журнала «Химия и жизнь» пришло письмо от матери школьника 7-го класса: «Мой сын отравился каким-то едким газом. При этом он уверял, что смешивал самые безобидные вещества — уксус и жидкость для стирки белья. Сыну, конечно, здорово влетело. Я уверена, что на самом деле он что-то скрывает. Ведь уксус — не серная кислота. Да и стиральным порошком, я не слышала, чтобы кто-нибудь отравился».
Что же произошло? Уксус, конечно, не серная кислота, но смешивать без разбора все подряд — дело, не достойное любителя химии. В данном случае уксус выступал просто в качестве кислоты, хотя и слабой. Вместо него могла быть любая другая кислота. Стиральный порошок здесь, конечно, ни при чем. «Жидкость для стирки белья», которую использовал незадачливый юный химик, — это, скорее всего, отбеливатель. Вот в нем-то, очевидно, и было все дело. Отбеливатели бывают разные. В состав многих моющих средств входят так называемые оптические отбеливатели. Это вполне безопасные вещества; их назначение, образно говоря, — «обмануть глаз», выдать желтоватую ткань за белоснежную. Справляются они с этим за счет явления, которое называется флуоресценцией (об этом интересном и красивом явлении будет рассказано в главе «Химики разгадывают тайны свечения»). Преобразуя невидимый ультрафиолетовый свет (он поступает с солнечным светом) в голубой, синий и фиолетовый, оптический отбеливатель, который сам может быть бесцветным, «подправляет» цвет ткани так, что она кажется нам белой. Этот прием давно известен, только вместо синтетических флуоресцирующих красителей наши мамы и бабушки подкрашивали (а иногда и сейчас подкрашивают) ткань синькой. При сильном разведении ее бледно-синий цвет, смешиваясь с ослабленным желтоватым цветом ткани, давал ощущение белого цвета, поскольку желтый и голубой — дополнительные цвета, которые в сумме дают белый цвет. Современные оптические отбеливатели придают белью гораздо более яркий белый цвет, особенно при прямом солнечном освещении.