Удивительная химия

На золотых украшениях часто стоит 583-я проба. Это означает, что сплав содержит 58,3 % золота. Сейчас часто можно встретить на золотых изделиях 585-ю пробу. Это не значит, что золота в них больше. Проба 583 — это пересчет на метрическую старой 56-й пробы: (56:96) х 1000 = 583,3. Допустимое отклонение в содержании драгметалла укладывается в эту разницу, поэтому пробы 583-я и 585-я — это фактически одно и то же.

В некоторых странах (Англия. Швейцария) до сих пор используют каратную пробу, по которой чистое золото имеет пробу 24 карата; таким образом, пробе «14 карат» соответствует метрическая 583-я проба.

Для приблизительного определения пробы используют химический метод. След, оставленный изделием на пробирном камне (черный камень с отшлифованной матовой поверхностью), обрабатывают специальными растворами. Так, концентрированная 72 %-ная азотная кислота полностью растворяет след от золотого сплава, если его проба меньше 333-й. Если штрих окрасился в коричневый цвет, проба золота — от 333-й до 500-й. а если изменений не было — больше 500-й. Коричневый след — это мелкораздробленное золото, оставшееся после растворения других металлов (меди, серебра) в сплаве. Используя смесь азотной и соляной кислот, можно быстро определить приблизительное содержание золота в сплавах с пробой от 160-й до 1000-й (чистое золото). Для более точного определения пробы цвет штриха от изделия сравнивают с цветом штрихов от эталонных сплавов известной пробы. Таких сплавов (в виде специальных игл) существует множество, и отличаются они содержанием не только золота, но также меди и серебра. Дело в том. что даже при одной и той же пробе золотые изделия могут сильно отличаться по цвету. Это зависит от вида и содержания металла, с которым сплавлено золото (такой металл называют лигатурным). Так, серебро, сплавляемое с золотом в разных соотношениях, придает сплаву белый, желтый или даже зеленый оттенок. Медь делает золото красноватым, сплав, содержащий 9 % серебра и 32,5 % меди, имеет оранжевый цвет, а сплав с 20 % палладия дает так называемое «белое золото».

Реже применяются другие лигатуры. Например, кадмий придает золоту зеленоватый оттенок, цинк — белый, никель — бледно-желтый.

Измеряем диаметр атома

«Неужели это возможно в домашних условиях?» — спросите вы. Вполне возможно, только для того, чтобы рассчитать диаметр атома, надо кое-что знать. Например, что атомы многих металлов можно представить в виде маленьких, плотно упакованных шариков. В гаком случае атомы-шарики занимают 74 % всего пространства, а остальные 26 % приходятся на пустоты между ними. Еще надо знать, как связан объем шара (V) с его диаметром (d) — эту формулу можно найти в учебнике или в справочнике по математике: V= πd³/6, где π = 3,14. Наконец, надо знать очень важную для химии величину, которая называется постоянной Авогадро (N_A) — в честь итальянского ученого XIX века Амедео Авогадро (1776–1856). Эта константа показывает, сколько частиц — атомов, ионов или молекул содержится в одном моле вещества. Моль — очень удобная для химиков единица измерения, так как в одном моле любого вещества содержится одинаковое число частиц. Например, 1 моль воды (18 г), или 1 моль сахара (343 г), или 1 моль кислорода (32 г) содержит одинаковое число молекул, равное N_A = 6,02 x 10²³. Ровно столько же атомов содержит 1 моль алюминия (27 г), или 1 моль меди (64 г), или 1 моль серебра (108 г). А 1 моль поваренной соли (58,5 г) содержит по 6,02 x 10²³ положительно заряженных ионов (катионов) натрия и отрицательно заряженных ионов (анионов) хлора. Понятие «моль» (раньше его называли «грамм-молекулой», а еще раньше, во времена Менделеева, — «химическим паем») удобно тем, что им можно пользоваться и не зная численного значения постоянной Авогадро, так как вещества реагируют друг с другом в соответствии с числом молей в них.

О том, как ученые определили это огромное число, мы еще поговорим, а пока вернемся к нашей ложке. Итак, пусть в предыдущем опыте нам повезло, и ложка оказалась из серебра высокой пробы с плотностью 10,5 г/см³. Теперь у нас есть все данные, чтобы определить размер «серебряного атома». В 1 см³ серебра содержится 10,5 г:108 г/моль = 0.097 моль, или 0,097 x 6,02 x 10²³ = 5,84 x 10²² атомов серебра. Если не считать пустоты между атомами, то на долю самих атомов-шариков придется не 1 см³, а немного меньше — 0.74 см³. Значит, объем одного атома равен 0,74 см³/5.84 x 10²²= 1.27 x 10^-23 см³. Осталось только по приведенной выше формуле рассчитать диаметр атома серебра. Он получится очень маленьким: d = 3 x 10^-8 см, или 0,3 нм (нанометр — одна миллиардная часть метра — самая подходящая единица для измерения таких малых величин).