Удивительная химия

В городах анализируют чистоту воздуха. Например, в Петербурге на здании Института метрологии им. Д. И. Менделеева (здесь раньше была Палата мер и весов, которой многие годы заведовал Д. И. Менделеев) установлено большое световое табло. На нем — привычные для жителей многих городов сведения о состоянии атмосферы на данный момент — температура, атмосферное давление и влажность воздуха. Но есть на этом табло и необычные сведения — о содержании в городском воздухе вредных веществ: угарного и сернистого газов, оксидов азота, озона, аммиака. Эти сведения передаются цветом: зеленым, если содержание данного вещества в воздухе ниже предельно допустимого, желтым — если превышает норму не более чем в три раза, красным — при большем превышении. Конечно, само табло ничего не анализирует — сведения передаются из специальной лаборатории. Проводятся в городах и анализы автомобильных выхлопов на содержание в них вредных газов — угарного и несгоревших паров бензина (так называемый анализ СО — СН).

Многие анализы необходимо проводить без участия человека — с помощью автоматических приборов. Автоматические станции непрерывно проводят анализ атмосферы для контроля состояния окружающей среды, чтобы выявить в воздухе различные вредные вещества (озон, оксиды азота и др.) и измерить их концентрацию. С помощью автоматических анализаторов на межпланетных станциях мы узнали состав атмосферы Венеры, Марса, некоторых других планет, и даже состав марсианского грунта.

Аналитические методы получили широкое распространение и в криминалистике. С их помощью было, например, установлено повышенное содержание мышьяка в волосах Наполеона (правда, отсюда еще не следует, что пленного императора отравили: мышьяк вполне мог содержаться в зеленой краске, которую применяли в те годы при изготовлении обоев).

Теперь не покажется удивительным, что за работы, связанные с анализом веществ, 13 ученых получили высшие научные награды — Нобелевские премии.

Первые анализы были проведены сравнительно недавно — каких-то триста лет назад. С тех пор и методика анализов, и аналитические приборы сильно изменились, часто до неузнаваемости. Но до сих пор химики работают практически с той же посудой, с какой работали их деды и прадеды. На рисунках к главе 2 показаны некоторые современные приборы, необходимые химикам в каждодневной работе.

Измерение плотности короны, проведенное Архимедом, — первый в истории пример использования аналитического метода в криминалистике — науке о приемах и средствах раскрытия преступлений. Далеко не всегда для анализа сплава можно применить метод Архимеда, основанный на измерении плотности. Особенно в тех случаях, когда дело касается анализа различных смесей или сложных химических соединений. Здесь на помощь приходят химические методы анализа. Уже в древности люди накопили определенные знания о разнообразных химических превращениях, хотя, конечно, они не понимали сути происходящих явлений. Такие знания называются эмпирическими (по-гречески «эмпейриа» — «опыт»). Так, люди всегда знали, что если положить в костер полено, то оно загорится и будет поддерживать огонь, а если положить камень, то он гореть не будет. При этом они не имели ни малейшего представления о том, из чего «сделаны» дерево и камень, что такое огонь и какие превращения происходят при горении. Это — пример эмпирических знаний. Таких знаний постепенно накапливалось все больше, их передавали от поколения к поколению — в виде общеизвестных (а порой — и секретных, тщательно охраняемых от посторонних глаз) сведений. В Ветхом Завете в Книге пророка Захарии читаем: «И пронесу я третью часть сквозь огонь и облагорожу ее, как серебро облагораживается, и очищу ее, как золото очищается». Значит, простейшие приемы выплавки и очистки благородных металлов были известны тысячи лет назад. Много полезных практических знаний в области анализа веществ накопили алхимики, работавшие в средневековье (см. рис. 1.2). С появлением «настоящей» химии методы анализа стали развиваться особенно быстро. Вначале основное внимание уделялось, как и в древности, обнаружению и анализу драгоценных металлов. Эта отрасль тогда называлась «пробирной химией» (от слова «пробовать», отсюда и «проба» — клеймо, которое ставят на золотые и серебряные изделия). Затем начали анализировать природные минеральные воды, различные руды, промышленную продукцию. Так появилась и стала быстро развиваться новая область химии — аналитическая химия. Вначале для анализа использовали в основном «мокрые» методы: вещество растворяли в кислотах или щелочах, а затем анализировали полученные растворы. Это были трудоемкие операции, требовавшие большой затраты времени.