Удивительная химия

Еще в древности орешки-галлы применяли в медицинской практике, да и сейчас раствор танина используют как прекрасное средство от ожогов: на «задубленной» им обожженной коже не образуются пузыри. Применяли галлы и для выделки кож, называя их «дубильными орешками». Но самое известное их применение было связано с изготовлением чернил; отсюда другое название галлов — «чернильные орешки». Для получения чернил к соку из галлов добавляли железный купорос или другие соли железа. На воздухе полученный раствор приобретал глубокий фиолетово-черный цвет. Реакция эта очень чувствительная: окрашивание происходит даже с очень малым количеством железа. Еще в XVII веке Роберт Бойль установил, что «одна крупинка купороса, растворенная в таком количестве воды, которое в шесть тысяч раз превышает ее вес, способна дать с дубильным орешком пурпурную настойку». Добавление к чернилам камеди — густого сока некоторых деревьев, например, вишни — придавало чернилам красивый блеск. Вот один из старинных рецептов приготовления черных чернил: камеди — 3 части, железного купороса — 2 части, чернильных орешков — 3 части, воды — 30 частей. Чернила эти очень устойчивы: сохранились, например, написанные ими средневековые рукописи.

Химик снял с листьев несколько орешков и выжал из них сок в кружку, наполненную родниковой водой. Каково же было удивление окружающих, когда вода сразу стали фиолетово-черной! Значит, в воде действительно много железа. Опыт произвел впечатление, но о том, что в воде есть железо, туристы догадывались и раньше. А вот как определить без приборов его концентрацию? Химик знал, что для окрашенных соединений, которые танин образует с солями железа, коэффициент е в приведенной выше формуле равен примерно 4000. Знал он также, что глаз человека способен увидеть окраску раствора в том случае, если его оптическое поглощение D не меньше примерно 0,1. Поскольку анализ был приблизительным, большей точности не требовалось.

Сначала с помощью тех же галлов химик проверил, что в речной воде, как и следовало ожидать, железа нет. После этого он начал разбавлять «чернильный» раствор речной водой. Сначала раствор был разбавлен вдвое, потом еще вдвое, но он оставался почти таким же темным — его оптическое поглощение было все еще слишком велико. Но затем содержимое кружки стало быстро светлеть, вот уже отчетливо стал и видны царапинки на се белом эмалированном дне и, наконец, после шестого разбавления раствор приобрел едва заметный лиловый оттенок.

Опыт был закончен. Оставалось провести некоторые простые расчеты. Когда окраска в кружке едва заметна, оптическое поглощение раствора примерно равно 0,1. Высота жидкости в кружке — около 10 см, но так как свет проходит слой жидкости дважды — сначала вниз, а потом, отразившись от дна, — вверх, то дайна его пути составляет 20 см. Теперь, подставляя числа в формулу:

с = D/εl,

можно рассчитать концентрацию (в моль/л):

с = 0,1/(4000 x 20)= 1,25 x 10^-6.

Поскольку раствор был разбавлен вдвое последовательно 6 раз, исходная концентрация железа была в 64 раза больше (2= 64), т. е. железа было 8 х 10⁵ моль/л. Один моль железа — это 56 г, следовательно, в литре родниковой воды было 56 г/моль х 8 х 10^-5 моль/л = 4,5 x 10^-3 моль/л, или, после округления (анализ-то неточный), примерно 5 мг железа. Это, конечно, немало, однако, как заметил врач, в минеральной воде железа бывает и больше, поэтому пара стаканов такой воды никакого вреда человеку не принесет.

Химик выполнил свою задачу, обеспечив туристов водой. Врач же рассказал им еще много интересного о железе и его роли в жизни человека. Но это уже совсем другая история…

ХИМИКИ ИЗУЧАЮТ И ВЫРАЩИВАЮТ КРИСТАЛЛЫ

Кристаллы в природе и в лаборатории

Если вы когда-либо были в музее минералогии или на выставке минералов (если нет — не упустите при случае такой возможности!), вы не могли не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» творения природы. А кто не любовался снежинками — кристаллами льда, разнообразие которых поистине бесконечно. Еще в XVII веке знаменитый астроном Иоганн Кеплер написал трактат «О шестиугольных снежинках». Спустя три столетия американский натуралист У. Бентли, более пятидесяти лет занимавшийся фотографированием снежинок под микроскопом, издал альбом, в котором представил тысячи фотографий, причем ни одна из них не повторяла другую.

Наука о кристаллах началась с изучения горного хрусталя. Его блестящие бесцветные кристаллы впервые были найдены еще в древности среди вечных снегов в Швейцарских Альпах. Некоторые кристаллы были настолько большими, что их с трудом могли поднять несколько силачей.