Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

Но почему же раствор йода в гексане перепутали с раствором перманганата в воде? Оказывается окраска у этих растворов почти одинаковая. Происходит так потому, что оба раствора поглощают свет с длиной волны от 400 до 600 нм, причем максимум поглощения в обоих случаях тоже совпадает (около 520 нм). Поэтому если удачно подобрать концентрацию веществ, то на глаз такие растворы невозможно различить! В то же время отличить один раствор от другого очень легко с помощью прибора, регистрирующего спектр, то есть поглощение раствором света с разной длиной волны. Полоса поглощения йода «гладкая», тогда как на полосе перманганата четко видны отдельные зубцы.

Другой «фокус» связан с тем, что некоторые вещества могут иметь одновременно разный цвет! Как же такое возможно? Известно множество соединений, которые могут излучать свет, оставаясь холодными. Такие вещества называют люминофорами (от лат . lumen – «свет» и греч. phoros – «несущий»). Твердые неорганические люминофоры состоят обычно из оксидов, сульфидов, фосфатов и силикатов металлов с активирующими добавками сурьмы, марганца, олова, серебра, меди и других тяжелых металлов. Порошок люминофора светится, когда на него попадает синий или ультрафиолетовый свет – как в ртутных лампах или поток быстрых электронов – как на экранах телевизоров и мониторов компьютеров (не жидкокристаллических).

После возбуждения вещество может излучить свет практически сразу. Такое свечение называют флуоресценцией (или флюоресценцией) – от названия минерала флюорита (CaF2), у которого впервые обнаружено это явление. Химики синтезировали множество соединений, способных светиться разными цветами, оставаясь холодными. Флуоресцируют некоторые шампуни и экстракты для ванн, яркие краски бакенов, цветных афиш, дорожных знаков, деталей одежды. Флуоресценцию можно наблюдать у специальных красок для фломастеров (маркеров), когда их освещают солнечным светом.

Хинин

Все эти флуоресцирующие красители поглощают фиолетовые и синие солнечные лучи, энергия которых высока, а излучают зеленые, оранжевые или красные – с меньшей энергией. Флуоресцируют в ультрафиолете специальные Хинин краски, используемые при изготовлении банкнот; так кассиры проверяют их подлинность. Сильной флуоресценцией обладает хинин – сложное органическое соединение, которое используют не только как лекарство от малярии, но и добавляют к тонизирующим напиткам для придания им чуть горьковатого привкуса; такие напитки ярко светятся под действием ультрафиолетовых лучей.

Флуоресцирующие краски и волокна на бумажных купюрах ярко светятся в ультрафиолетовых лучах. Эти краски – одно из средств защиты денег от подделки

Флуоресценцию используют не только для изготовления красок. Вот только один пример. В США решили посмотреть, как пресная вода реки Гудзон смешивается с соленой водой Атлантического океана. С этой целью в реку вылили бочку (400 литров) флуоресцирующего красителя родамина. А измерять флуоресценцию современные приборы могут с очень высокой чувствительностью. Так, родамин можно заметить при разведении в 100 миллиардов раз – т. е. 1 г, растворенный в 100 000 т воды – это почти 1700 больших железнодорожных цистерн!

Флуоресцентное излучение распространяется во все стороны. Если в колбу налить, например, щелочной раствор красителя флуоресцеина, то такой раствор будет обладать одновременно двумя цветами. Если на него смотреть прямо, так чтобы колба находилась между источником света (например, лампой) и глазом, то в проходящем свете этот раствор будет желтоватокрасным. Если же расположить колбу сбоку от лампы (лучше люминесцентной), то раствор будет иметь очень красивый зеленый цвет! Это цвет флуоресцентного излучения с длиной волны 513 нм, которое возникает при поглощении раствором в более коротковолновой части спектра. Во время Второй мировой войны двунатриевую соль флуоресцеина вследствие ее исключительно яркой флуоресценции при дневном свете использовали для покрытия морских опознавательных знаков.

Флуоресцеин

Говоря о флуоресцеине, невозможно не вспомнить знаменитого американского физика Роберта Вуда, любившего пошутить. Вот как описан его «эксперимент» с этим веществом в книге В. Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории». Флуоресцеин «Даже для свадебной поездки Вуд не упустил возможности химической шутки. Одним из веществ, которые студенты Ремсена [1] приготовляли, был флуоресцеин, то самое удивительное соединение, крупинка которого, величиной с булавочную головку, растворенная в бочке воды, заставляет ее светиться под лучами солнца изумрудно-зеленым светом. Летчики, сбитые и спустившиеся на воду в теперешней войне, применяют его, чтобы создать огромное зеленое пятно на поверхности воды, которое легко заметить со спасательного самолета. Йеллоустонский парк, который он посетил в предыдущем году, тоже вошел в маршрут путешествия, и Вуду пришло в голову, что гейзер «Старый Верный» будет удивительным зрелищем, если в нем растворить достаточную дозу флуоресцеина. Он приготовил пинту этого вещества, в виде густой темно-коричневой жидкости, закупорил его как следует в широкогорлую бутылку – этого количества вполне хватило бы, чтобы сделать небольшое озерко светящимся, – и спрятал в свой чемодан. По дороге на восток, после приключений в Калифорнии и Аляске, они сделали большой тур по Йеллоустону, и Вуд приготовил для гейзера свою бутылку флуоресцеина. Об этом эпизоде он рассказывает так: «Мы нашли, что „Старый Верный“ слишком хорошо охраняется сторожами, чтобы там можно было что-нибудь устроить, но я вспомнил, что есть место еще лучше – знаменитый Изумрудный источник. Большая партия туристов с проводником собиралась отправиться туда пешком, но я уже знал дорогу, и мы вдвоем вышли раньше них, и вокруг знаменитого источника никого не было. Сильный поток воды выходил из туннеля, и как только мы услыхали голоса туристов, я откупорил бутылку с флуоресцеином и бросил ее в середину озерца. Она опускалась глубже и глубже, пока не исчезла из виду, оставляя за собой зеленый хвост. Несколько минут ничего не случилось, а потом из глубины выплыло огромное облако, похожее на грозовую тучу, удивительного зеленого цвета; оно росло и принимало все более сложные формы, приближаясь к поверхности, а когда подошли туристы, все озерко светилось в лучах солнца, как настоящий изумруд. Мы слышали, как гид монотонно бормотал свое описание: „Перед вами, леди и джентльмены, Изумрудный источник, называемые так из-за зеленоватого цвета… боже мой! Я никогда не видал такой штуки, а я живу здесь уже десять лет!“ Туристы были восхищены, и мы тоже».

Красивый фиолетовый цвет паров йода позволяет проделать с ними много интересных опытов. При комнатной температуре кристаллы йода испаряются очень медленно, но если их подогреть, над твердым йодом появляются тяжелые фиолетовые пары. А может ли йод расплавиться? Конечно, может, как и большинство веществ молекулярного строения. Температура плавления йода 112,9 °С, температура кипения 183,0 °С. Однако увидеть жидкий йод не так-то просто. И не только потому, что этому мешают интенсивно окрашенные фиолетовые пары. Дело в том, что молекулы йода в кристалле очень слабо связаны друг с другом, поэтому кристаллы легко возгоняются, т. е. испаряются без плавления. Чтобы кристаллический йод перешел в жидкость, нужно либо нагревать его очень быстро (чтобы плавление происходило быстрее возгонки), либо проводить опыт в закрытой посуде небольшого объема, чтобы создать над жидким иодом достаточное давление паров.