Текст книги "Удивительная химия"
Автор книги: Илья Леенсон
Жанры:
Химия
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]
А теперь приступим к интересному эксперименту с медицинским термометром. Но прежде следует сказать о его потенциальной опасности. Медицинский термометр знаком каждому с детства и обычно вызывает лишь неприятные ассоциации: ведь как правило мы измеряем температуру только во время недомогания или болезни. У химика же термометр вызывает в основном опасения тем, что содержит ядовитый металл – ртуть. Если термометр разбить и не собрать тщательно всю разлившуюся ртуть (а это очень трудно сделать!), то мельчайшие шарики ртути, закатившиеся в труднодоступные места, будут медленно испаряться, а ее пары, попадая в легкие, задерживаются там и вызывают впоследствии отравление организма. Кстати, по той же причине опасность представляют и лампы дневного света, содержащие ртуть. Некоторым «противоядием» от остатков пролитой ртути может служить регулярное и частое проветривание помещения, снижающее концентрацию паров ртути в воздухе.
Но разве ртуть при комнатной температуре испаряется? Ведь температура кипения ее очень высока – 357 °C. Тем не менее в полностью изолированном помещении, в котором пролита ртуть, в каждом кубическом сантиметре воздуха содержится 30 триллионов атомов ртути, или 13,4 мг/м 3, что в 1300 раз больше предельно допустимой концентрации! И вот что еще плохо: поскольку силы притяжения между атомами ртути малы (именно поэтому этот металл жидкий), испаряется ртуть довольно быстро, хотя на первый взгляд кажется, что пролитые капли ртути в течение длительного времени вовсе не уменьшаются 56 в размере. А отсутствие цвета и запаха у паров ртути приводит к тому, что без специальных приборов обнаружить их в воздухе невозможно.
Известен эффектный опыт, доказывающий довольно быстрое испарение ртути (конечно, его можно показывать только в лаборатории). Плотно закрытую маленькую склянку с ртутью устанавливают перед экраном, покрытым специальным составом, который светится под действием ультрафиолетовых лучей (подробнее об этом можно прочитать в главе «Химики разгадывают тайны свечения»). При включении ультрафиолетовой лампы (она располагается перед склянкой) экран начинает ярко и равномерно светиться. Если теперь вытащить пробку, то на экране появляются движущиеся тени, как будто из сосуда с ртутью идет дым, отбрасывающий эти тени на экран. Объясняется это просто: поднимающиеся из сосуда, почти как дым из трубы, пары ртути задерживают ультрафиолетовые лучи, и в этих местах экран временно не светится.
В последнее время стали появляться электронные термометры, не содержащие ядовитый металл. Но они пока довольно дороги, и в большинстве домов по-прежнему пользуются ртутными термометрами, конструкция которых доведена до совершенства и не меняется уже многие десятилетия. (Иногда в продаже бывают значительно менее опасные термометры: они очень тонкие, ртути в них мало, а главное если такой термометр уронить, он разбивается посередине и ртуть не выливается.) Будем надеяться, что вы постараетесь работать аккуратно и термометр не разобьете.
Несмотря на ядовитые свойства ртути, ее используют в термометрах со времен Фаренгейта. Она удобна по многим причинам: не смачивает стекло, поэтому отсчет температуры получается более точным; с повышением температуры ртуть расширяется более равномерно, чем другие жидкости, поэтому расстояния между всеми делениями шкалы ртутного термометра одинаковые. Наконец, нагреть ртуть до определенной температуры почти в 30 раз легче, чем воду до той же температуры, поэтому ртутный термометр, помимо прочих достоинств, обладает и малой инерционностью – не надо долго ждать, пока шарик со ртутью примет температуру окружающего воздуха или тела.
Почему же врачи рекомендуют измерять температуру под мышкой не менее пяти минут, а лучше – десять? Ведь термометр может показать правильную температуру уже через полминуты! Но это только в том случае, если между ним и средой имеется очень хороший тепловой контакт, например, когда лабораторным термометром измеряют температуру жидкости; медицинским термометром этого нельзя делать ни в коем случае – если температура воды превысит 42 °C, термометр тут же лопнет! Но вроде между термометром и кожей под мышкой контакт довольно тесный… А все дело в том, что поверхность кожи всегда холоднее, чем кровь и внутренние органы. Еще в XIX веке ученые установили, что самое горячее место в теле человека находится в той части печени, где из нее вытекает венозная кровь, температура которой у здорового человека превышает 40 °C. А вот кожа может иметь намного более низкую температуру, например, в области ступней. Поэтому когда руку с термометром под мышкой прижимают к телу, прежде всего должна прогреться сама подмышечная впадина – ее согревает тепло циркулирующей крови. А для этого требуется некоторое время.
Что же интересного может быть в измерении температуры медицинским термометром? А вот что. Вы никогда не задумывались, почему он «держит» измеренную когда-то температуру – даже если после измерения прошло много времени? Ведь термометр за окном или в комнате на стене исправно «следит» за температурой окружающего воздуха – столбик подкрашенной жидкости в нем поднимается или опускается при изменении температуры. И дело вовсе не в том, что в этих термометрах вместо ртути – подкрашенный спирт. В лабораториях температуру измеряют чаще всего ртутными термометрами, и когда они просто лежат в ящике лабораторного стола, то показывают температуру воздуха: столбик ртути никогда не «застревает» в них на определенной отметке.
В чем же секрет медицинского термометра? В нем используется принцип разрывания столбика ртути, который после измерения не должен изменять свою длину. Возьмите обыкновенный медицинский термометр и осторожно встряхните его, как всегда это делаете перед измерением температуры (лучше встряхивать термометр над чем-нибудь мягким: диваном, кроватью, в крайнем случае, над ковром – вдруг он случайно выскользнет из руки). Теперь положите термометр на мягкую подстилку на столе (подальше от края) и при хорошем освещении. внимательно посмотрите на него в сильную лупу. Вы увидите, что от стеклянного баллончика с ртутью отходит узкая трубочка с очень тонким внутренним каналом – капилляром; конец этой трубочки припаян к внешнему стеклянному баллону. Канал внутри трубочки настолько тонкий, что трубочка сама сделана в виде увеличительного стекла, чтобы лучше разглядеть столбик ртути. В самом же начале капилляра в стекле сделана перетяжка – самое узкое место канала. Через эту перетяжку ртуть сама перетечь в основной канал не может, как не может она и вернуться назад. Что же происходит при измерении температуры?
Внимательно посмотрите через лупу на перетяжку и одновременно очень осторожно нагревайте пальцами свободной руки баллончик с ртутью – но ни в коем случае не горячей водой или горячим предметом! Перед вами предстанет удивительное зрелище: в отличие от других, не медицинских, термометров, ртуть поступает в очень тонкий капилляр из резервуара не равномерно, а скачками, периодически «выстреливая» в него через перетяжку мельчайшими капельками. Заставляет ее это делать повышение давления в резервуаре при подъеме температуры. В отсутствие давления ртуть сама через перетяжку пройти не может. Поэтому когда термометр вынимают из-под мышки, резервуар начинает охлаждаться, столбик ртути в месте перетяжки разрывается, и часть ее остается в капилляре – ровно столько, сколько ее там было во время измерения температуры. Резко встряхивая термометр, мы сообщаем столбику ртути ускорение, в десятки раз превышающее нормальное ускорение силы тяжести. Развиваемое при этом давление «загоняет» ртуть через перетяжку обратно в резервуар. Так что наш маленький медицинский термометр – настоящее чудо техники! Кстати «знатоки» из телевизионной передачи «Что? Где? Когда?» не смогли ответить на вопрос, почему показание медицинского термометра не изменяется после измерения температуры.
Жители средней полосы России и тем более ее южных областей не всегда знают, что ртутный термометр может отказать в трескучие зимние морозы, которые случаются в северо-восточной части нашей страны. Получается так потому, что при температуре ниже —38,9 °C ртуть замерзает. Это явление впервые наблюдал в Иркутске при сильном морозе в 1736 году французский астроном и географ Жозеф Никола Делиль (1688–1768). При основании Российской академии наук в 1725 году Делиль был приглашен в Петербург на место директора астрономической обсерватории и прожил в России до 1747 года. В Сибирь он ездил с научной целью – для наблюдения за прохождением Меркурия перед диском Солнца и для определения географического положения некоторых населенных пунктов. Искусственно же заморозить ртуть с помощью охлаждающей смеси (из льда и концентрированной азотной кислоты) удалось лишь в 1759 году другому петербургскому академику Иосифу Адаму Брауну (1712–1768); его пригласили в Российскую академию в 1746 году. Браун обнаружил, что твердую ртуть можно ковать, как обычные металлы; он написал также много статей по физике и метеорологии.
Здесь уместно сказать, какие же морозы бывают на Земле. Много лет самой низкой температурой у земной поверхности считалась температура, которую наблюдали в августе 1960 года в районе советской антарктической станции «Восток», расположенной на высоте.3488 м над уровнем моря (78°28′ южной широты, 106°48′ восточной долготы), – 88,3 °C. Этот рекорд был побит в разгар зимы 21 июля 1983 года на той же станции «Восток»: -89,2 °C.
В Северном же полушарии «полюсом холода» считается район Оймякона (город в верховьях реки Индигирки в Якутии). В феврале 1933 года в Оймяконе температура воздуха понизилась до —67,7 °C, а температура снега составила -69,6 °C. Очень сильные холода бывают также в Верхоянске – городе на реке Яне, к северо-западу от Оймякона. В феврале 1892 года там была зафиксирована температура —69 °C. В Оймяконе в тот год измерения не проводились, однако обычно в самые холодные ночи там на два градуса холоднее, чем в Верхоянске. Поэтому считается, что когда в Верхоянске было -69 °C, в Оймяконе должно было быть -71 °C! В этих местах фиксируется и самая большая в мире годовая амплитуда температур, которая даже вошла в Книгу рекордов Гиннеса: 106,7 °C (от —70 до +36,7 °C), в районе Верхоянска.
Ниже 50 градусов в России бывает в Якутии, Красноярском крае, Томской и Магаданской областях. Но не только Россия славится холодами, при которых замерзает ртуть в термометрах. В феврале 1947 года в Канаде (станция «Снэг») была зафиксирована температура —62,8 °C. В январе 1971 года в горах Эндикотт (Аляска) было —62,1 °C. Ниже – 50 °C температура бывает в США – в штатах Монтана, Колорадо, Айдахо, Сев. Дакота, Вайоминг. В Швеции и Норвегии также может быть ниже -50 °C.
Если надо измерять такие низкие температуры, вместо ртути можно использовать некоторые ее сплавы. Например, сплав ртути с 8,5 % редкого металла таллия не замерзает до -60 °C; этот сплав предложил академик Николай Семенович Курнаков (1860–1941). Для измерения низких температур широко используют также органические соединения – петролейный эфир, керосин, толуол, спирт. Такими жидкостями заменяют ртуть в бытовых термометрах, не требующих высокой точности. Термометром, заполненным спиртом, можно измерять температуры от —100 до +75 °C. При более низкой температуре спирт становится вязким, что затрудняет измерения.
При измерении высоких температур появляются другие проблемы. При температурах более +200 °C ртуть начинает интенсивно испаряться (кипит она при +357 °C) и конденсироваться в верхней части капилляра. Однако есть ртутные термометры, позволяющие измерять температуру до +600 °C. В них над ртутью под большим давлением (порядка 30 атм) находится инертный газ, не дающий ртути закипеть даже при очень высокой температуре.
Разновидностей лабораторных термометров очень много. Некоторые из них предназначены не столько для измерения температуры, сколько для ее поддержания в заданных пределах в том или ином приборе. Так, уже упоминавшийся электроконтактный термометр (рис. 2.16) автоматически включает или выключает какой-либо прибор при достижении определенной температуры. Внутри капилляра этого термометра с помощью магнитной муфты перемещается тоненькая, диаметром 0,1 мм, вольфрамовая проволочка. Нижний конец ее устанавливают на температуру, которую нужно поддерживать постоянной, вращая магнит в ту или иную сторону. В нижнюю часть капилляра впаян второй (неподвижный) платиновый контакт, который всегда погружен в ртуть. Термометр соединяют с реле, которое управляет, например, нагревателем термостата. Как только поднимающийся ртутный столбик коснется вольфрамовой проволочки, электрическая цепь замкнется и реле выключит нагреватель. Когда жидкость в термостате чуть охладится, ртуть в капилляре опустится, разрывая контакт, и реле вновь включит нагреватель.
Риc. 2.16. Электроконтактный термометр и магнитная муфта к нему
Иногда, например, на автоматической метеорологической станции, куда люди приходят редко, устанавливают максимально-минимальный термометр. Его особенность в том, что он может показывать самую высокую и самую низкую температуру за тот промежуток времени, когда его не трогали (рис. 2.17). Работает он так.
Рис. 2.17. Максимально-минимальный термометр
В нижней части U-образного капилляра находится столбик ртути (поскольку ртути в приборе мало, изменением ее объема при изменении температуры можно пренебречь). А рабочим телом в термометре, которое и реагирует на изменения температуры, служит бесцветная органическая жидкость, основной объем которой находится в широкой пробирке. С обеих сторон в капилляр помещены миниатюрные ползунки из синего стекла.
При повышении температуры расширяющаяся жидкость давит на ртутный столбик и перемещает его так, что правый мениск поднимается, толкая при этом правый ползунок вверх, а левый – опускается (обратите внимание на перевернутую шкалу слева). При понижении температуры ртуть перемещается в обратном направлении, толкая вверх левый ползунок, тогда как правый остается на месте. Таким образом, оба ползунка могут двигаться только вверх и показывать самую высокую и самую низкую температуру, которая отмечалась прибором (в данном случае +28 и +14 °C – такие температуры были в течение года в квартире, в которой висел этот термометр). Встряхивая термометр, можно установить оба ползунка в позицию, соответствующую показанию термометра в данный момент (на рисунке – около +24 °C), при этом ползунки упрутся в ртутные столбики.
Рис. 2.18. Термометры Аншютца и Бекмана
Заканчивая небольшую экскурсию в мир стеклянных термометров, трудно удержаться, чтобы не продемонстрировать среди них великана и карлика (рис. 2.18). У маленького термометра Аншютца – он назван по имени немецкого химика Рихарда Аншютца (1852–1937) – вверху припаян стеклянный шарик, за который его легко подвесить на ниточке в нужной части аппаратуры. Огромным кажется рядом с ним термометр, изобретенный немецким химиком Эрнстом Отто Бекманом (1853–1923). Это так называемый метастатический термометр переменного наполнения. За этими мудреными словами скрывается вот что. Термометр предназначен для определения не самой температуры, а лишь ее изменения в небольшом интервале – зато с очень высокой точностью. Это требуется, когда анализируют вещество по повышению температуры кипения или по понижению температуры плавления его раствора. В термометре Бекмана две шкалы: большая основная, длиной более полуметра, соответствует изменению температуры всего на 5 °C, что позволяет разместить на ней 600 делений через 0,01 °C. (С помощью увеличительного стекла можно повысить точность отсчета до 0,001 °C!) Нужный диапазон измерений – в любом интервале от —20 до +150 °C – устанавливают, отливая часть ртути из большого резервуара внизу в петлеобразный запасной резервуар вверху, либо наоборот. Делается такая операция путем переворачивания термометра и легкого его встряхивания.
В последние годы жидкостные термометры все увереннее вытесняются электронными приборами (рис. 2.19). Они и безопаснее (не содержат ртути), и точнее, и позволяют измерять температуру там, где обычный термометр бесполезен (например, в живой клетке). Вместо шарика с ртутью в таком приборе небольшой датчик – термочувствительный элемент, занимающий очень малый объем. Если его нагреть (или охладить), на выходе появится небольшое электрическое напряжение, которое можно измерить и таким образом определить температуру.
Рис. 2.19. Электронный термометр, показывающий, что температура жидкости в стакане равна +77,3 °C
Сравнительно недавно появились «одноразовые термометры», предназначенные для измерения температуры… жареной котлеты! Известно, что многие пищевые отравления происходят из-за бактериальной зараженности продуктов, особенно скоропортящихся. И рыба, и мясо – прекрасная питательная среда для многих микроорганизмов, которые могут при благоприятных условиях размножаться с огромной скоростью. Для размножения патогенных микробов существует оптимальная температура. При низких температурах бактерии растут очень медленно, а при высоких они гибнут.
Единственный надежный способ обеззараживания долго хранившихся пищевых продуктов – тепловая обработка. Так, температурная обработка молока предусматривает либо пастеризацию в течение получаса при +62… +65 °C, либо кратковременную (10–20 секунд) обработку при +71… +74 °C, при которой уничтожаются почти все микроорганизмы, либо достаточно длительную стерилизацию при +115 °C, при которой гибнут все патогенные микроорганизмы и их споры. Когда-то нередки были вспышки инфекционных заболеваний, вызванных потреблением зараженного молока (туберкулез, бруцеллез, дизентерия и др.). С потреблением зараженного мяса связаны различные глистные заболевания – гельминтозы и инфекционные болезни.
Перед употреблением многие продукты обязательно подвергаются тепловой обработке. Выдерживание продуктов при +60… +65 °C в течение 5-15 минут полностью убивает возбудителей бруцеллеза и ящура. При этом не только гибнут микроорганизмы, но изменяется состав продуктов. Уже при +60… +70 °C начинаются химические превращения белков, что облегчает их усвоение. Не рекомендуется есть и сырые куриные яйца (а утиные – категорически запрещено). Яйца нередко заражены сальмонеллами, которые вызывают тяжелые пищевые отравления. Для безопасности сырые куриные яйца надо нагреть примерно до +70 °C (при этом они фактически остаются сырыми). Поэтому кулинарная обработка мяса, птицы, рыбы совершенно необходима.
Рис. 2.20. «Бумажный термометр» в действии
Как же узнать, что гамбургер или куриные ножки прогрелись в духовке или микроволновой печи в достаточной степени? Для этого существуют различные термометры, в том числе электронные, но они довольно дорогие. Альтернативой могут служить дешевые одноразовые термометры (рис. 2.20). Такой термометр представляет собой небольшую картонную пластинку, на кончике которой находится маленький термочувствительный индикатор – белый прямоугольничек размером примерно 6x4 мм. Достаточно всего на пять секунд поместить кончик индикатора в подогреваемый продукт, чтобы определить, хорошо ли он прогрелся. Если индикатор остался белым, нагрев следует продолжить, пока пластинка не почернеет. Почернение пластинки указывает на то, что требуемая температура достигнута. Для каждого вида продукта существует свой индикатор, цвет которого меняется только при достижении определенной температуры: для рыбы – это индикатор на +60 °C; для гамбургера, мясного фарша, свинины или яиц в кастрюле с водой – на +71 °C, для цыплячьих грудок – на +77 °C и т. д.
Как же устроен такой необычный «термометр»? Его кончик, который и измеряет температуру, герметично покрыт безвредной полимерной пленкой. Под этой прозрачной оболочкой находится белый порошок, а под ним – черный картон. При достижении определенной температуры белый порошок быстро плавится и становится видна черная подложка (рис. 2.21). Все просто. Для каждой температуры подобрано безвредное вещество, которое плавится при данной температуре. Точность определения температуры таким «прибором» – примерно 0,5 °C.
Рис. 2.21. Новая полоска (а), термочувствительный индикатор нагрет до начала плавления (вещество расплавилось не полностью) (б), новая полоска со снятым покрытием (в)
Фильтрование и разделение жидкостей
Одна из самых старых химических операций – фильтрование, т. е. отделение твердого вещества от жидкости, в которой это вещество не растворяется. С древнейших времен, раздавив спелый виноград, отделяли его сок от кожицы и косточек. Самый примитивный «прибор» для фильтрования представлял собой полотняный мешок, который наполняли плодами, а затем складывали так, чтобы на обоих его концах образовалась петля. В эти петли вставляли две палки, которые вращали в разные стороны. Получался одновременно отжим с фильтрованием через ткань (рис. 2.22). В Древнем Египте, во времена III династии (ок. 2670–2600 до н. э.), процесс был усовершенствован: мешок подвешивали за петли к стойкам (рис. 2.23). В таком виде этот «механизм» использовался более 2500 лет.
Рис. 2.22. Рабочие выжимаю т виноградный сок с помощью фильтровального мешка. (Рисунок из древнеегипетского захоронения в Саккаре, ок. 2500 года до н. э.)
Рис. 2.23. Усовершенствованный фильтровальный мешок, концы которого удерживаются на раме. (Рисунок из древнеегипетского захоронения в Бени-Хасан, ок. 1500 года до н. э.)
Современному химику для фильтрования не нужны ни полотняные мешки, ни подсобные рабочие. Со Средних веков сохранился способ фильтрования с помощью воронки и бумажного фильтра. Для ускорения процесса фильтр делают складчатым – так увеличивается фильтрующая поверхность. Если используется обычный бумажный фильтр конической формы, фильтрование ускоряется при наличии небольших продольных ребер внутри воронки (рис. 2.24). В этом случае фильтр не прилипает к стеклу и профильтрованная жидкость стекает со всей внешней поверхности фильтра. Каждый, кому приходилось фильтровать что-либо с помощью воронки или просто использовать ее для переливания жидкости, знает об одной неприятной особенности: стекающая в емкость жидкость вытесняет оттуда воздух, и если он не может свободно выйти между горлышком сосуда и внешней стенкой воронки, фильтрование резко замедляется. Хуже того: воздух из сосуда иногда «прорывается» через носик воронки в слой жидкости, вызывая ее разбрызгивание. Чтобы такого не происходило, обычно между воронкой и горлышком вставляют стеклянную палочку или просто спичку. Чтобы избавить химиков от таких неудобств (палочка или спичка могут проскользнуть вниз) некоторые воронки делают с небольшими продольными ребрышками или с канавками на внешней стенке.
Рис. 2.24. Складчатый фильтр и воронка с внутренними ребрами и наружными канавками
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 сжатому воздуху выход наружу, – и тогда жидкость вновь начинает литься.
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.
Рис. 2.25. Приспособление для вакуумного фильтрования со стеклянным пористым фильтром
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.
Рис. 2.26. Современная центрифуга
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.
Рис. 2.27.Делительная воронка
Техника безопасности – на первом месте!
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…
