1.25. МОЖНО ЛИ АЛМАЗ СПУТАТЬ СО СТЕКЛОМ?
Однажды в 1820 г. в Лондоне разразился скандал. На одном из аристократических приемов известный ювелир сказал графине - хозяйке дома: "У Вас, миледи, в перстне не алмаз, а подделка".
В 1790 г. венский ювелир Штрассер впервые получил свинцовое стекло, названное хрусталем, с высоким содержанием оксида свинца PbO (до 50%). Оптические свойства такого стекла и алмаза близки: есть "игра цветов" и "алмазный блеск". После огранки куски хрусталя стали напоминать бриллианты еще больше. Ограненные хрусталики назвали "стразами" по имени Штрассера. По внешнему виду страз отличить от алмаза трудно, но его происхождение выдает недостаточная твердость: он не царапает стекло. Видимо, такой страз вместо бриллианта и был продан графине, и в ее кругу считалось, что она владеет самым крупным бриллиантом.
При подкраске страза добавлением в расплав небольшого (всего 0,0001%) количества золота (Au) в виде любого его соединения получали поддельные ярко-алые рубины. Введение оксида кобальта CoO превращало стразы в красивое синее стекло, похожее на сапфир (см. 10.42), а добавление в расплав при варке хрусталя оксида хрома Cr2O3 делало страз похожим на изумруд (см. 10.22).
1.26. УКРАДЕННЫЙ СЕКРЕТ МЕЙСЕНСКОГО ФАРФОРА
Первые фарфоровые изделия появились в Китае в эпоху Хань (206 г. до н.э.). В конце XIII в. путешественник Марко Поло привез из Китая в Европу первые образцы фарфоровой посуды.
Однако секрет производства фарфора оставался неизвестным в Европе вплоть до начала XVIII в. Многолетние исследования немецкого математика, физика и минералога Вальтера-Эренфрида фон Чирнгауза (1651–1708) наконец увенчались успехом: ему удалось получить фарфор. В 1703 г. Чирнгауз спроектировал фабрику для производства фарфора, а через четыре года он привлек к работе немецкого алхимика Иоганна-Фридриха Бёттгера (1682–1719), славившегося большими познаниями в химии. Нуждаясь в верном помощнике для окончательной отработки технологии производства фарфора, Чирнгауз, естественно, открыл ему секреты этой технологии. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает, а Бёттгер выдает себя за изобретателя состава фарфора и становится в 1715 г. основателем знаменитой Мейсенской фарфоровой фабрики недалеко от Дрездена.
Фарфор получали при сильном прокаливании пластической массы, образующейся при смешивании белого каолина Al4(OH)8(Si4O10) ("фарфоровой земли") с порошкообразным полевым шпатом NaAl(Si3O8) и кварцевым песком (SiO2) с небольшим добавлением воды. При обжиге каолин выделяет воду и разлагается на оксиды алюминия и кремния Al2O3 и SiO2, которые связываются полевым шпатом. Поэтому объем изделия уменьшается, масса становится плотной и звонкой. Фарфор тверже стекла и лучше его сопротивляется изменению температуры и воздействию химических веществ. Метод Чирнгауза сохранил свое значение и в наше время.
1.27. О ЗЕРКАЛАХ
В 1858 г. немецкий химик Либих (см. 2.17) писал одному из своих друзей, Клемму: "Я опять занимаюсь фабрикацией зеркал, благодаря некоторым улучшениям думаю, что можно приготовить правильные зеркала любых размеров".
Зеркала появились задолго до новой эры. Ими служили отполированные до блеска металлические пластинки из золота, серебра и бронзы (сплава меди и олова). Серебряные зеркала были наилучшими по качеству отражения. В I в. н.э. начали изготавливать стеклянные зеркала - стеклянные пластинки, соединенные со свинцовой или оловянной. Затем ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова (раствор олова Sn в ртути Hg, см. 5.44). Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра AgNO3 добавляли водный раствор гидроксида калия КОН, что приводило к осаждению черно-коричневого осадка оксида дисеребра Ag2O:
2AgNO3 + 2KOH =Ag2O↓ + 2KNO3 + H2O.
Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH3:
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2](OH).
В этой реакции оксид дисеребра переходил в раствор в виде гидроксида диамминсеребра(I). Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид НСНО. Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла с образованием зеркала:
2[Ag(NH3)2](OH) + HCHO = 2Ag↓ + HCOONH4 + 3NH3 + H2O.
Самыми высококачественными оказались зеркала из индия In. В отличие от серебра индий не тускнеет на воздухе, долго сохраняет высокий коэффициент отражения. Индиевые зеркала, установленные в прожекторах, позволяли легко находить фашистские самолеты, сбрасывавшие бомбы на Лондон. Лучи индиевых зеркал пробивали плотный туман, часто висящий над столицей Великобритании.
1.28. СПИЧКИ "МАКАЛЬНЫЕ" - ОГОНЬ ИЗ ЖИДКОСТИ
В 1919 г. в Петрограде, когда спичечные фабрики прекратили работу из-за отсутствия фосфора, появились "макальные" спички, или "хозяйственные запалы".
"Макальные" спички изобрел французский химик-аналитик и органик Гюстав Шансель (1822–1890). Он предложил на конец лучинок наносить смесь бертолетовой соли KClO3 (см. 3.24), серы S, горючих веществ (угля, крахмала, сахара) и клея. После высушивания такая спичка загоралась, если ее обмакнуть в концентрировавшую серную кислоту H2SO4 (см. 1.49) и тотчас вынуть. Сначала обмазка лучинки начинала трещать и затем вспыхивала. Загорание "макальных" спичек вызывали реакции
4КСlO3 + 2H2SO4 = 4СlO2↑ + O2↑ + 2K2SO4 + 2Н2O,
S + 2ClO2 = SO2↑ +Cl2↑ +O2↑,
S + O2 = SO2↑, C + O2 = CO2↑.
Выделяющийся сильный окислитель диоксид хлора ClO2 воспламенял серу, а вслед за ней и горючие вещества. Горению способствовало выделение кислорода. "Макальные" спички были очень неудобны: надо было всегда иметь под рукой склянку с серной кислотой.
Спички Шанселя усовершенствовал английский химик Джонс. Его спички, получившие название "дьявольских", состояли из полоски картона, к концу которой был прикреплен крохотный стеклянный пузырек с каплей H2SO4. Пузырек был обмазан смесью KClO3, сахара и клея. К спичкам прилагался пинцет, с помощью которого раздавливался пузырек-головка. Спички Джонса были в свое время предметом роскоши у лондонских аристократов.
В Петрограде в период разрухи склянку с кислотой заменили стеклянной пробиркой, закрытой корковой пробкой, внутри пробирки находился кусочек асбестовой ваты, пропитанной концентрированной серной кислотой. Из такого сосуда кислота не выливалась. Коробку с "макальными" спичками и пробиркой стали называть "хозяйственным запалом".
1.29. "ПИРОФОР"
Лаборант, приводя в порядок шкаф с реактивами, нашел в углу старую банку с запарафинированной пробкой и полустершейся этикеткой, на которой он смог прочесть только одно слово "Пирофор". Недолго думая, лаборант выбросил банку в корзину с мусором. На другой день, придя на работу, он узнал, что его комната вся выгорела, и пожарные с трудом погасили огонь.
Причина пожара - в безответственном отношении к химическому веществу неизвестного состава. "Пирофор" - смесь, самовоспламеняющаяся на воздухе, первые "химические спички", изобретенные немецким химиком Дёберейнером в начале прошлого столетия (см. 4.9; 9.30). Если смесь карбоната калия K2CO3, безводного сульфата алюминия-калия KAl(SO4)2 и угля C прокалить без доступа воздуха, то в результате реакций
2К2СO3 + C = 4К + 3CO2↑,
2KAl(SO4)2 + C = 2K + SO2↑ +3SO3↑ + CO2↑ + Al2O3
образуется серо-черная масса, содержащая мелкие частицы калия К, оксида алюминия Al2O3 и остатки угля. На воздухе под воздействием кислорода и влаги калий воспламеняется и может зажечь бумагу, вату и другой горючий материал. У банки, брошенной в корзину с мусором, видимо, открылась пробка, и "пирофор", придя в контакт с воздухом, воспламенился.