Илья Леенсон - Удивительная химия Страница 21

Медаль № 2. «Серебряная» медаль, выданная в 1968 году. Внешне она отличается от предыдущей только цветом. Масса — 24.96 г в воздухе и 22,06 г в воде, объем — 2,90 см3, плотность — 8,61 = 8,6 г/см3. Видимо, это тоже медный сплав; такую плотность имеет, например, сплав, очень близкий к мельхиору: 75 % меди, 20 % никеля и 5 % цинка, а также бронза состава 67 % меди, 33 % олова. А довольно сильное потемнение медали за несколько десятков лет говорит о том, что она, скорее всего, посеребрена (серебро темнеет на воздухе, если в нем есть хотя бы малейшие следы сероводорода, который может выделяться из резины, при варке яиц и т. п.). О серебряном покрытии непосредственно свидетельствует и проба, применяемая ювелирами. Когда на очищенную боковую поверхность медали капнули раствором дихромата калия («хромпика») в серной кислоте, под каплей сразу же появилось характерное красное пятно (легко потом счищаемое) — осадок дихромата серебра красного цвета.

Медаль № 3. «Серебряная» медаль, выданная в 1998 году. Размер у нее такой же, но рисунок другой: на одной стороне — силуэт женщины в лучах солнца, на другой — герб Российской Федерации на символической «сургучной» печати и две надписи: «Россия» и «За особые успехи в учении». Ну а каковы «особые успехи» в составе сплава? Масса медали — 26,50 г в воздухе, 23,50 г в воде, объем — 3,00 см3, плотность -8,83 = 8,8 г/см3. Видно, что за 30 лет медаль немного потяжелела, приблизившись по плотности к «золотой». Но она, конечно, не серебряная, во всяком случае, не из чистого серебра (напомним, что его плотность 10,5 г/см3). И даже не из «монетного сплава», содержащего 90 % серебра и 10 % меди (его плотность 10,3 г/см3). Плотность 8,8 г/см3 имеют, например, сплавы 65 % меди, 18 % никеля и 17 % цинка, или 90 % меди и 10 % олова (бронза), или 96 % меди и 5 % марганца, а также некоторые другие. Проба с тем же раствором не дала с первой попытки положительного результата, только после зачистки небольшого участка на ребре медали на нем под действием реактива появилось красное пятно. Видимо, современные медали после серебрения покрывают каким-то защитным слоем — недаром они не темнеют со временем!

В заключение — краткие сведения о пробах, которые ставятся на изделиях из драгоценных металлов: золота, серебра, платины, палладия. Иногда, чтобы разглядеть пробу на старом изделии, нужно увеличительное стекло. Проба указывает содержание в сплаве драгметалла. Пробы бывают разные. Так, старая российская золотниковая проба, введенная указом Петра в 1700 году, обозначала количество золотников чистого металла в одном фунте сплава. Современная метрическая проба (в нашей стране она принята в 1926 году) показывает массу драгметалла в граммах в 1000 г сплава. Поэтому, например, старой пробе 84 соответствует современная (84:96) х 1000 = 875. Например, с 1886 года проба российских монет достоинством 1 рубль, 50 и 25 копеек была равна 86 х 2/5 (что соответствует современной 900-й пробе), а проба монет достоинством 20, 15,10 копеек и маленьких серебряных «пятачков» массой всего 0,9 г. которые чеканились с 1867 по 1915 год (в отличие от громадных медных пятаков массой 16,38 г), была равна 48 (по-современному — 500). Советские рубли и полтинники имели 900-ю пробу, а более мелкие серебряные монеты 1921–1931 годов содержали только 50 % серебра (500-я проба). Современные серебряные изделия могут иметь пробу 960, 925 (так называемое «стерлинговое» серебро — название происходит от серебряной английской монеты, которая чеканилась в XII–XV веках; 240 таких монет по весу составляли «фунт стерлингов»), 916, 875, 800 и 750.

На золотых украшениях часто стоит 583-я проба. Это означает, что сплав содержит 58,3 % золота. Сейчас часто можно встретить на золотых изделиях 585-ю пробу. Это не значит, что золота в них больше. Проба 583 — это пересчет на метрическую старой 56-й пробы: (56:96) х 1000 = 583,3. Допустимое отклонение в содержании драгметалла укладывается в эту разницу, поэтому пробы 583-я и 585-я — это фактически одно и то же.

В некоторых странах (Англия. Швейцария) до сих пор используют каратную пробу, по которой чистое золото имеет пробу 24 карата; таким образом, пробе «14 карат» соответствует метрическая 583-я проба.

Для приблизительного определения пробы используют химический метод. След, оставленный изделием на пробирном камне (черный камень с отшлифованной матовой поверхностью), обрабатывают специальными растворами. Так, концентрированная 72 %-ная азотная кислота полностью растворяет след от золотого сплава, если его проба меньше 333-й. Если штрих окрасился в коричневый цвет, проба золота — от 333-й до 500-й. а если изменений не было — больше 500-й. Коричневый след — это мелкораздробленное золото, оставшееся после растворения других металлов (меди, серебра) в сплаве. Используя смесь азотной и соляной кислот, можно быстро определить приблизительное содержание золота в сплавах с пробой от 160-й до 1000-й (чистое золото). Для более точного определения пробы цвет штриха от изделия сравнивают с цветом штрихов от эталонных сплавов известной пробы. Таких сплавов (в виде специальных игл) существует множество, и отличаются они содержанием не только золота, но также меди и серебра. Дело в том. что даже при одной и той же пробе золотые изделия могут сильно отличаться по цвету. Это зависит от вида и содержания металла, с которым сплавлено золото (такой металл называют лигатурным). Так, серебро, сплавляемое с золотом в разных соотношениях, придает сплаву белый, желтый или даже зеленый оттенок. Медь делает золото красноватым, сплав, содержащий 9 % серебра и 32,5 % меди, имеет оранжевый цвет, а сплав с 20 % палладия дает так называемое «белое золото».

Реже применяются другие лигатуры. Например, кадмий придает золоту зеленоватый оттенок, цинк — белый, никель — бледно-желтый.

«Неужели это возможно в домашних условиях?» — спросите вы. Вполне возможно, только для того, чтобы рассчитать диаметр атома, надо кое-что знать. Например, что атомы многих металлов можно представить в виде маленьких, плотно упакованных шариков. В гаком случае атомы-шарики занимают 74 % всего пространства, а остальные 26 % приходятся на пустоты между ними. Еще надо знать, как связан объем шара (V) с его диаметром (d) — эту формулу можно найти в учебнике или в справочнике по математике: V= πd3/6, где π = 3,14. Наконец, надо знать очень важную для химии величину, которая называется постоянной Авогадро (NA) — в честь итальянского ученого XIX века Амедео Авогадро (1776–1856). Эта константа показывает, сколько частиц — атомов, ионов или молекул содержится в одном моле вещества. Моль — очень удобная для химиков единица измерения, так как в одном моле любого вещества содержится одинаковое число частиц. Например, 1 моль воды (18 г), или 1 моль сахара (343 г), или 1 моль кислорода (32 г) содержит одинаковое число молекул, равное NA = 6,02 x 1023. Ровно столько же атомов содержит 1 моль алюминия (27 г), или 1 моль меди (64 г), или 1 моль серебра (108 г). А 1 моль поваренной соли (58,5 г) содержит по 6,02 x 1023 положительно заряженных ионов (катионов) натрия и отрицательно заряженных ионов (анионов) хлора. Понятие «моль» (раньше его называли «грамм-молекулой», а еще раньше, во времена Менделеева, — «химическим паем») удобно тем, что им можно пользоваться и не зная численного значения постоянной Авогадро, так как вещества реагируют друг с другом в соответствии с числом молей в них.

О том, как ученые определили это огромное число, мы еще поговорим, а пока вернемся к нашей ложке. Итак, пусть в предыдущем опыте нам повезло, и ложка оказалась из серебра высокой пробы с плотностью 10,5 г/см3. Теперь у нас есть все данные, чтобы определить размер «серебряного атома». В 1 см3 серебра содержится 10,5 г:108 г/моль = 0.097 моль, или 0,097 x 6,02 x 1023 = 5,84 x 1022 атомов серебра. Если не считать пустоты между атомами, то на долю самих атомов-шариков придется не 1 см3, а немного меньше — 0.74 см3. Значит, объем одного атома равен 0,74 см3/5.84 x 1022= 1.27 x 10-23 см3. Осталось только по приведенной выше формуле рассчитать диаметр атома серебра. Он получится очень маленьким: d = 3 x 10-8 см, или 0,3 нм (нанометр — одна миллиардная часть метра — самая подходящая единица для измерения таких малых величин).

Все атомы имеют очень малые размеры. Цепочка из миллиона атомов серебра, плотно уложенных друг к другу, протянется всего на 0,3 мм. Дня сравнения: если уложить в цепочку миллион маковых зернышек диаметром 1 мм, то такая цепочка протянется на 1 км! Из-за малого размера атомов их невозможно увидеть даже в самый сильный оптический микроскоп. Зато ученые придумали другие приборы, позволяющие получать изображения отдельных атомов.

Примерно такие же размеры, как атом серебра, имеют небольшие молекулы — кислорода, азота, метана, воды; все они содержат несколько небольших атомов. Бывают молекулы, которые значительно больше: они содержат много атомов или атомы больших размеров (например, атомы иода). В следующем разделе мы познакомимся с одним из методов измерения размера молекул. А сейчас — некоторые интересные и полезные сведения об Авогадро и постоянной, названной его именем.