Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Ось яке несподіване практичне застосування дістала так звана проблема малих кількостей речовині А виникла ця проблема давно…

Назва, яку Петро І дав будинку, що виходить своїми вузькими і високими вікнами на Неву, — Кунсткамера — збереглася й досі. Тепер там не демонструють заспиртованих потвор. У цьому музеї серед інших експонатів зберігаються дорогі для історії нашої вітчизняної науки реліквії — прилади, якими користувався Ломоносов.

Урочисто застиг у ніші телескоп, тьмяно відсвічує потемнілий від часу глобус, під стелею висить складний прилад для добування атмосферної електрики. Зовсім непомітно у віддаленому кутку стоять під скляним ковпаком терези ломоносівської лабораторії. Якби не були такими строгими традиції академічного музею, ці терези слід було б освітити яскравим світлом і прикріпити урочистий напис «Прилад, що поклав початок сучасній хімії».

Відкривши закон збереження ваги речовин, експериментально доведений на цих самих терезах, Ломоносов тим самим утвердив хімію як точну науку. З тих пір терези стали головним знаряддям досліджень хімії. Чим би хімік не займався в своїй лабораторії: чи добуванням нової речовини, чи детальним дослідженням уже відкритих сполук, чи вивченням якоїсь реакції, завжди його роботу вінчає хімічний аналіз.

Лише аналіз може дати відповідь на запитання, яку саме сполуку добув учений, чи правильно він вів процес, чи досяг бажаного результату.

Не минуло й 100 років після впровадження Ломоносовим терезів у практику наукових досліджень, як вчені вже мали прилади, з допомогою яких можна було зважувати з точністю до 0,001 г. А ще через якихось 40–50 років у кожній хімічній лабораторії стояли терези з чутливістю до 0,0002 г.

Для того щоб результати аналізу були достовірними, потрібно, визначаючи процентний вміст елементів у досліджуваній речовині, бути впевненим, що цифри, які відповідають сотим часткам процента, визначені правильно. Якщо для дослідження складу сполуки брати кількість речовини в 1 г, то неважко підрахувати, що десятитисячні частки грама якраз і складатимуть ті необхідні соті частки процента, щоб з певністю судити про склад сполуки.

Минуло небагато часу, і вже 1 г, який хіміки брали звичайно для аналізу, стало забагато. Справді, при виготовленні якоїсь речовини доводиться провадити багатостадійний синтез протягом двох-трьох тижнів, а часом і довше, в результаті чого дістаєш кілька грамів речовини. Нелегко зважитись на те, щоб майже половину цієї кількості витратити на аналіз. А при хімічному аналізі речовина втрачається безповоротно: її розкладають на складові частини. На проведення аналізу дослідники могли відпустити щонайбільше десяті частки грама. Але тоді потрібно в 10 раз підвищити точність зважування. Так у хімію увійшов п’ятий десятковий знак…

Терези, на яких можна зважувати з такою точністю, тепер в хімічних лабораторіях вже не рідкість. Вони помітно відрізняються від своїх «чотиризначних» товаришів.

Стоять вони, як правило, в окремій кімнаті на спеціальній підставці, укріпленій в стіні, температура в приміщенні повинна бути сталою. Один зайвий десятковий знак — і які ускладнення!

Та й п’ятий десятковий знак — не межа для хіміків. Минуло ще 35 років, і хімікам довелося зіткнутися з визначенням таких мізерних кількостей речовини, що, якби такі маніпуляції приснилися дослідникові кінця минулого століття, це здалося б йому маренням.

На початку 40-х років нашого століття з’явились перші праці з хімії зауранових елементів — елементів, які в періодичній системі стоять після урану. Вчені їх добули штучно, за допомогою ядерних реакцій. Дослідники бюретками відміряли не мілілітри, як у звичайних хімічних лабораторіях, а одну стотисячну мілілітра. Найбільші хімічні стакани, якими маніпулювали автори цих статей, мали в діаметрі 1 мм; доводилось зважувати кількість речовини в 0,001 г, причому це робилося з точністю до 0,000001 г.

Уявіть собі, як доводиться вести роботу з такими кількостями речовини! Її обережно переливають з однієї посудини в іншу, слідкуючи, щоб не пролилась жодна крапля. А втім, яка там крапля! Про краплю тут не може бути й мови, бо крапля в тисячу раз більша від усього розчину.

Ну, а терези, який вигляд мають вони? Коромисло зроблено з чистого кварцу, завтовшки з людську волосину. Більшість частин цього приладу взагалі невидима для неозброєного ока. Ось які вони тонкі й невагомі! Такі терези в звичайній кімнаті не поставиш. Навіть на абсолютно нерухомій підставці вони зазнають коливань. Пройде вулицею біля будинку, де міститься лабораторія, людина — і коромисло вже коливається, зважувати не можна. Проїде за три квартали вантажна машина — знову терези «хвилюються». Стоять ці терези в глибокому підвалі. Наближаються до них з більшою обережністю, ніж лікар до тяжко хворого. В цій кімнаті не можна голосно розмовляти, сильно розмахувати руками. І все це для того, щоб зважувати з точністю до 0,000001 г. Ось що таке шостий десятковий знак і чого він коштує дослідникам.

Чому в хімії з’явилася потреба в шостому десятковому? Для чого вся ця хитромудрість?

Перші штучні елементи спочатку були добуті в надзвичайно малих кількостях — у десятитисячних, а в деяких випадках навіть у мільйонних частках грама. А знати, причому абсолютно точно, властивості цих елементів було вкрай необхідно.

Хоч вченим довелось оперувати мізерними кількостями речовини, вони дістали вичерпні дані про хімічні і фізичні властивості сполук. А в тому, наскільки малими були ці кількості, можна пересвідчитись хоча б з рисунку, де зображена вся наявна кількість гідроокису америцію до 1945 року.

Так через двісті років після Ломоносова хіміки досягли, здавалось, межі можливого. Хто знав, що не мине й кілька років, як промисловість вимагатиме від хіміків уміння визначати такі кількості речовин, які в порівнянні з описаними вище були такими, як піщинка в порівнянні з великою горою? Ось тут і довелося згадати одну історію, яку майже всі вчені називали науковою сенсацією.

Так само, як і інші сенсації, це відкриття в 20-х роках нашого століття наробило багато