Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков
Один з дуже важливих хімічних законів — закон діючих мас, відкритий видатним російським вченим М. М. Бекетовим, говорить: швидкість хімічних реакцій пропорційнальна добутку концентрацій взаємодіючих речовин. Якою ж могла бути початкова концентрація води в бензолі, старанно очищеному Бейкером перед тим, як запаяти його разом з п’ятиокисом фосфору? Важко сказати. Та навряд чи більше однієї стотисячної частки процента.
Після того як процес осушування почався, ця кількість спочатку швидко, а потім все повільніше й повільніше зменшувалась: мільйонна частка процента, десятимільйонна, стомільйонна… Якщо підставити цю концентрацію в добуток, яким визначається швидкість реакції, то неважко буде уявити, якою мізерною виявиться ця швидкість. Ось чому для абсолютного осушення бензолу та інших речовин потрібні роки.
Деякі сторони явищ, спостережених Бейкером, можна було пояснити, а от найголовніше питання, найголовнішу проблему: яким чином мільйонні частки води так сильно впливають на властивості речовин, розв’язати не вдавалось.
Не дивно, що результати дослідів Бейкера викликали полеміку серед вчених того часу. Адже й тепер, майже через 40 років після цього відкриття, читач, очевидно, здивований: у чому ж суть такого дивовижного впливу мізерних домішок води? Зрозуміло й те, чому це відкриття стало сенсацією в повному розумінні цього слова, тобто про нього дуже швидко забули. Мало хто з дослідників наважувався повторити ці експерименти. У кого вистачить терпіння провадити дев’ятирічний дослід! Однак армія хіміків на землі велика, знайшлося кілька чоловік, які спокійно, без полемічного запалу взялися перевірити дослідні дані англійського вченого.
Нові факти, нові запитанняЧерез кілька років почали з’являтися окремі праці, присвячені питанню «ефекту осушування». З’ясувались деякі подробиці, а для науки ніщо так не важливо, як подробиці.
Амстердамський хімік Смітс вирішив по можливості зменшити час, необхідний для одержання цього «ефекту». Він встановив, що основна кількість води потрапляє в осушувану речовину головним чином з мікроскопічних капілярів у склі посудини, де зберігається рідина. Звичайне нагрівання не може видалити воду з капілярів. Смітс створив досить складний прилад, з допомогою якого можна сплавляти капіляри, одночасно відкачуючи з них повітря, а отже, і водяну пару. Такий прилад дав можливість значно зменшити початкову кількість води в осушуваній речовині.
Смітсу вдалося досяіти «ефекту осушування» за один рік, а в деяких випадках навіть за дев’ять місяців.
Інший фізико-хімік — Мейлі довів, що час осушування можна значно скоротити, якщо посуд з запаяними в ньому в контакті з п’ятиокисом фосфору речовинами зберігати при високій температурі. Це була правильна ідея, бо з підвищенням температури швидкість хімічних реакцій значно прискорюється.
Такі тривалі експерименти, певно, набридли навіть ентузіастам. Настала кількарічна пауза, і лише в 1927 році знову з’явилася стаття про «надчисті». Автор її — той самий Смітс. Він розглядає питання, чи підвищується температура кипіння осушуваних рідин раптово, стрибком чи поступово, в міру видалення вологи.
Смітс взяв старанно очищений бензол, який спочатку мав температуру кипіння 80,1°. 2 червня 1924 року дослідник запаяв бензол разом з п’ятиокисом фосфору у спеціальний прилад, де рідину можна було переганяти з одної посудини в іншу без контакту з повітрям. 25 серпня бензол уже мав температуру кипіння 81,5°. 23 лютого 1925 року він кипів при температурі 87°. У цей день експериментатора спіткало лихо: на колбу з бензолом упав металевий предмет, і вона дала тріщину. Тріщинка була ледь помітною, і її майже одразу запаяли, однак і цих кількох хвилин виявилось досить, щоб у колбу проникла з повітря якась кількість вологи. Дослід був зіпсований: термометр знову показував 80°.
Довелося все починати з початку. Через місяць після злополучного випадку бензол кипів при 81,5°. Ще через місяць температура кипіння досягла 83°, і, нарешті, через рік весь бензол переганявся в інтервалі 86,6–87,7°. На цьому дослід був припинений. Хоча, продовжуючи далі осушування бензолу, можна довести температуру його кипіння до величини, досягнутої Бейкером — 106°, а може й вище.
Тим часом Бейкера і його нечисленних послідовників мучило питання: в чому ж річ, чому тгкі мізерні домішки води так разюче впливають на властивість речовин? Минали роки, а до розв’язання цього питання було так само далеко, як і в 1913 році, коли вперше був відкритий цей «ефект». Та коли вчені піднялись ще на кілька східців, коли з’явилось ще кілька праць, над деякими незрозумілими явищами замерехтіло світло розгадки.
Один з наступних дослідів показав, що старанно осушені речовини під час перегонки «поводяться» не так, як «звичайні». При перегонці «звичайних» речовин температура всього об’єму рідини повільно підвищується і потім, при певній температурі, що має назву температури кипіння, рідина починає переганятись, причому кипіння проходить строго при цій температурі до кінця досліду.
Коли ж уважно вивчили процес перегонки старанно осушеного гексану (вуглеводень С6Н14), то виявилась зовсім інша картина. Звичайний гексан кипів при температурі 69°. Внаслідок кількарічного осушування температура його кипіння досягла 82°. Одержавши «гексан-82» (читач уже розуміє, що може бути «гексан-69», або гексан звичайний, «гексан-72» і «гексан-75» і т. д. — в залежності від того, скільки часу осушувалася ця речовина), дослідники почали вивчати процес його перегонки.
Сподівання не обманули вчених. Перегонка відбулася справді незвичайно. Перші ознаки кипіння з’явились при температурі 79°. З цього моменту температура кипіння почала рівномірно підвищуватись, поки не досягла 82°. При цій температурі і перегналась більша частина гексану. Та перегонка, подібна вищеописаній, спостерігається лише для суміші кількох речовин. А тим часом у колбі міститься тільки гексан, причому надзвичайно чистий. І цей гексан кипить при кількох температурах! Кілька гексанів в одній речовині! Неймовірно, але факт!
Попутно виявилось ще кілька цікавих фактів. Речовини, піддані тривалому осушуванню, змінюють не тільки температуру кипіння, а майже всі свої фізичні властивості:
