Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин - Михаил Левицкий

Случалось, что свойства трудноуловимой примеси приписывали основному соединению. Наиболее яркое достижение немецкого химика А. Байера, заложившего основы химии красителей, состоит в том, что он выяснил строение природного красителя индиго, а затем сумел его синтезировать. Один из малоизвестных результатов работы Байера имел неожиданное продолжение. Изучая в 1879 г. строение индиго, ученый получил продукт его окисления – изатин, который, как оказалось, обладал интересным свойством. При смешивании с бензолом в присутствии серной кислоты изатин давал интенсивное синее окрашивание, и потому его стали использовать как очень удобный реагент для качественного обнаружения бензола. Это было заблуждением, но вскоре его развенчали. В 1883 г. другой немецкий химик В. Мейер во время чтения лекции решил показать студентам эффектный опыт, позволяющий обнаружить бензол с помощью цветной качественной реакции, однако у него под руками не оказалось бензола. Не растерявшись, Мейер решил на глазах у студентов вначале получить бензол, а затем подтвердить его наличие, подействовав изатином. Бензол он получил, нагревая бензойную кислоту:

Добавив к свежеполученному бензолу серную кислоту и изатин, он с изумлением обнаружил, что никакого окрашивания нет. Можно себе представить последовавшее за этим веселое оживление студентов, наблюдавших такой неудачный опыт? Тем не менее Мейер сумел сделать из эксперимента очень интересный и, как оказалось, абсолютно правильный вывод. Не вызывало сомнений то, что из бензойной кислоты он получил именно бензол. Более того, бензол, полученный таким образом, был абсолютно чистый, а бензол, который химики обычно использовали для работы, получали из каменноугольной смолы. Следовательно, как предположил Мейер, каменноугольный бензол содержит какую-то примесь, которая дает окрашивание с изатином.

Мейер сумел выделить из каменноугольного бензола соединение, которое он назвал тиофеном. Первая часть названия – "тио" – происходит от греч. θεῖον – "сера", а вторая часть названия – "фен" – указывала на родство с бензолом, спутником которого был тиофен. Группу, содержащую бензольное ядро, С6Н5-, называют фенильной (рис. 11.1).

В наше время тиофен рассматривают как загрязнитель бензола, мешающий при проведении некоторых спектральных исследований и молекулярно-массовых измерений. На емкостях с бензолом, предназначенных для таких целей, указывают: «Не содержит тиофена». Вполне естественно, что упомянутый ранее изатин стали использовать для оценки чистоты бензола. Современная химия тиофена представляет собой самостоятельный раздел органической химии. И кстати, на основе тиофена создан электропроводящий полимер, подобный тому, о котором было рассказано немного ранее.

И все же во многих случаях чистота посуды и реагентов необходима. Существует эффектный химический опыт: экспериментатор показывает присутствующим колбу с прозрачной жидкостью, после нескольких легких встряхиваний жидкость полностью превращается в твердую застывшую массу. Для опыта готовят насыщенный раствор в горячей воде кристаллогидрата сульфата натрия Na2SO4•10H2O. После остывания раствор становится пересыщенным, и кристаллизация может начаться от легкого толчка, но не только от этого. Любая пылинка или частичка грязи на стенках колбы может вызвать кристаллизацию до того, как опыт будет продемонстрирован зрителям. В таком случае чистота посуды очень важна.

Существует другой вариант этого эффектного опыта, когда готовить заранее насыщенный раствор не требуется. Небольшое неудобство состоит в том, что показывать мгновенную кристаллизацию можно только на улице в прохладную погоду. В небольшую бутылочку наливают третичный бутанол (CH3)3C-OH. Это вещество совершенно безобидное и имеется во многих лабораториях, температура его кристаллизации +25,5 оС. При комнатной температуре третичный бутанол кристаллизуется неохотно, то есть легко переносит небольшое переохлаждение. Следует, зажав в кулаке бутылочку с третичным бутанолом (чтобы он не охладился преждевременно), вынести его на улицу и дать слегка охладиться в течение 3–4 минут. Если температура воздуха ниже 17 оС, то легкое встряхивание приведет к быстрой кристаллизации всей массы. И, разумеется, бутылочка заранее должна быть чисто вымыта, иначе кристаллизация может начаться самопроизвольно.

В заключение ответим на вопрос, стоящий в заголовке, поскольку у кого-то может создаться впечатление, что загрязнения иногда приводят к Нобелевской премии или к открытию. Нет, все немного не так. Использовать чистую химическую посуду в работе следует всегда, а в процессе интенсивной работы рано или поздно "счастливая" случайность найдет исследователя сама. Важно лишь не упустить момент и найти правильное объяснение.

Об успехах химической науки рассказано в учебниках и специальных монографиях, а современные достижения описаны в свежих выпусках научных журналов. При этом в тени остаются рядовые будни химика и окружающая рабочая обстановка. Каждодневный труд в лаборатории внешне малопривлекателен – и тем не менее бывают ситуации, которые запоминаются надолго. Забавные случаи коллеги с удовольствием вспоминают и пересказывают знакомым, особенно когда они дополнены удачно сказанным словом.

Во дворе каждого химического института есть склад, откуда хозлаборанты приносят в лабораторию небольшие порции нужных реактивов (кислоты, щелочи, растворители и многое другое). В некоторых институтах есть лаборатории, потребляющие в заметных количествах конкретные реактивы, нужные только этим лабораториям. В таком случае на складе сооружают небольшой металлический сарай с доступом для тех, кто работает с этими соединениями. Например, лаборатория кремнийорганических соединений постоянно потребляет хлорсиланы – жидкости, которые очень легко гидролизуются на воздухе, образуя хлороводород. Однажды, по стечению обстоятельств, произошло следующее. Химики переливали из двадцатилитровой бутыли в литровые бутылки хлорсилан, чтобы забрать его в лабораторию. Сифонировать через резиновую трубочку, видимо, не хотелось, потому что жидкость перетекает очень медленно, потому наливали просто через воронку, стоя в противогазах и наклоняя вдвоем двадцатилитровую бутыль. В то же самое время буквально в двадцати метрах от химиков хозлаборанты вынесли с общего склада бутыль с концентрированным водным раствором аммиака и тоже, стоя в противогазах, стали наливать его в небольшие бутылки. Поскольку и те и другие были в противогазах и внимательно следили за жидкостями, то не сразу заметили, что происходит вокруг. А затем все скрылось в густом дыму. Пары HCl и NH3 при взаимодействии образуют в воздухе мелкие кристаллики хлорида аммония NH4Cl, напоминающие дым. Этот широко известный и совершенно безопасный опыт, который показывают школьникам, вдруг стал масштабным. Густеющий дым невольно заставлял ожидать появление языков пламени. Химики сразу поняли, в чем дело, и прекратили разливать хлорсилан, а хозлаборанты сильно перепугались. Проходившие мимо два сотрудника также поняли, что происходит, остановились полюбоваться зрелищем, а потом зааплодировали.