Анализ в эмалированной кружке

Если вещество окрашено, химики для его анализа часто используют оптические свойства раствора: чем выше концентрация растворенного вещества, тем сильнее раствор этого вещества поглощает свет.

D = ее/,

где D — оптическое поглощение (оно измеряется специальным прибором - фотометром); є - (читается «эпсилон») коэффициент поглощения (для каждого

вещества он свой); / - длина пути (в сантиметрах), которую прошел свет в растворе: с — концентрация вещества (в молях на 1 литр раствора). Фотометр — прибор сложный, он есть только в лабораториях. Но, оказывается, для приблизительной оценки концентрации вещества иногда можно обойтись и без фотометра, проводя измерения, как говорится, «на глазок». Неужели это возможно?

Вот какая история произошла с моими знакомыми в турпоходе. Путешественники остановились на приват в лесу, у самой реки. Пора было готовить еду, но речная вода не внушата доверия - она явно пахла чем-то «керосиновым». К счастью, неподалеку оказался родник. Однако и с ним не все было в порядке: камин вокруг были какие-то ржавые, да и сама вода пахла «железом», как будто она долго текла по старой водопроводной трубе. Впрочем, многие слышали, что железо полезно для организма и есть особо богатые мм минеральные воды (недаром известный курорт, расположенный недалеко от Пятигорска, называется Же* лезноводском). Однако один из туристов — врач по профессии — заявил, что в минеральных волах железа обычно немного, редко больше 10 мг в литре. Если железа в воде намного больше, то она, безусловно, вредна и лучше не рисковать, I І ос кольку простого способа «убрать» из воды железо не существует,-врач Предложил ВСКИПЯТИТЬ речную воду, заодно обработав ее марганцовкой — на случаи, если в воде есть еще и микробы.

И тогда другой турист, который был химиком, вспомнил об анализе соединений железа, который ему часто приходилось выполнять в ла-боратории, Там он добавлял к анализируемому раствору специальные реагенты, которые при взаимодействии с железом давали яркую окраску. а потом с помощью фотометра измерял поглощение света этим раствором в стеклянной кювете. Но ведь здесьнс было ни химических реагентов, ни прозрачных кювет, ни фотометра. Зато были дубы! И химик рассказал товарищам, что он собирается сделать.

На нижней стороне дубовых листьев, обычно к концу лета, часто появляются красивые круглые орешки-галлы. Иногда их бывает так много, что листья буквально провисают под их тяжестью. Сначала галлы зеленые, потом они краснеют и выглядят как маленькие яблочки, прилипшие к листу. Самому дубу галлы ни к чему — они образуются на листьях дуба от укуса крохотной мушки — орехотворки. Самка мушки, откладывая яйца, ранит дубовый лист, вызывая образование на нем патологических наростов. Развивающиеся личинки надежно защищены под кожицей этих наростов. Когда орешки-галлы созревают, из них выводятся маленькие крылатые насекомые с четырьмя прозрачными крылышками. Галлы интересны тем, что содержат много танина - смеси дубильных веществ (танин содержится и в дубовой коре, но там его в 2—3 раза меньше). Еще в древности орешки-галлы применяли в медицинской практике. да и сейчас раствор танина используют как прекрасное средство от ожогов: на «заду б ленной» им обожженной коже не образуются пузыри. Применяли галлы и для выделки кож, называя их «дубильными орешками». Но самое известное их применение было связано с изготовлением чернил; отсюда другое название галлов — «чернильные орешки». Для получения чернил к соку из галлов добавляли железный купорос или другие соли железа. На воздухе полученный раствор приобретал глубокий фиолетово-черный цвет.

Химик снял с листьев несколько орешков и выжал из них сок в кружку, наполненную родниковой водой. Каково же было удивление окружающих, когда вода сразу стала фиолетово-черной! Значит, в воде действительно много железа. Опыт произвел впечатление, но о том. что в воде есть железо, туристы догадывались и раньше. А вот как определить без приборов его концентрацию? Химик знал, что для окрашенных соединений, которые танин образует с солями железа, коэффициент е в приведенной выше формуле равен примерно 4000, Знал он также, что глаз человека способен увидеть окраску раствора втом случае, если его оптическое поглощение D не меньше примерно 0,1. Поскольку анализ был приблизительным, большей точности не требовалось.

Сначала с помощью тех же галлов химик проверил, что в речной воде, как и следовало ожидать, железа нет. После этого он начал разбавлять «чернильный» раствор речной водой. Сначала раствор был разбавлен вдвое, потом еше вдвое, но он оставался почти таким же темным - его оптическое поглощение было все еще слишком велико. Но затем содержимое кружки стало быстро светлеть, вот уже отчетливо стали видны царапинки на ее белом эмалированном дне и, наконец, после шестого разбавления раствор приобрел едва заметный лиловый оттенок.

Опыт был закончен. Оставалось провести некоторые простые расчеты.

с = D/гІ.

можно рассчитать концентрацию (в моль/л):

с = 0,1 /{4000' 20)= 1,25- 10"Л

Поскольку раствор был разбавлен вдвое последовательно 6 раз, исходная концентрация железа была в 64 раза больше (2" = 64), т. е. железа было 8 ¦ 1Q~S моль/л. Один моль железа — это 56 г, следовательно, в литре родниковой воды было 56 г/моль-8- 10 ¦ моль/л = 4.5- 10 1 моль/л, или, после округления (анализ-то неточный). Примерно 5 мі железа. Это, конечно, немало, однако, как заметил врач, в минеральной воде железа бывает и больше, поэтому пара стаканов такой воды никакого вреда человеку не принесет.

Химик выполнил свою задачу, обеспечив туристов водой. Врач же рассказал им еще много интересного о железе и его роли в жизни человека. Но это уже совсем другая история...

Рис. 5.1. Эти красивые снежинки - лишь малая часть симметричных фигур, образуемых растущими кристаллами льда