Клуб ведут ученые, преподаватели, аспиранты и студенты Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института имени Д. И. Менделеева при участии Всесоюзного химического общества имени Д. И. Менделеева. Председатель клуба — доктор химических наук профессор С. И. Дракин.
В 1672 году изобретательный французский аптекарь Сегнет разработал способ получения соли, которая очень хорошо помогала при заболеваниях желудка. Секрет пролзводства Сегнет долгое время никому не открывал. Теперь, конечно, ни состав соли, названной в честь аптекаря сегнетовой, ни способ приготовления никакой тайны не представляют. Это двойная соль винной кислоты, ее химическая формула KNaC4H4O6 • 4Н2О.
Приготовление соли даже в домашних условиях несложно: к раствору винной кислоты Н2С4Н4О6 примешивают раствор поташа К2СО3, происходит замещение одной молекулы водорода, и получается кислый виннокислый калий КНС4Н4О6. Если к нему добавить раствор соды Na2CO3 • 10H2O, то в осадок выпадет сегнетовая соль.
|
НА ЭТОМ РИСУНКЕ ХУДОЖНИК ИЗОБРАЗИЛ:
|
Так и осталась бы соль лишь хорошим слабительным средством, если бы не открытие сделанное в 1880 году братьями Пьером и Жаком Кюри. Они заметили, что при растяжении, сжатии или изгибе некоторых естественных кристаллов на их гранях возникают электрические заряды. Это явление ученые назвали «пьезоэлектричеством», от греческого слова «пьезо» — давить. И когда ученые стали искать кристаллы с хорошим пьезоэффектом, оказалось, что вне конкуренции идет здесь сегнетовая соль. Она дала название новому направлению в технике — сегнетоэлектричеству.
Сегнетовая соль, которую выпускают химические заводы, имеет вид белого мелкокристаллического порошка. В таком виде она негодна для приборов, использующих пьезоэффект. Чтобы изготовить пьезоэлементы из сегнетовой соли, необходимы большие безупречные кристаллы.
Промышленное выращивание таких кристаллов производится в термостатах — сосудах, где температура поддерживается неизменной в течение длительного времени или изменяется по желанию. В основу процесса кристаллизации положено свойство большинства солей увеличивать свою растворимость с повышением температуры. Чем выше температура, тем больше можно растворить соли. При выращивании кристаллов таким способом приготовляют насыщенный раствор. Затем в него опускают затравку в виде небольшого кристаллика и температуру в кристаллизаторе немного понижают. Излишки соли, содержащейся в пересыщенном растворе, постепенно усваиваются затравкой. Искусственное пересыщение раствора можно создать и за счет отбора растворителя — воды. С этой целью внутреннюю часть крышки, закрывающей кристаллизатор, изготавливают в виде конуса, а в центре закрепляют чашечку для сбора стекающего с крышки конденсата. Конденсат из чашечки удаляют небольшими порциями с помощью вмонтированного в крышку сифона, изготовленного из тонкой стеклянной трубочки, имеющей на конце сливной кран.
Выращивать кристаллы в домашних условиях и в школе можно в очень простом термостате, предложенным А. В. Белюстиным («ЮТ» № 6 за 1976 г.).
Сегнетовая соль кристаллизуется в виде ромба, наиболее часто наблюдается форма, представляющая комбинацию из десяти граней призмы и двух замыкающих ее граней пинакоида.
Иногда при росте кристалла какая-нибудь грань сильно увеличивается в ущерб другой, а некоторые грани вообще не появляются. Для определения граней на таком кристалле пользуются основным законом кристаллографии — законом постоянства углов. Какой бы вид ни имел кристалл, углы между гранями а остаются неизменными. Так что угол между гранями P1 и Р2 всегда равен 163°, между Р и а — 40° и т. д.
Знание граней в кристалле необходимо потому, что пьезоэффект проявляется не на всех гранях и не с одинаковой силой. Для сегнетовой соли наибольший пьезоэффект наблюдается на грани а.
Для изготовления пьезоэлементов используются не целые кристаллы, а вырезанные из них пластинки. С кристаллографической и физической точек зрения во всяком срезе кристалла, параллельном какой-нибудь грани, раскрывается та же самая грань со всеми присущими ей свойствами. Для получения пьезоэлементов выращенный кристалл сегнетовой соли должен быть распилен на пласты, параллельные грани а.
В тех случаях, когда на кристалле грань a отсутствует, необходимое положение разреза определяется по другим существующим граням.
Кристаллы сегнетовой соли распиливаются влажной ниткой. Из пластов распиленного кристалла вырезаются нужные по форме и размерам пластинки.
Б. Витовский, Г. Добржанский
Нитрат серебра AgNO3 необходим в очень многих химических опытах. С помощью этого реактива можно доказать присутствие в растворе ионов Сl-, Вr-, I-. Реакцию образования серебряного зеркала используют в органической химии для обнаружения альдегидов. Она может быть применена и для изготовления зеркал различных оптических приборов. Высокодиоперсное металлическое серебро, получаемое восстановлением солей серебра, — мощный катализатор многих органических реакций.
Однако это вещество дорого и дефицитно. Поэтому его надо бережно расходовать, а остатки после проделанных опытов обязательно регенерировать. В школьной лаборатории некоторое количество AgNO3 можно получить из отработанного фотографического фиксажа.
Нужно взять за правило любой раствор, содержащий пусть даже очень мало серебра, выливать в особую склянку с надписью «слив Ag». (Когда его наберется много, можно приступать к регенерации.
Сначала в склянку добавляют соляную кислоту. Находящееся в растворе серебро образует осадок хлорида:
Обычно в банке уже есть какой-то осадок, и образовавшийся хлорид серебра лишь добавится к нему. Дальнейшая задача — выделение соединений серебра. Для этого осадок отфильтровывают и смывают небольшим количеством воды в химический стакан. Затем добавляют туда немного соляной кислоты и кусочки цинка. Цинк можно взять от использованных батарей карманного фонаря. Далее раствор необходимо кипятить под тягой. При нагревании происходит восстановление хлорида серебра и других его соединений до металлического серебра. Если в осадке содержится медь, она также выделится в виде металла. В результате получится порошок металлического серебра, смешанный с осадком и, возможно, с медью.
Непрореагировавшие кусочки цинка вынимают и проводят декантацию. Так называется процесс, когда к осадку добавляют воду, отстаивают, осторожно сливают воду без осадка, а затем все повторяют сначала.
Тщательно промытый осадок обрабатывают ааотной кислотой. Происходят реакции:
Растворив металлы в HNO3, добавляют воды, фильтруют и получают прозрачную жидкость, содержащую все бывшее в сливе серебро в виде нитрата. На нее действуют соляной кислотой и осаждают теперь уже чистый хлорид серебра. Его тщательно промывают декантацией и бросают в стакан с осадком AgCl кусочки цинка, после чего оставляют стоять на несколько часов.
Постепенно происходит восстановление, и серебро выделяется в виде черной, легко отделяющейся от цинка губчатой массы. Непрореагировавший цинк вынимают, серебро обрабатывают раствором НСl (чтобы удалить цинк, оставшийся незамеченным), затем водой.
При растворении выделенного порошка серебра в азотной кислоте получится регенерированный чистый нитрат серебра. Если все указанные процессы провести аккуратно, то регенерацией можно вернуть практически все израсходованное в опытах серебро.
Отработанный фотографический фиксаж содержит серебро в виде комплексного соединения, образующегося в процессе фиксирования по реакции:
Так же как и в описанном процессе регенерации, сперва нужно извлечь серебро в виде металлического порошка. В фиксаж бросают кусочки цинка и оставляют стоять несколько дней. Цинк вытесняет содержащееся в фиксаже серебро. Металл, «обросший» выделившимися на нем мелкими кристалликами серебра, тщательно промывают декантацией и затем обрабатывают соляной кислотой. Цинк растворяется в кислоте, а порошкообразное серебро остается. Его тщательно промывают водой и затем действием HNO3 получают нитрат серебра.
С. Дракин, профессор