Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

1.23. ФИНИКИЙЦЫ И СТЕКЛО

У римского историка Кая Плиния Старшего (см. 1.14) есть рассказ о том, как древние мореплаватели — финикийцы — получили первое стекло.

Финикийцы везли на своем корабле куски природной соды, гидратов карбоната натрия Na2CO3∙H2O или Na2CO3∙10H2O (см. 1.19, 1.20). Они высадились на берегу одной реки в Палестине для отдыха и приготовления пищи. Кругом был один речной песок и никаких камней для постройки очага. Тогда моряки сложили небольшую печь из кусков соды. Когда костер разгорелся, они увидели, что расплавившаяся сода образовала с песком (диоксидом кремния SiO2) прозрачную тягучую массу, застывшую в твердые прозрачные глыбы. В очаге, по-видимому, протекала реакция образования метасиликата натрия Na2SiO3:

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑.

Рассказ вряд ли правдоподобен: для получения стекла нужна очень высокая температура, которую обычный костер дать не может.

1.24. СТЕКЛО НА РУСИ

В 1951 г. украинские археологи обнаружили в Митрополичьем саду Киево-Печерского заповедника мастерскую по производству изделий из стекла, относящуюся к XI в.

Полагают, что на Русь стеклоделие пришло из Византии. В мелких мастерских для варки стекла вначале использовали смесь поташа (карбоната калия K2CO3, см. 1.18) и белого речного или морского песка (диоксида кремния SiO2). Поташ стоил дорого, и примерно с 1764 г. его стали заменять сульфатом натрия Na2SO4∙10H2O (минерал мирабилит; см. 10.44), который добывали из некоторых соляных озер. Первый стекольный завод в России был построен в 1784 г. недалеко от Иркутска (см. 1.19). Стекло, полученное сплавлением сульфата натрия и песка, со временем самопроизвольно растрескивалось из-за кристаллизации. Для сохранения аморфного состояния стекла и повышения его прочности позднее стали добавлять в смесь известняк или мел (карбонат кальция CaCO3). Важнейшими химическими реакциями при стекловарении являются реакции образования силикатов натрия и кальция:

Na2SO4 + SiO2 = Na2SiO3 + SO3↑,

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑.

При медленном охлаждении расплава кристаллы силикатов и диоксида кремния не образовывались, и расплав превращался в твердое прозрачное аморфное вещество — стекло состава Na2SiO3∙CaSiO3∙4SiO2 или Na2O∙CaO∙6SiO2.

1.25. МОЖНО ЛИ АЛМАЗ СПУТАТЬ СО СТЕКЛОМ?

Однажды в 1820 г. в Лондоне разразился скандал. На одном из аристократических приемов известный ювелир сказал графине — хозяйке дома: «У Вас, миледи, в перстне не алмаз, а подделка».

В 1790 г. венский ювелир Штрассер впервые получил свинцовое стекло, названное хрусталем, с высоким содержанием оксида свинца PbO (до 50%). Оптические свойства такого стекла и алмаза близки: есть «игра цветов» и «алмазный блеск». После огранки куски хрусталя стали напоминать бриллианты еще больше. Ограненные хрусталики назвали «стразами» по имени Штрассера. По внешнему виду страз отличить от алмаза трудно, но его происхождение выдает недостаточная твердость: он не царапает стекло. Видимо, такой страз вместо бриллианта и был продан графине, и в ее кругу считалось, что она владеет самым крупным бриллиантом.

При подкраске страза добавлением в расплав небольшого (всего 0,0001%) количества золота (Au) в виде любого его соединения получали поддельные ярко-алые рубины. Введение оксида кобальта CoO превращало стразы в красивое синее стекло, похожее на сапфир (см. 10.42), а добавление в расплав при варке хрусталя оксида хрома Cr2O3 делало страз похожим на изумруд (см. 10.22).

1.26. УКРАДЕННЫЙ СЕКРЕТ МЕЙСЕНСКОГО ФАРФОРА

Первые фарфоровые изделия появились в Китае в эпоху Хань (206 г. до н.э.). В конце XIII в. путешественник Марко Поло привез из Китая в Европу первые образцы фарфоровой посуды.

Однако секрет производства фарфора оставался неизвестным в Европе вплоть до начала XVIII в. Многолетние исследования немецкого математика, физика и минералога Вальтера-Эренфрида фон Чирнгауза (1651–1708) наконец увенчались успехом: ему удалось получить фарфор. В 1703 г. Чирнгауз спроектировал фабрику для производства фарфора, а через четыре года он привлек к работе немецкого алхимика Иоганна-Фридриха Бёттгера (1682–1719), славившегося большими познаниями в химии. Нуждаясь в верном помощнике для окончательной отработки технологии производства фарфора, Чирнгауз, естественно, открыл ему секреты этой технологии. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает, а Бёттгер выдает себя за изобретателя состава фарфора и становится в 1715 г. основателем знаменитой Мейсенской фарфоровой фабрики недалеко от Дрездена.

Фарфор получали при сильном прокаливании пластической массы, образующейся при смешивании белого каолина Al4(OH)8(Si4O10) («фарфоровой земли») с порошкообразным полевым шпатом NaAl(Si3O8) и кварцевым песком (SiO2) с небольшим добавлением воды. При обжиге каолин выделяет воду и разлагается на оксиды алюминия и кремния Al2O3 и SiO2, которые связываются полевым шпатом. Поэтому объем изделия уменьшается, масса становится плотной и звонкой. Фарфор тверже стекла и лучше его сопротивляется изменению температуры и воздействию химических веществ. Метод Чирнгауза сохранил свое значение и в наше время.

1.27. О ЗЕРКАЛАХ

В 1858 г. немецкий химик Либих (см. 2.17) писал одному из своих друзей, Клемму: «Я опять занимаюсь фабрикацией зеркал, благодаря некоторым улучшениям думаю, что можно приготовить правильные зеркала любых размеров».

Зеркала появились задолго до новой эры. Ими служили отполированные до блеска металлические пластинки из золота, серебра и бронзы (сплава меди и олова). Серебряные зеркала были наилучшими по качеству отражения. В I в. н.э. начали изготавливать стеклянные зеркала — стеклянные пластинки, соединенные со свинцовой или оловянной. Затем ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова (раствор олова Sn в ртути Hg, см. 5.44). Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра AgNO3 добавляли водный раствор гидроксида калия КОН, что приводило к осаждению черно-коричневого осадка оксида дисеребра Ag2O:

2AgNO3 + 2KOH =Ag2O↓ + 2KNO3 + H2O.

Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH3:

Ag2O + 4NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2](OH).

В этой реакции оксид дисеребра переходил в раствор в виде гидроксида диамминсеребра(I). Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид НСНО. Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла с образованием зеркала: