ХИМИКИ АНАЛИЗИРУЮТ.

Что такое химический анализ и аналитическая химия.

Чтобы повторить в лаборатории то, что давно «изобрела» природа, а потом воспроизвести этот синтез на химических предприятиях в промышленном масштабе, необходимо прежде всего знать, из каких элементов построены нужные нам вещества. Этим занимается качественный анализ. Такой анализ всегда считался одной из важнейших задач химии. Он начал интенсивно развиваться в конце ХVIП века. С помощью методов качественного анализа французский химик Мишель Эжен Шеврёль (1786–1889) в начале XIX века выяснил, например, из каких элементов состоит дорогой синий краситель индиго, свиной жир и даже… кости динозавра.

Но мало узнать, какие элементы содержатся в веществе. Надо еще выяснить, в каких именно пропорциях они там находятся. Это — тоже задача аналитической химии, того ее раздела, который называется количественным анализом. В течение сотен лет разрабатывались (и продолжают разрабатываться до сих пор) методы качественного и количественного анализа. В результате анализа вещества химик определяет, из чего оно состоит, какие в нем содержатся компоненты, какими атомами и в каких пропорциях они представлены. Современные приборы позволяют найти один-единственный атом примеси среди миллиардов атомов других элементов. Представьте себе несколько миллиардов шариков диаметром 1 см (для их перевозки потребуется целый железнодорожный состав). И среди них нужно обнаружить один шарик, отличающийся от других. Это намного труднее, чем найти иголку в стоге сена.

Анализы проводятся в научных институтах — например, когда требуется узнать состав вновь синтезированного соединения или вещества, выделенного из растительного сырья, а может быть, и вещества лунного грунта, доставленного на Землю космическим аппаратом! Вообще так называемая «космическая аналитика» — сравнительно новая, быстро развивающаяся область аналитической химии. С ее помощью удалось узнать много важного о Луне, планетах, метеоритах, кометах, межпланетном пространстве. С помощью автоматических аналитических приборов произведен анализ атмосферы Венеры, фунтовых пород на Марсе (например, было установлено, что на глубине 30–60 см там находятся большие скопления льда). Обнаружены молекулы органических веществ в космическом пространстве, причем довольно сложные, на основании чего была разработана одна из теорий возникновения жизни на Земле — космическая. Теперь ученые заняты интересной аналитической задачей — попыткой обнаружить на Марсе аминокислоты и нуклеиновые кислоты, которые могли бы свидетельствовать о наличии жизни на этой планете. Ежедневные анализы совершенно необходимы и для жизнеобеспечения обитателей космических кораблей и космических станций длительного функционирования.

Но не только космосом жив человек. Чтобы контролировать состав самых разных изделий, от быстрорежущих сталей до красителей, ежедневно огромное количество анализов проводится в заводских лабораториях. Анализы делают геологи в полевых условиях, чтобы узнать, какие минералы и какие полезные ископаемые им встретились. Таможенники должны проводить анализы на взрывчатые и наркотические вещества, а военные — на присутствие в воздухе боевых отравляющих веществ. Медики-токсикологи должны определять предельно допустимые концентрации вредных веществ в окружающей среде. Еще больше забот в этой сфере у медиков-гигиенистов; кстати, они едва ли не главные при установлении предельно допустимых концентраций вредных веществ. Химики-фармацевты должны анализировать лекарственные препараты, многие из которых представляют собой смесь очень сложных по составу химических соединений. Агрохимики анализируют состояние почвы — ее кислотность, наличие полезных веществ (прежде всего — азота, фосфора и калия). Специальные службы анализируют воду в реках, озерах, на водопроводных станциях, выявляя присутствие вредных для человека и животных веществ. Другие службы проводят анализ воздуха в домах, производственных помещениях, в глубоких шахтах, чтобы выявить, нет ли в воздухе вредных и взрывчатых веществ, например, метана, а если есть, то не опасно ли его содержание (метан взрывается — на кухне или в шахте — если его в воздухе накапливается больше 5 %).

В городах анализируют чистоту воздуха. Например, в Петербурге на здании Института метрологии им. Д. И. Менделеева (здесь раньше была Палата мер и весов, которой многие годы заведовал Д. И. Менделеев) установлено большое световое табло. На нем — привычные для жителей многих городов сведения о состоянии атмосферы на данный момент — температура, атмосферное давление и влажность воздуха. Но есть на этом табло и необычные сведения — о содержании в городском воздухе вредных веществ: угарного и сернистого газов, оксидов азота, озона, аммиака. Эти сведения передаются цветом: зеленым, если содержание данного вещества в воздухе ниже предельно допустимого, желтым — если превышает норму не более чем в три раза, красным — при большем превышении. Конечно, само табло ничего не анализирует — сведения передаются из специальной лаборатории. Проводятся в городах и анализы автомобильных выхлопов на содержание в них вредных газов — угарного и несгоревших паров бензина (так называемый анализ СО — СН).

Многие анализы необходимо проводить без участия человека — с помощью автоматических приборов. Автоматические станции непрерывно проводят анализ атмосферы для контроля состояния окружающей среды, чтобы выявить в воздухе различные вредные вещества (озон, оксиды азота и др.) и измерить их концентрацию. С помощью автоматических анализаторов на межпланетных станциях мы узнали состав атмосферы Венеры, Марса, некоторых других планет, и даже состав марсианского грунта.

Аналитические методы получили широкое распространение и в криминалистике. С их помощью было, например, установлено повышенное содержание мышьяка в волосах Наполеона (правда, отсюда еще не следует, что пленного императора отравили: мышьяк вполне мог содержаться в зеленой краске, которую применяли в те годы при изготовлении обоев).

Теперь не покажется удивительным, что за работы, связанные с анализом веществ, 13 ученых получили высшие научные награды — Нобелевские премии.

Первые анализы были проведены сравнительно недавно — каких-то триста лет назад. С тех пор и методика анализов, и аналитические приборы сильно изменились, часто до неузнаваемости. Но до сих пор химики работают практически с той же посудой, с какой работали их деды и прадеды. На рисунках к главе 2 показаны некоторые современные приборы, необходимые химикам в каждодневной работе.

Измерение плотности короны, проведенное Архимедом, — первый в истории пример использования аналитического метода в криминалистике — науке о приемах и средствах раскрытия преступлений. Далеко не всегда для анализа сплава можно применить метод Архимеда, основанный на измерении плотности. Особенно в тех случаях, когда дело касается анализа различных смесей или сложных химических соединений. Здесь на помощь приходят химические методы анализа. Уже в древности люди накопили определенные знания о разнообразных химических превращениях, хотя, конечно, они не понимали сути происходящих явлений. Такие знания называются эмпирическими (по-гречески «эмпейриа» — «опыт»). Так, люди всегда знали, что если положить в костер полено, то оно загорится и будет поддерживать огонь, а если положить камень, то он гореть не будет. При этом они не имели ни малейшего представления о том, из чего «сделаны» дерево и камень, что такое огонь и какие превращения происходят при горении. Это — пример эмпирических знаний. Таких знаний постепенно накапливалось все больше, их передавали от поколения к поколению — в виде общеизвестных (а порой — и секретных, тщательно охраняемых от посторонних глаз) сведений. В Ветхом Завете в Книге пророка Захарии читаем: «И пронесу я третью часть сквозь огонь и облагорожу ее, как серебро облагораживается, и очищу ее, как золото очищается». Значит, простейшие приемы выплавки и очистки благородных металлов были известны тысячи лет назад. Много полезных практических знаний в области анализа веществ накопили алхимики, работавшие в средневековье (см. рис. 1.2). С появлением «настоящей» химии методы анализа стали развиваться особенно быстро. Вначале основное внимание уделялось, как и в древности, обнаружению и анализу драгоценных металлов. Эта отрасль тогда называлась «пробирной химией» (от слова «пробовать», отсюда и «проба» — клеймо, которое ставят на золотые и серебряные изделия). Затем начали анализировать природные минеральные воды, различные руды, промышленную продукцию. Так появилась и стала быстро развиваться новая область химии — аналитическая химия. Вначале для анализа использовали в основном «мокрые» методы: вещество растворяли в кислотах или щелочах, а затем анализировали полученные растворы. Это были трудоемкие операции, требовавшие большой затраты времени.

Тем не менее, химики-аналитики требовались в самых разных областях. Еще в 1844 году немецкий химик Карл Фрезениус (1818–1897), разработавший один из лучших для того времени методов анализа металлов, написал статью о роли аналитика в судебных решениях, о том, что юрист может ожидать от аналитика. В роли судебных экспертов выступали многие известные химики, в числе которых был и Дмитрий Иванович Менделеев. Особенно часто от химиков требовалось установить, было ли причиной смерти отравление, и если да, то чем именно оно было вызвано. В течение сотен лет самым «ходовым» и относительно доступным ядом был мышьяк — в виде его соединений. В средневековье мышьяк считали «королем ядов». Мрачной славе мышьяка во многом способствовали и писатели. Агата Кристи, например, в своих бесчисленных детективах травила героев, как правило, мышьяком. Знали об этом яде и далеко за пределами Европы. Полагают, что впервые упомянул о мышьяке как о яде основатель арабской алхимии Джабир ибн Хайян (Гебер), живший в VIII–IX веках. В китайской классической литературе, как и в европейской, описаны случаи нашумевших убийств посредством мышьяка.

Многочисленные факты случайного и умышленного отравления мышьяком побудили ученых разработать методы обнаружения отравы.

Одну из самых чувствительных реакций на мышьяк открыл в 1836 году английский химик Джеймс Марш (1794–1846), который работал в Королевской Военной академии и был ассистентом знаменитого физика Майкла Фарадея (1791–1867). Свою реакцию Марш разработал после неудачного выступления в суде в качестве эксперта по делу об отравлении мышьяком. До этого мышьяк обнаруживали методов Фрезениуса — по образованию характерного осадка с сероводородом. Но чтобы увидеть осадок, требовалось довольно много вещества. А если мышьяка очень мало?

Марш использовал простую химическую реакцию, в которой мышьяк реагировал с водородом и превращался в летучий мышьяковистый водород — арсин (на латыни мышьяк — Arsenicum). Газообразные продукты реакции, содержащие арсин, пропускали через стеклянную трубку, конец которой сильно нагревали горелкой. При этом арсин разлагался, и мышьяк оседал в виде очень тонкого блестящего металлического зеркала. Этот простой прибор позволял обнаруживать мышьяк в количестве до одной миллионной доли грамма!

Уже через четыре года методика Марша была использована парижским врачом, испанцем по происхождению, Матео Хозе Бонавентура Орфила (1787–1853). Он участвовал в громком деле по обвинению некоей Мари Лафарж в убийстве мужа. Выйдя замуж по расчету, она вскоре обнаружила, что муж сам хотел поправить женитьбой свои финансовые дела. Расплата наступила быстро: Мари в несколько приемов купила в аптеке мышьяк якобы для уничтожения крыс, и вскоре все было кончено. Несмотря на подозрения родственников несчастного, врач не смог вовремя распознать симптомы отравления. Но когда задело взялся Орфила, успевший в совершенстве овладеть методом Марша, все стало ясно: в каждом исследуемом образце он обнаружил высокие концентрации мышьяка. В 1840 году вдова была осуждена.

В наше время возможности аналитической химии стали поистине фантастическими. Экспертно-криминалистические лаборатории выполняют огромное число исследований, и их заключения в значительной степени способствуют эффективному проведению следствия и судебного разбирательства. Но, конечно, химики-аналитики работают не только судебными экспертами. На результаты химического анализа опираются врачи, когда ставят диагноз больному. Помимо общего клинического анализа у человека могут определять, например, концентрацию глюкозы в крови. Раньше для такого анализа «на сахар» требовалось много времени. (И много крови!) Теперь больной сахарным диабетом может проделать анализ у себя дома, и для этого требуется всего одна маленькая капелька крови.

Еще одно важное применение аналитической химии — определение вредных веществ в окружающей среде: в выбросах промышленных предприятий, в воздухе жилых и производственных помещений, в питьевой и речной воде, в лекарствах, продуктах питания т. д.

Использование различных химических, физических, биологических методов позволило не только значительно увеличить точность анализа и сократить время на его проведение, но и одновременно определить десятки различных компонентов в очень маленьком по размеру образце. Разработаны и неразрушающие методы анализа, когда образец не требуется ни растворять, ни даже отщеплять от него маленький кусочек, и он остается в неизменном виде. Особо чувствительные методы важны при анализе и лунного грунта, и краски со старинной картины, и микропримесей в питьевой воде. Например, в лаборатории лазерной диагностики Московского университета разработан сверхчувствительный метод анализа, позволяющий обнаружить в 1 мл водного раствора несколько пикограммов (т. е. триллионных долей грамма!) некоторых химических элементов. Такие сверхчувствительные методы анализа успешно используются и в космических исследованиях, о чем мы уже говорили ранее.

Анализ на глюкозу — за несколько секунд.

Среди многочисленных болезней человека есть такие, о которых знали еще тысячи лет назад, но с которыми совершенно не умели бороться. К таким болезням относится и сахарный диабет. Сведения о нем идут из глубины веков — о нем знали еще древние греки. Греческий миф рассказывает, как Зевс наказал царя Тантала за его преступления. Тантал был низвергнут в царство мертвых — Аид и осужден на вечные «танталовы» муки. Он стоит в прозрачной воде, вечно томимый жаждой и голодом. Стоит ему наклониться, чтобы утолить жажду, как вода бесследно исчезает. То же происходит и с плодами, которые свисают с окружающих его деревьев: как только он протягивает руку, ветки с плодами поднимаются и Тантал не может до них дотянуться.

Не исключено, что основанием для рождения этого мифа послужили мучения больных сахарным диабетом. Еще в древние времена врачи обратили внимание на больных, страдавших сильнейшей жаждой, несмотря на обилие выпиваемой воды. Многие из них худели, хотя пищи было вдоволь. Считалось, что причина недуга — слишком быстрое прохождение через почки выпитой воды, поэтому болезнь назвали диабетом (от греческого «диабайно» — «протекать»). В борьбе с этой болезнью врачи были совершенно бессильны. Лишь в первой половине XIX века французский химик Мишель Эжен Шеврёль выделил из мочи больных диабетом сахаристое вещество и доказал его идентичность виноградному сахару — глюкозе. Шеврёль знал толк в аналитической химии, так как в молодости прошел прекрасную школу химического анализа. (Среди химиков Шеврёль знаменит также тем, что прожил исключительно плодотворную и долгую жизнь: он родился за три года до штурма Бастилии, а умер через 103 года, простудившись при осмотре работ по постройке Эйфелевой башни. На своем столетнем юбилее, на который съехались химики со всей Европы, Шеврёль лихо отплясывал с молодой девушкой!).

После работ Шеврёля диабет стали называть также сахарной болезнью или сахарным мочеизнурением. Усиленное выделение мочи (в тяжелых случаях — до 18 литров в сутки!) приводило к обезвоживанию организма, что и вызывало ничем не утолимую жажду. Обнаружили и причину похудания больных. При нормальном обмене веществ основным источником энергии является глюкоза, и если это «топливо» не «сгорает» до углекислого газа и воды, выделяя энергию, человек фактически голодает, несмотря на усиленное питание. Таким образом, диабетики страдают не от отсутствия глюкозы, а из-за нарушения процессов ее усвоения в клетках организма. У больных диабетом глюкоза, вместо того чтобы поступать в клетки, как это ей положено, остается в крови.

Глюкоза образуется в организме человека из углеводов пищи, например, из крахмала, которым богаты картофель, хлеб и другие мучные продукты. Поэтому больным диабетом предписывалась строжайшая диета: они должны были отказаться от тех продуктов, которые содержат или из которых может образоваться сахар, и ограничиться в основном животной пищей, так как животные белки и жиры не могут служить материалом для образования сахара в организме. Соответствующая диета — это было все, что могли предложить врачи больному.

В XIX веке выяснили, что глюкоза не усваивается больными из-за неправильной работы поджелудочной железы. В 1869 году немецкий анатом Пауль Лангерганс (1847–1888) обнаружил в поджелудочной железе группы клеток, которые равномерно рассеяны по всей железе в виде островков. Их так и назвали — островки Лангерганса. В 1901 году русский врач и биолог Леонид Васильевич Соболев (1876–1919) доказал, что островки Лангерганса играют роль желез внутренней секреции и важны для углеводного обмена. В 1916 году вырабатываемый в островках Лангерганса гормон получил название инсулина (на латыни insula — «остров»). Наконец в 1921 году преподаватель фармакологии Торонтского университета (Канада) Фредерик Бантинг (1891–1941) и его ассистент Чарлз Бест (1899–1978), работая в лаборатории профессора физиологии Джона Маклеода (1876–1935), выделили инсулин в чистом виде. 23 января 1922 года инъекция инсулина спасла первого безнадежного больного — это был 14-летний юноша, находившийся в состоянии диабетической комы. С тех пор число спасенных исчисляется миллионами, а Бантинг и Маклеод в 1923 году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. (Достойно упоминания, что Бантинг демонстративно разделил свою долю денежной премии с Бестом, которого несправедливо обошли, а Маклеод, не принимавший участия в экспериментах, счел необходимым отдать половину своей суммы одному из сотрудников, который усовершенствовал метод выделения инсулина.).

Недостаток инсулина в организме приводит к нарушению не только углеводного, но и жирового и белкового обмена. При этом человек часто быстро худеет, даже если хорошо питается. Кроме того, нарушение жирового обмена приводит к повышению содержания ацетона в крови, который отравляет организм. В тяжелых случаях в выдыхаемом больным воздухе можно даже почувствовать запах ацетона. Один американский врач рассказал такую историю, которая произошла с ним много лет назад в баре. Он заметил, что у соседа по стойке подозрительно быстро опадает пена в кружке с пивом. Отсюда он сделал вывод о том, что у соседа — нелеченый диабет, и в выдыхаемом им воздухе содержание ацетона достаточно велико, чтобы вызвать разрушение пены. Действительно, уже очень малые количества ацетона моментально разрушают пивную пену.

Долгое время от диабета не было спасения даже самым обеспеченным людям. Этой болезнью страдал, например, великий русский певец Ф. И. Шаляпин (1873–1938). В настоящее время диабетом в той или иной степени болен почти каждый двадцатый житель промышленно развитых стран, причем число больных с каждым годом увеличивается. В нашей стране сейчас несколько миллионов больных диабетом.

Современная медицина значительно облегчила жизнь диабетиков, а многих из них спасла от преждевременной смерти, которая была бы неизбежна, живи они на несколько десятилетий раньше. Теперь больные диабетом могут вести полноценную жизнь, принимая нужные лекарства или делая инъекции. Но для успешного лечения диабета необходимо регулярно проводить анализ на содержание в крови глюкозы — это нужно для правильной дозировки лекарств. До изобретения химических методов анализа врачам для диагностики диабета приходилось даже пробовать мочу больных на вкус! Более догадливые поступали иначе — они наливали немного мочи больного в тарелочку и ставили ее туда, где было много мух. Если мухи облепляли тарелочку, то диагноз — «сахарный диабет» — не вызывал сомнения.

Потом на помощь врачам пришли химики. Они изобрели достаточно простые методы определения глюкозы в моче и в крови. Однако такие анализы делали только в поликлиниках. Больной, имея направление врача-эндокринолога, должен прийти рано утром (анализ надо делать натощак) в поликлинику и сдать кровь на анализ. Потом в лаборатории с помощью специальных реактивов определяют в крови содержание глюкозы. Результаты передают лечащему врачу, и больной узнает о них, только придя в очередной раз на прием. Это длительная и не очень эффективная процедура; ведь при некоторых формах диабета для назначения правильной дозы лекарства больному надо проводить анализ не менее 4 раз в день! А что делать сельским жителям, для которых приехать в поликлинику, где делают анализы, — целая проблема?

Современные достижения аналитической химии позволяют преодолеть эти трудности. Химики разработали ряд простых тестов, позволяющих быстро определять концентрацию глюкозы в крови или в моче. В одном из самых простых тестов каплю мочи наносят на полоску бумаги, которая содержит четыре специальных реактива. В присутствии глюкозы идут реакции с образованием соединения, окрашенного в сине-фиолетовый цвет. По интенсивности окрашивания полоски можно приблизительно судить о концентрации глюкозы в моче (аналогичные тесты существуют и для определения глюкозы в крови). Для более точного определения концентрации глюкозы в поликлиниках используют специальный прибор — фотоэлектрический колориметр, измеряющий интенсивность окраски.

В последние годы химики-аналитики разработали более точный и простой по исполнению метод измерения. Больному достаточно иметь дома маленькую коробочку-глюкометр размером с микрокалькулятор, а также набор тест-полосок, чтобы самому в любое время определить содержание глюкозы в крови.

Вот как действует глюкометр. На тест-полоску — маленькую пластмассовую пластинку (рис. 4.1) нанесены два электрода — две тонкие серебряные полоски. В конце пластинки между электродами расположена миниатюрная реакционная камера, в которую заранее помещена смесь реактивов.

_{Рис. 4.1. Так с помощью электронного глюкомера (а) и тест-полоски с реактивами (б) за одну минуту проводится анализ на глюкозу в крови.}

Перед проведением анализа тест-полоску вставляют в глюкометр, который автоматически включается, когда серебряные электроды коснутся электрических контактов внутри прибора.

Потом надо слегка уколоть палец (это самая неприятная часть процедуры, но к ней быстро привыкают, как и к мытью рук перед анализом), выдавить маленькую капельку крови и прикоснуться к ней кончиком тест-плоски. Под действием капиллярных сил — тех самых, которые заставляют подземные воды подниматься к верхушкам самых высоких деревьев, — капелька крови быстро засасывается через тонкий канал внутрь «реактора». В ходе химической реакции генерируется слабый электрический ток, который и измеряется глюкометром. Так как величина тока прямо пропорциональна концентрации глюкозы, на табло прибора высвечивается содержание глюкозы в крови — в миллимолях на литр (как показано на фотографии) или в старых единицах — «миллиграмм-процентах» (т. е. в миллиграммах глюкозы на 100 мл раствора; 1 ммоль/л = 18 мг%). Когда полоску вынимают из глюкометра, прибор сам отключается. Весь анализ занимает чуть больше минуты!

Конечно, глюкометр — довольно дорогой прибор. Да и одноразовые тест-полоски недешевы. Однако первые телевизоры и холодильники тоже стоили так дорого, что прохожие только дивились, глядя на эти чудеса техники, выставленные в витринах магазинов, и только очень состоятельные люди могли позволить себе такую роскошь…

Об уксусе, пекарских порошках и «пузырьковом индикаторе».

Теория многих химических анализов проста и заключается в том, что вещества реагируют друг с другом в строго определенных соотношениях. Впервые это отчетливо понял и сформулировал в конце XVIII века немецкий химик Иеремия Вениамин Рихтер (1762–1807). В изданной в 1792 году книге он сформулировал такой закон: «Если мы получаем соединение из двух элементов, то, поскольку свойства элементов постоянны, один из элементов будет требовать всегда одного и того же количества другого элемента; так, например, если для растворения 2 частей извести требуется 5 частей соляной кислоты, то для растворения 6 частей извести потребуется 15 частей соляной кислоты… Если два нейтральных раствора смешиваются один с другим и если между ними происходит двойной обмен, то элементы должны находится между собой в определенных объемных соотношениях». Если учесть, что «двойной обмен» — это химическая реакция между двумя соединениями, а «элементом» Рихтер называл химическое соединение, то следует признать, что он сформулировал основной закон количественного анализа. Химикам оставалось только совершенствовать методы анализа и уточнять, в каких точно соотношениях и при каких условиях реагируют различные соединения.

Интересно (и совершенно невероятно для современного читателя) звучат поучения в книге Рихтера, касающиеся элементарной арифметики. Так, в вводной главе своей книги Рихтер объясняет химикам: «Если одно число прибавляется к другому, то между ними следует поместить знак «+» (который называется плюсом), если же мы хотим произвести вычитание, то между ними ставится знак «-» (который называется минусом). Например, 19 + 424 означает, что мы прибавляем 19 к 424, что дает 443; а запись 424-19 означает, что мы отнимаем 19 от 424, что дает 405». Сейчас это знают уже первоклассники (и даже некоторые дошкольники). Но не исключено, что двести лет назад встречались химики, не знавшие азов арифметики.

Проведем несколько опытов, иллюстрирующих химический анализ. В этих опытах мы будем добавлять к одному соединению другое, которое с ним реагирует, до тех пор пока первое соединение не израсходуется полностью. Как только это произойдет, добавление второго вещества надо прекратить. Тогда по известному количеству израсходованного реагента — второго вещества — можно рассчитать, сколько же было первого. Бывает и наоборот — по известному количеству первого вещества рассчитывают количество добавляемого реагента.

«А зачем это делать, — спросят некоторые из вас, — разве не проще взвесить анализируемое вещество или измерить его объем, если это жидкость?» Конечно, проще, если это чистое вещество или раствор известной концентрации. Но тогда и анализ проводить не надо. А если нам надо определить, сколько данного соединения содержится в сложной смеси, которую трудно или даже невозможно разделить на отдельные компоненты? Или сколько различных солей содержится в минеральной воде? Здесь-то и пригодятся различные аналитические методы.

Есть и другая проблема; как было сказано, второй реагент надо добавлять к анализируемой смеси до тех пор, пока реакция не закончится. А как это узнать? Для этого служат индикаторы (от латинского indicator — «указатель») — вещества, позволяющие следить за протеканием химической реакции. Индикаторы бывают разными. С некоторыми из них вы познакомитесь, проводя описанные здесь несложные эксперименты. Для этих экспериментов потребуются весы, пипетка и некоторые доступные химикаты. Мы начнем с анализа самой доступной в быту кислоты — уксусной.

Уксус — это слабый водный раствор уксусной кислоты. Уксус был известен еще в глубокой древности, так как получался при брожении слабых спиртовых растворов (пиво, слабое вино), содержащих не более 14 % спирта. Если такую жидкость оставить на воздухе, то она «скисает» и превращается в уксус. Это происходит потому, что в воздухе всегда имеются особые бактерии (их называют также «уксусным грибком»), которые, попадая в спиртовую жидкость, начинают в ней размножаться, при этом они перерабатывают спирт в уксусную кислоту. Предание гласит, что по приказу египетской царицы Клеопатры (69–30 до н. э.) в уксусе растворяли жемчужины, чтобы получать якобы целебный напиток. Само слово «уксус» происходит от греческого «оксос», что означает «кислый». Так что для древнего грека наше название «уксусная кислота» показалось бы весьма странным: ведь буквально оно значит «кислая кислота» (как «масло масленое»). На латыни уксус — acetum; отсюда произошло название солей уксусной кислоты — ацетаты (а также названия ацетона, ацетилена и многих других соединений).

Чистая уксусная кислота уже при 16 °C замерзает, образуя кристаллы, похожие на лед (поэтому такую кислоту называют «ледяной»). Для пищевых целей используют «уксусную эссенцию» — 80 %-ный раствор уксусной кислоты в воде. Это слишком крепкая и опасная в обращении жидкость, поэтому мы ее не будем использовать в опытах. Сравнительно безопасен столовый уксус — слабый (примерно от 5 до 10 %) водный раствор уксусной кислоты. С ним мы и проведем опыты, чтобы узнать поточнее, какова же его крепость.

Анализ будет основан на реакции уксусной кислоты с питьевой содой. Это — натриевая соль угольной кислоты (химическое название — гидрокарбонат натрия). В процессе реакции гидрокарбоната натрия с уксусной кислотой эти вещества обмениваются атомами натрия и водорода — в результате образуется натриевая соль уксусной кислоты (ацетат натрия) и свободная угольная кислота. Молекула угольной кислоты, в отличие от уксусной, очень непрочная и легко распадается на две молекулы — воды и углекислого газа. Вот почему если на соду капать кислотой (любой — не только уксусной), слышится шипение и смесь вспенивается — это выделяется углекислый газ. Он-то и будет в данном случае служить индикатором протекания реакции: как только пузырьки газа перестанут выделяться, значит, реакция закончилась и прибавление раствора уксусной кислоты надо прекратить. На этой химической реакции основано применение пекарских порошков.

Когда хозяйка кладет в сладкое тесто дрожжи, они вызывают спиртовое брожение, в результате которого в тесте образуются спирт и углекислый газ. Выделяющийся газ «поднимает» тесто, а при выпечке улетучивающийся спирт делает мучное изделие пористым и мягким. Однако если готовят тесто для выпечки вафель, печенья, коржиков и пряников, то используют нс дрожжи, а химические разрыхлители — пекарские порошки. Обычно такой порошок состоит из двух компонентов: неорганического щелочного агента — карбоната и кислотного агента. Реакция между ними и приводит к образованию углекислого газа, который поднимает тесто. Уксус здесь не годится, так как он жидкий и начинает реагировать с содой раньше времени. Вместо него обычно используют твердые органические кислоты. Состав порошка может быть разным. В старину использовали карбонат калия (его называли поташом) и молочную сыворотку, в которой много органических кислот (вы сами можете в этом убедиться, попробовав прозрачную жидкость, остающуюся после отделения творога от молока — она кислая). Кислое молоко добавляют в тесто и в наше время, а поташ уже не применяют: с ним выпечка получается темной, тяжелой, со специфическим привкусом. В качестве щелочного агента сейчас используют питьевую соду в сочетании с разными кислотными агентами. Одно время очень популярной была винная (другое название — винно-каменная) кислота, которую получали в больших количествах из так называемого винного камня — отхода виноделия. Использовали и сам винный камень — кислую калиевую соль винной кислоты. Особенность этого кислотного агента состоит в том, что он реагирует с содой только при высокой температуре, поэтому тесто можно приготовить впрок и хранить в холодильнике.

Пекарский порошок (его изобрел в середине XIX века американский профессор химии Гарвардского университета Э. Н. Хорсфорд) готовят так: смешивают две части винного камня и одну часть соды, а чтобы реагенты не начали взаимодействовать раньше времени, смесь разбавляют крахмалом или мукой, отделяя таким образом щелочной агент от кислотного. В качестве кислотных агентов используют также лимонную, яблочную, молочную и другие органические кислоты, некоторые соли фосфорной кислоты. После реакции все эти разрыхлители оставляют в тесте твердые нелетучие соли. Но известны вещества, разлагающиеся при нагревании с образованием только газообразных продуктов. Это соли аммония, в том числе карбонат и гидрокарбонат. Уже при небольшом нагревании они полностью разлагаются, выделяя углекислый газ, аммиак и воду.

Пекарский порошок продают в готовом виде в пакетиках, но если есть необходимые компоненты, его можно приготовить самостоятельно. Обычно на один килограмм муки берут две-четыре чайные ложки пекарского порошка. Более подробно об этом написано в книгах по кулинарии и домоводству.

Теперь, узнав кое-что об уксусе и соде, можно приступить к анализу. Чтобы вы лучше поняли его основную идею, проведите такой интересный опыт. Возьмите несколько одинаковых резиновых шариков и столько же небольших баночек (баночки должны иметь горлышко, на которое можно было бы легко натянуть шарик). На каждой баночке напишите ее номер. Будет хорошо, если таких шариков и баночек у вас наберется 7–8 пар. Чтобы резина шариков стала более податливой, шарики лучше предварительно надуть, а потом выпустить из них воздух. В каждую баночку залейте уксус; в первую (с номером I) — две чайные ложки, во вторую — четыре чайные ложки, в третью — шесть и т. д. Постарайтесь, чтобы все ложки были наполнены одинаково, а чтобы не пролить уксус, воспользуйтесь небольшой воронкой.

Промойте воронку водой, высушите ее и насыпьте через воронку' в каждый шарик ровно по одной чайной ложке питьевой соды (без верха); постарайтесь, чтобы соды в каждом шарике оказалось одинаковое количество.

Осторожно натяните шарики на баночки, чтобы сода не попала в уксус раньше времени. Для лучшего уплотнения туго обвяжите несколько раз крепкой ниткой горлышко банки с натянутым на нее шариком. Встряхивая резинки, добейтесь, чтобы сода из каждого шарика попала в банку (не обязательно это делать сразу со всеми шариками). Начнется вспенивание и выделение углекислого газа, который будет раздувать шарики (рис. 4.2).

_{Рис. 4.2. Химическая реакция между питьевой содой и уксусом сопровождается выделением углекислого газа, который раздувает шарик.}

Пока идет реакция, подумайте, какой шарик раздуется меньше, а какой — больше всех? Если кто-то думает, что сильнее всех раздуется шарик над последней баночкой, где было больше всего уксуса, то он ошибается. Ведь если бы это было так, то, добавив к чайной ложке соды не несколько ложек, а целую банку уксуса, мы бы получили еще больше газа. А если бы добавили ведро уксуса? А бочку?

Очевидно, что если к чайной ложке соды постепенно добавлять уксус, то с какого-то момента углекислый газ перестанет выделяться: это произойдет, когда израсходуется вся сода. А дальше лей уксус, не лей — ничего уже не изменится. Первый шарик раздулся слабее всех, так как много соды в баночке осталось неиспользованной: уксуса не хватило, чтобы вся сода с ним прореагировала. Почему так? Ведь уксуса как будто было больше — две чайные ложки, а соды — только одна. Но, во-первых, сода тяжелее уксуса, и в чайную ложку ее помещается (по массе) больше. Во- вторых. вещества вступают в химические реакции в соответствии с количеством молей в них. В третьих (и здесь это главное), уксус — это не чистая уксусная кислота, а сильно разбавленная.

Один моль питьевой соды (84 г) реагирует ровно с одним модем уксусной кислоты (60 г). В чайной ложке помещается примерно 7 г питьевой соды, т. е. 7 г:84 г/моль = 1/12 моль. Воды же или уксуса в чайной ложке всего 5 г. Если бы это была чистая уксусная кислота, то в ложке было бы столько же молей уксусной кислоты, сколько и соды (5 г:60 г/моль = 1/12 моль). Тогда первая же ложка с кислотой полностью прореагировала бы с содой, и все шарики раздулись бы одинаково, потому что во всех баночках оказался бы большой избыток кислоты по сравнению с содой. В химических расчетах это очень важное понятие — вещество, находящееся в избытке.

Но у нас была не чистая уксусная кислота, а ее слабый раствор — столовый уксус. Например, если бы это был 10 %-ный уксус, то его понадобилось бы для полной реакции с содой уже в 10 раз больше, чем чистой уксусной кислоты, т. с. 10 чайных ложек. В таком случае полностью реакция прошла бы только в 5-й баночке, в которой как раз было 10 ложек уксуса. В первой баночке, где было только две чайные ложки уксуса, его не хватило для реакции; здесь был избыток соды. Во второй баночке (4 ложки уксуса) сода тоже была в избытке, но се в реакцию вступило больше, так как больше налили уксуса. Значит, газа выделилось вдвое больше, и шарик раздулся сильнее. (Только его диаметр увеличился, конечно, не вдвое, так как увеличению диаметра в 2 раза соответствует увеличение объема в 2³ = 8 раз.) В третьей баночке газа выделилось по объему уже в 3 раза больше, чем в первой, в четвертой — в 4 раза, в пятой — в 5 раз. А дальше объем шариков будет оставаться постоянным, потому что, начиная с шестой баночки, сода вся израсходовалась (как говорят химики, прореагировала).

Все эти рассуждения относились к 10 %-ному уксусу. Если бы он был слабее, то шарики перестали бы увеличиваться в объеме, начиная с 6-го или даже с 7-го. Более точно определить концентрацию уксуса вам поможет второй опыт.

В предыдущем опыте, добавляя к известному количеству соды уксус, мы слишком резко изменяли его количество — сразу на две чайные ложки. Чтобы анализ был точным, химики добавляют один реагент к другому малыми порциями, например, по одной капле. Поступим так и мы. Но так как мерных бюреток у нас нет, придется определять объем раствора по числу добавленных капель жидкости. Сначала определим объем одной капли. Сделать это можно по-разному. Проще всего использовать продающийся в аптеках пластмассовый одноразовый шприц на 1 или 2 мл с делениями на боковой поверхности. Отлейте с помощью шприца в маленькую баночку ровно 1 мл воды и, переливая эту воду обычной пипеткой, посчитайте, сколько капель в 1 мл воды. Учтите, что для разных пипеток объем капли может заметно отличаться, поэтому во всех опытах используйте одну и ту же пипетку.

Если шприца нет, можно поступить иначе. Уравновесьте на весах с помощью скрепок, кнопок или других легких предметов маленький сосудик (подойдет наперсток). Положите на другую чашу весов гирьку массой 1 г и капайте в сосуд из пипетки воду по одной капле, внимательно считая их, пока весы снова не придут в равновесие. Так вы узнаете число капель в 1 г воды (обычно их бывает 20–30). Теперь легко определить объем (и массу) одной капли. Например, если в 1 г воды было 30 капель, то одна капля имеет массу 0,033 г (а объем 0,033 мл). Кстати, проверьте, одинаковы ли по объему капли воды и уксуса!

Отвесьте теперь 1 г питьевой соды и поместите ее в небольшую склянку. Осторожно капайте на соду уксус из пипетки. Не спешите, внимательно считайте капли и наблюдайте за пузырьками газа. Время от времени прекращайте добавление уксуса, чтобы дать ему прореагировать. Когда добавление уксуса больше не будет приводить к появлению новых пузырьков газа (лучше всего это фиксируется на слух, если поднести ухо поближе к смеси — прекращается характерное шипение), закончите опыт и запишите число капель уксуса, израсходованного в реакции. (Вообще записывать все без исключения результаты опытов надо обязательно; не следует перегружать голову лишней информацией, которую легко забыть.) Предположим, для полной реакции с содой потребовалось 350 капель уксуса. Остается решить задачу наподобие тех, какие дают на уроках алгебры (а не только химии). Пусть крепость уксуса составляет х %, т. е. в 100 г уксуса содержится х граммов чистой уксусной кислоты (остальное — вода), а объем капли 0,03 мл (плотность уксуса считаем равной плотности воды, т. е. 1 г/см³, при этом мы вносим ошибку около I %). В 350 каплях содержится 350 х 0,03 мл х 1 г/мл = 10,5 г уксуса, или 10,5 г х Х г/100 г = 0,105х г чистой уксусной кислоты. Составляем пропорцию: 84 г питьевой соды полностью реагируют с 60 г уксусной кислоты, а 1 г соды реагирует с 0,105х г кислоты.

Правила обращения с пропорциями вы, наверное, помните: 84 х 0,105х= 1 х 60, откуда х = 60/ (84 х 0,105) = 6,8 %. Следовательно, крепость уксуса — примерно 7 %. Точность этого анализа определяется ошибками при взвешивании соды и при определении объема капли.

В данном случае индикатором служили пузырьки газа. Но далеко не во всех химических реакциях выделяется газ. Как узнать, что реакция кончилась, если реагируют бесцветные растворы кислоты и щелочи без выделения газа? В таких случаях в ход идут кислотно-щелочные индикаторы, которые химики во всем мире используют уже почти 200 лет.

Титрование с индикатором.

Как уже говорилось, индикатор указывает на присутствие в смеси того или иного вещества, и если это вещество в ходе реакции полностью израсходовано, индикатор тут же это покажет. Одни из самых распространенных индикаторов — кислотно-щелочные (или кислотно-основные); их цвет изменяется в зависимости оттого, в какой среде они находятся — в кислой, нейтральной или щелочной. Одна из форм индикатора может быть и бесцветной. Обычный чай — тоже индикатор. Налейте немного чая в белую чашку и капните туда лимонный сок или растворите несколько кристалликов лимонной кислоты — в кислой среде чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор в щелочной среде потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует).

Кислотно-щелочные индикаторы весьма разнообразны; многие из них легко доступны и потому известны не одно столетие. Примером могут служить отвары или экстракты окрашенных цветков или плодов многих распространенных растений. Так, ярко-синий отвар ириса становится красным в кислой среде и зелено-голубым — в щелочной. Способностью к изменению цвета в зависимости от кислотности обладают экстракты анютиных глазок, тюльпанов, черники, ежевики, малины, красной капусты, свеклы и других растений.

В качестве индикатора попробуйте взять отвар какого-либо ярко окрашенного цветка или же темный ягодный сок, например, черной смородины. Налейте в небольшую баночку испытуемый раствор и добавьте к нему несколько капель раствора индикатора. В кислых растворах многие растительные индикаторы имеют красный цвет, а в щелочных — зеленоватый или синий. Можно также попробовать с помощью кислого раствора (уксус) и щелочного (питьевая, а лучше — стиральная сода) сделать красные или зеленоватые (синие) надписи на лепестках различных цветков.

К очевидным недостаткам таких простейших индикаторов относится «сезонность» и невозможность заготовить их впрок: растворы довольно быстро портятся — скисают или плесневеют, теряя свои свойства (более устойчивы спиртовые растворы). Менее очевидный недостаток — слишком медленное, постепенное изменение цвета природных индикаторов при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. При этом трудно или даже невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности. Таких индикаторов известно множество, и каждый из них имеет свою область применения.

В лабораториях нередко используются так называемые универсальные индикаторы — смесь 5–6 индивидуальных индикаторов, подобранных таким образом, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя через все цвета радуги при изменении кислотности раствора. Раствором универсального индикатора часто пропитывают полоски бумаги, что позволяет быстро (хотя и не особенно точно) определять кислотность (или щелочность) анализируемого раствора путем сравнения окрашенной полоски с эталонной цветовой шкалой.

Один из самых известных индикаторов — лакмус. Это твердое вещество, частично растворимое в воде и спирте; его растворы позволяют отличать кислотную среду от щелочной. История открытия и использования лакмуса весьма поучительна с точки зрения развития химического эксперимента. Еще в 1640 году ботаники описали растение Heliolropium Turnesole, из которого выделили красящее вещество. Знаменитый физик и химик Роберт Бойль писал о нем в 1664 году: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя (их обычно называют «турнесоль») есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе или других вещей, кто как хочет».

Вскоре краситель, полученный из гелиотропа — садового душистого растения с темно-лиловыми цветками, стал широко применяться химиками в качестве индикатора. В кислой среде он красный, в щелочной — синий. Вначале этим красителем исследовали в основном минеральные воды, а примерное 1670 года его начали использовать в химических опытах. «Как только вношу незначительно малое количество кислоты, — писал в 1694 году ботаник и главный аптекарь Людовика ХIV Пьер Поме (1658–1699) о «турнесоле», — он становится красным, поэтому если кто хочет узнать, содержится ли в чем-нибудь кислота, его можно использовать». В 1704 году немецкий ученый М. Валентин назвал эту краску лакмусом; это слово и осталось во всех европейских языках (кроме французского, на котором лакмус — tournesol, что дословно означает «поворачивающийся за солнцем»). Так же французы называют и подсолнечник; кстати, «гелиотроп» означает то же самое, только по-гречески. Вскоре оказалось, что лакмус можно добывать и из более дешевого сырья, например, из некоторых видов лишайника.

Сейчас лакмус лишь изредка используют в химических лабораториях. Однако в современном русском языке слово «лакмус» закрепилось и используется в выражениях типа «Отношение к товарищам во время трудного похода, как лакмусовая бумажка, проявило характер этого человека» и т. п.

Химики в качестве индикатора используют также фенолфталеин. Это сложное органическое соединение, которое продается в аптеках как слабительное средство (раньше его называли пургеном). Растворы фенолфталеина широко используются в химии для распознавания щелочей: в щелочной среде он имеет ярко-малиновую окраску, а в нейтральных и кислых средах — бесцветен. Фенолфталеин довольно плохо растворяется в воде; для улучшения растворимости небольшое количество порошка растворяют сначала в 20–30 каплях спирта или водки, а затем добавляют еще немного воды. Используя раствор фенолфталеина как индикатор, вы можете проверить им растворы питьевой и стиральной соды, мыла, нашатырного спирта, различных стиральных и чистящих порошков, а также других хозяйственных средств, какие найдете. Появление малиновой окраски будет свидетельствовать о том, что раствор данного вещества имеет щелочной характер.

С помощью указанных индикаторов вы можете провести опыты по количественному определению разных кислотных и щелочных растворов. Например, если в вашей аптечке есть слабый раствор нашатырного спирта, попробуйте определить его концентрацию. Для этого воспользуйтесь уксусом, концентрацию которого вы уже определили. Кроме того, надо знать, в каких соотношениях реагируют эти вещества. Нашатырный спирт — это водный раствор аммиака, бесцветного газа с очень резким запахом. Если аммиака в воде растворено много (например, 25 %), то такой раствор «ударяет в нос» и «ест глаза», с ним мы работать не будем. В аптечном нашатырном спирте аммиака намного меньше — примерно 10 %; его применяют для возбуждения центральной нервной системы при обморочных состояниях. Добавляют нашатырный спирт и в некоторые средства для мытья стекол. Если склянка с нашатырным спиртом закрыта неплотно, то газообразный аммиак медленно улетучивается из раствора, так что в конце концов в ней остается чистая вода. Тем более интересно узнать, насколько крепок нашатырный спирт из вашей аптечки.

Один моль аммиака (17 г) реагируете одним молем уксусной кислоты (60 г). В 100 г 10 %-ного нашатырного спирта содержится 10 г аммиака или Юг: 17 г/моль = 0,59 моль, а в 100 г 7%-ного уксуса содержится 7 г уксусной кислоты или 7 г:60 г/моль = 0,12 моль. Таким образом, при равных объемах число молей аммиака в 10 %-ном нашатырном спирте примерно в 5 раз больше числа молей уксусной кислоты в 7 %-ном уксусе. Значит, при указанной крепости растворов один объем нашатырного спирта будет полностью реагировать примерно с 5 объемами уксуса. Проверим это экспериментально.

Накапайте в небольшую склянку из бесцветного стекла 30 капель нашатырного спирта и добавьте несколько капель раст вора индикатора. Если вы использовали раствор фенолфталеина, жидкость станет малиновой. Добавляйте к ней из той же пипетки уксус, внимательно считая капли и слегка встряхивая раствор, чтобы он хорошо перемешался. Как только индикатор обесцветится (или изменит цвет, если это растительный индикатор), прекратите добавление уксуса: весь нашатырный спирт к этому моменту израсходован. Такую операцию химики называют титрованием. Запишите, сколько капель уксуса у вас ушло на полную нейтрализацию нашатырного спирта (термин «нейтрализация» химики используют, когда говорят, что щелочь полностью прореагировала с кислотой или наоборот — кислота со щелочью; в результате реакции раствор теряет едкие свойства кислоты или щелочи, становится нейтральным, отсюда — название реакции). Если уксуса ушло в 5 раз больше, т. е. 150 капель, значит, нашатырный спирт действительно 10 %-ный. Если уксуса ушло еще больше, то нашатырный спирт более крепкий, а если меньше, то более слабый. Например, если на титрование 30 капель нашатырного спирта пошло 120 капель уксуса, то раствор аммиака имеет концентрацию (120 / 150) х 10 % = 8 %. Если же, положим, натитрование ушло 180 капель, то крепость нашатырного спирта равна (180/ 150) х 10 % = 12 %.

_{Рис. 4.3. Электронные индикаторы. анализирующие реакцию среды. Табло на верхнем индикаторе показывает слабокислую реакцию (рН=5,90, примерно такую кислотность имеет обычная вода, в которой растворен углекислый газ из воздуха), на среднем — практически нейтральную реакцию (pH = 7,01), на нижнем — сильнощелочную (pH = 10).}

Сейчас во многих лабораториях кислотность растворов (значения pH) измеряют электронными индикаторами — рН-метрами. В них нет никакого изменения цвета. Все проще: в раствор погружают небольшой щуп — датчик, и стрелка на приборе сразу указывает на какое-то число; или же это число загорается на табло индикатора, как показано на рис. 4.3. Что же это за число?

При работе с водными растворами (а в неорганической химии именно такие растворы встречаются чаще всего) кислотность или щелочность среды выражают с помощью так называемого водородного показателя pH (читается «пэ-аш»). Эту концепцию, как и сам символ, ввел в 1909 году датский биохимик Сёрен Петер Лауриц Сёренсен (1868–1939), который в том же году обнаружил зависимость активности ферментов от кислотности среды. Кислотность создается заряженными атомами водорода — ионами водорода (обозначение Н⁺). Используемые обычно в биохимии (да и в химии вообще) небольшие концентрации ионов водорода, например 0,00001 моль/л, выражать таким способом неудобно. В работе, опубликованной в «Биохимическом журнале», Серенсен писал, что концентрацию ионов Н⁺ удобно записывать «…в форме отрицательной степени 10. Я буду использовать название «показатель водородного иона» и символ pH для численного значения показателя этой степени». То есть для концентрации ионов водорода Серенсен использовал показатель р в выражении 10^-р, где буква «р» обозначала «степень», причем на всех основных европейских языках: Potenz по-немецки, power по-английски, puissance по-французски. Теперь вместо концентрации 0,00001 можно-было написать pH = 5. (Математики называют такое число отрицательным десятичным логарифмом.).

Обозначение pH исключительно широко применяется в химии, биологии, медицине, в других отраслях. В телевизионных рекламах показывают, как изменяется pH во рту человека после чистки зубов такой-то пастой или после жевания такой-то резинки… Абсолютно нейтральной среде соответствует значение pH, равное точно 7. Чем раствор более кислый, тем меньше pH, а в присутствии щелочи pH становится больше 7. Так, раствор сильных кислот (соляной, серной, азотной) при концентрации 0,1 моль/л имеет pH = 1. Это соответствует, например, всего 0,36 %-ному раствору соляной кислоты. Полезно взглянуть на таблицу, в которой указаны величины pH некоторых жидкостей (для химических соединений указан pH при концентрации 0,1 моль/л; pH биологических жидкостей может сильно зависеть от состояния организма):

Желудочный сок ***** 1,6.

Лимонный сок ***** 2,3.

Столовый уксус ***** 3,0.

Сок грейпфрута ***** 3,2.

Апельсиновый сок ***** 3,6.

Сильно газированная вода ***** 3,7.

Яблочный сок ***** 3,8.

Черный кофе ***** 5,0.

Моча ***** 5—8.

Раствор борной кислоты ***** 5,3.

Молоко ***** 6,7.

Дистиллированная вода ***** 7,0.

Кровь ***** 7,35-7,45.

Слюна ***** 7,4—8.

Желчь ***** 7,8–8,6.

Вода океанов ***** 7,9–8,4.

Питьевая сода ***** 8,3.

Раствор аммиака (нашатырный спирт) ***** 11,3.

Кальцинированная (стиральная) сода ***** 11,5.

Гашеная известь (насыщенный раствор) ***** 12,4.

Едкий натр ***** 13,0.

Оптимальные значения pH играют исключительно важную роль для нормальной жизнедеятельности организмов. Биохимические процессы в живых организмах протекают при строго определенной кислотности. Биологические катализаторы — ферменты способны работать только в определенных пределах pH, а при выходе за эти пределы их активность может резко снижаться. Например, активность фермента пепсина, который катализирует гидролиз белков и способствует таким образом перевариванию белковой пиши в желудке, максимальна при значениях pH около 2. Поэтому для нормального пищеварения необходимо, чтобы желудочный сок имел довольно низкие значения pH: в норме 1,53—1,67. При язвенной болезни желудка pH понижается в среднем до 1,48, а при язве двенадцатиперстной кишки может доходить даже до 1,05. Точное значение pH желудочного сока определяют путем так называемого интрагастрального исследования (от латинского слова intra — «внутри» и греческого «гастер» — «желудок») или с помощью pH-зонда. Если у человека понижена кислотность, врач может назначить прием с пищей слабого раствора соляной кислоты, а при повышенной кислотности — принимать противокислотные средства, например, гидроксиды магния или алюминия. Интересно, что если выпить лимонный сок, кислотность желудочного сока… понизится! Действительно, раствор лимонной кислоты лишь разбавит более сильную соляную кислоту, содержащуюся в желудочном соке. Все же пить чистый лимонный сок не следует — он может повредить пищевод.

В клетках организма значение pH около 7, во внеклеточной жидкости — 7,4. Нервные окончания, которые находятся вне клеток, очень чувствительны к изменению pH. При механических или термических повреждениях тканей стенки клеток разрушаются и их содержимое попадает на нервные окончания. В результате человек чувствует боль. Скандинавский исследователь Олаф Линдал проделал такой эксперимент: с помощью специального безыгольного шприца человеку впрыскивали под кожу очень тонкую струйку раствора, который не повреждал клетки, но действовал на нервные окончания. Было показано, что боль вызывают именно катионы водорода, причем с уменьшением pH раствора боль усиливается. Аналогично непосредственно «действует на нервы» и муравьиная кислота, содержащаяся в слюне некоторых насекомых, в стебле и листьях крапивы. Разным значением pH тканей объясняется также, почему при одних воспалениях человек чувствует боль (среда кислая), а при других — нет (среда щелочная).

В очень узких пределах должно оставаться значение pH крови; даже небольшое ее подкисление (ацидоз) или защелачивание (алкалоз) может привести к гибели организма. Ацидоз наблюдается при таких заболеваниях, как бронхит, недостаточность кровообращения, опухоли легких, пневмония, диабет, лихорадка, поражения почек и кишечника. Алкалоз же наблюдается при слишком интенсивном дыхании — гипервентиляции легких (или при вдыхании чистого кислорода), при анемии, отравлении угарным газом, истерии, опухоли мозга, избыточном потреблении питьевой соды или щелочных минеральных вод, приеме мочегонных средств. Интересно, что величина pH артериальной крови в норме должна быть в пределах 7,37—7,45, а венозной — 7,34—7,43. Различные микроорганизмы также весьма чувствительны к кислотности среды. Так, патогенные микробы быстро развиваются в слабощелочной среде, тогда как кислую среду они не выдерживают. Поэтому для консервирования (маринование, соление) продуктов используют, как правило, кислые растворы, добавляя в них уксус или пищевые кислоты. Большое значение имеет правильный подбор pH и для химико-технологических процессов.

Поддерживать нужное значение pH, не давать ему заметно отклоняться в ту или иную сторону при изменении условий удается с помощью так называемых буферных (от английского buff — «смягчать толчки») растворов. Такие растворы часто представляют собой смесь слабой кислоты и ее соли или слабого основания и его соли. Подобные растворы обладают способностью «сопротивляться» в определенных пределах (их называют емкостью буфера) изменению pH. Многие природные жидкости обладают буферными свойствами. Примером может служить вода в океане, буферные свойства которой во многом обусловлены растворенным в ней углекислым газом и гидрокарбонат-ионами (такие ионы дает, например, питьевая сода). Источником этих ионов, помимо растворенного в воде углекислого газа, являются огромные количества карбоната кальция в виде раковин, меловых и известняковых отложений в океане. Интересно, что фотосинтез планктона — одного из основных поставщиков кислорода в атмосферу — приводит к повышению pH среды. Клеточная жидкость, кровь также являются примерами природных буферных растворов. Так, кровь содержит около 0,025 моль/л углекислого газа, причем его содержание у мужчин примерно на 5 % выше, чем у женщин. Приблизительно такая же концентрация в крови и гидрокарбонат-ионов (их тоже больше у мужчин).

При исследовании почвы pH также является одной из наиболее важных характеристик. Разные почвы могут иметь pH от 4,5 до 10. По значению pH можно судить, в частности, о содержании в почве питательных веществ, а также о том, какие растения могут успешно произрастать на данной почве. Например, рост фасоли, салата, черной смородины задерживается при pH почвы ниже 6,0, капусты — ниже 5,4, яблони — ниже 5,0, картофеля — ниже 4,9. Кислые почвы обычно менее богаты питательными веществами, поскольку хуже удерживают в себе катионы металлов, необходимые растениям. Для раскисления кислых почв используют прием известкования — внесения веществ, постепенно связывающих избыток кислоты. Такими веществами могут служить природные минералы — мел, известняк, доломит, а также известь, шлак с металлургических заводов. Количество внесенного раскислителя зависит от буферной емкости почвы. Например, для известкования глинистой почвы требуется больше раскисляющих веществ, чем для песчаной.

Большое значение имеют измерения pH дождевой воды, которая может оказаться довольно кислой из-за присутствия в ней серной и азотной кислот. Эти кислоты образуются из оксидов азота и серы, которые выбрасываются в атмосферу в виде отходов многочисленных производств. Известно, что кислотные дожди с низким значением pH (менее 5,6) губят растительность, живой мир водоемов. Поэтому постоянно ведется pH-контроль дождевой воды.

Анализ йодной настойки.

Все видели йодную настойку. Кстати, само слово «йод» по традиции пишут через «й» только в нехимических, а также в медицинских текстах. В химических статьях, справочниках, энциклопедиях и учебниках это слово пишется черед «и» — «иод», а старый символ этого элемента «J» в таблице Менделеева уже давно заменили на «I». Настойка — это водно-спиртовый раствор, содержащий, согласно фармацевтическим справочникам, 5 % иода. Но это теоретически. А как на самом деле? Обратите внимание на срок годности настойки, указанный на этикетке. Дело в том, что иод медленно реагирует со спиртом, причем реакция ускоряется на свету (вот почему его, как и многие другие лекарственные средства, надо хранить в темноте). Кроме того, если настойка длительное время стояла в неплотно закрытой посуде, концентрация иода могла измениться как из-за испарения спирта, так и из-за летучести иода.

Все это можно проверить экспериментально. Для анализа потребуется аптечная пипетка и маленькая мензурка с делениями, которую тоже можно купить в аптеке. Из реактивов потребуются тиосульфат натрия (подробнее о нем вы узнаете из рассказа о кристаллах) и крахмал. Тиосульфат реагирует с иодом, образуя бесцветное соединение; на два моля тиосульфата (496 г) расходуется один моль иода (254 г). За титрованием можно следить просто по окраске иода, но когда иода в растворе остается мало, бледно-желтая окраска раствора почти не видна, и трудно заметить момент, когда раствор обесцвечивается полностью. Поэтому здесь лучше также воспользоваться индикатором — крахмалом, который добавляют к раствору в конце титрования.

Для опыта надо сначала приготовить очень жидкий крахмальный клейстер. Чтобы в клейстере не было комков и он был совершенно прозрачным, делают его так. В небольшой кастрюльке вскипятите примерно полстакана воды. Пока вода греется, возьмите немного крахмала (примерно четверть чайной ложки) и хорошо размешайте его со столовой ложкой холодной воды, чтобы не было отдельных комков. Медленно, при постоянном перемешивании, слейте мутную взвесь крахмала в кипящую воду, которую размешайте и охладите.

Что бывает, когда иод реагирует с крахмалом, знают, наверное, все. Если не знаете или забыли — капните в чашку сначала крахмальный клейстер, а потом йодную настойку — тотчас появится синяя окраска. Реакция эта настолько чувствительна, что с помощью йодной настойки легко обнаружить крахмал на свежем срезе картофелины или в муке. Кстати, еще в XIX веке эту реакцию использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, добавлявших в сметану «для густоты» пшеничную муку. Если на образец такой сметаны капнуть йодную настойку, синее окрашивание сразу выявит фальсификацию.

Чтобы анализ на содержание иода в настойке был достаточно точным, надо приготовить довольно разбавленный раствор тиосульфата натрия, например 0,05 моль/л. Для этого в 1 литре раствора должно содержаться примерно 12,5 г кристаллического тиосульфата натрия (или 0,5 г в 40 мл раствора; 40 мл можно отмерить с помощью аптечной мензурки или шприца, хотя это утомительно и неточно, а 0,5 г постарайтесь поточнее отвесить с помощью весов).

Анализ проводят так. Налейте в чистую склянку 2–3 столовые ложки прокипяченной холодной воды. Добавьте в эту воду с помощью шприца ровно 2 мл йодной настойки (если иод у вас в ампулах, надо использовать две ампулы). Начинайте при легком перемешивании титровать полученный разбавленный раствор иода раствором тиосульфата, внося его по каплям из пипетки (вы уже знаете из предыдущих опытов, как определить объем одной капли раствора тиосульфата натрия). Когда раствор иода станет бледно-желтым, прибавьте к нему несколько капель крахмального клейстера и продолжайте добавлять тиосульфат, пока синяя окраска не исчезнет полностью. Концентрацию иода в настойке можно рассчитать по формуле с = 0,0125К(моль/л) = 0,32К(г/100 мл, т. е. %), где V— объем раствора тиосульфата (в миллилитрах), израсходованного на титрование 2 мл йодной настойки.

Попробуйте оставить на насколько дней баночку без крышки с небольшим количеством йодной настойки (лучше не в помещении), пока часть раствора не испарится, и снова проанализируйте настойку.

Если концентрация иода стала больше, значит, спирт испарялся быстрее иода, а если меньше — значит, наоборот.

Если с анализам настойки у вас все получилось, можете перейти к более сложным анализам, например, к определению концентрации аскорбиновой кислоты.

Сколько в апельсине витамина С.

В организме человека (в отличие от многих животных) аскорбиновая кислота не синтезируется, поэтому мы должны получать этот витамин с пищей (в среднем около 70 мг в сутки). Витамин С необходим для нормальной жизнедеятельности: он оказывает благотворное влияние на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость организма при воздействии на него различных негативных факторов, в том числе возбудителей инфекционно-вирусных заболеваний, предотвращает цингу (на латыни цинга — scorbutus, т. е. «аскорбиновая» — дословно переводится как «против цинги»). Полезно знать, в каких продуктах много этого витамина. В основном богаты им овощи, фрукты, ягоды. Вот сколько миллиграммов аскорбиновой кислоты содержится в 100 г свежих продуктов: морковь, виноград — 5, свекла, репчатый лук, чеснок, сливы, летние яблоки — 10, салат, зимние яблоки — 15, картофель — 20, редис, помидоры, малина — 25, зеленый лук, крыжовник — 30, лимон -40, клубника, ранняя капуста —60, укроп — 100, петрушка (зелень) — 150, черная смородина, облепиха — 200, красный перец (сладкий) — 250, шиповник свежий — 650. Конечно, приведенные значения приблизительны, хотя бы потому что содержание витамина зависит от сорта растения, условий его роста, созревания плодов, их хранения и т. д. Тем не менее по ней вы можете ориентировочно определить, сколько аскорбиновой кислоты вы получаете в сутки из разных продуктов.

Анализ витаминов в продуктах питания — дело сложное. Но как раз витамин С — аскорбиновую кислоту — вы сможете проанализировать и в домашних условиях. Возможно, вы решили, что раз витамин С — кислота, то анализировать его будем с помощью щелочи. Но так не получится, потому что в соке различных плодов, кроме аскорбиновой, есть еще множество разных кислот: лимонная, яблочная, винная и другие. И отличить с помощью щелочи одну кислоту от другой не удастся. Однако у аскорбиновой кислоты есть свойство, которое отличает ее от всех других упомянутых кислот, — это быстрая реакция с иодом. Один моль аскорбиновой кислоты (176 г) реагирует с одним молем иода (254 г).

Для анализа можно использовать аптечную йодную настойку. Будем считать, что она 5 %-ная, это соответствует концентрации иода примерно 0,2 моль/л. Однако аскорбиновой кислоты в соке может оказаться так мало, что на титрование определенного объема сока (например, 20 мл) уйдет всего 1–2 капли йодной настойки, при этом ошибка анализа окажется очень большой. Чтобы результат был более точным, надо либо взять много сока, либо разбавить йодную настойку; в обоих случаях число капель иода, израсходованных на титрование, увеличится, что и сделает анализ точнее. Химики предпочитают второй путь. Поступим так и мы (заодно сэкономив сок для его прямого назначения). Добавим к 1 мл йодной настойки прокипяченной воды до общего объема 40 мл, т. е. разбавим настойку в 40 раз. Концентрация такого раствора будет около 0,005 моль/л; 1 мл его соответствует 0,88 мг аскорбиновой кислоты.

Если вы раньше не определяли объем одной капли, сделайте это сейчас: с помощью аптечной мензурки или шприца отмерьте 1 мл разбавленного раствора иода и посчитайте, сколько капель, внесенных обычной пипеткой, содержится в этом объеме. Для опыта понадобится также крахмальный клейстер; как его готовить, вы уже знаете.

Прежде чем приступить к анализу сока, хорошо бы потренироваться на растворе с известным содержанием витамина С. Для этого лучше всего подходит аскорбиновая кислота в таблетках, которая продается в аптеках. Одна таблетка может содержать 0,1 или 0,5 г чистого витамина. Растворите таблетку в 0,5 л кипяченой воды (воду отмерьте с помощью пол-литровой бутылки или банки), тщательно перемешайте и отберите с помощью шприца или аптечной мензурки 25 мл этого раствора. В этом количестве раствора аскорбиновой кислоты будет в 20 раз меньше, чем в таблетке. Добавьте к этому раствору половину чайной ложки раствора крахмала и осторожно, по каплям, добавляйте из пипетки разбавленный раствор иода, постоянно взбалтывая содержимое. Внимательно считайте капли и следите за цветом раствора. Как только вся содержащаяся в растворе аскорбиновая кислота прореагирует с иодом, следующая же его капля окрасит раствор в синий цвет. Титрование надо вести до появления устойчивого синего окрашивания. Определив число капель и, следовательно, объем израсходованного раствора иода, вы легко рассчитаете, сколько аскорбиновой кислоты было в стакане. Например, если на титрование ушло 6 мл раствора иода, то аскорбиновой кислоты в растворе было 0,88 мг х 6 = 5,28 мг, а в исходной таблетке — в 20 раз больше, т. е. 105,6 мг. Если ваша таблетка содержала 0,1 г (100 мг) аскорбиновой кислоты, то это означает, что точность вашего анализа (около 5 %) вполне достаточна, чтобы переходить к дальнейшим опытам.

Отожмите из лимона или апельсина 25 мл сока или возьмите такое же количество готового сока из пакета (только он должен быть светлым, так как в темном соке вы не увидите появление окраски иода с крахмалом). Титруйте сок так же, как и в «учебном» опыте с таблеткой. Если на указанное количество сока уйдет, допустим, 10 мл раствора иода, значит, в 25 мл сока было 8,8 мг аскорбиновой кислоты, а в 100 мл сока — 35,2 мг (содержание аскорбиновой кислоты обычно так и выражают — в миллиграммах на 100 мл или на 100 г продукта). Сравните полученный вами результат с концентрацией, что указана на упаковке сока. Если есть небольшие расхождения — не страшно: ведь анализ наш приблизительный, ошибки возникают из-за неточного определения объема сока, объема капли, концентрации иода и т. д. Если же с таблеткой все получилось правильно, а с соком — нет, значит, либо на упаковке неверные сведения, либо из-за неправильного или слишком долгого хранения сока витамин в нем частично разрушился — возможно, еще до того, как сок разлили в пакеты. Дело в том, что витамин С очень неустойчивый, легко разрушается кислородом воздуха, особенно на свету, а также в присутствии следов железа. При тепловой обработке продуктов (например, при варке картофеля или капусты) в них может остаться меньше половины витамина С.

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. Так, стакан со слабо заваренным чаем, оставаясь прозрачным, будет слабо поглощать свет, а стакан с крепким чаем, делаясь непрозрачным, будет очень сильно поглощать свет. Эту простую зависимость степени поглощения света от концентрации растворенного вещества можно выразить формулой.

D = εсl,

Где D — оптическое поглощение (оно измеряется специальным прибором — фотометром);

ε — (читается «эпсилон») коэффициент поглощения (для каждого вещества он свой);

L — длина пути (в сантиметрах), которую прошел свет в растворе;

С — концентрация вещества (в молях на I 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 привал в лесу, у самой реки. Пора было готовить еду, но речная вода не внушала доверия — она явно пахла чем-то «керосиновым». К счастью, неподалеку оказался родник. Однако и с ним не все было в порядке: камни 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 им минеральные воды (недаром известный курорт, расположенный недалеко от Пятигорска, называется Железноводском). Однако один из туристов — врач по профессии — заявил, что в минеральных водах железа обычно немного, редко больше 10 мг в литре. Если железа в воде намного больше, то она, безусловно, вредна и лучше не рисковать. Поскольку простого способа «убрать» из воды железо не существует, врач предложил вскипятить речную воду, заодно обработав ее марганцовкой — на случай, если в воде есть еще и микробы. Однако энтузиазма это предложение не вызвало. Вот если бы поточнее узнать, сколько железа в родниковой воде… Но как это сделать?

И тогда другой турист, который был химиком, вспомнил об анализе соединений железа, который ему часто приходилось выполнять в лаборатории. 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 здесь не 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 «задубленной» 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. Реакция эта очень чувствительная: окрашивание происходит даже с очень малым количеством железа. Еще в XVII веке Роберт Бойль установил, что «одна крупинка купороса, растворенная в таком количестве воды, которое в шесть тысяч раз превышает ее вес, способна дать с дубильным орешком пурпурную настойку». Добавление к чернилам камеди — густого сока некоторых деревьев, например, вишни — придавало чернилам красивый блеск. Вот один из старинных рецептов приготовления черных чернил: камеди — 3 части, железного купороса — 2 части, чернильных орешков — 3 части, воды — 30 частей. Чернила эти очень устойчивы: сохранились, например, написанные ими средневековые рукописи.

Химик снял с листьев несколько орешков и выжал из них сок в кружку, наполненную родниковой водой. Каково же было удивление окружающих, когда вода сразу стали 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 в том 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 еще 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 стал и видны царапинки на се белом эмалированном дне и, наконец, после шестого разбавления раствор приобрел едва заметный лиловый оттенок.

Опыт был закончен. Оставалось провести некоторые простые расчеты. Когда окраска в кружке едва заметна, оптическое поглощение раствора примерно равно 0,1. Высота жидкости в кружке — около 10 см, но так как свет проходит слой жидкости дважды — сначала вниз, а потом, отразившись от дна, — вверх, то дайна его пути составляет 20 см. Теперь, подставляя числа в формулу:

С = D/εl,

Можно рассчитать концентрацию (в моль/л):

С = 0,1/(4000 x 20)= 1,25 x 10^-6.

Поскольку раствор был разбавлен вдвое последовательно 6 раз, исходная концентрация железа была в 64 раза больше (2= 64), т. е. железа было 8 х 10⁵ моль/л. Один моль железа — это 56 г, следовательно, в литре родниковой воды было 56 г/моль х 8 х 10^-5 моль/л = 4,5 x 10^-3 моль/л, или, после округления (анализ-то неточный), примерно 5 мг 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…