Unterhaltsame Chemie für Kinder: Stoffe mischen und trennen.

Ilja Abramowitsch Leenson

Unterhaltsame Chemie für Kinder und Erwachsene

Dinge und Substanzen

Wir sind von vielen Stoffen umgeben – meist handelt es sich dabei nicht um reine chemische Verbindungen (solche begegnen uns sehr selten, Speisesalz und Zucker sind Beispiele), sondern um Gemische, Legierungen, Verbundstoffe. Noch häufiger stoßen wir auf tausende verschiedene Dinge – vom Kinderspielzeug bis zum Auto. Und bei der Herstellung all dieser Dinge kann man auf Chemie nicht verzichten. In diesem Kapitel werden einige der wenig bekannten Einsatzmöglichkeiten von Chemikalien beleuchtet, die unser Leben erleichtern oder sogar retten können. Dies ist die erste Geschichte dazu.

Azid im Beutel

Es ist bekannt, dass die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion proportional zur Konzentration der Reaktanten ist: Je höher sie ist, desto häufiger kollidieren die Moleküle und desto schneller verläuft die Reaktion. Ebenso ist die Häufigkeit von Verkehrsunfällen unter sonst gleichen Bedingungen proportional zur Konzentration der Autos auf den Straßen, die stetig zunimmt. Dementsprechend steigt die Zahl der Unfälle. Die gefährlichsten passieren bei einem Frontalzusammenstoß. Selbst wenn die Geschwindigkeit jedes Autos 60 km/h nicht überschreitet, ist die Gesamtgeschwindigkeit so hoch, dass den Insassen nahezu keine Chance bleibt. Ist es in solchen Fällen möglich, Fahrer und Passagiere zu schützen oder zumindest ihr Leben zu retten (über das Schicksal des Autos muss in solchen Fällen nicht gesprochen werden)? Eine der einfachsten und zuverlässigsten Erfindungen sind Sicherheitsgurte, die viele Leben gerettet haben. Aber wenn die Geschwindigkeit des Autos bei einem Frontalzusammenstoß hoch ist, retten sie auch nicht – der Gürtel hält den Rumpf und der Kopf bewegt sich durch die Trägheit weiter nach vorne, was zu oft tödlichen Schäden an der Halswirbelsäule führt. Und dann kam den Autofahrern die Chemie zu Hilfe. In den 80ern Im 20. Jahrhundert entwickelten sich Chemiker führender Automobilkonzerne neuer Weg Schutz der Autofahrer - Airbag.

Es besteht aus strapazierfähiger Polyamidfaser und nimmt im zusammengeklappten Zustand so wenig Platz ein, dass es in der Lenkradsäule versteckt werden kann. Im Falle eines Frontalaufpralls bläst sich der Airbag nahezu augenblicklich auf, fängt die Vorwärtsbewegung von Körper und Kopf des Fahrers sanft auf und rettet so sein Leben. Und wenn Ende der 80er Jahre nur eines von 15 in den USA produzierten Autos mit einem Airbag ausgestattet war, dann überstieg ihr Anteil 1995 70 %, und ein paar Jahre später waren fast alle Autos damit ausgestattet, und zwar jedes hatte zwei solcher Geräte – für den Fahrer und für den Beifahrer. Außerdem gibt es Airbags an der Seite und für Passagiere auf der Rückbank. Wie funktioniert dieses Kissen? Da die Zählung bei einem Unfall in Tausendstelsekunden erfolgt (bei einer Geschwindigkeit von 108 km/h legt das Auto 10 cm in nur 3 Millisekunden zurück), haben weder mechanische Kompressoren noch Druckgasflaschen Zeit, den Airbag in der erforderlichen Zeit aufzublasen . Es bleibt nur eine Möglichkeit: die explosionsartige Zersetzung einer chemischen Verbindung unter Freisetzung einer großen Gasmenge. Chemiker mussten eine solche Verbindung finden, der Rest war eine Frage der Technologie. Es gab nur wenige Möglichkeiten. Wir blieben bei der Zersetzung von Natriumazid stehen – einem Salz der sehr explosiven und sehr giftigen Salpetersäure HN 3. Obwohl diese Säure schwach ist (wie Essigsäure), haben ihre wässrigen Lösungen eine so starke oxidierende Wirkung, dass eine Mischung aus HN 3 und HCl Gold und sogar Platin auflöst. Azide von Schwermetallen (Kupfer, Silber, Quecksilber, Blei usw.) sind sehr instabile kristalline Verbindungen, die bei Reibung, Stößen, Erhitzen oder Lichteinwirkung explodieren. Selbst unter einer Wasserschicht kann es zu einer Explosion kommen! Als Zündsprengstoff wird Bleiazid Pb(N 3) 2 verwendet, mit dem der Großteil des Sprengstoffs zur Detonation gebracht wird. Dafür reichen nur zwei Dutzend Milligramm dieser Substanz. Diese Verbindung ist explosiver als Nitroglycerin und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle (Detonation) während einer Explosion ist zehnmal höher als die von TNT und erreicht 45 km/s! Glücklicherweise explodiert Natriumazid nicht, obwohl es auch hochgiftig ist (seine stark verdünnten wässrigen Lösungen werden manchmal als Konservierungsmittel für biochemische Präparate verwendet). Beim Erhitzen auf 300 °C zersetzt es sich sehr schnell und setzt Stickstoff und winzige Natriumpartikel frei: 2NaN 3 -> 2Na + 3N 2. Aus 65 g (1 Mol) NaN 3 werden unter Normalbedingungen etwa 35 Liter Stickstoff gewonnen. Zur Erhöhung der Gasausbeute sowie zur Bindung des sehr reaktiven und leicht entzündlichen Natriums wird der Mischung Kaliumnitrat zugesetzt, das mit freiem Natrium reagiert: 10Na + 2KNO 3 -> K 2 O + 5Na 2 O + N 2. Übrigens wird die Reaktion eines Alkalimetallazids mit seinem Nitrat seit langem von Chemikern genutzt, um reines Natrium- oder Kaliumoxid zu synthetisieren (das nicht durch Oxidation von Metallen in Sauerstoff oder an Luft gewonnen werden kann), zum Beispiel: 5NaN 3 + NaNO 3 -> 3Na 2 O + 8N 2. Auch Natrium- und Kaliumoxide sind kein Geschenk; Um sie zu binden, wird der Ausgangsmischung eine weitere Komponente zugesetzt – fein zerkleinertes Siliziumdioxid. Unter Reaktionsbedingungen bindet es Natrium- und Kaliumoxide zu nicht brennbaren und sicheren Silikaten: Na 2 O + SiO 2 -> Na 2 SiO 3. Das ganze System funktioniert so. Im Falle einer Kollision übermitteln im Auto eingebaute empfindliche Sensoren ein Signal an einen Mikroprozessor, der die Situation sofort beurteilt; Überschreitet die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beim Aufprall einen bestimmten Wert (normalerweise 35 km/h), schaltet der Mikroprozessor einen elektrischen Zünder ein, der die Azid-Zersetzungsreaktion startet. Dadurch wird vor den Augen eines Menschen in etwa 0,04 Sekunden ein Beutel mit etwa 70 Litern Stickstoff aufgeblasen, was ihm auch in bisher aussichtslosen Fällen das Leben rettet. Bei neueren Fahrzeugmodellen ist es sogar möglich, die Geschwindigkeit, mit der der Beutel mit Stickstoff gefüllt wird, abhängig vom Gewicht des Fahrers und seiner genauen Position im Auto zu regulieren.

Diesmal schützte der Airbag den Dummy

Allerdings ist nicht alles so einfach. Obwohl sich Airbags als wirksam erwiesen haben, werfen sie neue Umweltprobleme auf. Schließlich beenden die meisten Autos ihr Leben, ohne jemals einen schweren Unfall zu erleben. Daher können sich auf Mülldeponien anstelle relativ sicherer Haufen rostenden Metalls Taschen mit giftigen Substanzen bilden. Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, ist die Verwendung von Tabletten in Airbags anstelle von Pulver, die bei Bedarf entnommen und entsorgt werden können. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nach weniger gefährlichen chemischen Verbindungen zu suchen, die Natriumazid ersetzen könnten. Wenn man über Natriumazid spricht, kann man nicht umhin, sich an eine andere Geschichte zu erinnern, die mit dieser Substanz in Zusammenhang steht. Wie bereits erwähnt, wirken seine verdünnten wässrigen Lösungen bakterizid und können als Konservierungsmittel für biochemische Präparate dienen. Und zwar in den frühen 70er Jahren des 20. Jahrhunderts. In einigen amerikanischen und englischen Kliniken wurden seltsame Phänomene beobachtet. Zeitweise waren aus dem Abfluss des Waschbeckens Geräusche zu hören, die an Pistolenschüsse erinnerten, und in einem Fall explodierte das Abflussrohr plötzlich. Zum Glück wurde niemand verletzt. Die Untersuchung ergab, dass der Auslöser aller Explosionen eine sehr schwache (0,01 %) Natriumazidlösung war, die als Konservierungsmittel für Salzlösungen verwendet wurde. Über viele Monate oder sogar Jahre hinweg wurde überschüssige Azidlösung in den Ausguss geschüttet, manchmal bis zu zwei Liter pro Tag. Es stellte sich heraus, dass in allen genannten Fällen die Abflussrohre unter den Waschbecken aus Kupfer oder Messing bestanden (solche Rohre sind sehr langlebig und lassen sich leicht biegen, insbesondere nach vorheriger Kalzinierung, sodass sie bequem in das Abflusssystem eingebaut werden können). Eine in die Spüle gegossene Natriumazidlösung, die durch solche Rohre floss, reagierte nach und nach mit ihrer Oberfläche und bildete Kupferazid, und diese Substanz ist bereits zur Explosion fähig. Ich musste mich ändern Kupferrohre zu Plastikmodellen. Als in einer der Kliniken ein solcher Austausch durchgeführt wurde, stellte sich heraus, dass die ausgebauten Kupferrohre stark mit einer festen Substanz verstopft waren. Um kein Risiko einzugehen, sprengten die Spezialisten, die die „Räumung“ des Entwässerungssystems durchführten, diese Rohre an Ort und Stelle und platzierten sie in einem 1 Tonne schweren Metalltank. Die Explosion war so stark, dass sie den Tank wegschob seinen Platz um mehrere Zentimeter! Die Ärzte interessierten sich nicht besonders für das Wesen der chemischen Reaktionen, die zur Bildung von Sprengstoffen führten. Aufgrund der stark oxidierenden Eigenschaften der Salpetersäure kann man davon ausgehen, dass folgende Reaktion ablief: Das N 3 – Anion, das Kupfer oxidiert, wurde reduziert und bildete ein N 2 Molekül und ein Stickstoffatom, die Bestandteil von Ammoniak wurden. Der Rest der Azidanionen kombiniert mit Kupferkationen. Dies entspricht der Reaktionsgleichung 3NaN 3 + Cu + 3H 2 O -> Cu(N 3) 2 + 3NaOH + N 2 + NH 3. Jeder, der sich mit löslichen Metallaziden beschäftigt, auch Chemiker, muss mit der Gefahr der Bildung einer „Bombe im Panzer“ rechnen, da Azide zur Gewinnung von besonders reinem Stickstoff in organischen Synthesen als Treibmittel für die Produktion eingesetzt werden aus gasgefüllten Materialien: Schaumkunststoffe, poröser Gummi usw. In allen solchen Fällen ist darauf zu achten, dass die Azidlösungen nicht mit Schwermetallen in Kontakt kommen und dass die Abflussrohre aus Kunststoff bestehen.

Pigmente und Farbstoffe

Per Definition sind Pigmente (von lat. pigmentum – „Farbe“) sind fein gemahlene pulverförmige Farbstoffe, die sich im Gegensatz zu Farbstoffen weder in Wasser noch in organischen Lösungsmitteln lösen. Pigmente können natürlich (normalerweise anorganisch) und synthetisch sein. Das erste vom Menschen verwendete Pigment war Ruß. Überall dort, wo ein Feuer brennt, tritt Ruß in mehr oder weniger großen Mengen auf. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Ruß bereits vor etwa 20.000 Jahren, kurz nach der Erfindung der Feuerherstellung, für dekorative Zwecke verwendet wurde. Ruß wird immer noch in großen Mengen produziert und als Füllstoff für Gummi, Kunststoffe und zur Herstellung von Druckfarben verwendet. Carbon Black ist äußerst widerstandsfähig gegen äußere Einflüsse; Von Steinzeitmenschen mit Ruß angefertigte Zeichnungen an Höhlenwänden sind noch erhalten. Die wohl berühmteste davon ist die Lascaux-Höhle in Frankreich. Es wurde 1940 zufällig von Jungen unter einem nach einem Sturm umgestürzten Baum entdeckt. An den Wänden der Höhle sind mit Ruß und rotbraunen Naturpigmenten viele Tiere dargestellt: Stiere, Pferde, Hirsche, Widder, Bären, Bisons. Jetzt ist diese Höhle ein gut ausgestattetes Museum.

Zeichnungen eines alten Mannes, hergestellt mit natürlichen Pigmenten

Am schwierigsten zu bekommen waren über viele Jahrtausende blaue Pigmente. Die erste Verwendung des blauen Naturfarbstoffs erfolgte wahrscheinlich vor etwa 5.000 Jahren. Bei Ausgrabungen der sumerischen Stadt Ur der Chaldäer wurden goldene und silberne Tierfiguren gefunden, die mit Lapislazuli verziert waren, einem Halbedelstein, der das Pigment Ultramarin enthält. In jüngerer Zeit wurde das gezeigt blaue Farbe Dieses Pigment wird mit der Anwesenheit des Radikalanions [·S 3 ] – in Verbindung gebracht, das ein ungepaartes Elektron enthält (es wird durch einen Punkt dargestellt). In Europa waren blaue Pigmente so teuer (sie wurden buchstäblich für ihr Gewicht in Gold verkauft), dass manchmal Sonderkommissionen entschieden, welche Bereiche des Gemäldes blau sein sollten. In der Antike wurde das Pigment Ägyptische Blau verwendet, es war Kupferaluminosilikat (Kupferglas). Vom 6. bis 7. Jahrhundert begannen Künstler, natürliches Ultramarin zu verwenden, das aus aus Afghanistan mitgebrachtem Lapislazuli hergestellt wurde. Die Zusammensetzung von Lapislazuli ist eine komplexe Mischung mehrerer Mineralien, deren blaue Farbe durch Hauin, ein Chlor und Schwefel enthaltendes Alumosilikat, verliehen wird. Aus einem Kilogramm Azurblau wurden nach längerer Verarbeitung nur 30 g blaues Pigment gewonnen. Erst 1704 wurde das erste künstliche blaue Pigment hergestellt. Es handelte sich um Berliner Blau – Eisen-Kalium-Hexacyanoferrat, das Eisenatome in verschiedenen Oxidationsstufen enthielt: KFe +3. Kobaltblaues Pigment – ​​Tenarblau (Kobaltaluminat CoAl 2 O 4) wurde erstmals 1802 in Frankreich hergestellt und war damals sehr teuer. Allerdings konnten die zu Beginn des 19. Jahrhunderts bekannten künstlichen Blaupigmente das natürliche Azurblau in ihren Eigenschaften nicht ersetzen. Im Jahr 1824 versprach Frankreich einen riesigen Preis von 6.000 Franken für ein Verfahren zur Herstellung von künstlichem Azurblau. Vier Jahre später erhielt J. Guimet den Preis; Fast gleichzeitig und unabhängig von ihm machte der berühmte deutsche Chemiker L. Gmelin die gleiche Entdeckung. Um künstliches Ultramarin zu erhalten, wurde weißer Ton (Kaolin) mit Kaliumsulfat und Kohle kalziniert. Seitdem wird Naturstein nicht mehr in Farbe umgewandelt. Das organische blaue Pigment Indigo wurde vor mehreren tausend Jahren in Indien abgebaut. Indigo wurde aus den Blättern verschiedener Pflanzen gewonnen. Der höchste Ertrag wurde mit einer Pflanze der Gattung Indigofera erzielt, die in Ländern mit tropischem, feuchtem Klima wächst. In Europa wurde dieser Farbstoff bis Mitte des 17. Jahrhunderts, als die Niederländer begannen, Indigo aus den südlichen Kolonien zu importieren, aus den Blättern einer einheimischen Pflanze, dem sogenannten Färberwaid, gewonnen. Die Blätter wurden in Wasser eingeweicht und das farblose Glykosid (eine Verbindung mit Glucose) Indican in die Lösung überführt. Der wässrige Extrakt wurde dann durch Mikroorganismen fermentiert. Durch den enzymatischen Prozess entstehen Glucose und 3-Hydroxyindol (Indoxyl) – eine farblose Verbindung, die bei Oxidation durch Luftsauerstoff (schneller bei direkter Sonneneinstrahlung) zu Indigo wird, das sich am Boden des Gefäßes absetzt in Form von blauen Flocken. Die gesamte Transformationskette ist im Diagramm dargestellt.

IN Anfang des 19. Jahrhunderts Jahrhundert wandte sich Napoleon mit dem Vorschlag, einen Weg zu finden, Indigo aus heimischen Rohstoffen zu gewinnen, an französische Wissenschaftler und bot für die Lösung dieses Problems eine für die damalige Zeit sagenhafte Summe – 1 Million Francs. Doch damals waren die Chemiker noch nicht bereit, sich dieser Aufgabe zu stellen: Die organische Chemie steckte noch in den Kinderschuhen. Die chemische Struktur von Indigo wurde 1883 vom deutschen Chemiker Adolf von Bayer ermittelt – 18 Jahre nachdem er mit der Erforschung dieses Farbstoffs begann und 5.000 Jahre nach seiner Entdeckung durch den Menschen. Wie Bayer feststellte, konnte er die Position jedes Atoms im Indigomolekül experimentell nachweisen! Bayer gelang es auch, Indigo ausgehend von Phenylessigsäure C 6 H 5 CH 2 COOH zu synthetisieren, diese Synthese fand jedoch keine praktische Anwendung. Die industrielle Synthese von Indigo begann einige Jahre später in der Badischen Anilin-Soda-Fabrik (BASF), die eine von Karl Heymann entwickelte Methode nutzte. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden bereits Tausende Tonnen Indigo synthetisiert, was Hunderttausenden Hektar Indigoplantagen entspricht. Die Herstellung von Indigo wurde durch eine Regierungsverordnung erheblich erleichtert, wonach das blaue Tuch der deutschen Armee zwangsläufig mit synthetischem Indigo gefärbt wurde. Gegen Ende der 70er Jahre erreichte die Indigoproduktion ihren Höhepunkt. 20. Jahrhundert – etwa 20.000 Tonnen pro Jahr. Ende des 19. Jahrhunderts gab die BASF 3 Millionen Mark für die Entwicklung einer industriellen, kostengünstigen Synthese von Indigo aus. Und das Ludwigshafener Unternehmen stellte für die Forschung einen Betrag bereit, der die Kosten des Unternehmens bei weitem überstieg! Dieser Rekord wird wohl nie übertroffen werden. Das ausgegebene Geld kam hundertfach zurück. Denken Sie nur an die Himalaya-Jeans, die im Laufe der Jahre auf den Markt kamen und mit synthetischem Indigo gefärbt wurden.

Was war der erste synthetische Farbstoff, für den es keine natürlichen Analoga gibt? In Büchern über die Geschichte der Chemie heißt es, es sei Mauvais gewesen. Im Jahr 1856 oxidierte der damals erst 18-jährige englische Chemiker William Henry Perkin rohes Anilin mit Kaliumdichromat (es enthielt Toluidine, Methylderivate von Anilin) ​​und erhielt eine wunderschöne violette Substanz, die zum Färben von Stoffen geeignet war. Er nannte es Mauvais (von Englisch lila – „Malve“, krautige Pflanze mit großen leuchtenden Blüten). Perkin arbeitete in einem Heimlabor und sein Ziel war ein völlig anderes: Er hoffte, aus Kohlenteer Chinin, ein Heilmittel gegen Malaria, zu gewinnen. Anstelle von Medikamenten erhielt er einen Farbstoff, woraufhin er die Schule abbrach und mit dem Geld seiner Familie eine Fabrik baute, deren Arbeit ihren Besitzer zu einem sehr reichen Mann machte.

Mauvein (Farbstoffmischung)

Allerdings gebührt die Ehre, den ersten synthetischen Farbstoff aus den Produkten der Kohledestillation zu entdecken, dem polnischen Chemiker Jakub Natanson. Er arbeitete in Tartu (damals Dorpat und nach 1893 Jurjew), fast gleichzeitig mit Perkin, aber noch etwas früher, und erhielt eine blutrote Substanz, die Stoffe färben konnte, indem er eine Mischung aus Anilin und Dichlorethan in einem verschlossenen Röhrchen erhitzte. Es war ein Magenta-Farbstoff. Nachfolgende Untersuchungen zeigten, dass Nathanson wahrscheinlich eine Mischung aus Pararosanilin mit seinen Mono- und Dimethyl-Ersatzstoffen erhielt. Heutzutage wird Fuchsin hauptsächlich zum Färben von nichttextilen Materialien verwendet – Papier, Leder, Holz; zur Herstellung von Tinte, Buntstiften, Druckfarben.

Paranitrosanilin

Abschließend finden Sie hier Informationen zu den Farbstoffen, die bis zum Ende des 20. Jahrhunderts in den größten Mengen hergestellt wurden. Die ersten beiden Plätze teilen sich Indigo (wird zum Färben von Stoffen verwendet) und das sogenannte Dispersionsblau 79 (wird zum Färben von Polyesterfasern verwendet) – 15.000 Tonnen pro Jahr. Es folgen Schwefelschwarz 1 (Farbstoff für Baumwolle) – 10.000 t/Jahr, Aktivschwarz 5 (Farbstoff für Baumwolle) – 8.000 t/Jahr und Säureschwarz 194 (Farbstoff für Polyamidfasern, Wolle und Leder) – 7.000 t/Jahr .

Magnet - auf Sägemehl

Es scheint, dass alles, was mit Spielzeug für Kleinkinder zu tun hat, bereits erfunden ist und es unmöglich ist, etwas grundlegend Neues zu schaffen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Nehmen Sie zum Beispiel Spiele, die die Fähigkeit zum Schreiben entwickeln und auch einfache Zeichnungen erstellen. Die technischen Spezifikationen lauten wie folgt: Die Zeichnung muss klar und leicht zu löschen sein und das Spielzeug selbst muss sicher und – was wichtig ist – speziell für Kinder sicher sein. Sie können ein solches Design im Angebot finden. Feines Aluminiumpulver (Aluminiumpulver) wird in einer verschlossenen Box unter einem transparenten Kunststoffschirm platziert. Beim Schütteln wird das Sieb elektrifiziert und eine Pulverschicht haftet daran. Mit einem Stift in einer Box und einem zweiachsigen Mechanismus, der von zwei Griffen gesteuert wird, können Sie recht komplexe Formen zeichnen, indem Sie die Aluminiumschicht „kratzen“, also Pulver mit der Spitze des Stifts entfernen. Durch Schütteln der Box wird das Spielzeug wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzt. Zu den offensichtlichen Nachteilen gehört die Unfähigkeit, den Stift vom Bildschirm abzureißen, also die Linie zu unterbrechen (daher ist das Zeichnen von Buchstaben und Zahlen praktisch unmöglich), sowie die Schwierigkeit, Kurven zu erstellen: Mit jedem Griff können Sie separat zeichnen eine Linie entweder von rechts nach links oder von oben nach unten. Zwar kann letzterer Umstand in gewissem Maße auch als Vorteil des Spielzeugs dienen, das die Bewegungskoordination gut entwickelt. Eine andere Version dieses „Zeichenspiels“ ist noch einfacher. Die harte, dunkle Platte ist mit einer flexiblen, matten Polymerfolie bedeckt. Wenn Sie mit einem spitzen Stift – einem Stift – eine Linie auf die Folie zeichnen, bleibt diese am Untergrund haften und die Linie wird sichtbar – es bleibt ein dunkler Fleck zurück. So können Sie auf Film alles zeichnen, was Sie wollen. Wenn Sie sie mit einem dünnen Stab zwischen Folie und Trägermaterial voneinander trennen, verschwinden alle Bilder und Sie können von vorne beginnen.

Und hier ist ein neues witziges Spielzeug (siehe Bild). Unter dem transparenten Schirm befindet sich ein hellgraues Pulver, seitlich in einer speziellen Aussparung befindet sich ein „Bleistift“. Wenn Sie mit der dünnen Metallspitze über den Bildschirm fahren und ihn leicht berühren, bleibt darunter ein schwarzer Fleck zurück. Durch Bewegen des darunter befindlichen Griffs von einer Extremposition in die andere können Sie das Geschriebene oder Gezeichnete löschen und das Spielzeug wieder in seine ursprüngliche Position bringen. Wie ist es aufgebaut? Auch ohne das Produkt zu zerbrechen, lässt sich leicht feststellen, dass es auf magnetischer Wirkung basiert: Im Inneren befindet sich feines Eisenpulver und die Spitze des „Bleistifts“ ist ein Magnet. In der Ausgangsposition „sinkt“ das schwerere Eisenpulver und ist nicht sichtbar unter einer weißen Schicht. Wenn der Magnet an den Bildschirm gehalten wird, zieht er Eisenspäne an die Oberfläche und hinterlässt einen dunklen Fleck. Die Langzeitkonservierung des Musters beweist, dass Eisenpulver nicht leicht wieder in einer viskosen Masse „ertrinken“ kann. Der untere Griff ist an einem magnetisierten Stab hinter dem Bildschirm befestigt. Indem wir diesen Magneten entlang des Bildschirms bewegen, bewegen wir das gesamte Sägemehl zur Rückwand, sodass die Vorderseite heller wird. Das geht auch anders, indem man die Box einfach kräftig schüttelt, wenn sie drin ist horizontale Position: Schwerere Eisenspäne setzen sich ab. (Wenn Sie den Karton umdrehen, setzt sich das Sägemehl auf der Vorderseite ab, sodass diese Arbeitsseite schwarz wird.) Wenn Sie das versiegelte Sieb öffnen, finden Sie Folgendes. Die obere und untere (ebenfalls transparente) Oberfläche sind durch sehr dünne Kunststofftrennwände getrennt und bilden ein Netz mit Zellen von etwa 1 mm (siehe Foto). Dieses Gitter unterteilt das Arbeitsfeld in viele kleine Zellen, und jede Zelle bewegt sich für sich kleine Portion magnetisches Pulver. Er kann nicht von einer Zelle zur anderen gelangen. Das Pulver wird nicht mit Kreide oder Ähnlichem vermischt, wie es zunächst scheinen mag; es schwimmt tatsächlich in einer dicken weißen Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit ist nicht brennbar und verdunstet sehr langsam. Daher handelt es sich nicht um ein organisches Lösungsmittel, sondern höchstwahrscheinlich um Wasser. Nachdem es verdunstet ist, bleibt etwas übrig organische Substanz, das verbrannt werden kann, und ein nicht brennbares weißes Pulver, das wie Kreide aussieht. Kreide kann jedoch ausgeschlossen werden, da sich das weiße Pulver nicht in Salzsäure löst. Eine mögliche Option ist Titandioxid, TiO 2 – ein weißes Pigment, das häufig zur Herstellung von Weiß verwendet wird. Was ist das für eine dicke Flüssigkeit? Die wahrscheinliche Antwort ist diese. Eines der Verfahren zur industriellen Herstellung von Polyvinylchlorid ist die Emulsionspolymerisation. Bei dieser Methode wird der Initiator der radikalischen Polymerisation (z. B. Wasserstoffperoxid) in der wässrigen Phase gelöst und die Polymerisation des organischen Monomers erfolgt in Mizellen – winzigen Tröpfchen, die durch einen Emulgator – etwas Tensid wie Seife – gebildet werden. Das Ergebnis ist Latex mit Polymerpartikelgrößen von 0,03–0,5 Mikrometern. Der Latex wird sprühgetrocknet, um ein feines Polymerpulver zu bilden. Durch Zugabe eines Lösungsmittels entstehen Pasten und viskose kolloidale Lösungen. Solche Plastisol genannten Lösungen können zu den unterschiedlichsten Produkten verarbeitet werden. Mit der Plastisol-Tauchmethode können Sie Handschuhe für Elektriker (Polyvinylchlorid ist ein ausgezeichneter Isolator), eine Isolierschicht auf Werkzeuggriffen und Beschichtungen auf Glasflaschen mit Aerosolverpackungen für Medikamente (z. B. Ingalipt) herstellen. Durch das Gießen von Plastisol in Formen werden Luft- und Ölfilter für Autos, Schuhe und Dichtungen für die Deckel von Dosen und Flaschen verwendet Lebensmittel. Durch das Aufsprühen von Plastisol erhalten Sie eine Schutzschicht für den Unterboden und die Schweißnähte von Autos. Und durch Aufstreichen erhält man Kunstleder oder abwaschbare Tapeten. Was bedeutet dieses seltsame Wort? Im Englischen to spread – „über die Oberfläche verteilen“, „überziehen“, auch mit Gummi. Die Schreibweise des Begriffs zeigt jedoch, dass er aus dem Deutschen ins Russische kam, in dem die Kombination sp am häufigsten als „shp“ gelesen wird (auf Deutsch ist Spreadingmaschine übrigens „eine Maschine zum Gummiern von Stoffen“). Schließlich kann Plastisol zur Herstellung von Bällen, Kinderspielzeug usw. verwendet werden. Dem Plastisol werden häufig erhebliche Mengen (bis zu 50 Gew.-%) mineralischer Füllstoffe zugesetzt – Kreide, Kaolin, Aerosil (feines Siliciumdioxid SiO 2), Bentonit, Titan Dioxid usw. Dies bedeutet, dass für die Herstellung unseres Spielzeugs industriell hergestelltes und daher relativ kostengünstiges Polyvinylchlorid-Plastisol verwendet werden konnte. Es bleibt nur noch, den Einfallsreichtum der Erfinder dieses Spielzeugs zu bewundern.

Welche Farbe hat die Tinte?

Seltsame Frage: alles Mögliche! Aber schon das Wort „Tinte“ impliziert, dass es schwarz sein muss! Tatsächlich wurde früher, als es noch keine Kugelschreiber oder synthetischen Farbstoffe gab, hauptsächlich mit schwarzer Tinte geschrieben. Wie wurden sie hergestellt? Gegen Ende des Sommers finden sich häufig weiche, runde Nussgallen auf der Unterseite von Eichenblättern. Manchmal sind es so viele, dass die Blätter stark herunterhängen. Zuerst sind die Gallen grün, dann werden sie rot und sehen aus wie kleine Äpfel, die an einem Blatt kleben. Die Eiche selbst braucht keine Gallen – sie entstehen auf Eichenblättern durch den Biss einer winzigen Fliege – der Gallmotte. Die weibliche Fliege, die Eier legt, verletzt das Eichenblatt und führt zur Bildung pathologischer Wucherungen darauf. In diesen Wucherungen finden sich entwickelnde Larven zuverlässigen Schutz. Wenn die Gallnüsse reif sind, schlüpfen sie zu kleinen geflügelten Insekten mit vier durchsichtigen, karierten Flügeln. Gallen sind interessant, weil sie einen Gerbstoff enthalten – Tannin. Sowohl im Tee als auch in der Eichenrinde ist Tannin enthalten, dort ist es jedoch um ein Vielfaches geringer. Schon in der Antike wurden die Gallier Tintennüsse genannt, weil sie zur Herstellung von Tinte verwendet wurden.

Nussgalle

Dem Gallensaft wurden Eisensulfat oder andere Eisensalze zugesetzt. An der Luft nahm die resultierende Lösung eine tiefviolettschwarze Farbe an. Diese Reaktion ist sehr empfindlich: Bereits bei einer sehr geringen Menge Eisen tritt Farbe auf. Wenn Wasser, das viel Eisen enthält (solches Wasser hat normalerweise einen spezifischen Geruch und hinterlässt rostige Streifen auf einer weißen Schale) in ein Glas gegossen und der Saft mehrerer Gallen hineingedrückt wird, nimmt das Wasser eine dunkelviolett-lila Farbe an . Bereits im 17. Jahrhundert stellte der englische Wissenschaftler Robert Boyle fest, dass „ein Körnchen Vitriol, gelöst in einer Menge Wasser, die dem Sechstausendfachen seines Gewichts entspricht, in der Lage ist, eine violette Tinktur mit Gerbnüssen herzustellen“ (auf Englisch bedeutet Lila beides). Lila und Purpur, Und lila). Daher können Sie mit Hilfe von Tintenmuttern überprüfen, ob dies der Fall ist Mineralwasser Eisen. Wenn Farbe erscheint, bedeutet dies, dass Eisen vorhanden ist. Und je mehr davon vorhanden sind, desto dunkler ist die Farbe. Wenn viel Eisen vorhanden ist, wird die Lösung schwarz. Der resultierenden Tinte wurde Gummi zugesetzt – der dicke Saft einiger Bäume, zum Beispiel Kirschen. Das Gummi verlieh der Tinte aus den Gallen einen schönen Glanz. Hier ist eines der alten Rezepte zur Herstellung schwarzer Tinte: Gummi – 3 Teile, Eisensulfat – 2 Teile, Tintennüsse – 3 Teile, Wasser – 30 Teile. Diese Tinte ist sehr stabil: So sind beispielsweise mittelalterliche Manuskripte erhalten geblieben, die damit geschrieben wurden. Im 19. Jahrhundert lernten Chemiker, synthetische Farbstoffe herzustellen, aus denen sie Tinten in allen Farben des Regenbogens herstellen konnten – Rot, Grün, Blau, Violett. Ihr Name blieb jedoch uralt und erinnerte daran, dass die erste Tinte tatsächlich schwarz war. Um zu verhindern, dass die Tinte wie reines Wasser aus dem Stift fließt, wurden ihrer Zusammensetzung Verdickungsmittel wie Glycerin oder Zucker zugesetzt (und werden jetzt eingeführt – für diejenigen, die gerne mit Füllfederhaltern schreiben), und um zu verhindern, dass die Tinte ausfließt Während der Lagerung verderben, wird ihm ein Desinfektionsmittel, beispielsweise Phenol, zugesetzt. Ende der 40er Jahre. Im 20. Jahrhundert erschien eine neue Erfindung, die sich bald weit verbreitete – der Kugelschreiber. Das ist sehr praktisch: Statt flüssiger Tinte, die immer schmutzig wird und langsam trocknet, gibt es eine Tube mit dicker Paste; Anstelle von Flecken und ungleichmäßigen Linien ist ein dünner, gleichmäßiger Abdruck einer kleinen Stahlkugel zu sehen. Zunächst wurde die Tintenpaste für Kugelschreiber aus Rizinusöl hergestellt. Das war nicht sehr praktisch: Die Buchstaben trockneten langsam und ließen sich leicht löschen. Jetzt besteht die Paste aus Kunstharz und permanenten Farbstoffen; Alles, was mit dieser Paste geschrieben wird, verschmiert nicht, trocknet schnell und hat keine Angst vor Wasser. Auch die Spitze des Kugelschreibers – die Schreibeinheit – hat sich verändert: Die Kugel besteht heute oft aus einem sehr harten Stoff – Wolframkarbid, und die Spitze besteht nicht aus Messing, sondern aus Edelstahl. Mit diesem Stift können Sie ein ganzes Jahr lang schreiben.

„Rakete“ aus einem Ballon

Viele Gase, die in Laboren, in der Medizin und in der Industrie verwendet werden, werden in Stahlflaschen gelagert. Damit möglichst viel Substanz in die Flasche gelangt, werden Gase unter sehr hohem Druck hineingepumpt. Noch besser ist es, wenn das Gas flüssig gemacht werden kann – dann passt viel mehr davon in die Flasche. Es ist bekannt, dass Stoffe im flüssigen Zustand ein deutlich kleineres Volumen einnehmen als im gasförmigen Zustand (bei gleicher Masse). Zum Beispiel 1 kg flüssiges Propan C 3 H 8 (at Zimmertemperatur es verflüssigt sich bereits bei niedrigem Druck) nimmt ein Volumen von etwa 2 Litern ein, während das Volumen von 1 kg Propangas (bei gleicher Temperatur und gleichem Atmosphärendruck) mehr als 500 Liter einnimmt. Einige Gase verflüssigen sich jedoch erst bei sehr niedrigen Temperaturen und bei Raumtemperatur verflüssigen sie sich selbst bei höchsten Drücken nicht. Früher nannte man solche Gase permanent. Es gibt nicht so viele dieser Gase; Dazu gehören Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Wasserstoff, Helium, Sauerstoff, Neon, Fluor, Stickoxid, Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid), Methan und einige andere. Die Temperatur, oberhalb derer ein Gas nicht mehr in eine Flüssigkeit umgewandelt werden kann, wird als kritisch bezeichnet. Die Existenz einer solchen Temperatur wurde 1860 von D. I. Mendelejew theoretisch entdeckt und 1869 vom irischen Wissenschaftler Thomas Andrews experimentell untersucht. Beispielsweise liegt die kritische Temperatur für Methan bei minus 82,6 °C und für Propan bei plus 96,6 °C. Propan verflüssigt sich also leicht bei Raumtemperatur (bei 22 °C – wenn der Druck auf 9 atm ansteigt), aber es ist unmöglich, Methan bei dieser Temperatur flüssig zu machen. Daher wird als Haushaltsflaschengas nicht Methan, sondern das teurere Propan verwendet. Propan ist ein guter Kraftstoff und vor allem kann es in verflüssigter Form bei niedrigem Druck in relativ leichten Zylindern gespeichert werden, und es kann dort viel mehr davon gespeichert werden als Methan unter Druck. Die gleichen Gase wie Methan, Sauerstoff und Stickstoff müssen bei sehr hohen Drücken in dickwandige schwere Stahlflaschen gepumpt werden – etwa 15 MPa oder 150 atm (bei niedrigen Drücken passt nur sehr wenig Gas in die Flasche). Um Gase zu unterscheiden, werden Flaschen in einer bestimmten Farbe lackiert: mit Sauerstoff – blau, mit Acetylen – weiß, mit Stickstoff – schwarz, mit Helium – braun, mit Wasserstoff – dunkelgrün usw. Blau lackierte Flaschen mit komprimiertem Sauerstoff sind in Krankenhäusern zu sehen , bei Bau- und Sanierungsarbeiten.

Flaschen mit Hochdruckgasen stellen eine gewisse Gefahr dar und werden daher unter strenger Einhaltung der Sicherheitsvorschriften gelagert. Ein Verstoß gegen sie kann zu großen Problemen führen. Schmiermittel auf Kohlenwasserstoffbasis sollten beispielsweise niemals zum Schmieren der Ventile von Sauerstoffflaschen verwendet werden: Ihre Reaktion mit Sauerstoff unter hohem Druck kann zu einer Explosion führen. Gefährlich ist auch Wasserstoff, der in vielen Chemielaboren verwendet wird. Denn wenn das Ventil schlecht schließt oder kaputt geht, kann viel Wasserstoff in den Raum gelangen, der mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch bildet. Zur Sicherheit werden Flaschen mit komprimiertem Wasserstoff mit speziellen Klammern an der Wand befestigt oder sogar auf den Hof gebracht; im letzteren Fall gelangt das Gas durch ein dünnes Metallrohr ins Labor.

Stahlflaschen mit komprimiertem Wasserstoff

Was kann passieren, wenn Sie die Sicherheitsvorkehrungen nicht strikt befolgen? Dies geschah in einem Labor in den USA. Dort wurde die Wasserstoffflasche aus Fahrlässigkeit nicht gesichert, sondern einfach einige Zeit an der Wand stehen gelassen. Ein vorbeikommender Mitarbeiter berührte versehentlich den Zylinder und dieser fiel herunter. Beim Sturz berührte das Ventil am Rand des schweren Zylinders die Tischkante und fiel ab. Komprimiertes Gas begann mit großer Geschwindigkeit aus dem breiten Loch zu pfeifen. Zum Glück war kein offenes Feuer in der Nähe, sonst wäre eine Explosion unvermeidlich gewesen. Aber auch ohne dies verursachte der Ballon viel Ärger. Die hohe Geschwindigkeit des Wasserstoffaustritts führte dazu, dass sich der liegende Zylinder in eine echte Rakete verwandelte. Wie ein schwerer Torpedo durchschlug er die innere Trennwand des Labors, dann traf ein zweiter mit enormer Wucht die äußere Ziegelwand des Gebäudes, durchbrach sie und landete im Hof, hundert Meter von seinem Startplatz entfernt!

Sollen wir Aluminium in die Tanks füllen?

Die begrenzten Ölreserven auf dem Planeten und die immer wieder auftretenden „Benzinkrisen“ stellen Wissenschaftler seit langem vor die Aufgabe, einen Ersatz für den herkömmlichen Kraftstoff für Autos zu finden. Die ersten Elektroautos erschienen fast zeitgleich mit den Benzinautos, aber immer noch füllt die überwiegende Mehrheit der Autofahrer die Tanks ihrer Autos mit Benzin oder Diesel Die Energie, die in Batterien gespeichert wird, ist auf den Straßen noch nicht sichtbar. Warum so? Die Ökonomie entscheidet über alles: Benzin übertrifft Batterien mit außerordentlicher Leichtigkeit, wenn es um die pro Masseneinheit gespeicherte Energiemenge geht. Die Verbrennungswärme von Benzin beträgt etwa 40.000 kJ/kg (ungefähr so ​​viel wie die von natürlichen brennbaren Gasen), d. h. 1 kg flüssiger Kraftstoff „enthält“ mehr als 10 Kilowattstunden Energie, während Batterien normalerweise nicht mehr als 0 Kilowattstunden Energie enthalten ,2 kWh pro 1 kg ihrer Masse; Die 50-fache Überlegenheit von Benzin ist äußerst schwer zu überwinden. Dennoch tauchen neue, manchmal recht unerwartete Vorschläge auf. Ersetzen Sie zum Beispiel Benzin... durch Aluminium! Aluminium ist ein sehr aktives Metall. Wenn ihm sein schützender Oxidfilm entzogen wird (dies kann durch Befeuchten seiner Oberfläche mit einer kleinen Menge Quecksilber oder Gallium erreicht werden), beginnt Aluminium direkt vor unseren Augen zu oxidieren und zerfällt in weißes Pulver: 2Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3. Wenn solches „aktiviertes“ Aluminium zu Wasser gegeben wird, beginnt es heftig damit zu reagieren und verdrängt Wasserstoff: 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2. In alkalischer Umgebung verläuft die Reaktion unter Bildung des löslichen Aluminats NaAl(OH) 4 und geht mit der Freisetzung großer Energiemengen einher. Wenn man Aluminium einfach in Alkali auflöst, wird die Energie in Form von Wärme freigesetzt und ist dann schwer zu nutzen. Doch in sogenannten Brennstoffzellen kann durch eine chemische Reaktion elektrischer Strom erzeugt werden. Die amerikanischen Elektrochemiker John Cooper und Erwin Barin vom Lawrence National Laboratory der University of California (USA) entschieden sich, diese Eigenschaft zu nutzen. Sie entwickelten ein Gerät, in dem elektrischer Strom durch die Reaktion von Aluminium mit Sauerstoff und Wasser in Gegenwart von Alkali erzeugt wird: 4Al + 6H 2 O + 4NaOH + 3O 2 = 4NaAl(OH) 4. Die Anode einer Brennstoffzelle, die diese Reaktion nutzt, besteht aus einer Aluminiumplatte mit einem Zusatz von 0,05 % Gallium, und die Kathode besteht aus porösem Graphit mit einem Katalysator. Das im Brennstoffzellenbetrieb entstehende Natriumaluminat lässt sich leicht regenerieren; in diesem Fall entstehen NaOH und Al(OH) 3 . Natriumhydroxid wird in die Lösung zurückgeführt, der Niederschlag von Aluminiumhydroxid wird herausgefiltert und alle 500–1000 km aus dem Auto entfernt und an eine Sammelstelle geliefert, von wo aus es zur Anlage geschickt wird, um daraus Aluminium zu extrahieren.

Die Ergebnisse des Betriebs von Versuchsbatterien zeigten, dass bei einer Fahrt eines 1,3 Tonnen schweren Elektrofahrzeugs mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h nach 20 km 1 kg Aluminium verbraucht wird (zum Vergleich: 1 kg Benzin reicht normalerweise für nur 15 km). ). Zwar nimmt eine Brennstoffzellenbatterie (mehrere Dutzend davon werden benötigt) deutlich mehr Platz ein als ein Benzintank, aber das Elektroauto verfügt nicht über Vergaser, Zylinder, Getriebe und andere Teile wie ein Auto mit Verbrennungsmotor Ohne Motor geht es nicht: Sie werden durch kleine Elektromotoren direkt an den Antriebsrädern ersetzt. Außerdem müssen Sie die Aluminiumplatten in Batterien viel seltener austauschen, als wenn Sie den Tank mit Benzin füllen. Alles scheint in Ordnung zu sein, aber dieser verlockende Vorschlag hat einen Nachteil, der eine breite Umsetzung nicht zulässt. Aluminium wird in Fabriken mit Strom hergestellt. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv: 1 kg Aluminium verbraucht etwa 15 kWh Strom. Die Zahl der Autos auf der Welt beläuft sich auf Hunderte Millionen, und eine einfache Rechnung zeigt, dass für die ordnungsgemäße Versorgung mit Aluminium die zehnfache Leistung aller vorhandenen Kraftwerke benötigt wird! Das heißt, selbst wenn neue Autos mit 100 % Effizienz betrieben würden (was nicht der Fall ist) und die Menschheit auf alle anderen Nutzungen von Elektrizität verzichten würde (was ebenfalls unwahrscheinlich ist), könnte immer noch nur eines von zehn „Benzin“-Autos durch „Aluminium“-Autos ersetzt werden. Aus diesem Grund werden weltweit immer noch große Mengen Öl zu Benzin raffiniert.

Dennoch hat Aluminium als Kraftstoff praktische Verwendung gefunden. Aber kein Auto, sondern ein Raketenmodell. Schließlich muss eine Rakete im Gegensatz zu einem Auto nicht nur Treibstoff, sondern auch ein Oxidationsmittel (flüssiger Sauerstoff, flüssiges Stickstofftetroxid N 2 O 4 usw.) transportieren. Um 1 kg Aluminium vollständig zu verbrennen, wird fast viermal weniger Sauerstoff benötigt als für die Verbrennung von 1 kg Kerosin. Darüber hinaus kann Aluminium nicht nur durch freien Sauerstoff, sondern auch durch gebundenen Sauerstoff, der Bestandteil von Wasser ist, oxidiert werden Kohlendioxid. Beim „Verbrennen“ von Aluminium in Wasser werden 8800 kJ pro 1 kg Produkt freigesetzt; Das ist 1,8-mal weniger als bei der Verbrennung des Metalls in reinem Sauerstoff, aber 1,3-mal mehr als bei der Verbrennung an Luft. Dies bedeutet, dass anstelle gefährlicher und teurer Verbindungen einfaches Wasser als Oxidationsmittel für diesen Kraftstoff verwendet werden kann. Die Reaktion von Aluminium mit Wasser kann beispielsweise in Raketentriebwerken der ersten Stufe durchgeführt werden. Berechnungen haben gezeigt, dass die Treibstoffzufuhr zur Vorbeschleunigung einer mehrstufigen Rakete im Vergleich zu herkömmlichen Treibstoffarten um das 1,5- bis 2-fache reduziert werden kann. Und auf der Venus wäre es möglich, überhaupt keinen Oxidationsmittelvorrat mit auf die Rakete zu nehmen. Die Atmosphäre dieses Planeten enthält 97 % Kohlendioxid, in dem Aluminium verbrennt und 15.000 kJ pro 1 kg Metall freisetzt: 2Al + 3CO 2 = Al 2 O 3 + 3CO.

Die Idee, Aluminium als Kraftstoff zu nutzen, ist nicht neu. Bereits 1924 schlug der einheimische Wissenschaftler und Erfinder F.A. Tsander vor, Aluminiumelemente eines Raumfahrzeugs als zusätzlichen Treibstoff zu verwenden. Dieses mutige Projekt wurde noch nicht in die Praxis umgesetzt, aber die meisten derzeit bekannten Arten von Feststoffraketentreibstoff enthalten Aluminiummetall in Form von fein gemahlenem Pulver. Die Zugabe von 15 % Aluminium zum Kraftstoff kann die Temperatur der Verbrennungsprodukte um tausend Grad erhöhen (von 2200 auf 3200 K); Auch die Strömungsgeschwindigkeit dieser Produkte aus der Triebwerksdüse nimmt merklich zu – der wichtigste Energieindikator, der die Effizienz von Raketentreibstoff bestimmt. In dieser Hinsicht können nur Lithium, Beryllium und Magnesium mit Aluminium konkurrieren, diese sind jedoch alle deutlich teurer als Aluminium.

„Gummiholz“

Holz besteht hauptsächlich aus Zellulose; Lange Polymerketten aus Cellulosemolekülen (jedes enthält 2500 bis 3100 Elementareinheiten) sind zu einer Spirale verdreht, deren Steifigkeit durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Hydroxylgruppen –OH – gewährleistet wird. Wasserstoffbrücken (auch Wasserstoffbrücken genannt) verbinden auch benachbarte Ketten von Cellulosemolekülen. Eine Wasserstoffbindung ist im Vergleich zu anderen chemischen Bindungen recht schwach. Da ein Cellulosemolekül jedoch mehrere tausend Monomereinheiten (Glukosereste) enthält, gehen auch die von einem langen Molekül gebildeten Wasserstoffbrückenbindungen in die Tausende. Deshalb ist Holz so robust und langlebig. Allerdings können die Wasserstoffbrückenbindungen, die die Zelluloseketten zusammenhalten, beispielsweise durch Dampf bei hohen Temperaturen aufgebrochen werden. Dann wird das Holz flexibel. So werden beispielsweise die Enden von Holzskiern gebogen. Besonders leicht brechen Wasserstoffbrückenbindungen in flüssigem Ammoniak, das die Wasserstoffatome von Hydroxylgruppen zu NH 4 + -Ionen bindet. Dadurch erhalten Cellulosemoleküle die Fähigkeit, sich relativ zueinander zu biegen und zu verschieben. Diese Eigenschaft von flüssigem Ammoniak ermöglicht ein spektakuläres Experiment zur Holzerweichung. Dazu muss ein Holzstäbchen, zum Beispiel ein Eisstiel, für einige Zeit in flüssiges Ammoniak getaucht werden (es hat eine Temperatur von –33,4 °C und verdunstet aus einem gewöhnlichen Glas recht langsam; das Experiment kann das natürlich). nur im Abzug durchführen). Nachdem der Stab richtig mit flüssigem Ammoniak gesättigt ist, kann er beliebig in jede Richtung gebogen und sogar spiralförmig gerollt werden – als wäre er nicht aus Holz, sondern aus weichem Blei.

Diese Streichhölzer und Eisstiele konnten gebogen werden, ohne zu zerbrechen, wenn sie in flüssiges Ammoniak getaucht wurden

Nimmt man nun den Stab aus der Flüssigkeit, dann verdampft bei Raumtemperatur das Ammoniak in wenigen Minuten und die Wasserstoffbrücken werden wieder wiederhergestellt – allerdings an anderen Stellen. Der Stab wird wieder steif, behält aber die ihm gegebene Form.

Ökologie im amerikanischen und sowjetischen Stil

Die Probleme, die Umwelt vor den schädlichen Auswirkungen der industriellen Produktion zu schützen, beunruhigten die Menschen schon lange vor dem Aufkommen der Wissenschaft der Ökologie. Diese Probleme wurden auf unterschiedliche Weise gelöst. Aber was Mitte des 19. Jahrhunderts in den Vereinigten Staaten geschah, hat offenbar keine Analogien. Im Jahr 1859 gründeten der Chemieprofessor Eben Horsford von der Harvard University und der Textilindustrielle George Wilson aus Providence, Rhode Island, eine Chemiefabrik in Seekonk, Massachusetts. Zu seinen Hauptprodukten gehörten Düngemittel und Horsfords Erfindung des Backpulvers, das den Teig beim Backen lockerte. Die neue Produktion hatte von Anfang an Probleme mit den Landesgesetzen, die zulässige Grenzwerte für die Luftverschmutzung regelten. Anwohner reichten Klage gegen die Eigentümer ein und führten erhebliche Emissionen an. Schadstoffe in der Atmosphäre. Im Jahr 1861 lösten die Besitzer einer Chemiefabrik dieses Problem auf ungewöhnlichste Weise: Es gelang ihnen, die Grenze zwischen zwei Nachbarstaaten – Massachusetts und Rhode Island – zu ändern! Gleichzeitig ging der westliche Teil von Seekonk, in dem sich das Werk befand, an Rhode Island; Dadurch erwarb dieser Staat ein für seine Wirtschaft sehr wichtiges Unternehmen. Gleichzeitig waren die Gesetze in Rhode Island nicht so streng wie in Massachusetts, sodass die Schornsteine ​​des Werks nun völlig legal rauchen durften ...

Eine andere, nicht weniger kuriose Geschichte ereignete sich in den USA in der Stadt Philadelphia, durch die die Flüsse Delaware und Schuylkill fließen. Letzterer versorgte die Stadt mit etwa einem Fünftel ihres Trinkwassers. An den Ufern dieses Flusses befanden sich verschiedene Industriebetriebe, die ihre Abfälle ins Wasser schütteten. Infolgedessen waren der Geruch und der Geschmack des dem Fluss entnommenen Trinkwassers auch nach der Chlorierung so widerlich, dass beschlossen wurde, zu versuchen, ob eine Ozonung des Wassers helfen würde. Ozon, das die meisten organischen Verbindungen buchstäblich „verbrennt“ und sie in harmloses Kohlendioxid und Wasser umwandelt, hat seine Aufgabe erfüllt: Das Wasser ist zum Trinken geeignet.

Aber hier liegt das Paradoxe: Nach der Behandlung mit Ozon blieb das Wasser weiterhin gechlort! Sie taten dies nicht aus Dummheit und nicht zur Rückversicherung, sondern nur, um nicht gegen das Gesetz zu verstoßen. Laut Gesetz musste Trinkwasser nach einer obligatorischen Chlorung zum Verbraucher gelangen. Einen Ersatz für Chlor sah das Gesetz nicht vor. Die Chlorierung hat übrigens nichts Schlimmes gebracht: Ozon hatte bereits organische Verunreinigungen im Wasser zerstört, und das zugesetzte Chlor verdunstete mit der Zeit spurlos und führte zu keinerlei Geruchs- oder Geschmacksentstehung. Auch das Ende dieser Geschichte sei „antiwissenschaftlich“ gewesen. Als die Eigentümer verschiedener Unternehmen auf Druck der Behörden gezwungen wurden, die Deponierung unbehandelter Industrieabfälle im Schuylkill einzustellen, wurde die Ozonierungsstation geschlossen. Obwohl es logischer wäre, die Chlorierungsstation zu schließen: Wie die Praxis gezeigt hat, reinigt Ozon viel besser als Chlor Wasser trinken. Derzeit Ozonierung Leitungswasser wird in immer größerem Umfang eingesetzt. Der Einsatz von Ozon ist nur durch die im Vergleich zu Chlor höheren Kosten begrenzt.

Aber genau das ist in unserem Land passiert. Ende des 20. Jahrhunderts schlugen Wissenschaftler Alarm: „Löcher“ entstanden in der Erdatmosphäre und begannen in der Ozonschicht zu wachsen. Die Gründe für dieses Phänomen sind noch nicht vollständig geklärt. Es wird angenommen, dass neben natürlichen Faktoren, die die Ozonschicht beeinflussen, auch künstliche aufgetreten sind. Ein bekanntes Beispiel sind Freone. Freone sind Kohlenwasserstoffe, in denen die Wasserstoffatome (einige oder alle) durch Fluor- und Chloratome ersetzt sind. Freone sind nicht giftig; viele von ihnen sind flüchtige Flüssigkeiten oder leicht verflüssigbare Gase. Daher wurden Freone häufig in Kühlgeräten und zum Abfüllen von Aerosoldosen verwendet, die weltweit in großen Mengen hergestellt werden: Sie werden zum Abfüllen von Deodorants, Haarsprays, Lufterfrischern, Fensterreinigern, Möbelpolituren usw. usw. verwendet. Es ist klar, dass letztendlich alle diese Freone in der Luft landen; So wurden allein im Jahr 1973 230.000 Tonnen Freone in die Atmosphäre freigesetzt! Langsam über viele Jahre und sogar Jahrzehnte in die Luft freigesetzte Freone steigen mit den Luftströmungen immer höher auf und erreichen schließlich die Ozonschicht. Hier zeigen sie ihre heimtückische Wirkung: Freone zersetzen sich unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung und setzen Chloratome frei, die beginnen, Ozon katalytisch zu zersetzen, was zu einer Verringerung seiner Konzentration führt. Es ist noch nicht genau bekannt, inwieweit Freone für die „Ozonlöcher“ verantwortlich sind, und doch versucht man schon lange, Maßnahmen zu ergreifen, und zwar die energischsten. Beispielsweise ist in den Vereinigten Staaten seit dem 15. Dezember 1978 die Herstellung fast aller Aerosoldosen mit Freonen verboten.

Es scheint, dass alles getan werden muss, um die Freon-Emissionen in die Atmosphäre zu reduzieren. Aber genau das geschah Ende der 1980er Jahre. im Special Design Bureau eines Moskauer Instituts. Dort verwendete das Labor Freongas. Es wurde in Stahlflaschen unter hohem Druck gelagert. Regelmäßig alle zwei Monate wurden diese Zylinder durch neue ersetzt. Um sechs neue, vollgefüllte Freon-Zylinder ab Werk zu erhalten, war es wie üblich notwendig, sechs leere zurückzugeben. Es kam jedoch vor, dass zum Zeitpunkt des Austauschs (dies konnte beispielsweise nach den Sommerferien passieren) nicht das gesamte Freon verbraucht war. Es scheint, was für ein Problem - geben Sie einige der Zylinder ab oder verschieben Sie den Austausch um weitere zwei Monate. Unter den Bedingungen einer sozialistischen Planwirtschaft drohte dies jedoch schwerwiegende Folgen: Da nicht das gesamte Freon in zwei Monaten verbraucht wurde, bedeutet dies, dass das Unternehmen es nicht in solchen Mengen benötigt! Diese Situation war vielen sowjetischen Lieferanten wohlbekannt: Wenn Sie die bereitgestellten Mittel (Geld, Reagenzien, Ausrüstung usw.) nicht fristgerecht aufbrauchen, können Sie diese beim nächsten Mal in stark reduzierten Mengen oder sogar überhaupt nicht erhalten ! Dies erleichtert das Funktionieren einer Planwirtschaft. Daher die riesigen Reserven an überschüssiger Ausrüstung, Materialien und Reagenzien in sowjetischen Unternehmen: Sie erschienen nach dem Prinzip „Nimm es, wenn sie es geben“ – nur für den Fall der Fälle, in Reserve, und je mehr, desto besser.

Um aus der Situation herauszukommen, befahl der Laborleiter den Arbeitern, die Flaschen in den Hof zu rollen und die Ventile zu öffnen. Und den ganzen Tag über hörten die Mitarbeiter das leichte Zischen von Freon, das in die Atmosphäre entwich. Was tun - Produktionsnotwendigkeit! Wir haben uns versichert, dass sechs Flaschen komprimiertes Freon im Vergleich zur gesamten Atmosphäre nicht so viel sind. Wie könnte man sich nicht an Tschechows Geschichte „Der Eindringling“ erinnern, in der der Held Muttern von einem Eisenbahngleis abschraubt?

Es gab auch viel traurigere (und gefährlichere) Beispiele für offensichtlichen Analphabetismus im Umweltbereich. Ein Arbeiter in einer Fabrik für elektrische Lampen entfernte ziemlich viel Quecksilber aus der Gegend; Dies tat er in mehreren Schritten, denn ein bis zum Rand mit Quecksilber gefüllter Eimer wiegt etwa 150 kg! Für den Diebstahl gab es zwei Gründe. Erstens gab es nichts anderes, was man aus der Fabrik mitnehmen konnte. Zweitens ist Quecksilber teuer (zehnmal teurer als Kupfer), daher bestand die Hoffnung, es gewinnbringend zu verkaufen. Es gab jedoch keine Jäger, die mehrere Dutzend Kilogramm Gift kaufen konnten. Und dann riet ein „Experte“ dem Arbeiter, auf seinem Grundstück schwere Flüssigkeiten zu verwenden – er war damals gerade dabei, Zaunpfähle zu installieren. Ihm wurde gesagt, dass wenn man ein kleines Loch in den Boden gräbt und dann Quecksilber hineingießt, es mit seinem Gewicht „auf die Erde drückt“. Es ist klar, dass die Erde in keiner Weise niedergedrückt wurde, sondern dass dadurch das gesamte Gebiet wahrscheinlich noch viele Jahrhunderte lang mit Quecksilber vergiftet wurde: Quecksilber im Boden wandelt sich sehr langsam in lösliche Verbindungen um, und das Grundwasser trägt sie lange Zeit weiter Entfernungen. Schlimmer noch: Metallisches Quecksilber kann sich im Boden in organische Verbindungen verwandeln, die viel giftiger sind. Auf diese Gefahr sollte etwas ausführlicher eingegangen werden. Durch die sogenannte biologische Methylierung entstehen äußerst giftige Quecksilberderivate. Dieser Prozess findet unter dem Einfluss von Mikroorganismen statt und ist nicht nur für Quecksilber, sondern auch für Arsen, Selen und Tellur charakteristisch. Quecksilber und seine anorganischen Verbindungen, die in vielen Industrien weit verbreitet sind, können mit dem Abwasser auf den Grund von Gewässern gelangen. Die dort lebenden Mikroorganismen wandeln sie in Dimethylquecksilber (CH 3) 2 Hg um, das zu den giftigsten Substanzen zählt. Dimethylquecksilber wandelt sich dann leicht in das wasserlösliche HgCH 3 + -Kation um. Beide Stoffe werden absorbiert aquatische Organismen und gelangen in die Nahrungskette: Zuerst reichern sie sich in Pflanzen und Kleinlebewesen an, dann in Fischen. Methyliertes Quecksilber wird sehr langsam aus dem Körper ausgeschieden – beim Menschen Monate, bei Fischen Jahre. Daher steigt die Quecksilberkonzentration in der biologischen Kette kontinuierlich an, sodass Raubfische, die sich von anderen Fischen ernähren, tausende Male mehr Quecksilber enthalten können als das Wasser, aus dem sie gefangen wurden. Genau daraus erklärt sich die sogenannte Minamata-Krankheit – nach dem Namen einer Küstenstadt in Japan, in der im Laufe mehrerer Jahre 50 Menschen an einer Quecksilbervergiftung starben und viele geborene Kinder angeborene Missbildungen aufwiesen. Die Gefahr erwies sich als so groß, dass man in einigen Stauseen den Fischfang einstellen musste – sie waren so „beladen“ mit Quecksilber. Nicht nur Menschen, sondern auch Fische und Robben leiden unter dem Verzehr von vergiftetem Fisch.

Der Chemiker findet einen Ausweg

Ein Mitarbeiter des Zentrums für naturwissenschaftliche Bildung an der Universität von Kapstadt (Südafrika), P. E. Sparo, stieß auf ein weiteres, eher unerwartetes Umweltproblem. Eine der Aufgaben des Zentrums besteht darin, örtlichen Schulen zu helfen, die alte Chemikalien entsorgen müssen. Solche Arbeiten können ernsthafte Gefahren mit sich bringen; Beispielsweise können sich in einigen Reagenzien, die über einen längeren Zeitraum gelagert wurden (Diethylether usw.), Sprengstoffe ansammeln. Auch die Entsorgung der Reserven an Kalium und anderen sehr aktiven Alkalimetallen ist schwierig. In diesem Fall bestand die Gefahr nicht in einer Explosion, sondern in einer Vergiftung, doch Sparo fand einen witzigen Ausweg aus der Situation. Was ist passiert?

Die Mitarbeiter des Zentrums waren etwas fassungslos, als sie einen halbvollen Aluminiumkanister mit flüssigem Schwefeldioxid zur Entsorgung erhielten. Wie aus dem Etikett hervorgeht, enthielt es zunächst 500 g der Substanz. Der Schraubdeckel aus Metall war stark verrostet und fest am Kanister „festgefroren“. Es fühlte sich an, als hätte man ihnen eine echte Bombe zum Entschärfen gegeben! Tatsächlich siedet SO 2 bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur von minus 10 °C. Aber in Südafrika ist es heiß (Kapstadt liegt ungefähr auf der Breite von Bagdad, nur auf der Südhalbkugel), daher könnte der Druck im Kanister durchaus 5 atm überschreiten (dieser Druck über flüssigem SO 2 wird bei 32 °C erreicht). ). Wir begannen darüber nachzudenken, was wir tun könnten. Die Vorschläge waren die interessantesten. Platzieren Sie zum Beispiel einen Kanister in der Mitte Fußballfeld und mit einem gezielten Schuss ein Loch hineinschlagen. Aber Südafrika ist nicht der amerikanische Wilde Westen der Mitte des 19. Jahrhunderts, und auch die Freisetzung schwerer Giftgase in die städtische Atmosphäre ist nicht angebracht. Die maximal zulässige Konzentration von SO 2 in der atmosphärischen Luft beträgt 0,5 mg/m 3, daher könnte der Inhalt des Kanisters etwa eine Million Kubikmeter Luft vergiften!

Und dann erinnerte sich Sparo daran, dass sich Schwefeldioxid gut in Wasser löst (115 g pro Liter Wasser bei 20 °C) und dabei schweflige Säure bildet. Gleichzeitig wird vorgeschrieben, das Wasser in Schwimmbädern (Heimschwimmbäder in Kapstadt sind keine Seltenheit) zur Desinfektion mit Calciumhypochloritpulver zu behandeln, das sogenanntes Aktivchlor enthält (Calciumhypochlorit ist einer der Bestandteile von Bleichmitteln). ). Damit der Stoff langsam Chlor freisetzt und aktiv ist, muss das Wasser leicht angesäuert sein, also ausreichend angesäuert sein niedriges Niveau pH-Wert. In einer sauren Umgebung zersetzt sich Hypochlorit: Ca(OCl) 2 + 2H + = Ca 2+ + Cl 2 O + H 2 O. Cl 2 O-Oxid hat wie Chlor eine bakterizide Wirkung.

Also nahm der Autor den Kanister mit nach Hause, zog einen Badeanzug und eine Maske an und sprang, den Kanister in der einen und einen schweren Schraubenschlüssel in der anderen Hand haltend, in seinen Pool. Unter Wasser versuchte er erfolglos, den Stopfen abzuschrauben. Gleichzeitig beobachteten ihn, wie er sich erinnert, zwei Menschen: seine Frau, die sehr besorgt war, und der Hund, mit aufrichtigem Interesse.

Es war nicht möglich, den Stecker abzuschrauben. Es stellte sich jedoch heraus, dass im Kanister genügend Platz vorhanden war, um auf dem Wasser schwimmen zu können, und erhob sich sofort neue Idee. Schwefeldioxid gefriert bei Temperaturen unter –75,5 °C. Warum den Kanister nicht einfrieren (hierfür können Sie flüssigen Stickstoff verwenden, dessen Temperatur -196 °C beträgt), ihn perforieren und ins Wasser werfen – dann löst sich das flüssige Schwefeldioxid beim Erhitzen und Verdampfen allmählich im Becken auf Wasser. Um den Verbrauch an flüssigem Stickstoff zu reduzieren, stellte Sparo den Kanister in einen heimischen Gefrierschrank, dessen Temperatur etwa -20 °C betrug. (Gleichzeitig veränderten sich die Bedenken der Frau etwas – sie begann sich Sorgen um die Sicherheit des Kühlschranks und der darin enthaltenen Lebensmittel zu machen.)

Am nächsten Tag brachte der Autor ein Dewargefäß mit zwei Litern flüssigem Stickstoff von der Universität mit. Diese Menge reichte aus, um den Kanister in 5 Minuten deutlich tiefer abzukühlen als im Gefrierschrank und seinen Inhalt auszuhärten. Nachdem er seine Frau gebeten hatte, wegzuziehen (der Hund reagierte nicht auf diese Bitte) und tiefer Atemzug, ein mutiger Chemiker, bewaffnet mit einem großen Schraubenzieher, tauchte den Kanister in Wasser und stanzte ein Loch hinein. Seine Gedanken kreisten um die Frage, wie gültig die Gesetze der physikalischen Chemie seien; Es stellt sich heraus, dass sogar professionelle Wissenschaftler in bestimmten Situationen daran zweifeln könnten ... Glücklicherweise funktionierten die Gesetze perfekt: Kein Milligramm gefrorenes giftiges Gas kam aus dem Loch. Tatsächlich sinkt der SO 2 -Dampfdruck bereits am Schmelzpunkt (–75,5 °C) im Vergleich zum Atmosphärendruck um das 80-fache, bei –100 °C sogar um das Tausendfache und beträgt weniger als 1 mm Hg. Kunst. Bei einem Druckabfall hätte also nicht das giftige Gas austreten müssen, sondern im Gegenteil, sofort hätte Luft (und unter den Bedingungen des „Experiments“ Wasser) in das gestanzte Loch eindringen müssen. Überraschend ist noch etwas: Wie der Kanister einem solchen Druckabfall standhielt und beim Abkühlen nicht flach wurde! Möglicherweise befand sich darin neben flüssigem SO 2 und dessen Dampf auch Luft.

Eine Zeit lang stellte der kalte Kanister keine Gefahr dar. Man könnte also sicher einen Ziegelstein daran befestigen und ihn in den Pool werfen. Der Ziegelstein lag auf dem Boden und der Kanister hing zwischen dem Boden und der Wasseroberfläche. Bald wurde sein Inhalt ausreichend heiß, der SO 2 -Dampfdruck überstieg den Atmosphärendruck (plus einen kleinen Druck der Wassersäule) und Gasblasen begannen aus dem Loch auszutreten. Im klaren Wasser war klar, dass sie sich beim Aufstieg bereits nach einem Viertelmeter auflösten und daher nicht an die Oberfläche gelangten. Nach 10 Minuten war das gesamte Schwefeldioxid im Wasser gelöst; In der Luft waren keine Spuren seines Geruchs zu spüren und auf dem ins Wasser gesenkten pH-Indikator änderte sich die Aufschrift „Säure hinzufügen“ in „Normal“. So gelang es dem Chemiker, die Aufgabe zu bewältigen und gleichzeitig moralische Befriedigung durch die praktische Anwendung seines Wissens zu erlangen. All dies beschrieb er in der Notiz „The Grand Canister Experiment, or How to Defuse a Bomb and Stop Worrying“ – eine offensichtliche Assoziation mit dem Buch von Dale Carnegie. Der Artikel wurde im Journal of Chemical Education der American Chemical Society veröffentlicht, um andere Chemiker zu informieren.

Es ist interessant, die Konzentration schwefeliger Säure im Wasser zu berechnen. Heimpools sind normalerweise klein. Wenn seine Fläche 25 m2 und seine Tiefe 2 m beträgt, dann beträgt das Wasservolumen 50 m3. Wenn der Kanister 320 g SO 2 (5 mol) enthielte, würde seine Konzentration im Wasser nur 10 –4 mol/l (6,4 mg/l) betragen. Schwefelige Säure ist eine mittelstarke Säure. Bei einer solchen Verdünnung ist seine Dissoziation durch den ersten Schritt H 2 SO 3 = H + + HSO – 3 fast vollständig. Daher beträgt die Konzentration an Wasserstoffionen in der Lösung ebenfalls 10 –4 mol/l, was zu einem leicht sauren Milieu mit pH = 4 führt.

„Konservierte Kristalle“

Im Jahr 1989 entdeckte ein Chemiker aus Leningrad (heute St. Petersburg), N.A. Petrova, beim Öffnen von Dosen mit fernöstlichem Kabeljau seltsame Klumpen auf den Fischgräten. Unter einer starken Lupe stellte sich heraus, dass es sich bei diesen Klumpen um feste, transparente Kristalle handelte. Tests haben gezeigt, dass es sich bei diesem Mineral um Struvit handelt – ein doppeltes Magnesium- und Ammoniumphosphat mit Kristallwasser: NH 4 MgPO 4 · 6H 2 O. Das Mineral wurde nach dem russischen Diplomaten Heinrich Struve (1772–1851) benannt.

Struvit kommt in der Natur selten vor, aber eine Substanz dieser Zusammensetzung ist analytischen Chemikern wohlbekannt. Die Ausfällung von doppeltem Ammoniumphosphat-Magnesium dient als qualitative Reaktion zu Phosphatanionen oder Magnesiumkationen. Die Reaktion wird in einer leicht alkalischen Umgebung durchgeführt, in der Phosphate in Form von Hydrogenphosphat gelöst sind: MgCl 2 + Na 2 HPO 4 + NH 4 OH + 5H 2 O = NH 4 MgPO 4 · 6H 2 O + 2NaCl . Es entsteht ein weißer, feinkristalliner Niederschlag, der in Wasser praktisch unlöslich, in verdünnten Säuren jedoch löslich ist. Die Bildung von Sedimenten erfolgt möglicherweise nicht sofort; Um die Kristallisation zu beschleunigen, muss die Wand des Reagenzglases mit einem Glasstab gerieben werden. Diese alte Technik erzeugt Kristallisationszentren an den Wänden, und dann kommt es leicht zu Ausfällungen. Bei starker Vergrößerung sind im Sediment Kristalle mit charakteristischer Form sichtbar. Mit dieser einfachen Reaktion können Phosphatanionen in Düngemitteln und sogar in Getränken wie Pepsi oder Fanta nachgewiesen werden (denen wird freie Phosphorsäure in geringen Konzentrationen zugesetzt). Magnesium-Ammoniumphosphat weist eine eher seltene Eigenschaft auf: Seine Wasserlöslichkeit nimmt mit steigender Temperatur ab – von 0,52 g/l bei 20 °C auf 0,19 g/l bei 80 °C. Wie kam Struvit in Dosen vor? Es ist bekannt, dass Fischgräten viel Phosphor enthalten. Phosphorreiches Fischmehl wird als Futterzusatz für Nutztiere und Vögel verwendet. Nun, Magnesium könnte in geringen Mengen mit Meerwasser in Konserven gelangen. Bei längerer Lagerung bildeten sich im Glas kleine Kristalle. Für den Menschen sind sie übrigens völlig ungefährlich.

Struvitkristalle unter dem Mikroskop

Es ist jedoch möglich, dass zu Lebzeiten des Fisches Phosphatkristalle auf den Knochen wuchsen. Schließlich kommen Struvitkristalle bei Urolithiasis bei Hunden und Katzen sowie beim Menschen vor – in den Nieren und der Blase. Bei Fisch Blase Nein, wenn es also bei lebenden Fischen zur Ablagerung von Struvit auf den Knochen kam, dann kann dies als eine Art Analogon zur Gicht angesehen werden – einer Krankheit, die im Volksmund als Salzablagerung bezeichnet wird.

Worin löst sich Gold auf?

Natives Gold war wahrscheinlich das erste Metall, mit dem der Mensch Bekanntschaft machte. Seit der Antike wird der Glanz von Gold mit dem Glanz der Sonne verglichen, auf Lateinisch – sol; daher der russische Name für dieses Metall. Englisches Gold, deutsches Gold, niederländischer Goud, schwedischer und dänischer Guld (daher übrigens Gulden) werden in europäischen Sprachen mit der indogermanischen Wurzel Ghel und sogar mit dem griechischen Sonnengott Helios in Verbindung gebracht. Der lateinische Name für Gold, Aurum, bedeutet „Gelb“ und ist mit Aurora – Morgendämmerung – verwandt. Hell Gelb wird auch in poetischen Werken mit Gold in Verbindung gebracht: „Wälder gekleidet in Scharlach und Gold …“ (A.S. Puschkin). Unter Alchemisten galt Gold als König der Metalle, sein Symbol war die strahlende Sonne und das Symbol von Silber war der Mond (in diesem Zusammenhang ist es interessant, dass das Preisverhältnis von Gold und Silber im alten Ägypten dem entsprach Verhältnis des Sonnenjahres zum Mondmonat). Als Alchemisten Königswasser entdeckten, eine Mischung aus Salz- und Salpetersäure, waren sie überrascht, dass es Gold auflöste! So entstand eine symbolische mittelalterliche Zeichnung: ein Löwe (Regia Wodka), der die Sonne (Gold) verschlingt. In modernen Notationen sieht der Prozess des Auflösens von Gold in Königswasser etwas anders aus: Au + 4HCl + HNO 3 = HAuCl 4 + NO + 2H 2 O. Nach sorgfältigem Eindampfen einer solchen Lösung entstehen gelbe Kristalle der komplexen Chlorgoldsäure HAuCl 4 3H 2 O werden freigelassen.

Aber ist Königswasser das einzige, was Gold beeinflussen kann? Es stellt sich heraus, dass Gold der Wirkung vieler Substanzen und Gemische nicht widerstehen kann. Von den einfachen Substanzen wirkt Ozon auf Gold (es entsteht braunes Oxid Au 2 O 3) und reagiert beim Erhitzen mit gasförmigem Fluor, Chlor, Brom und Jod unter Bildung von Trihalogeniden: orangefarbenes Fluorid AuF 3, rotes Chlorid AuCl 3, braun Bromid AuBr 3 und dunkelgrünes Jodid AuI 3 (daher haben Goldringe Angst vor Jodtinktur; wie ein Experiment gezeigt hat, löst Jodtinktur die Goldbeschichtung von vergoldeten elektrischen Kontakten recht schnell auf). Iodid AuI 3 eliminiert bei erhöhten Temperaturen Iod und bildet hellgelbe AuI-Kristalle. Gold reagiert bereits bei Raumtemperatur mit Chlorwasser zu HAuCl 4 . Gold löst sich auch in flüssigem Brom.

Neben Königswasser löst sich Gold auch in heißer konzentrierter Selensäure H 2 SeO 4, die zu Selen reduziert wird: 2Au + 6H 2 SeO 4 = Au 2 (SeO 4) 3 + 3H 2 SeO 3 + 3H 2 O. Wenn Bei heißer Zugabe eines Oxidationsmittels (Nitrat, Permanganat, Chromsäure, Mangandioxid usw.) wirkt sich eine solche Lösung auch auf Gold aus. Gold löst sich bereits bei Raumtemperatur (bei Luftzutritt) viel leichter in wässrigen Lösungen von Cyaniden von Alkali- und Erdalkalimetallen. Die Reaktion wird durch die Bildung sehr starker komplexer Cyanide erleichtert: 4Au + 8KCN + 2H 2 O + O 2 = 4K + 4KOH. Dieser Prozess (Zyanidierung), der 1843 vom russischen Ingenieur P.R. Bagration entdeckt wurde, liegt der Bedeutung zugrunde industrielle Methode Gewinnung von Gold aus Erzen. Und wenn Gold anodisch in einer Alkalilösung (KOH) gelöst wird, entstehen Kaliumaurat K und ein anodischer Niederschlag Au 2 O 3. Wie Sie sehen, ist Gold bei weitem nicht so edel, wie gemeinhin angenommen wird.

Alchemistische Allegorie der Auflösung von Gold in Königswasser

Es reagiert mit vielen Chemikalien. Zwar kann dieses Phänomen im Alltag in der Regel ignoriert werden. Schließlich ist es schwer vorstellbar, dass jemand einen Finger mit einem Goldring in eine heiße konzentrierte Selensäurelösung tauchen würde. Obwohl es besser ist, den Kontakt von Goldgegenständen mit Jodtinktur zu vermeiden – einer wässrig-alkoholischen Lösung aus Jod und Kaliumjodid, die auf Gold wirkt: 2Au + I 2 + 2KI = 2K (und noch mehr auf Kupfer oder Silber, mit denen Gold verbunden ist). legiert ist). Aber Arbeiter in Zyanid- und anderen Industrien müssen die Möglichkeit der Korrosion von Goldprodukten berücksichtigen!

Geheimnisvolles Element - Polonium

Entdeckung von Polonium

Nur wenige Menschen wissen, dass die Existenz dieses Elements 1870 von D. I. Mendeleev vorhergesagt wurde, und 1889 klärte er die Eigenschaften des damals unbekannten Elements mit der Seriennummer 84. Mendeleev nannte es Dvitellur (auf Sanskrit – „zweites Tellur“) und nahm das an Die Atommasse des neuen Elements würde bei etwa 212 liegen. Natürlich konnte Mendelejew nicht vorhersehen, dass dieses Element instabil sein würde: Damals galt der Glaube an die Möglichkeit, Elemente umzuwandeln, als alchemistisches Relikt.

Polonium ist das erste radioaktive Element, das 1898 von den Curies entdeckt wurde. Als Marie Sklodowska-Curie entdeckte, dass bestimmte Mineralien stark radioaktiv waren, begann sie nach dem Element zu suchen, das für diese Eigenschaft verantwortlich war. Maria testete eine Substanz nach der anderen auf Strahlung – alles, was sie bekommen, in chemischen Labors ausleihen und in mineralogischen Museen erbetteln konnte (sie gab die Proben nicht nur sorgfältig an die Besitzer zurück, sondern bedankte sich in ihrer Veröffentlichung auch bei ihnen). Von den Substanzen, die kein Uran enthalten, zeigten nur Thoriumverbindungen Aktivität. Als sich herausstellte, dass Uranharzerz (hauptsächlich U 3 O 8 -Oxid) eine starke Aktivität aufwies, beschloss Marie Curie, eine ausgezeichnete Chemikerin, aus dieser Verbindung eine Strahlungsquelle zu isolieren.

Sie begann mit der traditionellen qualitativen chemischen Analyse des Minerals nach dem Standardschema, das bereits 1841 vom deutschen analytischen Chemiker Karl Remigius Fresenius vorgeschlagen wurde und nach dem viele Generationen von Studenten fast anderthalb Jahrhunderte lang Metallkationen bestimmten die sogenannte Schwefelwasserstoffmethode. Zu Beginn hatte sie etwa 100 g des Mineralstoffs; Dann gaben amerikanische Geologen ihrem Ehemann Pierre Curie weitere 500 g. Bei einer systematischen Analyse testete Maria jedes Mal einzelne Fraktionen (Niederschläge und Lösungen) mit einem empfindlichen Gerät – einem von ihrem Ehemann erfundenen Elektrometer. Während der chemischen Analyse wurden inaktive Fraktionen verworfen und aktive Fraktionen weiter analysiert. Maria wurde von Gustave Bemont, einem der Leiter der Chemiewerkstatt an der Fakultät für Physik und Industriechemie in Paris, unterstützt. Maria löste das Mineral in Salpetersäure, dampfte die Lösung zur Trockne ein, löste den Rückstand erneut in Wasser auf und leitete einen Strom Schwefelwasserstoff durch die Lösung. Es fiel ein schwarzer Niederschlag, der unlösliche Sulfide von Blei, Wismut, Kupfer, Arsen, Antimon und einer Reihe anderer Metalle enthalten könnte. Das Sediment war radioaktiv, obwohl Uran und Thorium in Lösung blieben. Dies wäre das erste Anzeichen für die Existenz eines neuen radioaktiven Elements. Maria behandelte das Sediment mit Ammoniumsulfid, um Arsen und Antimon abzutrennen – unter diesen Bedingungen bilden sie lösliche Thiosalze, zum Beispiel (NH 4) 3 AsS 4 und (NH 4) 3 SbS 3. Die Lösung zeigte keine Radioaktivität und wurde verworfen. Im Sediment blieben Blei-, Wismut- und Kupfersulfide zurück. Maria löste diesen Niederschlag erneut in Salpetersäure, fügte der Lösung Schwefelsäure hinzu und verdampfte sie auf einer Brennerflamme, bis dicker weißer SO 3 -Dampf erschien. Unter diesen Bedingungen wird flüchtige Salpetersäure vollständig entfernt und Metallnitrate in Sulfate umgewandelt. Nach dem Abkühlen der Mischung und der Zugabe von kaltem Wasser enthielt der Niederschlag unlösliches Bleisulfat PbSO 4 – es war keine Aktivität darin und es wurde verworfen. Der filtrierten Lösung wurde eine starke Ammoniaklösung zugesetzt. Gleichzeitig fiel erneut ein Niederschlag, diesmal - Weiß; es enthielt eine Mischung aus basischem Bismutsulfat (BiO) 2 SO 4 und Bismuthydroxid Bi(OH) 3. In der Lösung verblieb komplexes Kupferammoniak SO 4 von leuchtend blauer Farbe. Der weiße Niederschlag erwies sich im Gegensatz zur Lösung als stark radioaktiv. Da Blei und Kupfer bereits getrennt waren, enthielt der weiße Niederschlag Wismut und eine Beimischung des neuen Elements.

Maria wandelte den weißen Niederschlag erneut in dunkelbraunes Bi 2 S 3 Sulfid um, trocknete es und erhitzte es in einer evakuierten Ampulle. Das Wismutsulfid veränderte sich nicht (es ist hitzebeständig und schmilzt erst bei 685 °C), allerdings wurden aus dem Sediment einige Dämpfe freigesetzt, die sich in Form eines schwarzen Films auf dem kalten Teil der Ampulle absetzten. Der Film war stark radioaktiv und enthielt offenbar neues Material Chemisches Element- ein Analogon von Wismut im Periodensystem. Es handelte sich um Polonium – damals das dritte radioaktive Element nach Uran und Thorium (Radium wurde ebenfalls 1898 entdeckt). Wie sich später herausstellte, zersetzt und sublimiert Poloniumsulfid beim Erhitzen im Vakuum leicht – seine Flüchtigkeit entspricht in etwa der von Zink. Dieses Grundstück wird noch immer zur Herstellung von Poloniummetall genutzt.

Die Curies hatten es nicht eilig, dem neuen Element einen Namen zu geben. Schließlich befanden sich auf dem Glas so wenig schwarze Ablagerungen, dass es unmöglich war, sie zu wiegen, und Radioaktivität allein reichte nicht aus, um die Substanz als neues Element zu erkennen. Ein Kollege und Freund der Curies, der französische Chemiker Eugene Anatole Demarsay, ein Spezialist auf dem Gebiet der Spektralanalyse (1901 entdeckte er Europium mit dieser Methode), untersuchte das Emissionsspektrum der schwarzen Beschichtung und fand darin keine neuen Linien Dies könnte auf das Vorhandensein eines neuen Elements hinweisen. Die Spektralanalyse ist eine der empfindlichsten Methoden, was bedeutet, dass dieser Stoff in äußerst geringen Mengen in der Plaque enthalten war. Daher schrieben die Curies in einem am 18. Juli 1898 veröffentlichten Artikel vorsichtig: „Wir glauben, dass die Substanz, die wir aus Uranteer isoliert haben, ein noch unbekanntes Metall enthält, das in seinen analytischen Eigenschaften ein Analogon von Wismut ist.“ Wenn die Existenz eines neuen Metalls bestätigt wird, schlagen wir vor, es Polonium zu nennen, nach der Heimat eines von uns“ (Polonia auf Lateinisch: Polen). Dies ist der einzige Fall, in dem ein neues chemisches Element, das noch nicht identifiziert wurde, bereits einen Namen hatte. Es dauerte lange, nennenswerte Mengen an Polonium zu gewinnen, da im Uranerz zu wenig davon enthalten war. Erst 1910 gelang es durch Verarbeitung großer Erzmengen, eine Probe mit 0,1 mg Polonium zu gewinnen. Doch die Entdeckung des Radiums und nicht des Poloniums machte die Curies berühmt.

Poloniumisotope und ihre Strahlung

Es sind 35 Isotope von Polonium bekannt, darunter 8 Kernisomere (diese Isomere unterscheiden sich in der Kernstruktur und haben unterschiedliche Halbwertszeiten) mit Massenzahlen von 192 bis 218. Alle von ihnen sind radioaktiv mit Halbwertszeiten (t 1/2) von 3x10 -7 Sekunden für 212 Po bis zu 102 Jahre für 209 Rho. Sieben Poloniumisotope mit Massenzahlen von 210 bis 218 kommen in der Natur in sehr geringen Mengen als Mitglieder der radioaktiven Reihe Thorium, Uran-Radium und Uran-Actinium vor. Diese Isotope haben ihre eigenen historischen Namen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts übernommen wurden, als sie als Ergebnis einer Kette von Zerfällen aus dem „Mutterelement“ Radium, Thorium oder Actinium gewonnen wurden: RaA (moderne Bezeichnung 218 Po), RaC" (214 Po), RaF (210 Po), ThA (216 Po), ThC" (212 Po), AcA (215 Po) und AcC" (211 Po). Alle anderen Isotope von Polonium wurden nur künstlich gewonnen. Die Die langlebigsten sind 209 Po, 208 Po und 210. Po mit Halbwertszeiten von 102 Jahren, 2,9 Jahren bzw. 138,4 Tagen. Dies bedeutet, dass nach 4,5 Monaten nur noch die Hälfte von Polonium-210 (unserem Haupthelden) vorhanden ist verbleiben, nach 14 Monaten – etwa 10 %, nach 2 Jahren – weniger als 3 %, nach 3 Jahren – 0,4 %, nach 4 Jahren – nur noch 0,1 %. Leichte Poloniumisotope sind reine Alphastrahler: Bei ihrem Zerfall entstehen Partikel (Helium). Kerne fliegen mit einer Energie von 6 bis 7 MeV (Megaelektronenvolt) aus dem Kern heraus; zum Vergleich: Die Energie der stärksten chemischen Bindung ist eine Million Mal geringer Der Kern nimmt um 4 Einheiten ab und die Ladung des Kerns nimmt um 2 ab (eine Verschiebung um zwei Zellen des Periodensystems nach links). Ab 198 Po kommt zum Zerfall noch der Elektroneneinfang (auch K-Einfang genannt) hinzu, bei dem ein Elektron aus der innersten Elektronenhülle des Atoms (K-Schale) vom Kern eingefangen wird. In diesem Fall verwandelt sich ein Proton in ein Neutron, die Masse des Kerns ändert sich nicht und die Ladung nimmt um eins ab (in der Tabelle um eine Zelle nach links verschieben). Der Zerfall schwererer Isotope ab 199 Po wird von Gammastrahlung begleitet, deren Energie zwischen 0,17 und 2,6 MeV liegen kann. Auch die beiden schwersten Isotope 215 Po und 218 Po weisen in geringem Maße Beta-Aktivität auf. Beim β-Zerfall verwandelt sich ein Neutron im Kern in ein Proton und ein Elektron, wobei letzteres aus dem Kern herausfliegt. In diesem Fall bleibt die Massenzahl des Atoms unverändert und die Ladung erhöht sich um eins (um eine Zelle nach rechts verschoben). Somit erfolgt der Zerfall des schwersten Poloniumisotops zu mehr als 99 % durch β-Zerfall und zu 0,018 % durch β-Zerfall: 218 Po -> 218 At + e – . Die schädigende Wirkung durchdringender Strahlung hängt stark von ihrer Intensität und Art ab (z. B. sind Alphateilchen bei gleicher Dosis viel gefährlicher als Betateilchen). In 210 Po stammen fast 100 % der Strahlung von?-Teilchen mit einer Energie von 5,3 MeV. Solche Partikel bewegen sich 3,8 cm in der Luft, werden aber von 0,03 mm dicker Aluminiumfolie und sogar einem Stück Papier vollständig aufgehalten! In biologischen Geweben bewegen sie sich weniger als 0,05 mm und zerstören dabei benachbarte Zellen. Der Zerfall von 210 Po erzeugt U-Strahlung mit einer Energie von 0,8 MeV und hoher Durchdringungskraft. Um es zehnmal zu schwächen, ist eine 3 cm dicke Bleischicht erforderlich, und um es hundertmal zu schwächen, benötigen Sie eine 5,5 cm dicke Bleiplatte oder eine Betonschicht von einem halben Meter. Allerdings ist die ?-Strahlung von 210 Po sehr schwach, ihre Intensität beträgt nur 0,0011 % der Gesamtstrahlung und ist daher schwer zu registrieren. Die geringe Reichweite der ?-Partikel in der Substanz und die sehr schwache ?-Strahlung machen den Nachweis von Mikromengen von Polonium-210 zu einer schwierigen Aufgabe. Selbst wenn sich dieses Nuklid auf der Oberfläche eines Objekts befindet, kann es nicht mit jedem Geigerzähler nachgewiesen werden, da ?-Teilchen selbst von sehr dünner Folie zurückgehalten werden. Zum Nachweis von 210 Po kann die Analyse mit einem Szintillationszähler durchgeführt werden. Szintillation (von lat. scintillatio – „Funkeln“) ist ein schwacher Lichtblitz, der bei manchen Stoffen unter dem Einfluss energiereicher Teilchen entsteht. Eine weitere empfindliche Nachweismethode ist die Massenspektrometrie. Wir leben in einer Welt voller Strahlung, aber das Ausmaß ist wichtig. Hier ist ein Beispiel. Natürliches Kalium besteht aus drei Isotopen – zwei stabilen (39 K, 93,26 % davon in natürlichem Kalium – und 41 K, 6,73 % davon) und einem radioaktiven, 40 K (0,012 %, Halbwertszeit 1,3 Milliarden Jahre). Eine 70 kg schwere Person enthält 140 g Kalium, davon etwa 17 mg Kalium-40. Jede Sekunde kommt es im Körper dieser Person zu 4000 Zerfallsvorgängen von 40 K (und ebenso viele durch den Zerfall des im Körper enthaltenen „Radiokohlenstoffs“ 14 C) unter Freisetzung hochenergetischer Teilchen. Das Leben auf der Erde wurde schon immer von solcher „inneren“ Strahlung begleitet (sowie von äußerer Strahlung, auch durch kosmische Strahlung), und es kann nicht ausgeschlossen werden, dass sie eine wichtige Rolle in der Evolution spielte und Mutationen verursachte. Aber wenn die Halbwertszeit von 40 K nicht 1,3 Milliarden Jahre, sondern 1,3 Jahre betragen würde, dann würden ihn dieselben 17 mg im menschlichen Körper innerhalb weniger Stunden töten.

Polonium in der Natur

Clark-Polonium (durchschnittlicher Gehalt in der Erdkruste) ist vernachlässigbar: 2 × 10–14 %. Polonium entsteht durch den radioaktiven Zerfall langlebiger radioaktiver Elemente – Thorium und Uran – und ist ein Zwischenglied langer Zerfallsketten (sie werden auch radioaktive Reihen genannt).

In der Reihe, deren Vorfahr 232 Th (t 1/2 = 14 Milliarden Jahre) ist und deren Endprodukt das stabile Bleiisotop 208 Pb ist, erscheinen Poloniumisotope als 6. und 9. Einheit: 216 Po (t 1/ 2 = 0,15 s) und 212 Po (t 1/2 = 3 · 10 –7 s). Aufgrund der sehr kurzen Lebensdauer dieser Isotope kommen sie in der Natur praktisch nicht vor. In der Uran-Actinium-Reihe ist das Ausgangsprodukt 235 U (t 1/2 = 700 Millionen Jahre) und das endgültige stabile Produkt ist 207 Pb. In dieser Reihe gibt es auch zwei Poloniumisotope, die beide ebenfalls kurzlebig sind: 215 Po (t 1/2 = 1,8 · 10 –3 s) und 211 Po (t 1/2 = 0,5 s). Uran-235 macht in natürlichem Uran nur 0,72 % aus, die Lebensdauer von 211 Po und 215 Po ist kurz, daher kommen diese Poloniumisotope auch in der Natur praktisch nicht vor. Erhebliche Mengen an Polonium können sich nur in der Uran-Radium-Reihe ansammeln, deren Vorläufer 238 U ist und deren Endprodukt 206 Pb ist. Daher wird natürliches Polonium fast ausschließlich durch das Nuklid 210 Po repräsentiert. Auch Radium und Radon kommen in dieser Reihe vor. Lassen Sie uns diese Serie (in etwas vereinfachter Form) vollständig vorstellen; Die Halbwertszeit und ihr Typ werden über den Pfeilen angezeigt.

Wenn wir die kurzlebigsten Terme ausschließen, erhalten wir eine vereinfachte Reihe:

Bevor wir zum Helden der Geschichte – Polonium-210 – übergehen, müssen wir über einen seiner Vorgänger sprechen – Radon. Dies ist ein Edelgas (früher als Inertgas bezeichnet), daher sickert es nach und nach, ohne chemische Reaktionen einzugehen, aus den Tiefen des Globus an die Oberfläche (in verschiedenen geografischen Gebieten - in unterschiedlichen Mengen) und gelangt in die Luft. Sie macht einen erheblichen Teil der Strahlendosis aus, die ein durchschnittlicher Mensch erhält (in manchen Regionen bis zu 50 %). Der Großteil des Radons, das beim Einatmen in die Luftröhre, die Bronchien und die Lunge gelangt, wird beim Ausatmen wieder abgegeben. Polonium-210, das beim Zerfall von Radon entstanden ist, lagert sich jedoch in den Atemwegen ab und breitet sich von dort aus im ganzen Körper aus. Radon ist in Wasser gut löslich (22-mal besser als Stickstoff), sodass ein Teil des Radons, das beim Einatmen in die Lunge gelangt, die Wände der Lungenbläschen durchdringen, sich im Blut auflösen und dann im Körper zu Polonium zerfallen kann.

Wie viel Polonium kann aus Radon (und letztendlich aus Uran) gebildet werden? Uran-238 zerfällt sehr langsam – über viele Milliarden Jahre hinweg, was mit dem Alter der Erde vergleichbar ist. Wenn Uranatome als Teil eines bestimmten Minerals lange genug – Millionen von Jahren – in der Erdkruste verbleiben und das Radongas nicht aus dem Mineral verdampft, entsteht ein stationärer Zustand (Radiochemiker nennen ihn Gleichgewicht). Dies bedeutet, dass jedes Mitglied der Reihe genau mit der gleichen Geschwindigkeit aus seinen Vorgängern gebildet wird, mit der es selbst zerfällt. Darüber hinaus ändert sich seine Menge im Mineral über die absehbare Zeit nicht und hängt von der Halbwertszeit dieses Nuklids ab. Offensichtlich gilt: Je kürzer die Halbwertszeit eines Mitglieds der Serie, desto weniger davon ist in der Mischung enthalten. Es ist nicht schwer zu zeigen, dass das Verhältnis der Anzahl der Atome N des Mutterelements (Uran-238) und seiner Tochteratome gleich dem Verhältnis ihrer Halbwertszeiten ist, d. h. zum Beispiel N(238 U): N(226 Ra): N(210 Po) = T 1/2 (U): T 1/2 (Ra) : T 1/2 (Po) = 4,5 · 10 9: 1,6 · 10 3: 0,38. Nach einer kleinen Korrektur des Unterschieds in den Atommassen dieser Nuklide (238, 226 und 210) lässt sich leicht berechnen, dass im Gleichgewicht pro 1 Tonne reinem Uran in seinen Erzen etwa 0,34 g Radium enthalten sind und nur etwa 0,07 mg 210 Po. Und wenn das gesamte Polonium aus einer Tonne Uran isoliert wird (vorausgesetzt, Radon verdampft nicht), erhält man eine Kugel mit einem Radius von 0,1 mm. Aber dieses unbedeutende Korn stößt jede Sekunde 12 Milliarden Teilchen aus! Es ist nicht verwunderlich, dass Marie Curie keine nennenswerten Mengen an Polonium beschaffen konnte, es aber anhand seiner Radioaktivität nachweisen konnte. Mit Radium hatte sie mehr Glück: In Uranerzen ist fast 5.000-mal mehr davon enthalten. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Marie Curies Tochter Irene 1925 ihre Doktorarbeit über die ?-Strahlung von Polonium verteidigte. Sie und ihr Mann Frederick (beide zukünftige Nobelpreisträger für Chemie) verfügten für die damalige Zeit über eine leistungsstarke Quelle für Poloniumpartikel. Wenn man die Halbwertszeit von Polonium-210 kennt, kann man leicht berechnen, dass jeden Tag etwa 0,5 % des verfügbaren Poloniums zerfallen und die gleiche Menge Blei gebildet wird. Wenn eine Poloniumprobe in keiner Weise manipuliert wurde, können Sie durch die Analyse auf Polonium- und Bleigehalt feststellen, wie lange die Probenentnahme zurückliegt. Beispielsweise ist nach 4,5 Monaten die Anzahl der Polonium- und Bleiatome in der Probe gleich, nach 9 Monaten ist dreimal mehr Blei vorhanden usw.

Polonius und der Mensch

Polonium gilt bei Einnahme als einer der giftigsten Stoffe: Für 210 Po ist die maximal zulässige Konzentration (MAC) in der Luft die Menge, bei der nicht mehr als ein Atom pro Sekunde in 1 m3 zerfällt. Dies entspricht einem Poloniumgehalt von 6 · 10–14 g pro 1 m 3 Luft. Polonium ist beim Einatmen fast 170 Millionen Mal giftiger Blausäure! Das heißt, bei einer hypothetischen Versprühung von 1 g Polonium in die Luft wird die maximal zulässige Konzentration in 10.000 km 3 Luft überschritten – in einer atmosphärischen Schicht mit einer Höhe von 100 m und einer Fläche von 100.000 km 2 , was viel größer ist als die Fläche der Region Moskau!

Aber kann natürliches Polonium in den menschlichen Körper gelangen? Versuchen wir, die Möglichkeit eines solchen Ereignisses einzuschätzen. Darüber hinaus handelt es sich um Menschen, die nicht in Uranbergwerken beschäftigt sind und nicht mit Radionukliden arbeiten. Der durchschnittliche Urangehalt in der Erdkruste beträgt 3 × 10–4 Massen-%. In einigen Mineralien kommt Uran zusammen mit Kalzium vor und ersetzt es manchmal teilweise im Kristallgitter, da ihre Ionenradien nahe beieinander liegen. So können Kalkstein, Dolomit und Apatit grundsätzlich sehr geringe Uranverunreinigungen enthalten. Alle genannten Mineralien werden direkt oder indirekt in der Landwirtschaft genutzt. Kalkstein und Dolomit – zur Desoxidation des Bodens, Apatit – zur Gewinnung Mineraldünger(Superphosphate). Daher können einige Mengen Uran auf Feldern und von dort in landwirtschaftlichen Betrieben landen. Für 1 Tonne Uran in Mineralien gibt es weniger als 0,1 mg Polonium oder 1 Atom Polonium pro 12 Milliarden Uranatome. Das ist keine Nadel mehr im Heuhaufen, sondern eine Nadel auf einem ganzen, mit Heu übersäten Feld! Das bedeutet, dass nur winzige Mengen Polonium in eine Pflanze gelangen können, die auf Böden angebaut wird, auf die mit Düngemitteln etwas Uran gefallen ist, und wenn sie den Verbraucher erreichen, ist davon nichts mehr übrig.

Folgende Einschätzung kann vorgenommen werden. In J. Emslies Buch „Elements“ heißt es, dass der Körper eines durchschnittlichen Menschen 0,1 mg Uran enthält. Das heißt, selbst wenn das radioaktive Gleichgewicht zwischen ihm und 210 Po aufrechterhalten würde, würde ein Mensch 10-10-mal weniger Polonium haben, d. h. 10 –11 mg. Aber wie aus der obigen Reihe hervorgeht, wird das Erreichen des Gleichgewichts durch Uran-234 verhindert (t 1/2 = 2,45 · 10 5 Jahre). Darüber hinaus werden die Produkte der Umwandlung von 238 U und anderen Mitgliedern der Reihe ständig aus dem Körper ausgeschieden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass im Emsley-Nachschlagewerk über Polonium steht: „Gehalt im menschlichen Körper: Null.“

Gibt es einen anderen Weg für Polonium, in den Körper zu gelangen? Man geht beispielsweise davon aus, dass dies beim Rauchen möglich ist. Wie kann das passieren? Hier ist, was der Chemielehrer Professor Raymond Chang vom Williams College, Massachusetts, dazu zu sagen hat. Wie Sie wissen, werden beim Tabakanbau dem Boden viele Phosphatdünger zugesetzt. Gelangt eines der Zerfallsprodukte des Urans, Radium, in sie, so wird es im Boden langsam in Radon umgewandelt, wie aus dem Diagramm der Uranumwandlungen hervorgeht. Radongas konzentriert sich im Boden und in der Oberflächenluftschicht unter der von Tabakblättern gebildeten Luftkuppel (siehe Foto).

Tabakplantage

Die Tochterprodukte des Radonzerfalls haften fest an der Oberfläche der Blätter und dringen in diese ein. Radon lebt nicht lange, sein Zerfallsprodukt 218 Po dauert nur wenige Minuten, sodass sich relativ schnell radioaktives Blei-210 bildet. Allmählich nimmt seine Menge in den Blättern des wachsenden Tabaks zu. Beim Rauchen atmet eine Person über den Rauch winzige Partikel mit 210 Pb ein, die sich in den Atemwegen festsetzen und dann zur Leber, Milz und zum Knochenmark transportiert werden. Langsam zerfallend verwandelt sich 210 Pb in 210 Po, und dies geschieht während der gesamten Zeit, in der eine Person raucht. Der ständige Kontakt mit diesen Organen und dem Knochenmark erhöht das Krebsrisiko bei einem Raucher. Damit ein solcher Mechanismus funktioniert, muss natürlich nicht das Uran selbst in den Dünger gelangen, sondern Radium. Die Möglichkeit eines solchen Ereignisses hängt stark davon ab, welche Mineralien zur Gewinnung von Phosphatdüngern verwendet wurden und mit welcher Technologie sie verarbeitet wurden.

Polonium gewinnen

Polonium (wir sprechen hier nur von seinem Isotop 210 Po) kann aus natürlichen Quellen gewonnen oder synthetisiert werden. Die erste Methode ist unproduktiv, aber einmal war sie die einzige. Bei der Verarbeitung von Uranerzen verbleiben 90 % des Poloniums auf Halden, aus denen es nur sehr schwer zu gewinnen ist. Deshalb nutzen sie eine andere Methode: Sie isolieren die bisherigen Mitglieder der radioaktiven Reihe aus dem Erz und warten, bis sich in ihnen durch den Zerfall genügend Polonium ansammelt. Wenn also 210 Pb isoliert wird, kann daraus periodisch 210 Po durch Destillation „gemolken“ werden (in der englischen Literatur wird in diesem Zusammenhang das Verb „to milk“, wörtlich „to milk“), verwendet. Früher wurde diese Methode angewendet: Aus Radium freigesetztes Radongas wurde in Glasampullen versiegelt, und nach seinem vollständigen Zerfall (dies dauerte etwas mehr als einen Monat) erschien darin das gleiche 210 Pb. Jetzt wird 210 Po durch Bestrahlung von natürlichem Wismut mit Neutronen in Kernreaktoren synthetisiert (zwischenzeitlich entsteht das aktive Isotop von Wismut-210): . Um Polonium herzustellen, muss der Neutronenfluss sehr stark sein. Wenn also sogar 500 Milliarden Neutronen pro Sekunde auf 1 cm 2 treffen, werden nach einem Monat Bestrahlung in 100 g Wismut nur 2 μg (zwei Millionstel Gramm) Polonium gebildet. Eine Erhöhung der Neutronenflussdichte auf 100 Billionen pro Sekunde ergibt 0,4 mg 210 Po pro 100 g Wismut pro Monat; Eine solche Menge ist für das bloße Auge nahezu unsichtbar. Als nächstes muss das Polonium von der großen Wismutmasse getrennt werden; Dies kann durch Destillation im Vakuum unter Erhitzen erfolgen – wie Marie Curie es tat. Reines Polonium wird durch galvanisches Verfahren gewonnen, indem es aus einer Lösung in Salpetersäure an der Kathode abgeschieden wird. Man kann sich vorstellen, wie schwierig es ist, Polonium in Gramm- und sogar Milligrammmengen zu erhalten! Die erste Probe von reinem Polonium-210 wurde erst im März 1944 in den USA gewonnen. In der UdSSR wurde unter der wissenschaftlichen Leitung von Z.V. Ershova eine umweltfreundliche Produktion von Polonium geschaffen, das als Energiequelle für Mondrover genutzt wurde. Um die langlebigeren Isotope 208 Po und 209 Po zu erhalten, kann man die Kernreaktionen 207 Pb +? -> 208 Po + 3 N, 209 Bi++ P-> 208 Po + 2 N, 209 Bi+ D-> 208 Po + 3 N, 209 Bi+ P-> 209 Po + N, 209 Bi+ D-> 209 Po + 2 N, Wo D– beschleunigte Deuteronen (Deuteriumkerne), die Bestrahlung erfolgt in einem Zyklotron. Mit all diesen Methoden ist es möglich, nur winzige Mengen an 208 Po und 209 Po zu gewinnen, die lediglich zur Untersuchung ihrer radioaktiven Eigenschaften ausreichen.

Eigenschaften von Polonium

Polonium ist eines der gefährlichsten Radioelemente. Experimente damit erfordern die Einhaltung strengster Sicherheitsmaßnahmen. Der Forscher muss zuverlässig davor geschützt sein, dass selbst geringste Spuren dieses Elements in die Atemwege oder den Verdauungstrakt gelangen. Der Kontakt von Polonium oder seinen chemischen Verbindungen mit der Haut ist ebenfalls verboten. Trotz all dieser Schwierigkeiten wurden sowohl die physikalischen als auch die chemischen Eigenschaften von Polonium und seinen Verbindungen untersucht. Polonium ist ein weiches silbergraues Metall, ähnlich wie Blei, mit einem Schmelzpunkt von 254 °C. Dabei handelt es sich um ein Schwermetall, seine Dichte liegt bei etwa 9,5 g/cm 3 – fast so hoch wie die von Silber. Die Dichte von Polonium wurde nicht durch direkte Messung, sondern durch Röntgenbestimmung der Parameter des Kristallgitters berechnet. Dies ist eine Folge der hohen Radioaktivität, die es nicht ermöglicht, nennenswerte Mengen an kompaktem Metall zu gewinnen. Es ist bekannt, dass Marie Curies Radiumpräparate (t 1/2 = 1600 Jahre) im Dunkeln leuchteten. Was können wir über Polonium-210 sagen! Es leuchtet nicht nur, sondern erwärmt sich durch die Absorption seiner eigenen ?-Teilchen, die enorme Energie tragen, auch sehr stark. Schließlich ist Polonium bei gleichen Massen tausendmal aktiver als Radium. Ein Stück Polonium in der Größe eines Fingerhuts gibt etwa 2 kW Wärmeenergie ab.

Werden größere Mengen Polonium gewonnen, muss ihnen kontinuierlich Wärme entzogen werden. Geschieht dies nicht, schmilzt das Poloniummetall fast sofort und verdampft dann. Aber selbst wenn der Probe Wärme effektiv entzogen wird, werden Mikropartikel aus Metall von ihrer Oberfläche freigesetzt. Daher kann Poloniummetall leicht winzige Aerosolpartikel in der Luft bilden, was die Gefahr bei der Arbeit damit dramatisch erhöht. Dieser Effekt ist typisch für hochradioaktive Metalle und wird durch die schnelle Ansammlung negativer Ladungen auf ihnen erklärt, wenn positiv geladene?-Partikel in die Luft abgegeben werden. Wenn sich Poloniumatome außerdem auf kleinsten Staubpartikeln ablagern, machen diese Staubpartikel durch den mechanischen Rückstoß beim Herausfliegen der Partikel „Sprünge“ und können sich so von den Oberflächen, auf denen sie sich niedergelassen haben, lösen.

Polonium siedet bei einer relativ niedrigen Temperatur – 949 °C, was seine Flüchtigkeit bestimmt (zum Vergleich: Der Siedepunkt von Blei beträgt 1710 °C, Zinn – 2360 °C). Poloniumdampf liegt in Form von Po 2 -Molekülen vor. Die Flüchtigkeit von Polonium erleichtert die Reinigung sowie den Transport von Mikromengen des Metalls von einem Teil der Ausrüstung zu einem anderen durch Erhitzen und Abkühlen. Gleichzeitig erschwert die Volatilität die Arbeit mit größeren Mengen Polonium. Hinsichtlich seiner chemischen Eigenschaften ähnelt Polonium in gewisser Weise Wismut sowie seinem nächsten Analogon, dem Nichtmetall Tellur, und weist die für ein Element der Gruppe VI typischen Oxidationsstufen auf: –2, +2, +4, +6. An der Luft oxidiert Polonium langsam (bei Erhitzung schnell) zu rotem Dioxid PoO 2 . Schwefelwasserstoff aus Poloniumsalzlösungen fällt schwarzes Sulfid PoS aus – das gleiche, das sich im Sediment von Marie Curie befand.

In verdünnter Salzsäure löst sich Polonium langsam auf und bildet rosa Lösungen (die Farbe von Po 2+-Ionen): Po + 2HCl = = PoCl 2 + H 2. Verdünnte Salpetersäure passiviert Polonium, während konzentrierte Salpetersäure es schnell auflöst. Was Polonium mit Nichtmetallen der Gruppe VI gemeinsam hat, ist die Reaktion mit Wasserstoff unter Bildung des flüchtigen Hydrids PoH 2 (es siedet bei +35 °C und zersetzt sich leicht) und die Reaktion mit Metallen (beim Erhitzen) unter Bildung aus festen schwarzen Poloniden, zum Beispiel Na 2 Po. Polonium reagiert mit Halogenen unter Bildung von Tetrahalogeniden. In Lösungen liegt Polonium in Form der Kationen Po 2+, Po 4+, Anionen PoO 3 2–, PoO 4 2– sowie verschiedener komplexer Ionen, beispielsweise PoCl 6 2, vor.

Die starke Radioaktivität von Polonium spiegelt sich in den Eigenschaften seiner Verbindungen wider, die sich fast alle sehr schnell zersetzen. Daher ist es nahezu unmöglich, Poloniumsalze organischer Säuren zu gewinnen: Sie verkohlen bereits im Moment der Synthese. Aus wässrigen Lösungen von Poloniumverbindungen werden langsam Gasblasen freigesetzt und in der Lösung entsteht Wasserstoffperoxid. Und selbst in Glaswaren mit einer trockenen Poloniumverbindung treten aufgrund der ?-Bestrahlung nach einigen Tagen deutliche Risse auf – an den Stellen, an denen die Substanz mit dem Glas in Kontakt kam. Solche Glasgefäße werden sehr zerbrechlich. Wenn die Poloniumverbindung Wasser enthielt, zerfällt es in Sauerstoff und Wasserstoff, was den Druck in einer verschlossenen Ampulle erhöht. Sie steigt auch durch das kontinuierlich produzierte Helium. Dadurch kann eine kleine Ampulle Polonium innerhalb einer Woche explodieren.

Anwendungen von Polonium

Es wird nur 210 Po verwendet; seine langlebigeren Isotope sind praktisch nicht verfügbar. Die praktische Lebensdauer von 210 Po ermöglicht die Verwendung als Energiequelle in Kernbatterien von Raumfahrzeugen. In dieser Hinsicht ist es anderen kompakten Kernkraftwerken überlegen. Eine solche Energiequelle funktionierte beispielsweise auf Lunokhod-2 und heizte die Ausrüstung während einer langen Mondnacht, als es draußen minus 130 °C war. Polonium kann nicht nur Wärme, sondern auch Strom liefern. Dazu werden die heißen Verbindungsstellen von Thermoelementen in einen Behälter mit Polonium gelegt (in der Regel wird kein reines Metall, sondern dessen Legierung mit Blei verwendet), während die kalten Verbindungsstellen außerhalb liegen. Die Leistung von Polonium-Energiequellen nimmt mit der Zeit ab – alle 4,5 Monate um die Hälfte.

Polonium wird verwendet, um die Auswirkungen von ?-Strahlung auf verschiedene Substanzen zu untersuchen. Als geeignete Neutronenquelle wird eine Polonium-Beryllium-Legierung verwendet: 9 Be + ?-> 12 C + N. Solche kompakten Neutronenquellen werden verwendet, um die Zusammensetzung verschiedener Materialien mithilfe der Methode der Neutronenaktivierungsanalyse zu bestimmen (Neutronen induzieren in einem Stoff Radioaktivität, anhand derer die Zusammensetzung des Stoffes beurteilt werden kann).

Polonium-210 hat in der Forensik unerwartete Verwendung gefunden, um fachmännisch gefertigte Fälschungen von Gemälden antiker Meister aufzuspüren. Diese Datierung basiert auf der Messung der Radioaktivität von Bleiweiß. Für Künstler ist Bleiweiß seit vielen Jahrhunderten eines der wichtigsten Pigmente (heutzutage werden aufgrund der Giftigkeit der Bleiverbindungen Zink- und Titanweiß verwendet). Tünche wurde aus Bleierzen gewonnen, die stets radioaktives Uran enthalten. Eines der Zwischenzerfallsprodukte ist 210 Pb.

Die Idee der Methode ist einfach. Während Blei Teil des Erzes ist, kommt es sowohl zur Zersetzung von 210 Pb als auch zu seiner kontinuierlichen Bildung. Daher bleibt sein Erzgehalt über viele Jahrtausende praktisch konstant. Doch bei der Erzverarbeitung wird Blei von anderen Elementen getrennt. Von diesem Moment an wird die Bildung von 210 Pb nicht mehr durch frühere radioaktive Elemente unterstützt, daher nimmt sein Gehalt und damit seine Radioaktivität im Laufe der Jahre ab. Dies ermöglicht es uns, den Zeitpunkt der Produktion von Weiß bzw. den Zeitpunkt der Trennung von Blei vom Erz zu datieren. In diesem Sinne ähnelt die Bleianalyse der bekannten Methode der Radiokarbondatierung antiker Objekte mithilfe von Kohlenstoff-14. Die Sache wird jedoch dadurch erschwert, dass unbekannt ist, wie viel 210 Pb zum Zeitpunkt der Verarbeitung in einem bestimmten Erz enthalten war. Daher führt eine einfache Bestimmung der Restmenge von 210 Pb in Weiß zu wenig, und es wird eine andere Technik verwendet. Sein Wesen ist wie folgt. Bei der chemischen Verarbeitung von Erzen zur Gewinnung von Blei werden viele der anderen Elemente entfernt. Bedeutend – aber nicht alle; Beispielsweise ist es sehr schwierig, Radium vollständig von Blei abzutrennen (Marie Curie ist ebenfalls darauf gestoßen), und es verbleiben immer nur sehr geringe Mengen davon im Blei. In jedem Fall kommt es nach der Gewinnung des Bleis aus dem Erz zu einer Störung des radioaktiven Gleichgewichts: In der Probe verbleibt nur noch sehr wenig Radium, sodass die Zerfallsrate von 210 Pb die Zerfallsrate von Radium deutlich übersteigt. Doch nach vielen Jahrzehnten stellt sich das Radium-Blei-Gleichgewicht allmählich wieder her, so dass die Zerfallsgeschwindigkeit nach 150–200 Jahren wieder gleich ist (wenn auch deutlich geringer als beim ursprünglichen Erz). Anhand dieser Tatsache lässt sich ermitteln, wie lange es her ist, dass das Blei abgebaut wurde. Dies gelingt nur mit Hilfe sehr empfindlicher Strahlungsdetektoren, die nicht nur die Intensität, sondern auch die Energie der Teilchen erfassen und so die Unterscheidung eines Radionuklids vom anderen ermöglichen. Aus rein technischen Gründen wird jedoch nicht die Aktivität von 210 Pb, sondern die Aktivität von 210 Po gemessen, die diesem entspricht. Daher wird in der Praxis das Verhältnis der Aktivitäten von 226 Ra und 210 Po gemessen.

Diese Methode wurde 1967 vom amerikanischen Forscher Bernard Keish und seinen Kollegen angewendet. Messungen haben bestätigt, dass in künstlerischem Bleiweiß hergestellt wird verschiedene Länder Im 20. Jahrhundert war die Aktivität von 210 Po (und damit 210 Pb) viel größer als die von Radium. Als es im 19. Jahrhundert gelang, Proben von Tünche aus England, Frankreich und den USA zu erhalten, stellte sich heraus, dass die Aktivität von Polonium darin auch die Aktivität von Radium überstieg, wenn auch nicht so sehr. Bei Proben aus dem 18. Jahrhundert schließlich waren die Aktivitäten beider Radionuklide annähernd gleich. Auf diese Weise konnte nachgewiesen werden, dass es sich bei einigen Gemälden der „Alten Meister“, die bislang als echt galten, tatsächlich um Fälschungen handelte.

Im Schulbuch zur organischen Chemie gibt es ein Thema „Gesättigte (gesättigte) Kohlenwasserstoffe“, die auch Alkane genannt werden. Im Lehrbuch heißt es, dass es ausgehend von Butan C4H10 für jedes Alkan verzweigtkettige Strukturisomere gibt. Sie haben die gleiche Zusammensetzung, aber eine unterschiedliche Struktur. Beispiele hierfür sind Butan und Isobutan (zwei Isomere C 4 H 10), Pentan, 2-Methylbutan und 2,2-Dimethylpropan (drei Isomere C 5 H 12) usw. Nachdem man die Strukturformeln aller Isomere geschrieben hat, ist es leicht, sie zu finden Finden Sie heraus, dass Hexan C 6 H 14 fünf Isomere hat und Heptan C 7 H 16 neun. Dann wird es schwieriger: Mit zunehmender Zahl der Kohlenstoffatome wächst die Zahl der Isomere sehr schnell und erreicht astronomische Werte. Beispielsweise hat Octan C 8 H 18 18 Isomere, Nonan C 9 H 20 – 35, Decan C 10 H 22 – 75, Eicosan C 20 H 42 – 366.319, Triacontan C 30 H 62 – 4.111.846 763, für Tetracontan C 40 H 82 - 62 481 801 147 341... Diese Zahlen werden deutlich ansteigen, wenn wir auch spiegelsymmetrische Moleküle - Stereoisomere - berücksichtigen: von 9 auf 11 für Heptan, von 75 auf 136 für Decan, von 366 319 auf 3 396 844 für Eicosan, von 5,921 10 39 bis 1,373 10 46 für Hektan C 100 usw.

Es ist klar, dass niemand diese Formeln auf Papier geschrieben und ihre Anzahl nicht manuell gezählt hat. Wie haben Sie herausgefunden, dass Eicosan 366.319 Strukturisomere hat, Triacontan 4.111.846.763 usw.? Interessant ist auch, ob Alkene – Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung – mehr oder weniger Isomere haben?

Schauen wir uns zunächst die Namen der Alkane an. Die Wurzeln dieser Namen stammen aus der griechischen Sprache. Viele von ihnen zu verstehen ist selbst für diejenigen, die nicht an einem klassischen Gymnasium Griechisch gelernt haben, nicht sehr schwierig. Tatsächlich gibt es in der russischen Sprache viele Wörter, die aus griechischen Ziffern stammen: Pentagon, Pentagramm (mittelalterliches magisches Zeichen); Hexameter (poetisches Versmaß – Sechs-Fuß-Daktylus), Hektar (100 Ar oder 100 Acres); Heptachord (eine Tonleiter mit 7 Schritten, ebenso wie die siebensaitige Cithara der alten Griechen); Oktaeder (Polyeder mit 8 Spitzen), Oktant (ein altes astronomisches Instrument zur Winkelmessung zwischen Himmelskörpern), Oktapoden (eine Ordnung der Kopffüßer mit 8 Tentakeln); Dekade (Zeitraum von zehn Tagen), Dekan (in Antikes Rom– Chef von 10 Soldaten, jetzt Leiter einer Abteilung an einer Universität), Dekapoden (wörtlich „zehnbeinig“) – Weichtiere mit 10 Tentakeln, zu denen Tintenfische, Tintenfische usw. gehören; vom lateinischen decem – zehn kommen viele Maßeinheiten von: Dezimeter, Dezibel, Deziliter usw.); Hektograph (eine Druckmaschine, die bis zu 100 Kopien pro Blatt erlaubte), Hekatombe (Opferung von 100 Bullen), Hecatoncheires (mythische 100-armige Riesen) sowie Pentode, Hexode und Heptode (Radioröhren mit 5, 6 und 7 Elektroden). ) ... Viele solcher Begriffe in der Musik: Pentatonik (ein Klangsystem mit 5 Noten pro Oktave, wie es in China und einer Reihe anderer Länder üblich ist), Dodekaphonie (eine Methode der Musikkomposition, die auf 12 Tönen basiert); Oktave, Nona, Decima und Undecima (musikalische Intervalle mit 8, 9, 10 und 11 Tönen), Oktett und Nonett (Ensembles mit 8 und 9 Musikern) usw.

Nur wenige Menschen glauben, dass die Namen der letzten vier Monate des Jahres ähnliche Wurzeln haben: September (auf Altrussisch „September“), Oktober, November, Dezember (gemäß ihren lateinischen und griechischen Wurzeln – der siebte, achte, neunte und zehnten Monat). Aber der Dezember ist nicht der 10., sondern der 12. Monat des Jahres! Tatsache ist, dass im antiken Rom das neue Jahr am 1. März begann, sodass die Monate September bis Dezember von sieben bis zehn nummeriert waren. Auch in Rus begann das sogenannte Kirchenjahr einmal am 1. März – gemäß den Anweisungen der Bibel: Bei den alten Juden wurde Moses und dem Hohepriester Aaron der erste Monat des Jahres (Nissan) befohlen: „Lass diesen Monat für dich der Anfang der Monate sein; Er sei der Erste unter euch zwischen den Monaten des Jahres“ (2. Mose 12,2). Das bürgerliche Jahr in Russland entsprach bis zum 15. Jahrhundert dem Kirchenjahr. Im Jahr 1492 verschob Iwan III. jedoch per Dekret das neue Jahr auf den 1. September, der mit der Ernte zusammenfiel. Peter I. feierte 1699 das neue Jahr zum letzten Mal nach altem Brauch am 1. September und befahl nach 3,5 Monaten, am 20. Dezember desselben Jahres, den Jahresbeginn auf den 1. Januar 1700 zu verschieben (7208). „von der Erschaffung der Welt“).

Aber kehren wir zu unseren Alkanen zurück. Schwieriger ist es bei den Namen der ersten Mitglieder der Reihe: Sie verwenden keine Ziffern, sondern andere griechische Wörter, teilweise recht geschickt verschlüsselt. So leitet sich der Name Methan von Methylalkohol ab, der früher Holzalkohol genannt wurde: Er wurde durch Trockendestillation von Holz gewonnen. Das Wort „Methyl“ kommt vom griechischen methy – „Wein“ und hile – „Wald“ (sozusagen „Holzwein“). Der Name Ethan, so seltsam er auf den ersten Blick erscheinen mag, ist etymologisch mit dem Wort „Äther“ verwandt. Beide kommen vom griechischen aither – so nannten die alten Griechen eine bestimmte himmlische Substanz, die den Kosmos durchdringt. Als Alchemisten im 13. Jahrhundert aus Weinalkohol und Schwefelsäure eine leicht verdunstende Flüssigkeit („in den Himmel fliegen“) gewannen, nannte man sie zunächst Äthergeist und dann einfach Äther. Im 19. Jahrhundert wurde entdeckt, dass Ether (auf Englisch Ether) eine Gruppe aus zwei Kohlenstoffatomen enthält – genau wie Ethylalkohol (Ethanol); es wurde Ethyl genannt. Somit ist „Diethylether“ im Wesentlichen eine Tautologie, Butteröl... Von „Ethyl“ kommt der Name von Ethan sowie von Ethylalkohol – Ethanol. Übrigens hat ein anderer Name für Ethanol – Alkohol – denselben Ursprung wie das Wort „Alkan“. Auf Arabisch bedeutet „al-kohl“ „Pulver“, „Pulver“, „Staub“. Beim kleinsten Atemzug steigen sie in die Luft auf – genau wie Weindämpfe beim Erhitzen. Im Laufe der Zeit wurde aus dem Begriff „Weindämpfe“ („Alkohol des Weins“) einfach „Alkohol“.

Eine der einfachsten Fettsäuren wurde Propionsäure genannt – aus den griechischen Wörtern protos – „zuerst“ und pion – „Fett“. Von hier aus ist es nicht mehr weit bis zum Kohlenwasserstoff Propan. Die Namen einer anderen Fettsäure, Butansäure, und ihres entsprechenden Kohlenwasserstoffs Butan stammen vom griechischen butyron – „Öl“.

Kommen wir abschließend zur Zahl der Isomere von Alkanen. Dieses Problem wurde im 19. Jahrhundert von Mathematikern gelöst. Es stellte sich heraus, dass die Formel, mit der Sie sofort die Anzahl der Isomere für Kohlenwasserstoff C bestimmen können N H 2 N+2, existiert nicht. Die Berechnung ist nur mit Formeln möglich, mit denen Sie die Anzahl der Kohlenwasserstoffisomere ermitteln können N Kohlenstoffatome, wenn die Anzahl der Isomere aller seiner Homologen - Kohlenwasserstoffe mit der Anzahl der Kohlenstoffatome von 1 bis N– 1. Daher Berechnungen für Alkane mit großen Werten N wurden vor relativ kurzer Zeit mithilfe von Computern gewonnen. Sie wurden auf Tetractan C 400 H 802 gebracht, wofür sich unter Berücksichtigung von Stereoisomeren ein kaum vorstellbarer Wert ergab: 4,776 10 199! Es wird berechnet, dass ausgehend von C 167 H 336 die Zahl der Isomere bereits die Zahl der Elementarteilchen im sichtbaren Teil des Universums übersteigt, die auf 10 80 geschätzt wird; Für C 200 H 402 beträgt sie also etwa 9,430 · 10 83.

Für Chemiker sind solche Berechnungen wenig interessant, und hier erfahren Sie, warum. Selbst für ein relativ einfaches Alkan mit nur eineinhalb Dutzend Kohlenstoffatomen wurde die überwältigende Anzahl an Isomeren nicht erhalten und wird wahrscheinlich nie synthetisiert. So wurden im Fall von Decan C 10 H 22 die letzten seiner 75 Isomere erst vor relativ kurzer Zeit synthetisiert. Und dies geschah nur, um einen vollständigeren Satz an Standardverbindungen zu haben, anhand derer verschiedene Kohlenwasserstoffe, beispielsweise solche, die in Öl vorkommen, identifiziert werden können. Im Öl wurden übrigens alle 18 möglichen Oktan-Isomere gefunden.

Aber das Interessanteste ist, dass ausgehend von Heptadecan C 17 H 36 zunächst nur einige Isomere, dann viele davon und dann fast alle ein eindrucksvolles Beispiel für „Papierchemie“ sind, d. h. sie können in der Realität nicht existieren! Tatsache ist, dass mit zunehmender Anzahl von Kohlenstoffatomen in den Molekülen verzweigter Isomere schwerwiegende Probleme der räumlichen Packung auftreten, wenn Wasserstoffatome durch Methylgruppen CH 3 in einer Reihe symmetrischer kugelförmiger Moleküle CH 4 -> C(CH 3) ersetzt werden. 4 -> C 4 -> C(C 3 ) 4 usw. sowie strukturell ähnliche Isomere. Der Grund dafür ist, dass Mathematiker Kohlenstoff- und Wasserstoffatome als Punkte betrachteten, obwohl sie tatsächlich einen endlichen Radius haben. So hat eine Methan-„Kugel“ auf ihrer „Oberfläche“ 4 Wasserstoffatome, die frei darauf platziert sind. Die nächste Pentan-„Kugel“ C(CH 3) 4 hat bereits 12 Wasserstoffatome auf ihrer „Oberfläche“, die viel näher beieinander liegen. Beim Füllen jeder nächsten Schicht erhöht sich somit die Anzahl der CH 3 -Methylgruppen auf der „Oberfläche“ der Kohlenwasserstoffmoleküle um das Dreifache. Daher hat die nächste Heptadecan-„Kugel“, C 17 H 36, nach der Pentan-Kugel nur wenig Platz auf der „Oberfläche“, um alle 36 Wasserstoffatome in 12 Methylgruppen unterzubringen (dies lässt sich leicht überprüfen, indem man versucht, ein flaches Bild zu zeichnen). solcher Isomere, wobei die C-Bindungslängen (C und C–H und alle Winkel zwischen ihnen) konstant bleiben. Mit Wachstum N Auch für Kohlenstoffatome ergeben sich Probleme: Auch für sie gibt es immer weniger Platz. Obwohl die Zahl der möglichen Isomere mit zunehmendem n sehr schnell zunimmt, wächst die Zahl der „Papier“-Isomere daher viel schneller. Das ergab eine computergestützte Auswertung N das Verhältnis der Zahl der möglichen Isomere zur Zahl der „Papier“-Isomere geht schnell gegen Null. Aus diesem Grund ist die Berechnung der genauen Anzahl der Isomere gesättigter Kohlenwasserstoffe groß N, die einst großes Interesse erregte, hat heute für Chemiker keine praktische Bedeutung mehr.

Das Gleiche gilt für die Anzahl der Isomere ungesättigter Verbindungen mit einer Doppelbindung – Alkene C N H 2 N. Für sie können Isomere nicht nur durch Veränderung des Kohlenstoffgerüsts des Moleküls, sondern auch durch Verschiebung der Doppelbindung sowie unterschiedliche Anordnungen von Substituenten relativ zur Doppelbindung (sog cis-trans-Isomere); daher die Zahl der Isomere von Alkenen N mit zunehmender Anzahl an Kohlenstoffatomen N wächst noch schneller als das der Alkane:

Es ist klar, dass solche Berechnungen, wie im Fall gesättigter Kohlenwasserstoffe, nur von theoretischem Interesse sind. Darüber hinaus mit großen N Fast alle dieser Isomere werden sich als „Papier“ herausstellen.

Betrachten wir abschließend ein weiteres kombinatorisches Problem, das praktische Bedeutung hat. Wie viele verschiedene Verbindungen erhält man, wenn man im einfachsten Alkan, Methan, Wasserstoffatome durch Halogenatome ersetzt? Dabei entstehen Verbindungen, die Halomethan genannt werden. Wenn Sie mit dem Zählen beginnen, indem Sie alle Optionen durchgehen, kann es leicht passieren, dass Sie den Überblick verlieren. Wie kann man ein solches Problem lösen? Und wurden alle möglichen Methane synthetisiert?

Wir werden nur vier Halogene betrachten – Fluor, Chlor, Brom und Jod (Astatin berücksichtigen wir nicht: Dieses Element kommt in der Natur nicht vor und von seinen künstlich gewonnenen Isotopen hat das langlebigste, 211 At, eine halbe Lebensdauer von nur 7,2 Stunden).

Je nachdem, ob ein, zwei, drei oder alle vier Wasserstoffatome substituiert sind, unterscheidet man mono-, di-, tri- und tetrasubstituierte Methane. Sie können gasförmig (z. B. CH 3 Cl), flüssig (CCl 4) oder fest (CBr 4) sein. Viele dieser Derivate sind bekannt. Beispielsweise ist Dichlormethan (Methylenchlorid, Methylenchlorid) ein Lösungsmittel, das zur Herstellung von Celluloseacetatprodukten verwendet wird; Diiodmethan ist eine Flüssigkeit mit einer hohen Dichte (3,33 g/cm3) und wird bei der Untersuchung von Gesteinen verwendet, um Mineralien nach ihrer Dichte zu trennen. Trichlormethan (Chloroform) wurde früher häufig zur Anästhesie verwendet (und jetzt nur noch zur äußerlichen Anwendung beim Einreiben); Triiodmethan (Iodoform) – ein starkes Antiseptikum, allerdings mit einem unangenehmen, aufdringlichen Geruch, das früher in der Chirurgie bei der Wundversorgung verwendet wurde; Tetrachlorkohlenstoff (Tetrachlorkohlenstoff) ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel für Fette, Harze, Gummi und viele andere organische Verbindungen, wird aber aufgrund seiner Toxizität heute fast nie für diese Zwecke verwendet; Viele fluorierte Derivate (Frone, auch Kältemittel genannt) sind niedrigsiedende Flüssigkeiten oder leicht verflüssigbare Gase, die häufig als Kältemittel in Kühlmaschinen verwendet werden.

Es stellt sich heraus, dass es theoretisch viel mehr verschiedene halogensubstituierte Methane gibt, als auf den ersten Blick erscheinen mag, auch wenn man Stereoisomere – spiegelsymmetrische Formen – nicht berücksichtigt (allerdings haben nur fünf Verbindungen Stereoisomere, da sie nur in möglich sind im Fall von vier verschiedenen Substituenten am Kohlenstoffatom; dies lässt sich leicht überprüfen, indem man Modelle substituierter Methanmoleküle aus Streichhölzern und farbigem Plastilin anfertigt. Versuchen wir, die Anzahl der verschiedenen substituierten Methane zu zählen. Es kann 5 Tetrahalo-Methane CX 4 mit vier identischen Substituenten (einschließlich Methan selbst) geben. Es kann 20 Verbindungen vom Typ CX 3 Y geben (wobei X, Y ein beliebiges Halogenatom oder Wasserstoff ist); es gibt 10 Anschlüsse vom Typ CX 2 Y 2; Verbindungen CX 2 YZ – 30 und weitere 5 Verbindungen vom Typ CXYZW, wenn alle Substituenten unterschiedlich sind. Insgesamt erhalten wir 70 Verbindungen. Der gleiche Wert kann mit kombinatorischen Methoden ermittelt werden; es ist gleich der Anzahl der Kombinationen von N= 5 Substituenten (H, F, Cl, Br, I), genommen nach k= 4 mit Wiederholungen, nämlich ( N + k – 1)!/k!(N – 1)! = 8!/4!4! = 70.

Berücksichtigt man auch die Isotopenvielfalt der Elemente – zumindest die, die in der Natur vorkommen –, erhöht sich die Zahl der verschiedenen Halomethane enorm. Dies sind stabiles 12 C, 13 C, 1 H, 2 H (D, Deuterium), 19 F, 35 Cl, 37 Cl, 79 Br, 81 Br, 127 I und radioaktives 3 H (T, Tritium, Halbwertszeit 12,3). Jahre) und 14 C (Halbwertszeit 5730 Jahre). Einsetzen in die gegebene Formel N = 9, k= 4 und multiplizieren wir den resultierenden Wert mit 3 (drei Kohlenstoffisotope), erhalten wir 3 · 12!/4!8! = 1350. Und zu ihnen müssen wir 126 · 3 = 378 optische Isomere hinzufügen (126 ist die Anzahl der Kombinationen von 9 Elementen, jeweils 4 ohne Wiederholung, die durch die Formel gegeben ist N!/k!(N – k)!). Wenn wir radioaktive Verbindungen nicht berücksichtigen, wird es weniger verschiedene Halogenomethane geben: mit N= 7 und k= 4 erhalten wir 2 · 11!/4!7! = = 660 und 2 weitere · 7!/4!3! = 70 Stereoisomere.

Wie viele davon wurden bereits synthetisiert? Das Nachschlagewerk „Eigenschaften organischer Verbindungen“ (Leningrad: Khimiya, 1984), das grundlegende Informationen zu mehreren tausend Substanzen enthält, liefert Daten zu nur 47 Verbindungen. Dies ist Methan selbst sowie CH 3 Br, CHBrI 2, CHBrF 2, CHBrCl 2, CH 2 BrI, CBrF 3, CBrCl 3, CH 2 BrF, CHBrClF, CH 2 BrCl, CH 2 Br 2, CBr 2 F 2 , CBr 2 Cl 2 , CHBr 2 I, CHBr 2 F, CHBr 2 Cl, CH 2 I 2, CHFI 2, CHClI 2, CH 2 F 2, CCl 2 F 2, CHClF 2, CH 2 Cl 2, CH 3 I , CHF 2 I, CHCl 2 I, CCl 3 I, CH 2 FI, CH 2 ClI, CBr 4, CI 4, CF 4, CCl 4, CHBr 3, CBr 3 F, CBr 3 Cl, CHI 3, CHF3, CClF 3, CHCl 3, CDCl 3, CH 3 F, CHCl 2 F, CCl 3 F, CH 2 ClF, CH 3 Cl.

Beachten Sie, dass in diesem Nachschlagewerk gemäß den Regeln der Nomenklatur alle Stoffe in alphabetischer Reihenfolge ihrer Namen auf Russisch aufgeführt sind, während die Formeln selbst in alphabetischer Reihenfolge ihrer lateinischen Buchstaben (außer Wasserstoff) angeordnet sind; Deuterochloroform CDCl 3 ist in der Referenz enthalten, da es ein häufiges Lösungsmittel in der Protonen-Magnetresonanzspektroskopie ist. Übrigens kann im englischsprachigen Nachschlagewerk die Reihenfolge der Namen nach den gleichen Regeln etwas anders sein. Im Russischen beispielsweise steht der Buchstabe „f“ im Alphabet vor „x“, sodass die Substanz CH 2 ClF Fluorchlormethan genannt wird. Im lateinischen Alphabet steht der Buchstabe „c“ vor dem Buchstaben „f“, daher wird der gleiche Stoff, Fluorchlormethan, im Englischen Chlorfluormethan genannt.

Von der Hauptliste der 70 Halogenderivate (einschließlich Methan selbst) enthält das Nachschlagewerk also nur Daten zu 46. Interessant ist, dass Bromfluorchlormethan CHBrClF, 1893 vom belgischen Chemiker Frederic Swarts synthetisiert, auch in das Buch „World Records in Chemistry“ als kleinstes chirales Molekül, in dem das Kohlenstoffatom vier verschiedene Substituenten aufweist. Zwar war die von Swarts erhaltene Verbindung optisch inaktiv, da es sich um eine racemische Mischung aus „rechtshändigen“ und „linkshändigen“ Molekülen handelte. Dieses Gemisch wurde erst 1996 gaschromatographisch getrennt.

Im Beilstein-Nachschlagewerk (4. Ergänzung zum 1. Band, der die Literatur zur Chemie von 1950–1959 zusammenfasst) finden Sie Informationen zu 12 weiteren Derivaten: CHBrClI, CHBrFI, CHClFI, CBrClF 2, CBrCl 2 F, CBrI 3, CBr 2 ClF, CBr 3 I, CClF 2 I, CCl 2 FI, CCl 2 I 2 und CF 3 I.

Schließlich liefert Gmelins Nachschlagewerk (Band 14, Abschnitt D, Teil 2, erschienen 1974) Informationen über CF 2 I 2 und CBrF 2 I. Die erste Verbindung wurde 1963 durch Photolyse einer Mischung von Jod mit Difluordiazirin, einem Dreier, erhalten -gliedriger Ring mit zwei Stickstoffatomen. Bei der Bestrahlung wird ein Stickstoffmolekül abgespalten und es entsteht Carben CF 2, das mit Jod reagiert. Über den zweiten Stoff wird lediglich gesagt, dass er wahrscheinlich bei der Gammaradiolyse einer Mischung aus CF 3 Br und Jod entstanden sein könnte, und es wird ein entsprechender Link zu einem Artikel aus dem Jahr 1972 angegeben. Wie wir sehen, ist es nicht so einfach viele Halogenderivate von Methan zu synthetisieren!

Zur weiteren Suche wurden die Formelindizes der in den USA veröffentlichten Abstract-Zeitschrift Chemical Abstracts durchgesehen. Und obwohl diese Indizes mehrere Hinweise auf alle „fehlenden“ Isomere enthalten, zeigte die Kenntnis der Zusammenfassungen selbst, dass es sich leider nur um theoretische Berechnungen der physikalischen, thermodynamischen und spektralen Eigenschaften der entsprechenden Moleküle handelt. Tatsache ist, dass die spektralen Eigenschaften von Halomethanen (die Schwingungs- und Rotationsfrequenzen in ihren Molekülen) für Theoretiker sehr interessant sind. Interessant und mögliche Anwendungenähnliche Verbindungen wie Kältemittel, was auch die Autoren der Berechnungen anmerken. Viele dieser Berechnungen wurden übrigens von einheimischen Chemikern durchgeführt. In ausländischen Rechenwerken fällt der klangvolle Name eines der Autoren auf: S. K. Ng (Department of Chemistry, National University of Singapore).

Unter anderen Suchvorfällen ist die Verbindung CBrCl 2 I zu nennen, die im Index für das zweite Halbjahr 1999 erwähnt wird. Der Link verweist auf eine Arbeit von sieben Forschern aus Laverne (Kalifornien, USA), Spezialisten für ... Wasser Behandlungstechnik. In ihrem Artikel behaupten sie, dass der manchmal „medizinische“ Geruch von Leitungswasser durch „Bromdichloriodmethan“ verursacht wird. Das ist eine sehr seltsame Aussage: Erstens ist Bromdichloriodmethan das einzige, und zweitens hat es noch niemand synthetisiert ... Noch eine seltsame Sache: Die Google-Suchmaschine hat unerwartet mehr als 3.000 Links für CFI 3 zurückgegeben. Es stellte sich heraus, dass es sich bei den meisten davon überhaupt nicht um Triiodfluormethan handelte, sondern um ... die Abkürzung Chipped Finish Inspector, also ein automatisches System zur Aussortierung beschädigter Behälter, aus denen der Inhalt auslaufen oder verunreinigt werden könnte. Es stellte sich heraus, dass es sich bei einigen anderen Formeln ebenfalls um ähnliche Abkürzungen handelte, die nichts mit halogenierten Methanen zu tun hatten ...

Einige der „fehlenden“ Substanzen wurden jedoch mithilfe von Chemical Abstracts entdeckt. Das bereits erwähnte CBrF 2 I wurde 1977 an der University of Iowa (USA) synthetisiert. Dort wurden 1982 zwei weitere Bromiodfluormetrics erhalten: CBrFI 2 und CBr 2 FI. Und das ist alles für den Moment. Von den 70 Halogen-Methanen ist CBrClFI noch nicht beschrieben – das einzige, das alle vier Halogene gleichzeitig enthält, sowie CBrClI 2, CBrCl 2 I, CBr 2 ClI, CBr 2 I 2, CClFI 2, CClI 3 und CFI 3. Bemerkenswert ist, dass sie alle Jodatome enthalten, und das ist kein Zufall. Die C-I-Bindung ist ziemlich schwach, 2,5-mal schwächer als die C-F-Bindung; Dies könnte einer der Gründe für die Schwierigkeit bei der Synthese solcher Verbindungen sein, da sich organische Iodide leicht zersetzen. Es stellte sich jedoch heraus, dass zusätzlich zu 70 „klassischen“ Halomethanen Dutzende Isotopenderivate erhalten wurden, die sowohl stabile als auch radioaktive Nuklide enthielten. Von letzteren können wir so exotische Verbindungen wie CDT 3, CD 2 T 2, CD 3 T, 11 CH 3 I (und die Halbwertszeit von Kohlenstoff-11 beträgt nur etwas mehr als 20 Minuten) und viele andere erwähnen. Diese Synthesen zeigen deutlich die Fähigkeiten moderner Chemiker.

Chemie und Numismatik

Numismatik ist eine historische Wissenschaft, die Münzen untersucht; im Lateinischen bedeutet Numisma „Münze“. Das Wort Moneta diente bei den Römern als Beiname für die Göttin Juno (wie die Griechen den Beinamen Pallas für die Göttin Athene verwendeten). Neben dem Juno-Tempel in Rom befand sich eine Münzstätte, auf deren Produkten im Laufe der Zeit einer der Namen der Göttin abgebildet war. Sowohl „Geldbörse“ als auch das englische Wort „money“ stammen davon. Seit dem Erscheinen von Münzen (und dies geschah vor 27 Jahrhunderten) ist ihre Herstellung untrennbar mit der Kunst der Reinigung und Verarbeitung von Metallen und Legierungen, also mit der Chemie, verbunden. Natürlich gab es einmal keine Chemie und keine Chemiker. Aber durch Versuch und Irrtum fanden Handwerker Wege, Münzmetalle zu reinigen, ihre Qualität zu überprüfen und ihnen Eigenschaften zu verleihen, die einer hochwertigen Münzprägung förderlich sind. Im Laufe der Zeit wurde die Münzprägung als Angelegenheit von außerordentlicher nationaler Bedeutung auf eine streng wissenschaftliche Grundlage gestellt. Es genügt zu sagen, dass der große Physiker Isaac Newton viele Jahre lang der Hausmeister und dann Direktor der English Mint war. Auf einigen modernen Münzen (sowie auf Briefmarken) sind auch Porträts von Chemikern zu sehen. Chemisches Wissen hilft auch bei der Restaurierung seltener Münzen, die in Schätzen gefunden werden und für Historiker von Interesse sind. Und einige der chemischen Eigenschaften von Münzen helfen Chemielehrern. Numismatik und Chemie haben also viel gemeinsam.

Münzmetalle

Lehrer: Ich lege eine Goldmünze in Salpetersäure – löst sie sich auf?

Student: Natürlich nicht, Herr Lehrer! Denn wenn es sich aufgelöst hätte, hätte man es nie dort hingelegt!

Alter Witz

Der heutige Chemielehrer hat selten die Gelegenheit, die Beständigkeit einer Goldmünze gegenüber Salpetersäure zu demonstrieren: Das letzte Mal, dass solche Münzen („Nikolaev-Zehner“) in unserem Land für den Massenumlauf ausgegeben wurden, war im Jahr 1911. Zwar wurden 1923 goldene Chervonets geprägt (Sie stellen einen bäuerlichen Sämann dar), wurden aber hauptsächlich für Siedlungen mit dem Ausland verwendet. In den Jahren 1975–1981 wurden in unserem Land auch Kopien solcher Münzen (die sogenannten Remakes) geprägt. Dabei handelt es sich um sogenannte Anlagemünzen – ihr Preis entspricht in etwa dem Wert des enthaltenen Goldes (7,74 g) und sie dienen der Geldanlage. Edelmetalle werden heute vor allem für Gedenk- und Erinnerungsmünzen verwendet; Sie werden für Sammler ausgegeben und sind nicht für den Umlauf bestimmt. Sehr schön sind zum Beispiel die polierten Münzen aus Silber, Gold und Platin, die in unserem Land erstmals in den Jahren 1977–1980 ausgegeben wurden. und den Olympischen Spielen in Moskau gewidmet. Auch Münzen aus 999er Feinpalladium sehen toll aus; Sie wurden hier erstmals 1988 zum 1000. Jahrestag der Taufe der Rus geprägt.

Aus welchen Metallen werden Münzen hergestellt? Seit der Antike wurden Gold, Silber und Kupfer für die Münzprägung verwendet, die über viele Jahrhunderte hinweg zu den wichtigsten Münzmetallen wurden. Gold bildet manchmal ziemlich große Nuggets und hat ein attraktives Aussehen. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Gold das erste Metall war, mit dem der Mensch Bekanntschaft machte. Silber kommt auch in Form von Nuggets vor; Darüber hinaus lässt sich dieses Edelmetall leicht aus seinen Erzen schmelzen. In der Natur kommt eine Legierung aus Gold und Silber vor, die die Griechen Elektron und die Römer Elektrum nannten. Diese Legierung enthält bis zu 30 % Silber und hat eine weiße oder hellgelbe Farbe. Man geht davon aus, dass die ersten Münzen der Geschichte im lydischen Königreich (7. Jahrhundert v. Chr.) aus dieser Legierung geprägt wurden. Dann erschienen Münzen aus Gold und Silber. Relativ billiges Kupfer wurde zum dritten wichtigen Münzmetall.

Gold und Silber sind chemisch inert, korrodieren nicht und sind sehr lange haltbar. Doch in reiner Form sind diese Metalle zu weich, sie verschleißen schnell und sind daher für keine Produkte, auch nicht für Münzen, geeignet. Aber auch geringe Zusätze anderer Metalle (sog. Legierungen) verleihen Produkten aus Gold und Silber eine ausreichende Härte. Am häufigsten wird Gold mit Silber und Kupfer und Silber mit Kupfer legiert. Diese Legierung ist viel härter als reines Metall.

Im Jahr 1926 führte die UdSSR einen metrischen Standard ein. Sie wird in Gramm Edelmetall pro 1 kg Legierung ausgedrückt; Beispielsweise entspricht der alte Standard 56 dem modernen Standard (56/96)1000 = 583. Moderne Goldprodukte haben übrigens normalerweise nicht den Standard 583, sondern 585. Dies bedeutet jedoch nicht, dass mehr Gold darin enthalten ist . Der Unterschied zwischen den Proben 583 und 585 ist zu unbedeutend und liegt innerhalb des zulässigen Fehlers im Gehalt des Edelmetalls (Remedium).

Vorrevolutionäre Goldmünzen im Wert von 7,5, 10 und 15 Rubel mit dem Profil von Nikolaus II. hatten für uns einen ungewöhnlichen Münzwert von 86 2/5. Die Umrechnung auf den modernen Standard ergibt (86,4/96)1000 = 900. Das heißt, diese Münzen (wie sowjetische Tscherwonets) enthalten genau 90 % reines Gold. Der gleiche Standard wird für sowjetische Fünfzig-Dollar- und Rubel-Münzen verwendet, die in den 1920er Jahren geprägt wurden. Ein höherer Standard ist selten und nur für Goldmünzen, die weniger dem Abrieb unterliegen, da sie nicht beliebt sind. Beispielsweise betrug der Lohn eines Moskauer Fabrikarbeiters Mitte des 18. Jahrhunderts je nach Qualifikation 10–20 Rubel pro Jahr. Es ist klar, dass er keine Verwendung für Goldmünzen hatte. Als Beispiel für hochwertige Goldmünzen kann man 10-Rubel-Münzen nennen, die unter Elisabeth Petrowna und Katharina II. (alter Standard 88, modern 917) und unter Alexander I. (alter Standard 94 2/3, modern 986) geprägt wurden.

In einigen Ländern wird noch immer der sogenannte Karat-Test verwendet, der um 1300 in England erfunden wurde. Reines Gold entspricht 24 Karat (24 K).

Um den Goldgehalt in einer Legierung herauszufinden, verwenden Juweliere einen Prüfstein – einen schwarzen Stein mit einer polierten, matten Oberfläche. Das Produkt wird über den Stein geführt und der verbleibende Strich wird mit speziellen Lösungen behandelt. Konzentrierte Salpetersäure löst beispielsweise eine Spur einer Goldlegierung vollständig auf, wenn deren Reinheit weniger als 333 beträgt. Wenn der Streifen braun wird, liegt die Reinheit des Goldes zwischen 333 und 500, und wenn es keine Änderungen gab, liegt sie bei mehr als 500. Die braune Spur ist fein zerkleinertes Gold, das nach dem Auflösen anderer Metalle (Kupfer, Silber) in der Legierung zurückbleibt. Mit Mischungen aus Salpeter- und Salzsäure können Sie schnell den ungefähren Goldgehalt von Legierungen mit einem Feingehalt von 160 bis 1000 bestimmen.

Um die Probe genauer zu bestimmen, vergleichen Sie die Farbe der vom Testprodukt hinterlassenen Striche mit einer speziellen Testnadel. Es gibt viele solcher Nadeln, und sie unterscheiden sich nicht nur im Gehalt an Gold, sondern auch an Kupfer und Silber. Tatsache ist, dass Goldprodukte auch bei einem konstanten Standard (z. B. 585) stark in der Farbe variieren können. Dies hängt von der Art und dem Gehalt des Legierungsmetalls ab. So verleiht Silber der Legierung je nach Gehalt einen weißen, gelben oder sogar grünlichen Farbton. Kupfer macht Gold rötlich, und wenn das Produkt 14,6 % Kupfer enthält, ist es leuchtend rot. Die Legierung mit 9 % Silber und 32,5 % Kupfer hat eine orange Farbe. Andere Ligaturen werden seltener verwendet. Cadmium verleiht Gold beispielsweise einen grünlichen Farbton, Zink verleiht ihm einen weißen Farbton und Nickel verleiht ihm einen blassgelben Farbton. Der Platingehalt von nur 8,4 % macht die Goldlegierung völlig weiß. Weißgold kann auch durch Legierung von Gold mit Silber und Palladium oder mit Kupfer, Nickel und Zink hergestellt werden. Und eine Legierung aus Gold mit Kupfer, Silber und Zink kann sich farblich praktisch nicht von reinem Gold unterscheiden.

Was ist Rotgold? Chemisch reines Gold hat eine gelbe Farbe. Die rote (also rote) Farbe erhält Gold beispielsweise durch Kupfer bei einem bestimmten Gehalt in der Legierung. So heißt es im XX. Band der 1905 erschienenen Enzyklopädie, herausgegeben von Yu N. Yuzhakov: „Rotgold ist eine Legierung aus Gold und Kupfer im Verhältnis 9:1, die zur Münzprägung verwendet wird.“ Das Wörterbuch von V. I. Dahl spricht über dasselbe: „Rotgold – mit einer Kupferlegierung; Weißgold – mit Silberlegierung.“

Andere Metalle als Gold, Silber und Kupfer wurden selten für Münzen verwendet. Es gab jedoch eine Zeit in der Geschichte Russlands (von 1828 bis 1845), in der Platinmünzen im Wert von 3, 6 und 12 Rubel für den Umlauf ausgegeben wurden, und zwar in großen Auflagen – insgesamt wurden also fast 1,5 Millionen Münzen geprägt ein einzigartiges Phänomen in der Weltpraxis. Dies erklärt sich durch die Gewinnung großer Mengen Platin in den Ural-Minen, das damals nicht industriell genutzt wurde und daher relativ kostengünstig war (es sind Fälle von Fälschung von Goldmünzen mit schwerem Platin bekannt). Die Besitzer der Minen, die Demidovs, profitierten stark vom Verkauf ihres Platins an die Regierung. Im Jahr 1845 wurde auf Drängen des neuen Finanzministers die Prägung von Platinmünzen eingestellt und alle Münzen wurden dringend aus dem Verkehr gezogen. Für diese Panikmaßnahme werden verschiedene Gründe genannt. Einer Version zufolge hatten sie Angst vor Fälschungen dieser Münzen im Ausland (wo Platin angeblich billiger war) und vor ihrem heimlichen Import nach Russland. Unter den aus dem Verkehr gezogenen Münzen wurde jedoch keine einzige gefälschte Münze gefunden. Einer anderen, plausibleren Version zufolge stiegen die Nachfrage nach Platin und sein Preis in Europa so stark an, dass das Metall in Münzen teurer wurde als ihr Nennwert. Aber dann hätten wir uns vor etwas anderem fürchten müssen: dem heimlichen Export von Münzen aus Russland, ihrem Einschmelzen und Verkauf von Goldbarren ... Es ist interessant, dass Michael Faraday bei seinem beliebten Vortrag über Platin, den er am 22. Februar in London hielt, 1861, zeigte russische Platinmünzen. Nachdem er ihre Zusammensetzung analysiert hatte, stellte er fest, dass die Münzen 97 % Platin enthielten. Faraday würdigte die russischen Handwerker, denen es gelang, Münzen aus unzureichend gereinigtem und daher eher fragilem Platin zu prägen.

Eine der seltensten russischen Platinmünzen; Der Preis einer solchen Münze kann bei Auktionen 100.000 Dollar übersteigen

Ungewöhnliches Metall kann aus verschiedenen Gründen in Münzen landen. Beispielsweise bestanden im 18. Jahrhundert einige kleine russische Münzen aus Bronze – einer Legierung aus Kupfer und Zinn. Diese Münzen wurden aus alten, abgenutzten Bronzekanonen geprägt. Eine ähnliche Geschichte ereignete sich in den Vereinigten Staaten während des Zweiten Weltkriegs, als Ein-Cent-Münzen aus Artilleriepatronenhülsen geprägt wurden. Nur waren sie nicht aus Bronze, sondern aus Messing.

In der Antike gab es nur wenige Versuche, andere Metalle als die drei Hauptmetalle Gold, Silber und Kupfer für die Herstellung von Münzen zu verwenden. So wurden sowohl im antiken Byzanz als auch im mittelalterlichen China und Japan Eisenmünzen verwendet. In den letzten Jahren der Römischen Republik sowie in China im 9.–10. Jahrhundert. Es gab Münzen aus Blei und auf den Inseln Sizilien, Java, Borneo und Sumatra – aus Zinn. Im antiken Baktrien wurden Münzen aus einer fast modernen Kupfer-Nickel-Legierung mit 20 % Nickel hergestellt. Diese Zusammensetzung wurde natürlich nicht durch gezielte Forschung ermittelt, sondern entsprach lediglich natürlichen Erzvorkommen.

Als viertes Münzmetall tauchte Nickel erst im 19. Jahrhundert in den USA und Westeuropa auf. Dieses Metall wurde 1751 entdeckt und der 200. Jahrestag dieses Ereignisses wurde in Kanada mit der Ausgabe einer Fünf-Cent-Münze aus Nickel gefeiert. Nickelmünzen sind wunderschön, glänzen wie Silber und sind abrieb- und korrosionsbeständig. Im Jahr 1863 wurden in Brüssel Muster von Zwei-Kopeken-Nickelmünzen für Russland geprägt. Der Auftrag zur Massenprägung solcher Münzen wurde in Belgien jedoch nie erteilt. Trotz seiner Vorteile hat dieses Metall auch Nachteile. Nickel ist teuer – um ein Vielfaches teurer als Kupfer, schmilzt erst bei 1466 °C (Kupfer liegt fast 400 °C niedriger). Im Laufe der Zeit wurde eine weitere unangenehme Eigenschaft dieses Metalls entdeckt: Menschen, die mit großen Mengen an Nickelmünzen umgehen, insbesondere Kassierer, entwickelten häufig eine erhöhte Empfindlichkeit – eine Nickelallergie, die sich beispielsweise in Form einer Hauterkrankung äußern kann , Ekzem. Interessanterweise sind Frauen am häufigsten von solchen Allergien betroffen. Daher wird zum Prägen von Münzen üblicherweise eine Kupfer-Nickel-Legierung verwendet. Aber bis heute nennen die Amerikaner ihre glänzenden Nickelstücke „Nickels“, obwohl sie nur 25 % Nickel enthalten, der Rest ist Kupfer.

Aluminiummünzen sind sehr leicht, günstig und sehen gut aus – solange sie neu sind. Weiches Aluminium nutzt sich schnell ab und die Münzen werden ziemlich unansehnlich. Aluminiummünzen wurden in der DDR, Polen, der Tschechoslowakei, Albanien, Ungarn, der Mongolei, Österreich und einer Reihe anderer Länder geprägt (und werden teilweise noch immer geprägt).

In Österreich, der Schweiz, Albanien, Rumänien und Belgien wurden Münzen aus Zink geprägt. Zink ist in trockener Luft stabil, weist jedoch in feuchter Luft eine geringe Korrosionsbeständigkeit auf. In dieser Hinsicht ist Stahl viel besser – eine Eisenlegierung mit einem geringen Kohlenstoffanteil. In vielen Ländern wurden (und werden) Münzen aus Stahl geprägt. Stahlmünzen sind abriebfest und enthalten häufig Chrom- und Nickellegierungszusätze (Edelstahl).

Aluminiummünzen: rechts – unzirkuliert (Kuba, 5 Centavos, 1971), links – korrodiert (Frankreich, 2 Francs, 1943)

So enthielten italienische Münzen zu 50 und 100 Lire 18,25 % Chrom. Die gleiche Menge Chrom wurde kürzlich in ukrainischen Kopeken und Penny-Münzen gefunden. Kanadische Fünf-Cent-Münzen waren einst mit Chrom beschichtet. Es ist bekannt, dass die Verchromung das Produkt nicht nur attraktiv macht, sondern es auch vor Verschleiß schützt (technisches Chrom ist eines der härtesten Metalle). Manchmal wurden Münzen aus reinem Eisen geprägt, beispielsweise in Luxemburg und Finnland (1940–1953). 1999 erschien in Gibraltar die weltweit erste Titanmünze.

Eisenmünze. Finnland, 1 Briefmarke, 1949

1982 kam man in Italien auf die Idee, sogenannte Bimetallmünzen herzustellen. Im selben Jahr begann man im Vatikan und in San Marino mit der Prägung solcher Münzen. Es verging etwas Zeit und viele Länder, darunter auch Russland, übernahmen diese Erfindung. Und in Frankreich gab es 1992 eine Trimetallmünze! Sein Außenring und die zentrale Scheibe waren hell und bestanden aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, und der Innenring war aus Bronze. Für den Mittelteil der bimetallischen 25-Euro-Münze wurde in Österreich das exotische Münzmetall Niob verwendet. Wenn Niob in eine Elektrolytlösung getaucht und zur Anode gemacht wird, bildet sich darauf ein Oxidfilm. Aufgrund der Lichtinterferenz wird diese Folie je nach Dicke in unterschiedlichen Farben lackiert. Dieser Effekt wurde für die österreichische Münze genutzt. Für die Münzprägung werden häufig Kupferlegierungen mit Zink (Messing und Tombak), Zinn oder Aluminium (Bronze) sowie ternäre Legierungen Cu-Ni-Al, Cu-Ni-Zn (Neusilber) usw. verwendet.

Viele haben gesehen, wie neue Münzen aus Ländern der Eurozone mitgebracht wurden. Woraus sind sie gemacht? Kleine Münzen im Wert von 1, 2 und 5 Cent werden aus Stahl geprägt und werden daher von einem Magneten angezogen. Die rote Farbe erhalten sie durch das Kupfer, mit dem die Münzen überzogen sind. Beim Plattieren wird ein Metall mit einer dünnen Schicht eines anderen Metalls überzogen, indem ein zwei- oder dreischichtiges Paket aus diesen Metallen gerollt wird. Ihr Massenanteil an Kupfer beträgt ca. 5,5 %. Es gab mehrere Gründe, sich für die Verkupferung zu entscheiden. Erstens ist die Kleinmünze vom Typ „Kupfer“ den Europäern seit der Antike bekannt, als in Rom viele Kupfermünzen unterschiedlicher Stückelung geprägt wurden. In den USA und England wurden lange Zeit die beliebtesten Münzen, der Penny, aus Kupfer geprägt. Kupfer ist (außer Gold) das einzige Metall, dessen Farbe vom üblichen Grau abweicht. Darüber hinaus ist Kupfer ein sehr praktisches Metall für Münzen. Es ist ziemlich hart, lässt sich leicht zu dünnen Blechen rollen und lässt sich gut prägen, was die Darstellung feinster Details auf Münzen ermöglicht, korrosionsbeständig ist und ein gutes Aussehen hat. Durch das Prägen erhalten Kupfermünzen zusätzliche Härte, so dass sie Experten zufolge etwa dreißig Jahre halten. Da Kupfer nicht rostet, lässt es sich leicht wiederverwenden. Die Wiederverwendung von Kupfer und seinen Legierungen wird seit der Bronzezeit praktiziert. Es wird angenommen, dass 80 % des über viele Jahrhunderte hinweg geschmolzenen Kupfers noch immer verwendet werden. Die neuen Euro-Münzen enthalten also zweifellos Kupfer, das auch in antiken römischen Münzen, in Münzen der Wikinger sowie in Münzen des Deutschen und Französischen Reiches zu finden war!

Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer und einige seiner anderen Eigenschaften sind so beschaffen, dass dieses Metall in Verkaufsautomaten sowie Münzzähl- und -sortiermaschinen seine einzigartige „Signatur“ hinterlässt. Verschiedene Zusatzstoffe in Kupferlegierungen kann sich die elektrische Leitfähigkeit in einem weiten Bereich verändern. Für jede in Münzen verwendete Legierung ist diese elektrische Leitfähigkeit jedoch genau bekannt, sodass die Maschine problemlos darauf eingestellt werden kann.

Schließlich berücksichtigten sie bei der Wahl von Kupfer, dass Münzen, die tausendfach von Hand zu Hand gehen, Träger pathogener Bakterien sein können. Kupfer hat außerdem antibakterielle Eigenschaften; Darüber hinaus verursacht es keine allergischen Reaktionen.

Für 10-, 20- und 50-Cent-Münzen entschied man sich für die Verwendung einer Legierung namens Nordic Gold als Alternative zum Standard-Kupfer-Nickel. Die neue Legierung musste mehrere Anforderungen erfüllen: Erstens sollte sie dem Gold ähneln und mit der Zeit nicht nachdunkeln; zweitens, formbar und für die Münzprägung geeignet zu sein; Drittens soll es während des Gebrauchs abriebfest sein und schließlich keine allergischen Reaktionen hervorrufen. Es wurden verschiedene Legierungen ausprobiert; getestet, wie widerstandsfähig sie sind verschiedene Materialien und Substanzen, einschließlich Schweiß. Schließlich haben wir uns für eine Kombination entschieden, die alle Bedingungen erfüllt. Tatsächlich sehen die Münzen genauso aus wie Gold und verlieren mit der Zeit nicht ihr Aussehen. Und hier spielt Kupfer eine führende Rolle: Es ist zu 89 % in der Legierung enthalten, der Rest besteht aus Aluminium und Zink (jeweils 5 %) unter Zusatz von Zinn (1 %).

Bereits im ersten Jahr wurden eineinhalbtausend Tonnen Zinn benötigt, um 80 Milliarden Euro-Münzen in Umlauf zu bringen. Und für sie wurden etwa 180.000 Tonnen Kupfer aufbereitet – 2 % des Gesamtverbrauchs dieses Metalls in Europa. Es ist nicht verwunderlich, dass eine Reihe von Fabriken die Verarbeitung alter, aus dem Verkehr gezogener Münzen etabliert haben.

Experten achteten darauf, dass die Euro-Münzen nicht nur schön, sondern auch sicher waren – sowohl aus gesundheitlicher Sicht als auch aus Sicht möglicher Fälschungen: Schließlich sollen neue Münzen in einem sehr weiten Umkreis zirkulieren. Vor der Einführung des Euro bestand ein Viertel aller europäischen Münzen aus Nickel, das Allergien auslösen kann. Daher enthalten neue Münzen relativ wenig Nickel.

Die Technologie zur Herstellung von 1- und 2-Euro-Münzen sollte diese vor Fälschungen schützen. Zu diesem Zweck wurden sie mithilfe einer speziellen Metallschmelztechnologie und einer geheimen Methode zur Verbindung zweier Münzkomponenten und zur Prägung bimetallisch hergestellt. Diese Münzen haben einen zentralen Teil aus Nickel: Er wird selbst von einem sehr starken Magneten nur schwach angezogen. Da Nickel jedoch Ekzeme an den Händen verursachen kann, wird es mit einer Legierung mit 75 % Kupfer überzogen; der Rest ist Nickel (für 1-Euro-Münzen) bzw. 20 % Zink und 5 % Nickel (für 2-Euro-Münzen). Der äußere Ring dieser Münzen hat eine „antisymmetrische“ Zusammensetzung zum inneren: 75 % Kupfer, 20 % Zink, 5 % Nickel für 1 Euro, 75 % Kupfer, 25 % Nickel für 2 Euro. Beide Legierungen sind nicht magnetisch.

Abschließend noch ein paar Worte zu modernen russischen Münzen. Wenn das neue sowjetische „Kupfer“ einst die Gewichte für Chemiker vollständig ersetzte (1, 2, 3 und 5 Kopeken wogen genau 1, 2, 3 und 5 g), dann kann man das von modernen Münzen nicht sagen. Sie können jedoch in bestimmten Fällen auch dann nützlich sein, wenn Sie außer einer Apothekenwaage nichts zur Hand haben. So wiegt 1 Kopeke (neu) 1,5 g, 5 Kopeken - 2,6 g, das Gewicht von 10 und 50 Kopeken hängt vom Metall ab, 1 Rubel - 3,25 g, 2 Rubel - 5,1 g, 5 Rubel - 6,45 g.

Woraus sind sie gemacht? Pennys und Pennys werden von einem Magneten angezogen, d. h. sie bestehen aus Eisen (oder besser gesagt aus kohlenstoffarmem Stahl). Aber das ist drinnen. Außen sind diese wie Silber glänzenden Münzen mit einer Kupfer-Nickel-Legierung – Kupfernickel – überzogen (plattiert). Das ist natürlich teuer, schützt sie aber gut vor Korrosion. Münzen zu 10 und 50 Kopeken werden aus einer Kupfer-Zink-Legierung (Messing) hergestellt, seit 2006 auch mit einer Kupferlegierung beschichtete Stahlmünzen. Rubel- und Zwei-Rubel-Münzen bestehen aus einer Kupfer-Nickel-Legierung. Aber die Fünf-Rubel-Münzen bestehen aus Kupfer und sind oben mit Kupfernickel bedeckt (dies ist an der rötlichen Farbe zu erkennen, die an der Seite der Münze – dem Rand – „herausschaut“). Ab 2009 werden diese Münzen auch aus Stahl mit Nickelgalvanisierung hergestellt.

Wie viel ist die Münze wert?

Diese auf den ersten Blick seltsame Frage löste einst keine Verwirrung aus: Eine Münze war so viel wert wie das Metall, aus dem sie bestand. Also, wenn in Gold „königliche“ Zehn mit einem Porträt von Nikolaus II., geprägt in den Jahren 1898–1911. und bei einem Gewicht von 8,6 g waren es 7,74 g reines Gold, dann kostete diese Menge Gold dann 10 Rubel. Dementsprechend „enthielten“ Silbermünzen weniger Geld, Kupfermünzen sogar noch weniger. Daher wurden aus Silber des 900. Standards (seit 1886) nur Rubel, fünfzig Kopeken und halbe fünfzig Kopeken (25 Kopeken) geprägt, aus minderwertigem Silber des 500. Standards Münzen im Nennwert von 5 bis 20 Kopeken (solche Münzen). aus Silber des 900. Standards waren zu klein) und aus Kupfer - Münzen im Wert von 1/4, 1/2, 2, 3 und 5 Kopeken. Und wenn man einen winzigen Silberpfennig und einen riesigen Kupferpfennig vergleicht (beide Münzen wurden seit 1867 geprägt), wird der Preisunterschied zwischen Silber und Kupfer sofort sichtbar. Ebenso musste man für eine kleine Goldmünze 10 Rubel mit einem Gesamtgewicht von 200 g bezahlen! Gold ist teurer als Silber, weil es viel weniger davon in der Erdkruste vorkommt (16-mal) und weil es normalerweise schwieriger abzubauen ist. Interessant ist, dass Gold im antiken Mesopotamien (8. Jahrhundert v. Chr.) 13-mal teurer war als Silber. Ungefähr das gleiche Verhältnis herrschte im alten Ägypten und in Griechenland. Im Mittelalter lag dieses Verhältnis zwischen 1:10 und 1:13 und im 17. Jahrhundert stieg es auf 1:16 (nach dem Import großer Mengen Silber aus der Neuen Welt wurde es relativ billiger). Dieses Verhältnis wurde natürlich stark von verschiedenen Faktoren beeinflusst, vor allem von der Gewinnung dieser Metalle.

Damit Kupfer ein vollwertiges Münzmetall werden konnte, musste sein Münzwert einst auch dem Nennwert der Münze entsprechen. So entstanden riesige Kupferplatten (sie werden auch Bretter genannt); Beispielsweise wog in Schweden unter Königin Christina (1632–1654) die Tafel, die einer 10-Taler-Silbermünze entsprach, 19,5 kg! Russische Bretter waren kleiner; also Kupferrubel 1725–1726. wog 1,64 kg (1/10 Pud), die Hälfte - 0,82 kg, die Hälfte - 0,41 kg usw. Es handelte sich um Sonderausgaben, die in sehr geringer Auflage geprägt wurden. Allerdings wurden diese zwischen 1758 und 1810 hergestellt. in großen Auflagen wogen die Nickelstücke auch viel – über 50 g! Das große Gewicht des Kupfergeldes führte zu erheblichen Unannehmlichkeiten. Hier ist ein markantes Beispiel. Ende 1747 schrieb M. W. Lomonossow seine berühmteste Ode, die dem sechsten Jahrestag der Thronbesteigung Elisabeth Petrownas gewidmet war. Ihre Zeilen werden oft mit der Aussage zitiert, dass „das russische Land seine eigenen Platos und schlagfertigen Newtons hervorbringen kann.“ Der Kaiserin gefiel das ungezügelte Lob Elisabeths (das jedoch dem Genre der Ode entsprach) so sehr, dass sie der Autorin 2000 Rubel auszahlen ließ – für die damalige Zeit eine riesige Summe. Allerdings gab es zu diesem Zeitpunkt kein Silber in der Staatskasse, und Banknoten erschienen erst unter Katharina II.; Ich musste das königliche Geschenk in Kupfer machen: Zwei Karren mit Kupfergeld wurden an Lomonossow geliefert. Es ist nicht schwer, ihr Gewicht zu berechnen. Nach einem persönlichen Erlass von 1730 wurden aus 1 Pfund Kupfer Münzen (Geld- und Halbmünzen) im Wert von 10 Rubel geprägt. Das bedeutet, dass 2000 „Kupferrubel“ 200 Pud oder 3,2 Tonnen wogen! Hätte Lomonossow 150 Jahre später gelebt, hätte seine Auszeichnung „nur“ 640 kg gewogen, da seit 1867 aus einem Pfund Kupfer Kupfermünzen im Wert von 50 Rubel geprägt wurden.

Hier ist eine weitere interessante Tatsache über Kupfermünzen und die Erfolge der Chemiker des 18. Jahrhunderts. Um keine großen Geldbeträge über die russischen Weiten zu transportieren, befahl Katharina II. 1763, Kupfermünzen für Sibirien aus lokalem Kupfer zu prägen, das in der Mine Kolyvano-Voskresensky abgebaut wurde. Dort befand sich auch eine Kupferhütte. Chemische Analysen zeigten, dass Kupfer aus dieser Mine eine natürliche Beimischung von Silber (0,81 %) und Gold (0,036 %) enthielt. Ihre Gewinnung aus Kupfer war damals unrentabel, und die Regierung beschloss, die Kosten für Gold und Silber in den Wert des sibirischen Kupfergeldes einzubeziehen.

Halb halb 1726

Infolgedessen wurden aus einem Pud Kolyvan-Kupfer „sibirische“ Münzen im Wert von 25 Rubel geprägt, während damals gesamtrussische Kupfermünzen zu einem Preis von 16 Rubel pro Pud geprägt wurden. Daher wiegt ein gewöhnlicher russischer Nickel damals 51,19 g und ein sibirischer „nur“ 32,76 g – der Unterschied ist erheblich!

Da die meisten Herrscher immer Probleme mit Geld hatten, gaben sie oft Münzen aus, deren Nennwert höher war als der wahre Wert des darin enthaltenen Metalls. Beispiele für den Missbrauch dieser Methode zur Anpassung der öffentlichen Finanzen finden sich bereits im antiken Griechenland. Der einfachste Weg, eine Münze zu beschädigen (das ist übrigens ein völlig offizieller Begriff), besteht darin, sie zu zerschneiden. Dies wurde vor allem in der Antike praktiziert, als Münzen eine unregelmäßige Form hatten und ihr Gewicht erheblich variieren konnte. In Athen wurde eine andere Methode perfektioniert: Eisen-, Kupfer- oder Bleibecher wurden mit dünnem Blattsilber oder Blattgold überzogen. Am häufigsten wurde jedoch die einfachste Methode angewendet: Dem Edelmetall wurde ein weniger wertvolles Metall beigemischt. In Rom erreichten die Münzschäden im 3. Jahrhundert extreme Ausmaße. N. h., als „Gold“-Münzen 82,7 % Kupfer, 16 % Silber und nur 1,3 % Gold enthielten. Im Mittelalter kam es in vielen europäischen Ländern zu schweren Missbräuchen bei der Münzprägung. Das Ergebnis ist bekannt – ein völliger Zusammenbruch des Währungssystems. In Russland führte der Versuch, den Wert von Kupfergeld gewaltsam mit Silbergeld gleichzusetzen, zum Moskauer Kupferaufstand von 1662.

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Hilfreiche Ratschläge

Kinder versuchen immer, es herauszufinden jeden Tag etwas Neues, und sie haben immer viele Fragen.

Sie können einige Phänomene erklären, oder sie können es deutlich zeigen wie dieses oder jenes Ding, dieses oder jenes Phänomen funktioniert.

In diesen Experimenten lernen Kinder nicht nur etwas Neues, sondern lernen auch anders gestaltenKunsthandwerk, mit dem sie dann spielen können.

1. Experimente für Kinder: Zitronenvulkan

Du wirst brauchen:

2 Zitronen (für 1 Vulkan)

Backpulver

Lebensmittelfarbe oder Aquarellfarben

Geschirrspülmittel

Holzstäbchen oder Löffel (falls gewünscht)

1. Schneiden Sie den Boden der Zitrone ab, damit Sie sie auf eine ebene Fläche legen können.

2. Schneiden Sie auf der Rückseite ein Stück Zitrone aus, wie im Bild gezeigt.

* Sie können eine halbe Zitrone abschneiden und einen offenen Vulkan daraus machen.

3. Nehmen Sie die zweite Zitrone, schneiden Sie sie in zwei Hälften und pressen Sie den Saft in eine Tasse. Dies wird der reservierte Zitronensaft sein.

4. Legen Sie die erste Zitrone (mit dem ausgeschnittenen Teil) auf das Tablett und „drücken“ Sie die Zitrone im Inneren mit einem Löffel „aus, um etwas Saft herauszupressen“. Es ist wichtig, dass sich der Saft in der Zitrone befindet.

5. Geben Sie Lebensmittelfarbe oder Wasserfarbe in die Zitrone, aber rühren Sie nicht um.

6. Gießen Sie Spülmittel in die Zitrone.

7. Geben Sie einen Löffel zur Zitrone Backpulver. Die Reaktion wird beginnen. Sie können alles in der Zitrone mit einem Stäbchen oder Löffel umrühren – der Vulkan beginnt zu schäumen.

8. Damit die Reaktion länger anhält, können Sie nach und nach mehr Soda, Farbstoffe, Seife und Zitronensaft hinzufügen.

2. Heimexperimente für Kinder: Zitteraale aus Kauwürmern

Du wirst brauchen:

2 Gläser

Kleine Kapazität

4-6 Gummiwürmer

3 Esslöffel Backpulver

1/2 Löffel Essig

1 Tasse Wasser

Schere, Küchen- oder Büromesser.

1. Schneiden Sie jeden Wurm mit einer Schere oder einem Messer der Länge nach (genau der Länge nach – es wird nicht einfach, aber haben Sie Geduld) in 4 (oder mehr) Stücke.

* Je kleiner das Stück, desto besser.

*Wenn die Schere nicht richtig schneidet, versuchen Sie, sie mit Wasser und Seife zu waschen.

2. Mischen Sie Wasser und Backpulver in einem Glas.

3. Würmerstücke zur Lösung aus Wasser und Soda geben und umrühren.

4. Lassen Sie die Würmer 10–15 Minuten in der Lösung.

5. Übertragen Sie die Wurmstücke mit einer Gabel auf einen kleinen Teller.

6. Gießen Sie einen halben Löffel Essig in ein leeres Glas und beginnen Sie, einen Würmer nach dem anderen hineinzusetzen.

* Der Versuch kann wiederholt werden, wenn Sie die Würmer waschen normales Wasser. Nach ein paar Versuchen beginnen sich Ihre Würmer aufzulösen und Sie müssen dann eine neue Charge schneiden.

3. Experimente und Experimente: Ein Regenbogen auf Papier oder wie Licht auf einer ebenen Fläche reflektiert wird

Du wirst brauchen:

Schüssel mit Wasser

Klarer Nagellack

Kleine Stücke schwarzes Papier.

1. Geben Sie 1–2 Tropfen klaren Nagellack in eine Schüssel mit Wasser. Beobachten Sie, wie sich der Lack im Wasser verteilt.

2. Tauchen Sie schnell (nach 10 Sekunden) ein Stück schwarzes Papier in die Schüssel. Nehmen Sie es heraus und lassen Sie es auf einem Papiertuch trocknen.

3. Sobald das Papier getrocknet ist (das geht schnell), drehen Sie das Papier um und schauen Sie sich den Regenbogen an, der darauf erscheint.

* Um einen Regenbogen auf Papier besser zu sehen, betrachten Sie ihn unter den Sonnenstrahlen.

4. Experimente zu Hause: Regenwolke im Glas

Wenn sich kleine Wassertropfen in einer Wolke ansammeln, werden sie immer schwerer. Irgendwann erreichen sie ein solches Gewicht, dass sie nicht mehr in der Luft bleiben können und zu Boden fallen – so entsteht Regen.

Mit einfachen Materialien lässt sich dieses Phänomen Kindern veranschaulichen.

Du wirst brauchen:

Rasierschaum

Lebensmittelfarbe.

1. Füllen Sie das Glas mit Wasser.

2. Tragen Sie Rasierschaum darüber auf – es entsteht eine Wolke.

3. Lassen Sie Ihr Kind beginnen, Lebensmittelfarbe auf die „Wolke“ zu tropfen, bis es anfängt zu „regnen“ – Farbtropfen beginnen auf den Boden des Glases zu fallen.

Erklären Sie Ihrem Kind während des Experiments dieses Phänomen.

Du wirst brauchen:

Warmes Wasser

Sonnenblumenöl

4 Lebensmittelfarben

1. Füllen Sie das Glas zu 3/4 warmes Wasser.

2. Nehmen Sie eine Schüssel und rühren Sie 3-4 Esslöffel Öl und ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe hinein. In diesem Beispiel wurde jeweils 1 Tropfen von 4 Farbstoffen verwendet – Rot, Gelb, Blau und Grün.

3. Mit einer Gabel Farbstoff und Öl verrühren.

4. Gießen Sie die Mischung vorsichtig in ein Glas mit warmem Wasser.

5. Beobachten Sie, was passiert – die Lebensmittelfarbe beginnt langsam durch das Öl ins Wasser zu fallen, woraufhin jeder Tropfen beginnt, sich zu verteilen und sich mit den anderen Tropfen zu vermischen.

* Lebensmittelfarbe löst sich in Wasser, aber nicht in Öl, weil... Die Dichte von Öl ist geringer als die von Wasser (deshalb „schwimmt“ es auf dem Wasser). Der Farbstofftröpfchen ist schwerer als das Öl und beginnt zu sinken, bis er das Wasser erreicht, wo er sich aufzulösen beginnt und wie ein kleines Feuerwerk aussieht.

6. Interessante Experimente: inein Kreis, in dem die Farben verschmelzen

Du wirst brauchen:

- Ausdruck des Rades (oder Sie schneiden Ihr eigenes Rad aus und zeichnen alle Farben des Regenbogens darauf)

Gummiband oder dicker Faden

Klebestift

Schere

Spieß oder Schraubendreher (um Löcher in das Papierrad zu bohren).

1. Wählen Sie die beiden Vorlagen aus, die Sie verwenden möchten, und drucken Sie sie aus.

2. Nehmen Sie ein Stück Pappe und kleben Sie mit einem Klebestift eine Schablone auf die Pappe.

3. Schneiden Sie den geklebten Kreis aus Pappe aus.

4. Kleben Sie die zweite Schablone auf die Rückseite des Pappkreises.

5. Bohren Sie mit einem Spieß oder Schraubenzieher zwei Löcher in den Kreis.

6. Fädeln Sie den Faden durch die Löcher und verknoten Sie die Enden.

Jetzt können Sie Ihren Kreisel drehen und beobachten, wie die Farben auf den Kreisen verschmelzen.

7. Experimente für Kinder zu Hause: Qualle im Glas

Du wirst brauchen:

Kleine transparente Plastiktüte

Transparente Plastikflasche

Lebensmittelfarbe

Schere.

1. Legen Sie die Plastiktüte auf eine ebene Fläche und glätten Sie sie.

2. Schneiden Sie den Boden und die Henkel der Tasche ab.

3. Schneiden Sie den Beutel rechts und links der Länge nach auf, sodass Sie zwei Folien aus Polyethylen haben. Sie benötigen ein Blatt.

4. Finden Sie die Mitte der Plastikfolie und falten Sie sie wie eine Kugel, um einen Quallenkopf zu formen. Binden Sie einen Faden im Bereich des „Halses“ der Qualle, aber nicht zu fest – Sie müssen ein kleines Loch lassen, durch das Sie Wasser in den Kopf der Qualle gießen können.

5. Da ist ein Kopf, jetzt kommen wir zu den Tentakeln. Schneiden Sie das Blatt von unten bis zum Kopf ein. Sie benötigen etwa 8-10 Tentakel.

6. Schneiden Sie jeden Tentakel in 3-4 kleinere Stücke.

7. Gießen Sie etwas Wasser in den Kopf der Qualle und lassen Sie dabei Platz für Luft, damit die Qualle in der Flasche „schweben“ kann.

8. Füllen Sie eine Flasche mit Wasser und legen Sie Ihre Quallen hinein.

9. Fügen Sie ein paar Tropfen blaue oder grüne Lebensmittelfarbe hinzu.

* Schließen Sie den Deckel fest, um zu verhindern, dass Wasser ausläuft.

* Lassen Sie die Kinder die Flasche umdrehen und beobachten, wie die Quallen darin schwimmen.

8. Chemische Experimente: Zauberkristalle im Glas

Du wirst brauchen:

Glasglas oder Schüssel

Plastikschüssel

1 Tasse Bittersalz (Magnesiumsulfat) – wird in Badesalzen verwendet

1 Tasse heißes Wasser

Lebensmittelfarbe.

1. Bittersalz in eine Schüssel geben und heißes Wasser hinzufügen. Sie können ein paar Tropfen Lebensmittelfarbe in die Schüssel geben.

2. Rühren Sie den Inhalt der Schüssel 1-2 Minuten lang um. Der Großteil der Salzkörner sollte sich auflösen.

3. Gießen Sie die Lösung in ein Glas oder Glas und stellen Sie es für 10-15 Minuten in den Gefrierschrank. Keine Sorge, die Lösung ist nicht so heiß, dass das Glas bricht.

4. Geben Sie die Lösung nach dem Einfrieren in das Hauptfach des Kühlschranks, vorzugsweise auf die oberste Ablage, und lassen Sie sie über Nacht stehen.

Das Wachstum von Kristallen wird sich erst nach einigen Stunden bemerkbar machen, es ist jedoch besser, über Nacht zu warten.

So sehen die Kristalle am nächsten Tag aus. Denken Sie daran, dass Kristalle sehr zerbrechlich sind. Wenn Sie sie berühren, werden sie höchstwahrscheinlich sofort zerbrechen oder zerbröckeln.

9. Experimente für Kinder (Video): Seifenwürfel

10. Chemische Experimente für Kinder (Video): Wie man mit eigenen Händen eine Lavalampe herstellt

Draußen ist es matschig und kalt, man kann nicht mehr gut spazieren gehen, aber man muss die Kinder irgendwie unterhalten. Vielleicht ein paar „wissenschaftliche Experimente“ machen? Und erklären Sie dem Kind gleichzeitig, dass alle Stoffe auf der Welt unterschiedliche Dichten haben: Beispielsweise ist die Dichte von Öl geringer als die Dichte von Wasser. Was folgt daraus? Sie werden sich nie vermischen, und das kann man sich zunutze machen.

Feuerwerk im Glas

Alles, was Sie für dieses Experiment benötigen, haben Sie bereits in Ihrer Küche: ein Glas, Wasser, Pflanzenöl und Lebensmittelfarbe. Und alles sieht beeindruckend aus und erfordert nicht viel Zeit und Mühe.

1. Füllen Sie das Glas zu etwa zwei Dritteln mit warmem Wasser.
2. Gießen Sie 3-4 Esslöffel Pflanzenöl in eine kleine Schüssel und tropfen Sie Lebensmittelfarben in verschiedenen Farben hinein (wenn Sie Pulverfarben haben, stellen Sie eine wässrige Lösung her).

1. Mischen Sie das Öl und den Farbstoff mit einer Gabel, um kleinere, mehrfarbige Tropfen zu erzeugen – Wasser und Öl vermischen sich nicht, Sie müssen also keine Angst haben.

1. Gießen Sie das Öl und die Farbe vorsichtig in das Wasser und beobachten Sie, was passiert.

Die Lebensmittelfarbe löst sich langsam im Wasser auf, bildet Farbstreifen und vermischt sich dann, um neue Farben zu erzeugen.

Das Wesentliche dabei ist, dass das Öl immer auf der Oberfläche schwimmt, die Farbe jedoch sinkt, sie ist schwerer als das Öl. Es sieht alles aus wie kleine farbige Explosionen – daher der Name: Feuerwerk im Glas.

Lava Lampe

Für dieses Experiment werden verwendet: eine große Flasche, zum Beispiel aus dem Wasser, oder ein Behälter für Schüttgüter, Pflanzenöl, Wasser, Lebensmittelfarbe und Brausetabletten: Alka-Seltzer, lösliches Aspirin, im Allgemeinen solche, die bei Kontakt Kohlendioxid abgeben mit Wasser. Das Ergebnis wird so etwas wie eine Petroleumlampe sein, die vor zwanzig Jahren beliebt war, nur ohne Petroleum und Heizung, aber mit der gleichen meditativen Wirkung.

1. Sie benötigen viel Öl: Füllen Sie die Flasche etwas mehr als zur Hälfte.
2. Füllen Sie den Rest mit Wasser auf und warten Sie, bis das gesamte Wasser am Boden ist. Geben Sie nun zehn Tropfen Lebensmittelfarbe hinzu.

1. Brechen Sie die Brausetablette in vier Stücke und geben Sie ein Stück nach dem anderen in die Flasche mit Öl und gefärbtem Wasser. Übertreiben Sie es nicht: Wenn zu viel Kohlendioxid auf einmal freigesetzt wird, werden die Blasen kleiner und der Effekt weniger interessant.

1. Beobachten Sie, bis Sie das Interesse verlieren.

Diskussion

Cooles Erlebnis :) Wir haben es bereits ausprobiert. Haben Sie versucht, unsichtbares Wasser herzustellen? Sie zünden eine Kerze an, gießen Essig in einen Krug und fügen Soda hinzu. Dann bringt man den Krug zum Feuer und gießt ihn sozusagen. Kohlendioxid löscht die Flamme. Es ist wie unsichtbares Wasser!! Mein Kind war sehr beeindruckt ;) Noch mehr Experimente mit improvisierten Mitteln gibt es übrigens im Buch von Professor Nicolas oder auf YouTube :) wir sind schon süchtig ;)

Danke für die Idee, das werden wir heute auch machen.

Es wird wunderschön!

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Erfahrungen aus dem Leben und aus gesammelten Quellen. Für Kinder in der Schule – auf der gleichen Grundlage. Und ich glaube nicht, dass solche Gespräche mit den Eltern dem Kind weniger bringen würden. Aber es ist Schule! Und Wahlfächer sind korrekter. Manche Kinder setzen den Unterricht aus, das braucht niemand.

Diskussion

Wenn es einen Ort gibt, an den man gehen kann, wenn die Kraft und der Wunsch vorhanden sind, dorthin zu gehen (ohne Nachhilfelehrer und gigantische Anstrengungen), wenn sich die Zeit von der Schule nach Hause nicht wesentlich verlängert und das Kind diese Distanz alleine überwinden kann, dann Warum nicht versuchen?

Die Umstellung auf den 5. Platz ist nur dann sinnvoll, wenn:
1. Das Kind hat Probleme mit Klassenkameraden
2. Lehrer für Russisch und Mathematik passen nicht zu Ihnen
3. Mehr als zwei unzureichende Lehrer
4. Starke Schule, nicht mehr als 40 Minuten in eine Richtung

Ich habe mein Handy auf alle Kinder in der RD fallen lassen, anscheinend lehrt die Erfahrung nichts) nichts, alle sind gesund und munter) 10.02.2013 10:21:26 Meines ist nur noch so klein, nur 5,5 Wochen 02/ 09/2013 13:44:22 , So ein Witz. Lesekurse für Kinder. wund weinen. Online-Chemieunterricht.

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Das Kind hat sich wegen deiner Nervosität benommen, es ist nichts Schlimmes passiert, nun ja, es ist unangenehm, ja, aber wie oft wirst du in Zukunft den Kopf verlieren)
Und wie viele unerfahrene Mütter und Väter, die durch die Türen gehen, schlagen ihre Kinder gegen die Pfosten) Sie sind vielleicht entsetzt, aber es passiert) besonders am Anfang)
Gehen Sie weder Ihnen noch Ihrem Kind auf die Nerven, das Kind hat es schon vor langer Zeit vergessen...
Ich habe mein Handy auf alle Kinder im RD fallen lassen, anscheinend lehrt die Erfahrung nichts) nichts, alle sind gesund und munter)

eine Woche oder so... Wir waren heute nach dem Flug beim Neurologen. Zum Zuschauen befohlen. Bisher ist alles in Ordnung....

Die Academy of Interests ist ein Projekt mit einer wirklich persönlichen Geschichte. Im Jahr 2005 gründete eine junge Mutter, Zhanna Ryzhova, für ihren kleinen Sohn und die Kinder von Freunden das Kinderanimationsstudio „Elephant“, weil es in Moskau nichts Vergleichbares gab. Die Erfahrung erwies sich als erfolgreich, die Kinder liebten den Unterricht bei Slon und ihre Eltern schlugen vor, der Animation weitere Bildungs- und Bildungsprogramme hinzuzufügen. So entstand die Idee, einen Kinderclub mit einem abwechslungsreichen Thema zu organisieren. „Elephant“ hat sich zur Akademie der Interessen entwickelt ...

Bester Freund. Fenster zu einer magischen Welt. Eine Zeitmaschine, die Sie direkt von Ort zu Ort in Zeit und Raum transportieren kann. Das alles dreht sich um das Buch. Seit meiner Kindheit liebe ich das Lesen – dank meiner Mutter, die mir Märchen so spannend erzählte, dass ich es kaum erwarten konnte, herauszufinden, was am Ende passieren würde. So hatte ich bereits mit drei Jahren den Anreiz, lesen zu lernen. Mit vier Jahren hatte ich bereits die gesamte empfohlene Literatur für Vorschulkinder wie „Der Zauberer von Oz“, „Keine Ahnung“, „Hottabych“ und „Winnie the Pooh“ noch einmal gelesen, und in der Grundschule ...

ABC für Kinder vom Berg Sound Studio

Durch meine Erfahrung:). Obwohl hier (im Land allgemein) das Jahr nicht dasselbe ist, ja, als meine Tochter in der 5. Klasse war, hatte sie noch weniger Unterricht als in manchen Schulen. Für Kinder im Biochemieunterricht ist zusätzliches Chemie- und Biologietraining eine willkommene Abwechslung vom lästigen Mathematikunterricht und...

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Okay, besser spät als nie :).

Bei 192 war es das ganze erste Viertel über wie ein Wahnsinn. Bis der Zeitplan _endgültig_ festgelegt ist, wird es so aussehen, als müssten Sie dort leben. Das Studium ist grundsätzlich SEHR umfangreich und wird es auch in Zukunft bleiben, allerdings wird es keinen solchen Arbeitsaufwand mehr geben. Durch meine Erfahrung:). Obwohl hier (im Land im Allgemeinen) das Jahr nicht wie ein Jahr ist, ja :).

Sollte im zweiten Quartal alles beim Alten sein, würde ich (im Beisein anderer unzufriedener Eltern) trotzdem Maßnahmen ergreifen. Kollektive Stellungnahmen funktionieren auch an dieser Schule.

Einmal bei einem Termin sagte ein pädiatrischer Neurologe (ein sehr guter Spezialist), dass der Lehrplan jetzt absolut nicht auf das Nervensystem von Kindern ausgelegt sei. Mit Beginn des Schuljahres versiegt die Schlange der Betroffenen zum Neurologen nicht: Tics, Kopfschmerzen, Enuresis usw. Und das Interessanteste ist, dass alle Universitätslehrer behaupten, dass die Schüler die Schule viel schlechter vorbereitet verlassen als vor 20 oder mehr Jahren. Ich erinnere mich, dass ich persönlich bis zur 10. Klasse bei einer 5-Tage-Woche nicht mehr als 6 Unterrichtsstunden am Tag hatte. Das bedeutet, dass sich die Qualität der Bildung unter anderem verschlechtert, weil Kinder mit Informationen überhäuft werden, die sie nicht brauchen.

Die überwiegende Mehrheit der Eltern versteht das wirklich nicht und begrüßt zusätzliche Fächer, Vereine, Sektionen usw. Es ist einfach eine Epidemie unter den Eltern. Hier muss etwas getan werden. Wir müssen Eltern darüber informieren, dass sie ihren Kindern weh tun.

Lassen Sie mich Ihnen ein Beispiel geben. Als ich bei einem Treffen in der Mittelgruppe eines Kindergartens die Frage aufwarf, was unseren 3-4-Jährigen nicht geschenkt werden sollte Hausaufgaben zu Hause (Striche, Figuren usw. zeichnen), dann haben mich die meisten meiner Eltern fast dem Erdboden gleichgemacht. Manche schrien mich sogar an, dass ich nichts verstehe, dass ich mich jetzt von der Wiege an auf die Schule vorbereiten müsse, sonst gäbe es keinen anderen Weg. Nach diesem Treffen wurde mir klar, dass Kaschtschenko um uns alle weinte ...
Leute, wacht auf, macht eure Kinder nicht verrückt. Sonst werden in 5-10 Jahren die psychiatrischen Kliniken bis auf den letzten Platz gefüllt sein...

Ich habe hier einen weißen Kittel für eine Chemiestunde gekauft. Das teuerste Gewand kostete 380 Rubel. Mein Sohn ist klein und dünn. Wir haben es für die 6. Klasse gekauft. Ein Bademantel soll nicht „Kinder und Eltern anlocken“, sondern ein grundsätzliches Anliegen für die Sicherheit der Kleidung sein.

Das Kind hat weniger Stress und besser als es weiß, schreibt es trotzdem nicht. Chimitschka. „Wer nicht zu meinen Unterrichtsstunden will, der geht nicht, es wird keine Sanktionen geben. Ich brauche keine leeren Augen im Unterricht“, begrüßte sie die Siebtklässler in der ersten Chemiestunde.

Diskussion

Schuldirektor, unterrichtete Mathematik in der High School, so charismatisch, dass es keine gleichgültigen Menschen gab :-))
Der Literaturlehrer ist ein einzigartiger Mensch, er liebte sein Fach und seine Schüler so sehr, dass Worte es nicht ausdrücken können.
Die Universität hatte legendäre Lehrer; die Namensliste im Studentenbuch stimmte zu 90 % mit der Liste der Autoren pädagogischer Literatur überein.
Man erinnerte sich an diejenigen, die Intelligenz, einen scharfen Verstand, Lebenserfahrung und Weisheit vereinten. Es gab auch diejenigen, zu denen sie mehr als zehn Mal zur Wiederholung gingen und die nicht beleidigt waren :-)

Ich erinnere mich an alle Lehrer aus der Theorieabteilung. Physik. Sie haben alles gut gelehrt, aber jeder hatte eine Besonderheit :-) Natürlich hat der Quantendozent alle Rekorde gebrochen. Es gab mehrere Möglichkeiten, die Prüfung zu bestehen. Das erste ist traditionell: Kommen Sie einfach zur Prüfung und bestehen Sie sie (oder bestehen Sie sie nicht :-)). Es war möglich, „Boris Godunov“ auswendig zu lernen und (vollständig) zu rezitieren. Es war möglich, den amerikanischen Marinestandard zu bestehen – 25 km Cross-Country, Liegestütze, Klimmzüge und einen Hindernisparcours (mit ihm Cross-Country laufen). Ein Mädchen aus unserem Stream spielte eine Stunde lang Chopin für ihn und erhielt eine „5“. Aber die Mehrheit entschied sich für die erste Methode.

Ein weißes Gewand für den Chemieunterricht kann auf der Website [Link-1] erworben werden. Sowohl kleine als auch große Größen 18.09.2016 21:10:15, Katari-na. „Workwear“-Läden, der nördlichste Teil >.

Tatsächlich gibt es keine Experimente, die eindeutig beweisen könnten, dass dieses Lebensmittel oder Lebensmittelzusatzstoff Gift ist. Es gibt noch ein anderes Brot in der Nähe, es enthält viel weniger von dieser Chemikalie, wir kaufen es lieber.“

Diskussion

Vielen Dank, ich habe gelesen und gelesen – ein Gedanke kam auf: Reden Sie nicht zu viel über die Krankheit, reden Sie nicht zu viel über schlechte Produkte – warum unnötige Negativität? sprich darüber gesunder Weg Essen:)) - Japan.
Als positives Beispiel ist die Lebenserwartung normal. Sie essen Algen, Fisch, Meeresfrüchte, verarbeitete Sojabohnen (es wird sich immer noch als zumindest eine kleine Lüge herausstellen – die Japaner essen wahrscheinlich auch all diese Süßigkeiten, trinken all diese Getränke – was tun? Machen Sie ehrliche, ehrliche Augen und schlagen Sie vor dass die Japaner dies vernachlässigen und nationales Essen bevorzugen – Reis + Algen?)

Ich habe den folgenden Austausch über Gifte und böse Erwachsene gelesen.
Tatsächlich gibt es keine Experimente, die eindeutig beweisen könnten, dass dieses Lebensmittel oder Lebensmittelzusatzstoff Gift ist. Ich spreche als jemand, der sich mehr oder weniger professionell mit Lebensmittelrisiken auseinandergesetzt hat. Darüber hinaus können Sie auf der Ebene „Jetzt gießen wir Essig ein, es wird zischen und Sie werden sehen, was für ein Durcheinander es ist“ – Sie können überhaupt nichts tun, Sie können es nicht beweisen. Wie die Biene Maja erinnert (und sie ist Chemikerin :)), haben alle Dinge eine Chemikalie. Zusammensetzung, mit der Sie verschiedene Chemikalien organisieren können. Reaktionen.
Leider wird uns diese visuelle Methode nicht dabei helfen, Kinder von Chips, Cola und McDonald's abzubringen. Wir müssen nach anderen Wegen suchen :)

Besonders klein. Das Kind stürzt sich in den Heimunterricht und versucht sein Bestes. Die Schreibtische sind frei! Als ich selbst in der Schule lernte, hatten wir einen Chemiker, der aus Chemiekenntnissen verlangte, dass der Kolben bis zu einem bestimmten Betrag aufgezogen werden musste ...

Leute, wir haben unsere ganze Seele in die Seite gesteckt. Danke für das
dass du diese Schönheit entdeckst. Danke für die Inspiration und Gänsehaut.
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Es gibt ganz einfache Experimente, an die sich Kinder ein Leben lang erinnern. Die Kinder verstehen vielleicht nicht ganz, warum das alles passiert, aber wenn die Zeit vergeht und sie sich in einer Physik- oder Chemiestunde wiederfinden, wird ihnen sicherlich ein sehr klares Beispiel in Erinnerung bleiben.

Webseite Ich habe 7 interessante Experimente zusammengestellt, an die sich Kinder erinnern werden. Alles, was Sie für diese Experimente benötigen, haben Sie immer zur Hand.

Feuerfester Ball

Wird benötigt: 2 Bälle, Kerze, Streichhölzer, Wasser.

Erfahrung: Blasen Sie einen Ballon auf und halten Sie ihn über eine brennende Kerze, um den Kindern zu zeigen, dass das Feuer den Ballon platzen lässt. Gießen Sie dann klares Leitungswasser in die zweite Kugel, binden Sie sie zusammen und bringen Sie sie erneut zur Kerze. Es stellt sich heraus, dass die Kugel mit Wasser problemlos der Flamme einer Kerze standhalten kann.

Erläuterung: Das Wasser in der Kugel absorbiert die von der Kerze erzeugte Wärme. Daher brennt der Ball selbst nicht und platzt daher nicht.

Bleistifte

Du wirst brauchen: Plastiktüte, Bleistifte, Wasser.

Erfahrung: Füllen Sie die Plastiktüte zur Hälfte mit Wasser. Stechen Sie den Beutel mit einem Bleistift bis an die Stelle durch, an der er mit Wasser gefüllt ist.

Erläuterung: Wenn Sie eine Plastiktüte durchstechen und dann Wasser hineingießen, läuft es durch die Löcher heraus. Füllt man den Beutel aber erst zur Hälfte mit Wasser und sticht ihn dann mit einem spitzen Gegenstand ein, so dass der Gegenstand im Beutel stecken bleibt, dann fließt durch diese Löcher fast kein Wasser mehr heraus. Dies liegt daran, dass beim Bruch von Polyethylen seine Moleküle näher zueinander gezogen werden. In unserem Fall wird das Polyethylen um die Stifte herum festgezogen.

Unzerbrechlicher Ballon

Du wirst brauchen: Luftballon, ein Holzspieß und etwas Spülmittel.

Erfahrung: Bestreichen Sie die Ober- und Unterseite mit dem Produkt und stechen Sie die Kugel von unten beginnend ein.

Erläuterung: Das Geheimnis dieses Tricks ist einfach. Um den Ball zu schonen, müssen Sie ihn an den Stellen mit der geringsten Spannung durchstechen, und zwar an der Unterseite und an der Oberseite des Balls.

Blumenkohl

Wird benötigt: 4 Tassen Wasser, Lebensmittelfarbe, Kohlblätter oder weiße Blüten.

Erfahrung: Geben Sie in jedes Glas eine beliebige Lebensmittelfarbe und legen Sie ein Blatt oder eine Blüte ins Wasser. Lassen Sie sie über Nacht stehen. Am Morgen werden Sie sehen, dass sie verschiedene Farben angenommen haben.

Erläuterung: Pflanzen nehmen Wasser auf und nähren dadurch ihre Blüten und Blätter. Dies geschieht aufgrund des Kapillareffekts, bei dem Wasser selbst dazu neigt, die dünnen Röhren im Inneren der Pflanzen zu füllen. So ernähren sich Blumen, Gras und große Bäume. Durch das Ansaugen von getöntem Wasser verändern sie ihre Farbe.

schwimmendes Ei

Wird benötigt: 2 Eier, 2 Gläser Wasser, Salz.

Erfahrung: Legen Sie das Ei vorsichtig in ein Glas mit klarem, klarem Wasser. Wie erwartet sinkt es auf den Boden (andernfalls ist das Ei möglicherweise faul und sollte nicht in den Kühlschrank zurückgestellt werden). Gießen Sie warmes Wasser in das zweite Glas und rühren Sie 4-5 Esslöffel Salz hinein. Um die Reinheit des Experiments zu gewährleisten, können Sie warten, bis das Wasser abgekühlt ist. Dann legen Sie das zweite Ei ins Wasser. Es wird nahe der Oberfläche schweben.

Erläuterung: Es geht um die Dichte. Die durchschnittliche Dichte eines Eies ist viel größer als die von klarem Wasser, sodass das Ei nach unten sinkt. Und die Dichte der Salzlösung ist höher, und deshalb steigt das Ei auf.

Kristalllutscher

Wird benötigt: 2 Tassen Wasser, 5 Tassen Zucker, Holzstäbchen für Mini-Kebabs, dickes Papier, transparente Gläser, Topf, Lebensmittelfarbe.

Erfahrung: In einem viertel Glas Wasser Zuckersirup mit ein paar Esslöffeln Zucker aufkochen. Streuen Sie etwas Zucker auf das Papier. Dann müssen Sie das Stäbchen in den Sirup tauchen und damit den Zucker auffangen. Anschließend verteilen Sie diese gleichmäßig auf dem Stick.

Lassen Sie die Stäbchen über Nacht trocknen. Lösen Sie morgens 5 Tassen Zucker in 2 Gläsern Wasser über einem Feuer auf. Sie können den Sirup 15 Minuten lang abkühlen lassen, er sollte jedoch nicht zu stark abkühlen, da sonst die Kristalle nicht wachsen. Anschließend in Gläser füllen und verschiedene Lebensmittelfarben hinzufügen. Legen Sie die vorbereiteten Stäbchen so in ein Glas Sirup, dass sie die Wände und den Boden des Glases nicht berühren; eine Wäscheklammer hilft dabei.

Erläuterung: Wenn das Wasser abkühlt, nimmt die Löslichkeit des Zuckers ab und er beginnt auszufallen und sich an den Wänden des Gefäßes und auf Ihrem mit Zuckerkörnern bestückten Stab abzulagern.

Angezündetes Streichholz

Wird benötigt werden: Streichhölzer, Taschenlampe.

Erfahrung: Zünden Sie ein Streichholz an und halten Sie es in einem Abstand von 10-15 Zentimetern zur Wand. Leuchten Sie mit einer Taschenlampe auf das Streichholz und Sie werden sehen, dass nur Ihre Hand und das Streichholz selbst an der Wand reflektiert werden. Es scheint offensichtlich, aber ich habe nie darüber nachgedacht.

Erläuterung: Feuer wirft keine Schatten, weil es den Lichtdurchgang nicht verhindert.

Wir haben darüber gesprochen physikalische Eigenschaften von Sachen. Wir wissen bereits, was ein physischer Körper (jeder Gegenstand) und eine Substanz (woraus der physische Körper besteht) ist. Wir haben auch erkannt, dass Substanzen physikalische und chemische Eigenschaften haben, die sie voneinander unterscheiden.

Auf Spaziergängen und zu Hause, beim Spielen, suchen meine Kinder und ich nach physischen Körpern und versuchen zu verstehen, woraus sie bestehen. Wir bemerken, dass manche Dinge nicht einmal als Körper bezeichnet werden können, zum Beispiel Luft oder Meerwasser (sie werden als Medium bezeichnet). Forschung läuft normalerweise so ab: Kinder berühren Gegenstände in der Umgebung, probieren sie aus und Erwachsene sagen ihre Namen. Kleinkinder (Kinder im Alter von einem bis drei Jahren) versuchen bereits, eine aktive Position einzunehmen: Sie fragen, versuchen zu benennen und zu beschreiben, was sie sehen, und experimentieren. Und Kinder und Jugendliche beherrschen bereits alle Werkzeuge der Naturwissenschaften – neben Experimenten können sie sich auch mit Modellieren beschäftigen und etwas erfinden. Unterhaltsame Chemie für Kinder wird dazu beitragen, bereits in der frühen Kindheit ein Interesse an Substanzen, umgebenden Objekten und der Natur zu entwickeln. Schließlich gibt es so viele interessante Dinge und aus all dem möchte man unbedingt etwas erschaffen!

In diesem Artikel sprechen wir über die ersten Experimente, die Sie mit Ihren kleinen Forschern durchführen können, über die ersten wissenschaftlichen Spiele auf der Straße und in der Wohnung, bei denen wir unser Wissen über die Eigenschaften von Stoffen nutzen. Beginnen wir also mit dem praktischen Studium. einfache Wissenschaft für Kinder ㅡ Chemie und ihre Komponenten.

Mit Sortierern und Müsli spielen

Eine der ersten Aktivitäten, die analytisches Denken fördert, ist das Spielen mit Sortierern und Getreide. Sortierer sind Lernspielzeuge, bei denen Sie Figuren in Schlitze absenken und diejenigen auswählen müssen, die Sie benötigen und die für Sie geeignet sind.

Machen Sie Ihr Baby beim Spielen mit Müsli auf die Unterschiede in Form, Farbe, Geruch und Geschmack der Körner aufmerksam.

Bieten Sie an, zu sortieren, spielen Sie wie ein Chemiker, der zwei (drei, vier...) Substanzen trennt und die Dinge im Labor in Ordnung bringt. Wenn du dem Müsli Zahnräder hinzufügst, die du dir von deinem Vater ausgeliehen hast, kannst du sie mit einem Magneten trennen, den du auch vom Familienoberhaupt nehmen kannst. Wenn Sie zum ersten Mal einen Magneten verwenden, wird Ihr Kind von dem Erlebnis besonders beeindruckt sein.

Unterhaltsame Experimente in der Chemie: Experimente mit Wasser und Öl

Eine weitere Aktivität, die Ihren „Helfer“ in der Küche interessieren wird, ist das Spielen mit Wasser und Sonnenblumenöl. Dazu müssen Sie sich mit Halbliter-Plastikflaschen oder dicht verschlossenen Gläsern eindecken und einen Lappen zum Aufwischen von verschütteten Flüssigkeiten verwenden. Versuchen Sie, Öl und Wasser zu mischen und die Flasche kräftig zu schütteln. Sie erhalten eine trübe Flüssigkeit – eine Emulsion (beachten Sie, dass Milch auch eine Emulsion ist). Lassen Sie die Flasche ruhig stehen und beobachten Sie, wie sich die Flüssigkeiten trennen und trennen. Lassen Sie etwas Aquarellfarbe fallen und beobachten Sie, wie das Wasser färbt, das Öl jedoch nicht. Das liegt daran, dass sie unterschiedliche Eigenschaften haben: Es gibt Stoffe, die sich in Öl lösen, andere lösen sich in Wasser.

Bei Kindern im Alter von vier bis sieben Jahren können Sie Karotten reiben und mit Butter zermahlen. Anschließend müssen Sie Letzteres auspressen und die Farbe mit reinem Öl vergleichen. Was auch immer mit den Karotten war, wird orange. Denn Vitamin A, das in Karotten vorkommt und gut für die Augen ist, hat sich im Öl gelöst. Aber es löst sich nicht in Wasser auf!

Chemiespiele im Sandkasten

Unterhaltsame Experimente in der Chemie Es ist möglich, es in der gewöhnlichsten Sandbox durchzuführen. Chemische Experimente mit Sand werden wahrscheinlich kein Kind gleichgültig lassen. Nehmen Sie auf Ihrem Spaziergang eine Flasche Wasser, Watte und einen Trichter (wird in der Küche zum Ausgießen von Flüssigkeiten verwendet) mit. Wenn Sie im Urlaub sind (Meer, Fluss), müssen Sie kein Wasser mitnehmen. Und natürlich brauchen Sie Schaufeln und Eimer. Was Sie tun können: Wasser mit Sand schütteln und beobachten, wie eine Suspension oder Suspension entsteht (Beispiel für Suspensionen - Tünche, Farbe), absetzen und beobachten, wie sich die Sandpartikel am Boden der Flasche oder des Eimers absetzen. Sie können die Watte in einen Trichter geben und das Sand-Wasser-Gemisch durchseihen (filtern). Auch die Filtration ist eine Methode zur Stofftrennung. Nach diesen Experimenten ist es sinnvoll, den Kindern klarzumachen, dass ein Wasserfilter auf die gleiche Weise funktioniert. Ältere Kinder können angewiesen werden, das Kompott in der Küche durch ein Käsetuch zu filtern.

Einfache Wissenschaft für Kinder:Wir trennen weiterhin Stoffe

Wir dürfen eine weitere spektakuläre Methode zur Stofftrennung nicht vergessen – die Kristallisation. Ihr Baby wird von der Idee begeistert sein, zu Hause Salz- und Zuckerkristalle zu züchten und eine sehr reichhaltige Speisesalzlösung zuzubereiten. Erhitzen Sie dazu das Wasser auf dem Herd und geben Sie Salz hinzu, bis es sich nicht mehr auflöst.

Und dann senken Sie den Topf in eine Schüssel mit kaltem Wasser und beobachten Sie, wie es im Topf „schneit“. Schon Kinder im Alter von sechs bis sieben Jahren werden sich dafür interessieren.

Unterhaltsame Experimente in der Chemie Die in diesem Artikel vorgeschlagenen Verfahren erfordern keine besonderen Vorbereitungen, besonderen Reagenzien oder Utensilien. Alle gebrauchten Stoffe und Gegenstände umgeben uns täglich und wir können sie spielerisch und ungezwungen studieren, ohne langweilige Vorlesungen und Sitzen am Schreibtisch. Auch Unterhaltsame Chemie für Kinder ist eine großartige Alternative zu herkömmlichen Sandbox-Spielen. Wie spielt man mit Substanzen?

Olga Lebedkowa, Biochemikerin, Lehrerin mit zwölfjähriger Erfahrung, Mutter eines dreijährigen Zappelkindes

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