Фарадей и коллоидное золото

В середине 1850х годов Фарадей посвятил значительное количество времени исследованию взаимодействия света и веществ. В частности, он сделал несколько сотен золотых пластинок из сусального золота и исследовал прохождение света сквозь них. Однако, имеющее у него сусальное золото не было достаточно тонким и прозрачным, и Фарадею пришлось использовать химические средства для получения более тонких слоев.

Дело в том, что когда свет отражается от пластинки сусального золота, то она приобретает желтовато-золотой вид, характерный для металлического золота. Но лист достаточно тонкий, чтобы быть прозрачным, поэтому он обладал еще одним замечательным свойством: когда свет проходит через золотой лист, «сквозь его вещество», как отмечал Фарадей, то он кажется зеленым, а не желтовато-золотым.

Интересно, что сам Фарадей не использовал термин «коллоид», обычно он описывал эти растворы как «рубиновую жидкость» или «фиолетовую жидкость». Часть процесса включала промывку пластин золота в «царской водке». Он хранил образцы жидкости в бутылках и использовал их для экспериментов, когда просвечивал жидкость лучом света. В своей записной книжке Фарадей отмечал: «Конус в жидкости четко определялся освещенными частицами». Он понял, что эффект конуса возник потому, что жидкость содержала взвешенные частицы золота, которые были слишком малы, чтобы их можно было увидеть научными приборами того времени, но которые рассеивали свет. Этот эффект дошел до наших дней как эффект Фарадея-Тиндалла.

Полученные Фарадеем коллоиды до сих пор оптически активны и хранятся в Королевском институте в Лондоне: даже сейчас можно провести точно такой же эксперимент, как и Фарадей, направив, например, современную лазерную указку через бутылку и создав конус света. Никто не знает, почему это происходит: в то время как большинство коллоидных растворов хранятся несколько месяцев или даже год, бутылочкам с растворами Фарадея уже более 150 лет.

В России создается виртуальный музей химии

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН при поддержке Министерства науки и высшего образования начал работу над созданием виртуального музея химии в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» и инициативы «Работа с опытом» Десятилетия науки и технологий.

«Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН – это старейший химический институт Российской академии наук, отсчитывающий свою историю от Химической лаборатории Академии наук, организованной М.В. Ломоносовым в 1748 г. В честь юбилея лаборатории в 2023 г. в ИОНХ РАН была издана книга «275 лет химической науке в России» (В.К. Иванов, А.С. Паевский, Ю.А. Золотов); из представленных в этой книге материалов наглядно прослеживается роль научных школ, созданных блестящими российскими химиками, в развитии и преемственности научных исследований в нашей стране.

При подготовке книги ее авторы убедились в том, что материалы по истории российской химической науки зачастую труднодоступны, а некоторые ее эпизоды и вовсе остаются практически неизвестными. Именно по этой причине в ИОНХ РАН в прошлом году родилась идея о воссоздании Комиссии РАН по истории химии, реализованная при деятельной поддержке Отделения химии и наук о материалах РАН, а сейчас начато создание виртуального музея химии, в котором значительное внимание, разумеется, будет уделено именно отечественной химии», - говорит научный руководитель проекта, директор ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Владимир Иванов.

Творческий коллектив, который готовит контент для нового химического портала, возглавил известный научный журналист, руководитель пресс-службы другого крупного российского химического института, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, куратор инициативы «Работа с опытом» и член научного комитета национальной научной премии «Вызов» Алексей Паевский.

«Инициатива «Работа с опытом», как мне кажется – одна из важнейших инициатив в Десятилетии. Наш проект только в начальной стадии развития, и работы здесь – не на один год, но в результате мы хотим создать масштабную картину развития химии не только в России, но и в мире, поскольку любая научная дисциплина – явление планетарное», - говорит Паевский.

Экспозиция вирутального музея химии будут включать в себя различные рубрики:

• биографии выдающихся химиков России и мира;
• истории открытия и изучения отдельных веществ;
• новая популярная библиотека химических элементов;
• история химии на карте России (репортажи из химических музеев и музеев науки, домов-музеев выдающихся химиков);
• история химических институтов страны;
• химическая повседневность (история химических сосудов, приборов и устройств, принципы их работы и использование в современной лаборатории).

Также планируется создание «химического» слоя на Яндекс-картах с отметкой памятных мест, связанных химией.

В начале июня команда музея планирует выпустить полноценный путеводитель по сайту музея, но начиная с 6 мая отдельные материалы уже будут размещаться в открытом доступе. Следить за пополнением коллекции музея можно в пабликах в VK и в Телеграм.

Окраска драгоценных камней

Для большинства оксидных минералов и пигментов окраска обусловлена электронными переходами в ионах d-металлов, которые могут быть как основными компонентами, так и примесными ионами в изначально бесцветной матрице. В природе широко распространены два неокрашенных минерала – корунд (Al2O3) и берилл (Be3Al2Si6O18). Однако, даже если очень малая часть катионов алюминия(+3) будет заменена на катионы хрома(+3), то эти минералы превратятся в глубоко окрашенные и драгоценные рубин и изумруд.

В обоих случаях окраска возникает из-за того, что катионы хрома(III), оказавшиеся в искаженном октаэдрическом кислородном окружении, обеспечивают поглощение видимого света только в определенном диапазоне длин волн. Отраженный свет содержит компоненты видимого света, которые не поглотились. В результате рубин приобретает алую окраску, а изумруд, где катионы хрома находятся в немного отличающемся окружении, окрашен в ярко-зеленый цвет. Поразительно, что рубин при облучении ультрафиолетом способен еще и люминесцировать в красной области спектра, что иногда придает его окраске в естественном свете (содержащем ультрафиолетовую компоненту) завораживающее красное свечение. Это явление было открыто французским физиком Беккерелем (1859).

Важно отметить, что возникновение окраски рубина и изумруда связано с тем, что примесные катионы хрома находятся именно в искаженном окружении атомов кислорода. В идеальном октаэдрическом окружении d-dэлектронные переходы запрещены по четности, то есть они крайне малоинтенсивные. Поэтому, скажем, допирование хромом соединения LaAlO3 (структура перовскита) не приводит к возникновению окраски, поскольку октаэдры CrO6 практически идеальные (Applied Physics Express, 2014). Искажение октаэдрической геометрии частично снимает запрет по четности, и d-d переходы становятся значительно более вероятными. Удивительно, что столь ценные и порой совершенные на вид камни обязаны своей окраской несовершенствам своей внутренней структуры.