Бумажная хроматография
Вы знаете, что вода может двигаться вверх по кусочку бумаги благодаря капиллярному эффекту, и, как большинство людей, можете сказать: «Ну и что?» Некоторые люди считают ненужным любое знание, если его нельзя практически применить. Но есть ученые, изучающие предметы и явления, которым в общем-то сложно найти применение. Такой вид занятий называется чистым исследованием. Зачем они занимаются этим? Зачем это вам?
Однажды несколько таких ученых начали изучать атомы. Можно сказать, что атомы слишком малы, незначительны и не столь важны для исследования. А сегодня мы используем атомную энергию для получения электричества, привода мощных двигателей и излечения многих болезней. Если бы ни один ученый не обратил внимания на атомы, никто бы даже и не узнал, насколько они могут быть полезны. Ученые проводят чистые исследования просто для того, чтобы лучше понять наш мир; и в будущем кто-то находит применение тем знаниям, которые они получают. Если что-то вас по-настоящему интересует, вы не должны сомневаться, стоит ли это изучать, даже если кому-то это кажется незначительным. Люди, изучающие подобные вещи, часто оказываются теми, кто делает наиболее важные открытия.
Как мы можем использовать способность воды подниматься по кусочку бумаги? Удивительно, но одно из наиболее важных применений уже найдено, и вы можете поэкспериментировать с ним. Это – бумажная хроматография.
Из первого слова вам понятно, что это нечто связанное с бумагой; а второе слово «хроматография» означает «цвет» (хрома) и «писать» (графия). Сложите их, и вы получите «писать цветом на бумаге».
Вот один из способов познакомиться с цветным письмом – бумажной хроматографией.
Оберните конец бумажной полоски вокруг карандаша посередине и закрепите его скрепкой. Капните на полоску одну или две капли зеленого пищевого красителя. Иллюстрация поможет вам сделать это правильно.
Наполните стакан на четверть протирочным спиртом. Положите карандаш на края стакана так, чтобы нижний конец бумажной полоски касался спирта. Теперь отложите исследование на несколько часов.
Когда вы вернетесь к нему, спирт поднимется по бумаге, пройдя цветное пятно. Различные химические вещества красителя проникают в спирт и проходят вместе с ним некоторое расстояние. Самое удивительное, что вы обнаружите: нанесенное вами пятно оказалось разноцветным.
Откуда появляются другие цвета? Не предполагаете ли вы, что различные химические вещества, составляющие зеленый краситель, могут иметь разную окраску и что они оказались отделены спиртом друг от друга? Да, именно это и произошло! Различные вещества проникают в спирт в различных количествах. Одни из них легко поглощаются спиртом и движутся в его потоке с большей скоростью, поднимаясь выше, а другие неохотно смешиваются с ним и проходят вверх лишь небольшое расстояние. Вы успешно разделили несколько хорошо перемешанных химических веществ с помощью одного из простейших способов, когда-либо открытых!
Бумажная хроматография является важнейшим тестом в науке. Тщательно проанализировав состав химического вещества по цвету, ученый может легко установить исходные вещества. Легко понять, что хроматография, действительно достойная изучения, работает именно за счет капиллярного эффекта – способа, которым вода распространяется в бумаге.
Вы можете сказать: «Но я же не применял воду в испытании, я использовал спирт». Вероятно, однако, спирт двигается по бумаге так же, как и вода, но разделяет вещества по-другому. Возможно, эта подсказка вам поможет? Если нет, попробуйте сделать следующее.
Используйте те же материалы и точно так же, как и в предыдущем эксперименте, но вместо спирта возьмите четверть стакана воды. Получились разноцветные кляксы, как раньше? Нет, потому что все вещества пищевого красителя с готовностью смешиваются с водой и равномерно переносятся по полоске. У вас получился сплошной зеленый мазок – вверху и внизу его состав одинаков.
Не разочаровывайтесь, что опыт с водяной хроматографией не оправдал надежд. Это лишь напоминает, что очень важно правильно подобрать растворитель для химических веществ. Ученый может выбрать один из многочисленных типов растворителей – тетрахлорид углерода, ацетон, бензин или дисульфид углерода. Он даже может обнаружить, что бумага подходит для «писания» цветом не так хорошо, как древесный уголь, известь, тальк или сахар. Не важно, насколько сложна может быть комбинация – в ее основе все та же идея капиллярного эффекта, и, если вы поняли это, всегда поймете и механизм этого эксперимента. Согласитесь, что полезно бывает знать основные научные идеи, даже если мы и не догадываемся, насколько они хороши, когда изучаем их.
Если вам понравилось экспериментировать с хроматографией, вот еще несколько вариантов. Для опыта, в результате которого образуются аккуратные кольца, нужен бумажный круг. Начинаем!
Круговая хроматография
Вырежьте круг из бумажного полотенца, немного большего размера, чем верх глубокой тарелки. Вырежьте и отогните в середине флажок, убедившись, что он достаточно длинен и достает до дна тарелки, если диск положить на нее, как крышку (взгляните на рисунок). Нанесите одну или две капли зеленого пищевого красителя на сгиб флажка. Наполните тарелку наполовину спиртом и положите на нее диск. Отогните флажок так, чтобы он окунулся в спирт. Оставьте это сооружение в покое примерно на два часа. Когда вернетесь к нему, вы обнаружите на бумажном диске цветные кольца.
Если вы хотите узнать побольше о завораживающей науке хроматографии, ищите информацию в книгах по химии в местной библиотеке. А если предпочитаете самостоятельно открывать разные вещи, вот несколько опытов, с которых можете начать.
• Попробуйте взять другие пищевые красители, может быть, они состоят из различных веществ?
• Смешайте два или более пищевых красителя. Сможете ли вы разделить их?
• Попробуйте провести водяную хроматографию с пятном из пасты от шариковой ручки.
• Растения зеленые, потому что в них имеется хлорофилл – вещество зеленого цвета. Возьмите несколько листьев и вымочите их в закрытой миске, содержащей немного спирта. (Отлично подойдут листья салата.) Через несколько дней, когда спирт позеленеет, перелейте раствор в стакан. При подъеме спирта с хлорофиллом по бумажной полоске могут отделиться другие вещества. Удастся ли вам обнаружить каротин (оранжевый) и ксантофилл (красный)? Именно от них зависит цвет осенних листьев.
• Может быть, другие виды бумаги лучше подойдут для подобных опытов, чем бумажное полотенце? Работают они быстрее или медленнее?
Когда вы проделаете эти испытания плюс любые другие, какие придумаете, вы легко представите тысячи похожих экспериментов, которые проводят ученые, пытаясь больше узнать о хроматографии. Вначале каждый из них – такая же загадка, как и ваши исследования. Ученые не знают, что произойдет или как их открытие будет использовано впоследствии. Это чистые исследования, и они являются одним из наиболее важных и полезных видов исследовательской деятельности, так как независимо от того, получит ли экспериментатор предполагаемые результаты или нет, он всегда узнает что-то новое. А поэтому такие эксперименты никогда не проваливаются!
Изучаем бумагу