Существует другой вариант этого эффектного опыта, когда готовить заранее насыщенный раствор не требуется. Небольшое неудобство состоит в том, что показывать мгновенную кристаллизацию можно только на улице в прохладную погоду. В небольшую бутылочку наливают третичный бутанол (CH3)3C-OH. Это вещество совершенно безобидное и имеется во многих лабораториях, температура его кристаллизации +25,5 оС. При комнатной температуре третичный бутанол кристаллизуется неохотно, то есть легко переносит небольшое переохлаждение. Следует, зажав в кулаке бутылочку с третичным бутанолом (чтобы он не охладился преждевременно), вынести его на улицу и дать слегка охладиться в течение 3–4 минут. Если температура воздуха ниже 17 оС, то легкое встряхивание приведет к быстрой кристаллизации всей массы. И, разумеется, бутылочка заранее должна быть чисто вымыта, иначе кристаллизация может начаться самопроизвольно.
В заключение ответим на вопрос, стоящий в заголовке, поскольку у кого-то может создаться впечатление, что загрязнения иногда приводят к Нобелевской премии или к открытию. Нет, все немного не так. Использовать чистую химическую посуду в работе следует всегда, а в процессе интенсивной работы рано или поздно "счастливая" случайность найдет исследователя сама. Важно лишь не упустить момент и найти правильное объяснение.
Глава 12Лабораторные будни
Об успехах химической науки рассказано в учебниках и специальных монографиях, а современные достижения описаны в свежих выпусках научных журналов. При этом в тени остаются рядовые будни химика и окружающая рабочая обстановка. Каждодневный труд в лаборатории внешне малопривлекателен – и тем не менее бывают ситуации, которые запоминаются надолго. Забавные случаи коллеги с удовольствием вспоминают и пересказывают знакомым, особенно когда они дополнены удачно сказанным словом.
Дым без огня
Во дворе каждого химического института есть склад, откуда хозлаборанты приносят в лабораторию небольшие порции нужных реактивов (кислоты, щелочи, растворители и многое другое). В некоторых институтах есть лаборатории, потребляющие в заметных количествах конкретные реактивы, нужные только этим лабораториям. В таком случае на складе сооружают небольшой металлический сарай с доступом для тех, кто работает с этими соединениями. Например, лаборатория кремнийорганических соединений постоянно потребляет хлорсиланы – жидкости, которые очень легко гидролизуются на воздухе, образуя хлороводород. Однажды, по стечению обстоятельств, произошло следующее. Химики переливали из двадцатилитровой бутыли в литровые бутылки хлорсилан, чтобы забрать его в лабораторию. Сифонировать через резиновую трубочку, видимо, не хотелось, потому что жидкость перетекает очень медленно, потому наливали просто через воронку, стоя в противогазах и наклоняя вдвоем двадцатилитровую бутыль. В то же самое время буквально в двадцати метрах от химиков хозлаборанты вынесли с общего склада бутыль с концентрированным водным раствором аммиака и тоже, стоя в противогазах, стали наливать его в небольшие бутылки. Поскольку и те и другие были в противогазах и внимательно следили за жидкостями, то не сразу заметили, что происходит вокруг. А затем все скрылось в густом дыму. Пары HCl и NH3 при взаимодействии образуют в воздухе мелкие кристаллики хлорида аммония NH4Cl, напоминающие дым. Этот широко известный и совершенно безопасный опыт, который показывают школьникам, вдруг стал масштабным. Густеющий дым невольно заставлял ожидать появление языков пламени. Химики сразу поняли, в чем дело, и прекратили разливать хлорсилан, а хозлаборанты сильно перепугались. Проходившие мимо два сотрудника также поняли, что происходит, остановились полюбоваться зрелищем, а потом зааплодировали.
Не так-то просто работать с большими количествами
В отраслевых институтах, в отличие от вузов и академических институтов, синтезы обычно проводят в больших количествах, потому что за этим следует приготовление какой-либо композиции и ее испытание. В прежние годы в одном из таких институтов двое молодых сотрудников решили получить дигликолят натрия, чтобы затем конденсировать его с хлорангидридом двухосновной кислоты (рис. 12.1) и добавлять полученный полимер в композицию.
В то время набор лабораторного оборудования был скромный и малопригодный для проведения синтезов в больших количествах. Первый этап работы был несложным: надо было в этиленгликоле заместить атомы водорода в двух гидроксильных группах натрием. Самый простой способ – действие металлического натрия, это обычный метод получения алкоголятов (рис. 12.2).
Двое энергичных молодцов взяли пятилитровую шаровую колбу и залили в нее почти три литра этиленгликоля. Затем отвесили нужное количество металлического натрия (примерно 2 кг). Отскоблили скальпелем коричневую корку с каждого куска натрия и стали их резать на мелкие части, удаляя фильтровальной бумагой с каждого кусочка следы керосина, в котором хранился натрий. Отрезанный и очищенный ломтик кидали в колбу. Реакция начиналась сразу же, и кусочки натрия покрывались пузырьками выделяющегося водорода.
Сложность состояла в том, что в этиленгликоле легко замещался первый гидроксил, а второй – заметно труднее, потому реакция явно замедлилась. Очевидно, смесь следовало немного нагреть, для этого колбу поставили на плитку, при этом, разумеется, периодически взбалтывали содержимое. Колба, несмотря на большой объем, была сделана из термостойкого стекла, и перепады температур ей ничем не грозили. Но получилось так, что колбу немного перегрели, и реакция пошла бурно. Теперь ее нужно было срочно охладить, но чем? Проще и доступнее всего была водопроводная вода. Колбу засунули в раковину и, направив ее горлом вбок, на стенку колбы пустили струю воды, слегка взбалтывая содержимое, чтобы охлаждение было равномерным. В какой-то момент покачиваемая колба стукнулась о водопроводный кран, и по ней побежала изогнутая трещина. Колбу аккуратно опустили в раковину, и теперь на раздумья оставалось несколько секунд. Ребята прекрасно знали, что металлический натрий загорается и взрывается при попадании в воду. Оба экспериментатора взглянули на дверь, но она находилась далеко, открывалась внутрь и, как назло, была частично загорожена большой бутылью с силиконовым маслом. Зато рядом стоял большой двухтумбовый письменный стол, и одна тумба была развернута боком к раковине. Ребята мгновенно оказались под столом, спрятавшись за тумбой. Вспыхнул желтый свет, и раздался такой взрыв, что в помещении выбило и фанерную дверь, и хлипкое окно. Из соседних комнат сбежались перепуганные сотрудники с огнетушителями, и ребята, сидящие под столом, сквозь звон в ушах услышали примерно следующее: "Здесь же вроде бы двое работали! Куда они делись, атомизировались, что ли? Да нет, их, наверное, высадило с окном!" Когда ребята – оглушенные, но невредимые – выбрались из-под стола, все ликовали. Догорающие кусочки натрия, разбросанные по всей комнате, быстро засыпали песком, а затем обняли уцелевших "героев". В объяснительной записке для дирекции ребята написали следующее: "Синтезировали дигликолят натрия, но в какой-то момент реакция стала неуправляемой".
Вспомним известную поговорку
На лабораторном коллоквиуме слушали отчет двух сотрудников. Первый доложил о результатах проведенного пиролиза быстро и четко, затем внятно ответил на вопросы. Второй сотрудник, рассказывая о синтезе полимера, долго уныло бормотал, путал слайды и слишком затянул свое выступление. Время обеда уже наступило, и слушатели понимали, что в буфете нарастает очередь. Сначала тихонько ушел один сотрудник, за ним второй, а потом сразу трое начали прокрадываться к выходу. Заведующий лабораторией не выдержал, встал и спросил присутствующих: «А что, наш корабль тонет?»
Не допустить «козла»
Трехмерная поликонденсация – взаимодействие разветвленных олигомеров – зачастую представляла собой довольно нервное мероприятие. Если конденсацию провести слишком глубоко, то в колбе образуется гель – так называемый «козел», который далее ни в чем не растворяется и который очень трудно выскрести из колбы. Чтобы этого избежать, в процессе конденсации периодически отбирали пробы, которые помещали на разогретую (примерно до 200 ℃) металлическую плиту и, помешивая стеклянной палочкой пробу, определяли время желирования, за которое она превратится в твердый и неразмягчающийся продукт. Таким образом удалось вовремя прервать конденсацию в колбе. Речь идет о времени, когда в органические полимеры начали вводить кремнийорганические (силоксановые) фрагменты. В качестве органического исходного соединения часто использовали дифенилолпропан, имевший торговое название «диан» (рис. 12.3). Он был продуктом многотоннажного производства, поскольку его использовали для получения эпоксидных смол, поликарбонатов и полисульфонов.
В первой половине дня молодая сотрудница собрала прибор для конденсации, загрузила из бумажного мешка в двухлитровую колбу изрядное количество диана и соответствующее количество силоксанового олигомера, проверила работу мешалки и колбонагревателя, затем все выключила и ушла обедать. Она уже знала, что есть опасность получить «козла», а кроме того, шеф предупредил ее о необходимости отбирать пробы каждые пятнадцать минут до тех пор, пока время желирования пробы не станет меньше минуты. Таймеры в то время почти не использовались, и предусмотрительная девушка принесла из дома большой бытовой будильник с двумя колокольчиками. Его сигнал мог поднять с постели любого. Во второй половине дня она запустила конденсацию, поставила будильник на пятнадцать минут и начала читать роман Дюма. Именно в тот момент, когда зазвонил будильник, в лабораторию вошел шеф и, услышав хорошо всем знакомый звук, спросил: «Голубушка, ты боишься проспать конец рабочего дня?» Шутка обошла весь отдел.