Лига Химиков

Коллеги-химики, подписчики, а также просто любопытствующие - приветствую вас в своей алхимической берлоге!

Как же тяжко мне было писать этот пост, ох тяжко. Дело в том, что Пикабу опять решил, что я слишком ленивая жопа, и около месяца назад обнулил мой черновик с на 90% законченным постом. Бэкапом я, разумеется, не озаботился, так что пришлось писать с нуля. Хорошо хоть картинки сохранил.

Сегодня мы поговорим о посуде, священной для каждого праведного химика-органика. О круглодонных колбах (круглодонках) aka round-bottomed flasks. Если все плоскодонные колбы, несмотря на всю их несхожесть, хотя бы имели плоское дно, то с круглодонками всё не так однозначно, отвечаю. Мы, по крайней мере, я и знакомые мне химики-органики, называем круглодонками все колбы с неплоским дном. Именно в круглодонных колбах происходит самое главное таинство - органический синтез. А также упаривание на роторе, которое, наверное, является самой частой процедурой в органическом синтезе.

Каноничная круглодонная колба aka round bottom flask выглядит вот так:

Круглодонная колба с анализами

Используют такие колбы много и часто. В них ставят реакции, их используют как перегонные кубы и приемники при вакуумных перегонках, из них производят упаривание на роторных испарителях, лиофильных сушках и так далее. Из минусов - вытащить из такой колбы чистый продукт довольно сложно. Твердый продукт трудно полностью высыпать из-за наличия "плеча", а шпатель, чтобы он доставал до боковых стенок, нужно гнуть хитрой зюкой. Маслообразный продукт размазывается по поверхности колбы и собрать его пипеткой без потерь не выйдет. Плюсом идет то, что донышко сферическое и в нем отлично себя чувствуют якоря от магнитных мешалок.

Выполняют такие колбы в объемах от 5 мл и до 10 литров. Если постараться, можно найти и за пределами этого диапазона. Колбу часто греют, поэтому, разумеется, делают их из боросиликата. Делают их сейчас почти всегда со шлифом, обычно с коническим, но для некоторых целей и сферический используют. У разных производителей колбы могут иметь разную длину шейки.

Отечественная круглодонная колба с коническим шлифом стоит от 200р за 25 мл до 4000р за 10 литров. Импортные - от 500р за 5 мл и до 5000р за 2 литра. Брать лучше импортные, ибо качества шлифа у них намного лучше, а это критично при работе с вакуумом. Но последнее время проскакивают и отечественные со сносными шлифами.

Твердые продукты лучше всего доставать из другого вида круглодонок, называемых грушевидными. Аглицких названий у неё несколько: pear shaped flask, evaporation flask, recovery flask:

Грушевидная колба. Конкретно такие идут в комплект к роторам Heidolph.

Вся соль грушевидных колб в том, что у них, при полусферическом дне, ровные "верхние" стенки. А значит, оттуда легко и без вопросов можно высыпать или выскрести шпателем порошок. Ну и растворы из неё тоже удобнее выливать. В целом, это мой любимый тип круглодонок, они не имеют недостатков перед классикой, а преимущества налицо.

Делают эти колбы в объемах от 10 мл и до 2 литров. Делают опять же боросиликатные. Без шлифа ни разу не видел, даже в каталогах, и всегда шлиф конический. В отличие от классических круглодонок, у которых каждому номинальному объему соответствует вполне определенный диаметр бланка, у грушевидок одного объема бывает разное соотношение диаметра основания и высоты. Есть даже экзотные грушевидки, у которых основание очень сильно увеличено, что превращает колбу в неваляшку - она не падает, несмотря на круглое дно.

Отечественная груша стоит от 150р за 10 мл до 3000р за 2 литра. Импортные - от 500р за 5 мл и до 7000р за 2 литра. Отечественные груши меньше 50 мл в принципе можно брать, больше - очень неудобные и странной формы. Но я, опять-таки, в данном случае за импортные.

Замыкают "большую тройку" круглодонок в лаборатории оргсинтеза остродонные колбы. Англоговорящие с какого-то бодуна называют их тоже pear shaped, хотя каким местом они похожи на грушу - не очень понятно:

Как по мне, так больше всего они похожи на медиатор для гитары, ну или каплю.

Эта колба является полным антиподом груше: попытавшись высыпать из неё порошок, вы проклянете всё на свете. Однако у этой монеты есть и обратная сторона - в носике колбы отлично скапливаются жидкие и маслянистые продукты, которые можно из этого носика очень легко и без потерь забрать пипеткой. Якорям для магнитных мешалок такая форма дна не особо нравится, поэтому ставят реакции в таких колбах редко. Зато для вакуумных перегонок - первое дело, из таких колб кипящая жидкость меньше плюется.

Больших остродонок не делают, объемы - от 5 мл и до 250 мл. Видел пару раз 500 мл, но это жуткий изврат. Понятное дело, боросиликатные, понятное дело, с коническим шлифом. Конкретная форма может очень сильно изменяться от производителя к производителю, носики бывают как прям совсем острые (то, что я люблю), так и закругленные.

Отечественная остродонка стоит от 150р за 10 мл до 700р за 250 мл. Импортные - от 300р за 5 мл и до 1500р за 250 мл. Колбы эти часто используются на высоком вакууме, поэтому лучше брать импортные. Круглодонных колб всех трёх видов, по сумме, на одного синтетика, нужно 30-50 штук. А сколько каких - это уже по предпочтениям.

Представьте себе такую ситуацию - у вас есть реакция. Вам нужно по каплям прибавлять реагент, раствор при этом должен перемешиваться механической мешалкой, да ещё и температуру реакционной смеси надо контролировать. Представили? Впечатлились? Можно, конечно, поставить разветвитель - форштосс, но в итоге система будет похожа на тентаклевого монстра, станет громоздкой и неустойчивой. Ну так вот, хитрые химики придумали, как решить эту проблему. Прошу любить и жаловать - многогорлые колбы!

Колбы бывают двухгорлыми...

...трехгорлыми...

...и даже пятигорлыми. Четырехгорлую я вам не покажу, но идея, думаю, ясна?

Многогорлые колбы используют исключительно для постановки реакций, больше нигде лишние горла не нужны. Неразборчивые в средствах химики суют в эти горла всё подряд - капельные воронки, термометры, мешалки, обратные и прямоточные холодильники, газоподводы, электроды, ультразвуковые зонды.

Делают такие колбы, ясное дело, из боросиликата, ясное дело, со шлифами, объемом от 25 мл и до 5 л, при дальнейшем увеличении объема они мутируют в пилотные реакторы (но это уже совсем другая история). Бланки берут круглодонные или остродонные, грушевидных многогорлых ни разу не видел. Есть два лагеря химиков, вражда между которыми по уровню непримиримости и бессмысленности сравнима разве что с враждой остроконечников и тупоконечников. Первые признают лишь прямые горла (как на первых двух колбах), вторые - изогнутые (как на последней). Лично мне пофиг, лишь бы работало.

Чтобы примерно оценить стоимость многогорлой колбы, надо прибавить по 300 (для отечественных) - 700 (для импортных) рублей. Сильно многогорлые колбы часто делают стеклодувы по индивидуальному заказу.

Для того, чтобы удобнее было подводить и откачивать газы, не заморачиваясь с лишними деталями, сумрачный немецкий гений по имени Вильгельм Шленк придумал специальные колбы имени себя, они же Schlenk flask:

Колба Шленка. Маркировка на ней вызывает некоторые вопросы, ибо тело и ручка тефлонового клапана (справа) IRL должна быть намного, несоизмеримо меньше, чем размер бланка на 500 мл. Больше похоже на 50 мл.

Суть в том, что к колбе с завода припаян кран или клапан Янга, и отвод для шланга. Это позволяет легко открывать и перекрывать подачу или откачку газа, что бывает полезно, если происходит какая-то внезапность. А газы, особенно аргон,  надо подавать часто, ибо многие вещества и реакционные смеси неадекватно реагируют на влагу и кислород из воздуха. В технике Шленка выполняют круглодонные колбы, а также пробирки:

Пробирка Шленка. Разнообразия для - со стеклянным краном. Их, в отличие от колб, обычно используют для хранения веществ под аргоном.

Отечественных, насколько я знаю, не делают. Чтобы получить цену импортной, надо прибавить к обычной одногорлой посудине 1500-3000р, в зависимости от типа крана. Самые дорогие - клапана Янга, но оно того стоит, поверьте мне...

Помимо этих хитровыделанных сосудов, товарищ Шленк придумал ещё и газово-вакуумную магистраль для работы с этими самыми сосудами. Но сегодня я про них рассказывать не буду, иначе мы тут надолго застрянем. Эта тема настолько богата и многогранна, что заслуживает отдельного поста. Сегодня и так неплохо обозрели.

На сегодня всё, надеюсь, я смогу собрать волю в кулак и впредь выпускать посты почаще. Напоследок - неплохое видео про промышленный ротационный испаритель с 20 л колбой. Пикабу почему-то не дает мне его вставить непосредственно в пост. Эх, когда я работал в индустрии, у нас такие стояли в соседней комнате. В университетах такие - редкость.

Удачи!

В этой статье (или серии статей) я постараюсь ответить на вопросы, которые появились бы у меня самого, если бы я захотел узнать, что такое водород.

Начнём с глубокой этимологии (deep etymology).

Водород – первый элемент таблицы Менделеева (которой в этом году исполняется 150 лет).

Если касаться глубокой этимологии, то интересно происхождение самого слова "элемент". По одной из версий, оно образовано подряд идущими буквами из середины алфавита.

Действительно, и в кириллическом (ЛМН), и в латинском (LMN), и в греческом (λμν – лямбда, мю, ню) и даже в прародителе всех этих алфавитов финикийском (𐤍𐤌𐤋 – ламед, мем, нун) буквы "эл", "эм", "эн" идут подряд, причём в финикийском они расположены как раз в начале второй половины алфавита из 22 букв. То есть слово "элемент" относится к той же категории, что и слова "алфавит" (α "альфа" + β "бета", она же "вита"), "азбука" (азъ + буки), "абецедарий" (алфавит с названиями букв на другом языке), "ёклмн/ёпрст", а также "АБВГДейка" (кто-то ещё помнит?) и, как ни странно, название химического элемента "азот" (в некотором смысле оно построено по той же схеме). Возможно, кто-то вспомнит другие слова из этой же серии.

Здесь у вдумчивого читателя сразу может появиться множество других вопросов, но мы пока пойдём дальше (а вопросы можно обсудить в комментариях или в следующей статье).

Теперь, собственно, водород. Как известно, все "классические" химические элементы традиционно имеют латинские названия, обычно заканчивающиеся на -um/-ium. Для "новых" элементов это, вообще говоря, уже не совсем так – например, Теннессин (формально, последний из известных на сегодняшний день галогенов) официального латинского наименования не имеет (оно остаётся неопределённым). Но у водорода оно есть – Hydrogenium (гидрогениум). Его (вместе с французским hydrogène) предложил в 1783 году основатель современной химии Антуан Лавуазье, убедившийся, что при сжигании водорода образуется вода, а при разложении водяного пара раскалённым железом снова образуется водород – отсюда и произошло название: от др.-греч. ὕδωρ (hydor, гидор – "вода") и γεννάω (gennao, геннао – "рождаю") – т.е. буквально "рождающий воду".

Тут возникает ещё больше вопросов, и на некоторые из них мы попытаемся ответить.

Во-первых, где в слове ὕδωρ звук "г" (а он есть!). Если скопировать первую букву (ὕ), например, в Microsoft Word, выделить её и вызвать окно вставки символов, то в статусной строке можно прочитать полное название этого символа: "Greek Small Letter Upsilon With Dasia And Oxia", т.е. "греческая строчная буква ипсилон с дасией и оксией". Здесь нас интересует похожая на запятую "дасия", обозначающая "густое придыхание", она же "h" в латинице и "г" в кириллице. Пока вроде всё ясно.

Далее, сама буква υ ("ипсилон"). С ней всё гораздо сложнее и интереснее. Сама она произошла от финикийской буквы 𐤅 ("вав"), от которой в свою очередь также произошли (загибайте пальцы):

– (древне)греческие Ϝϝ ("дигамма" или "вав") и Υυ (собственно, "ипсилон");

– латинские Ff ("эф"), Yy ("ипсилон" или "игрек"), Uu ("у"), Vv ("вэ") и Ww ("дубль вэ");

– кириллические Ѵѵ ("ижица"), Ꙋꙋ ("ук"), Уу ("у") и Ўў ("у краткое").

Очень, очень плодовитая буква!

Само название "ипсилон" составное и обозначает "υ ψιλόν" – т.е. "и простое" (соответственно, "эпсилон" означает "ε ψιλόν" – т.е. "е простое"). Латинский "игрек" – тоже составное название, изначально обозначавшее "i graeca" – т.е. "и греческое" (сиречь "игрек"). В связи с этим есть простое общее правило: если в английском слове между двумя согласными встречается буква ⟨y⟩ ("ўай"), то это слово скорее всего имеет греческое происхождение. И наоборот: если вы в английском слове слышите греческий корень со звуком /ɪ/ ("и") между двумя согласными, то скорее всего звук /ɪ/ передаётся буквой ⟨y⟩. Например: etymology (от ἔτυμον, этимон – "правда, истина"), lyrics (от λύρα, лира – "лира, лирика"), physics (от φυσικός, физикос – "природный, натуральный"). Иногда помогает вспомнить правильное написание слова.

Думаю, теперь, после всего услышанного, уже совсем неудивительным покажется, что слова "гидро-", "гидра", "выдра" (англ. otter) и "вода" (англ. water) все имеют общее происхождение и вместе с греч. υδωρ/υδρο восходят к праиндоевропейскому корню *wed-/*wódr̥ ("вода"). Немецкое Wasser также отсюда, и по-немецки "водород" – Wasserstoff (Wasser – "вода" и Stoff – "материал, вещество").

Теперь обратим внимание на слово γενναω ("рождаю"): "ген", "гений" ("дух"), Евгений (букв. ευ "хорошо; добро" + γενος "род" – "благородный"; видимо, Евгений Онегин и крокодил Гена названы так совсем неспроста, но по разным причинам:), "генеалогия" ("родословная"), "генезис" ("происхождение") и многие другие разделяют с ним общее происхождение.

Обобщим полученную информацию и перечислим имена водорода на разных языках:

греч. Υδρογόνο /iðroˈɣono/ (изрогоно)

лат. Hydrogenium (гидрогениум)

англ. Hydrogen /'haɪdrəʤən/ (хайдроджен)

франц. Hydrogène /i.dʁɔ.ʒɛn/ (идрожен)

нем. Wasserstoff /ˈvasɐʃtɔf/ (васэштоф)

Как видим, всё выглядит довольно похоже:)

И, да: как это ни грустно, но буква Δδ в греческом уже больше не "дельта", а /ˈðel.ta/ ("зельта") и обозначает звонкий звук /ð/ (как в английском артикле the). И буква Ββ больше не "бета", а "вита" (вы это могли заметить выше в слове "алфавит"). И вообще, в греческом больше нет звуков /b/ и /d/. Да, совсем нет (ну, почти).

Наконец, вернёмся к химической номенклатуре. Согласно правилам ИЮПАК, вновь открытым элементам даются временные названия (по систематической номенклатуре). Каждая цифра трёхзначного порядкового номера элемента переводится в некоторый греческий или латинский корень, обозначающий числительное. Корни выбраны таким образом, чтобы никакие два из них не начинались на одну и ту же букву латинского алфавита (поэтому и понадобились оба алфавита).

Полный список корней:

0: nil / нил

1: un / ун

2: bi / би

3: tri / три

4: quad / квад

5: pent / пент

6: hex / гекс

7: sept / септ

8: oct / окт

9: enn / енн

После этого три корня объединяются и к ним добавляется латинский суффикс -ium (в русском, соответственно, -ий). При этом если порядковый номер элемента заканчивается на 2 или 3 (корни bi и tri), то корень сокращают на одну букву перед суффиксом -ium (чтобы избежать двух ⟨i⟩ подряд), а если после цифры 9 (enn) идёт 0 (nil), то в корне также убирают последнюю букву (чтобы избежать трёх ⟨n⟩ подряд). Символ элемента образуется из первых букв каждого из трёх корней (при этом самая первая буква символа – заглавная).

Вот названия последних шести известных на сегодняшний день элементов:

113: Ununtrium/Унунтрий (он же Nihonium/Нихоний – в честь Японии);

114: Ununquadium/Унунквадий (он же Flerovium/Флеровий – в честь Георгия Флёрова);

115: Ununpentium/Унунпентий (он же Moscovium/Московий – в честь Московской области);

116: Ununhexium/Унунгексий (он же Livermorium/Livermorium – в честь Ливерморской национальной лаборатории);

117: Ununseptium/Унунсептий (он же Tennessine/Теннессин – в честь штата Теннесси);

118: Ununoctium/Унуноктий (он же Oganesson/Оганесон – в честь Юрия Оганесяна).

После присвоения официального названия временные названия по систематической номенклатуре уже не используются (т.к. в этом нет необходимости), но, например, ещё не открытые элементы 119 и 120 сейчас называются Ununennium/Унуненний и Unbinilium/Унбинилий. И обозначаются, соответственно, Uue и Ubn.

Тем не менее, совершенно никто не запрещает нам дать систематическое название водороду: это вынесенный в заголовок Nilnilunium/Нилнилуний (т.е. элемент 001) – обозначается Nnu.

А теперь вопрос: действительно ли водород – первый элемент периодической системы? Как думали раньше? Как думают сейчас? Что по этому поводу думал сам Менделеев?

Собственно, статья и родилась из попытки ответить на этот вопрос (с лёгким попутным экскурсом в этимологию). Возможные варианты ответов можно обсудить в комментариях (и продолжить в следующей статье).