Существует два взгляда, с которыми можно примирить предыдущие результаты; а именно: 1-й, предполагая, что атом молибдена весит 21; и 2-й, предполагая, что он весит 42 или вдвое больше. В первом случае коричневый оксид будет весить 24½ (49), будучи предположительно 2 атомами металла и 1 атомом кислорода, синий или протоксид будет весить 28, а белый оксид или молибденовая кислота будет весить 63, будучи соединением протоксида и деутоксида, молибденит или природный сульфид тогда будет, как обычно, протосульфидом, состоящим из 21 части металла и 14 частей серы, или 60 частей металла и 40 частей серы. Во 2-м случае коричневый или протоксид будет весить 49, синий или деутоксид — 56, а кислота или тритоксид — 63. Природный сульфид, молибденит, должен в этом взгляде быть деутосульфидом, или 42 части металла и 28 частей серы.
Первый из этих взглядов представляет оксиды несколько сложными, но хорошо согласуется с сульфидом; последний показывает оксиды в более регулярном ряду, но не кажется столь вероятным, исходя из сульфида; кроме того, понятие металлического тритоксида довольно необычно, особенно у металла, который редко, если вообще когда-либо, встречается в соединении с кислородом. В целом я предпочитаю первый взгляд; но его следует считать только проблематичным. Атом 60 (см. стр. 267, том 1), несомненно, должен быть ошибочным.
26. Оксиды вольфрама.
Из экспериментов Д’Элюйара, Бухольца и Берцелиуса кажется очень вероятным, что вольфрамовая кислота состоит из около 100 частей металла + 25 частей кислорода. Это желтый порошок уд. веса 6,12, и лучше всего он получается из природного вольфрамата кальция (редкий минерал). Одна часть вольфрамата кальция и четыре части карбоната калия сплавляются вместе, растворяются в воде, а затем вольфрамовую кислоту можно осадить азотной кислотой. Существует низший оксид, который является черным или темно-коричневым; Берцелиус восстановил желтый оксид до цвета «блошиной кожи», пропуская ток водорода через него в стеклянной трубке, нагретой докрасна. 100 частей этого оксида при сгорании дают 107 частей желтого оксида. Следовательно, 100 частей металла должны соединиться с примерно 16½ или 17 частями кислорода, чтобы образовать этот оксид, что составляет ⅔ от того, что содержится в желтом или вольфрамовой кислоте. В целом не кажется невероятным, учитывая большой уд. вес этого металла, что он образует три оксида и что кислота или желтый оксид является 3-м. Следовательно, атом вольфрама должен быть 84, протоксида — 91, деутоксида — 98, а тритоксида или вольфрамовой кислоты — 105. Природный вольфрамат кальция, если он чист, согласно этому, составил бы 81,4 части кислоты + 18,6 части извести, что недалеко от анализа Клапрота; он нашел 18,7 части извести в одном образце; и недалеко от анализа Берцелиуса, он нашел 80,4 части вольфрамовой кислоты и 19,4 части извести в 99,8 частях вольфрамата кальция.
Существует, однако, другой взгляд, который соответствовал бы экспериментам и, возможно, окажется предпочтительным в других отношениях; то есть предположить, что вольфрамовая кислота состоит из 1 атома деутоксида и 1 атома протоксида, соединенных вместе; в этом случае атом вольфрама = 42, протоксида = 49, деутоксида = 56, а вольфрамовая кислота = 105, как и прежде.
27. Оксиды титана.
Ничего определенного не известно относительно оксидов титана. Наблюдение Рихтера, процитированное Берцелиусом (An. of Philos. 3—251), если бы на него можно было положиться, дает важный факт, а именно, что раствор хлорида титана, содержащий 84,4 части оксида, дал 150 частей хлорида серебра. Теперь 150 частей хлорида серебра содержат 28 частей кислоты; следовательно, 28 частей кислоты должны были соединиться с 84,4 частями оксида; но если 28 : 84,4 :: 22 : 66 почти для веса атома оксида. Это указывало бы на 59 для веса атома металла.
28. Оксиды колумбия.
Белый оксид или кислота колумбия встречается в соединении с оксидами железа и марганца в пропорции почти 4 части кислоты к 1 части совокупных оксидов. Два минерала, колумбит и танталит, хотя и дают эти вещества почти в тех же пропорциях, заметно различаются по удельному весу: первый составляет около 5,9, а второй — около 7,9. Доктор Волластон, однако, заключает из совпадения извлеченных белых оксидов, что они должны быть одинаковыми. Белый оксид колумбия нерастворим в минеральных кислотах; он соединяется с поташем при сплавлении и может быть осажден большинством кислот. Некоторые из растительных кислот — щавелевая, винная и лимонная — растворяют белый оксид. Когда щелочной раствор колумбия, предварительно нейтрализованный кислотой, обрабатывается настоем чернильных орешков, образуется оранжевый осадок, который является характерным для колумбия. Ничего определенного не было установлено относительно пропорций металла и кислорода; но из большой пропорции колумбиевой кислоты, найденной с оксидами железа и марганца, вместе с большим уд. весом соединения, можно довольно ясно сделать вывод о большом весе атома колумбия. Предполагая, что белый оксид или кислота состоит из 1 атома металла + 3 атомов кислорода и что колумбит образован 1 атомом кислоты к 1 атому оксида, мы получили бы 128 частей кислоты + 32 части оксида. Это дало бы 107 для веса атома металла и 128 для веса тритоксида или колумбиевой кислоты; но нет необходимости останавливаться на таких догадках.
В недавнем мемуаре господ Гана, Берцелиуса и Эггерца (An. de Chimie, октябрь 1816 г.) утверждается как вероятное, что существует только один оксид колумбия или тантала и что 100 частей металла берут 5,485 частей кислорода, или 121 часть металла берет 7 частей кислорода. Если это верно, атом колумбия должен быть 121, а протоксид — 128.
(См. также An. de Chimie, 43—271; Philos. Trans. 1802; Nichols. Journ. 2—129; ibid. 3—251; ibid. 25—23).
29. Оксиды церия.
Минерал церит имеет уд. вес 4,53 и состоит из 50 или 60 процентов оксида церия с кремнеземом, известью и железом. Этот минерал прокаливают и растворяют в нитросоляной кислоте, раствор нейтрализуют едким поташем, а затем обрабатывают тартратом калия. Осадок, хорошо промытый и впоследствии прокаленный, представляет собой чистый оксид церия. Этот оксид, который является белым, при прокаливании на открытом воздухе становится красным и приобретает больше кислорода. Эти оксиды, особенно белый, растворимы в большинстве кислот; красный оксид с соляной кислотой дает хлор.
Эксперименты, проведенные до сих пор по этому вопросу, едва ли позволяют нам сделать вывод относительно пропорций металла и кислорода, а также относительных весов этих оксидов.
И Воклен, и Хизингер согласны с тем, что протокарбонат церия при воздействии красного каления дает 57 или 58 частей оксида, который, по словам первого, является красным оксидом, измененным в результате прокаливания. Хизингер находит, что перкарбонат состоит из 36,2 части кислоты и 63,8 части оксида: также что хлорид церия состоит из 100 частей кислоты и 197,5 части оксида; но Воклен отмечает, что сульфат, нитрат и хлорид церия всегда более или менее кислые, как бы их ни сушили; и он обнаружил, что протоксалат церия дает 45,6 части красного оксида при прокаливании, в среднем из 3 экспериментов, не сильно отличающихся друг от друга. Если предположить, что все эти факты точны, их можно примирить с помощью нескольких предположений, отнюдь не невероятных. Пусть атом церия будет 22, протоксид — 29, а красный оксид — 32½ (то есть 1 кислород + 2 протоксида = 65); и пусть протокарбонат будет 1 атомом кислоты, 1 атомом оксида и 1 атомом воды; перкарбонат — 1 кислота, 1 оксид; оксалат — 1 кислота (40) и 1 оксид; и хлорид, насыщенный основанием, — 3 оксида и 2 кислоты. Тогда окажется, что,
Разложенный протокарбонат даст 57,5 части красного оксида;
Разложенный перкарбонат даст 36,7 части кислоты, 63,3 части оксида;
Разложенный оксалат даст 47 частей красного оксида; и
Хлорид даст 100 частей кислоты (22) и 197,7 части оксида.
Все это очень близко согласуется с результатами, полученными выше.
Отсюда мне кажется очень вероятным, что различные атомы металла и оксиды таковы, как указано выше; и что,
100 cerium + 31.8 oxygen = 131.8 protoxide, white.
——— + 47.7 —— = 147.7 intermediate, red.
Хизингер, исходя из некоторых тех же данных, объединенных с другими гипотетическими фактами, чем те, что приняты выше, выводит два оксида совершенно иначе; а именно: 100 частей металла + 17,4 части кислорода для протоксида и 100 + 26,1 для пероксида.
РАЗДЕЛ 14. ЗЕМЕЛЬНЫЕ, ЩЕЛОЧНЫЕ И МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СУЛЬФИДЫ.
Сульфиды представляют собой очень важный класс соединений двух элементов. Многие металлы встречаются главным образом в состоянии природных сульфидов и извлекаются с помощью особых процессов. Искусственные комбинации серы и металлов, а также серы и земель и щелочей обычно практикуются и оказываются полезными в химических исследованиях. Щелочные и земельные сульфиды, возможно, едва ли будут признаны комбинациями только двух элементов; но их аналогия с другими соединениями такова, что побуждает нас рассматривать их в этой главе, тем более что они иногда являются агентами в образовании металлических сульфидов, и последние не могут быть так хорошо поняты без некоторого знания первых. По тем же причинам соединения трех элементов — серы, металла и кислорода, называемые сульфированными оксидами и сульфированными сульфитами, и соединения четырех элементов — серы, металла, кислорода и водорода, называемые гидросульфидами, могут рассматриваться одновременно, имея тесную связь с сульфидами в строгом смысле этого слова, или соединениями, образованными серой и неразложимыми телами.
Сера может быть соединена с землями, щелочами и металлами путем нагревания различных степеней в зависимости от природы предметов. Соединение во многих случаях сопровождается ярким воспламенением, указывающим на выделение тепла. Металлические оксиды и сера при совместном нагревании обычно образуют сульфид металла, в то время как кислород улетучивается с частью избыточной серы в виде сернистого газа, а остальная сера возгоняется.
Влажным путем сера может быть соединена с землями, щелочами и металлами с помощью сероводорода, гидросульфидов (то есть сероводорода, соединенного с другими щелочными или земельными основаниями) и гидрогенизированных сульфидов (название, данное некоторым земельным и щелочным сульфидам, образованным в основном путем кипячения смесей соответствующих оснований и серы в воде). Сероводород может быть использован в этом состоянии газа или в соединении с водой; гидросульфиды и гидрогенизированные сульфиды лучше всего применять в их водных растворах. Металлы в этом случае должны использоваться в состоянии солей, то есть оксидов, соединенных с кислотами, и в растворе; или их оксиды в некоторых случаях могут быть осаждены до добавления серного соединения; щелочи и земли иногда непосредственно сульфируются в состоянии гидратов, а в другое время — путем двойного сродства, в состоянии солей или в соединении с кислотами. Явления в случае сульфидов, образованных влажным путем, разнообразны и часто сложны, и истинные результаты не всегда могут быть получены без значительных трудностей и неопределенности.
1. Сульфиды кальция.
Когда толченую известь и серу смешивают вместе и нагревают в тигле, почти никакого соединения не происходит; сера возгоняется или сгорает и оставляет известь неизменной. Если вместо извести мы подставим карбонат кальция, он также остается неизменным. Но если гидрат извести и серу нагревать вместе в равных весах, гидрат разлагается, и известь соединяется с частью серы, в то время как избыток серы возгоняется или сгорает и улетучивается при слабом красном калении. Остаток, около 60 процентов от первоначального веса, представляет собой желтовато-белый порошок, состоящий из серы и извести. Если его снова обработать серой и нагреть, он не претерпевает существенных изменений; последняя сера полностью улетучивается, оставляя сульфид неизменным, и, следовательно, показывает, что это должно быть истинное химическое соединение.
Теперь, если 32 части гидрата извести, которые состоят из 24 частей извести и 8 частей воды, смешать с 32 частями серы и нагреть, как указано выше, они дадут 38 частей сульфида, который должен состоять из 24 частей извести и 14 частей серы, или серы и воды; но из анализа, который будет приведен далее, видно, что вся эта последняя часть является серой; следовательно, соединение образовано из 1 атома извести и 1 атома серы и является протосульфидом кальция.
Когда 32 части обычного гидрата извести и 56 частей серы кипятят вместе в 1000 частях воды в течение получаса или более, периодически добавляя воду для восполнения потерь, получается прекрасная желтая жидкость с несколькими гранами остатка, содержащего как известь, так и серу почти в первоначальной пропорции с несколькими гранами глинозема. Эта жидкость, конечно, содержит в растворе комбинацию 1 атома извести, или, возможно, гидрата извести, и 4 атомов серы; и поэтому может называться квадрисульфидом кальция. Если использовать больше серы или извести, чем указанная пропорция, избыток останется в остатке в несвязанном виде, показывая, что этим процессом нельзя образовать ничего, кроме квадрисульфида. Подобный раствор можно получить в холодной воде при частом перемешивании; но эффект достигается гораздо медленнее. Крепость жидкого квадрисульфида зависит от относительного количества ингредиентов. Я выпаривал его до тех пор, пока воды не оставалось только в 5 раз больше, чем других материалов, что, по-видимому, является его максимальной крепостью при обычной температуре; его удельный вес был 1,146; но в целом я использовал его с плотностью менее 1,07. Здесь уместно заметить, что я нахожу, что десятичные дроби, умноженные на 4, выражают почти точно количество гран извести в 1000 мерных гранах раствора, а умноженные на 9 — количество гран серы; по этой причине раствор уд. веса 1,06 облегчает расчеты, так как 100 мер его содержат 2,4 грана извести и 5,4 или 5,6 грана серы почти точно.
Довольно удивительно, что таким способом не образуется ни бисульфид, ни трисульфид кальция. Можно было бы предположить, что сульфид кальция в ходе своих последовательных превращений должен был пройти через формы бисульфида и т. д., пока не достиг бы максимума содержания серы, когда она находится в избытке; однако, как было замечено, образуется только квадрисульфид, независимо от пропорций ингредиентов. Я полагаю, причина заключается в том, что сера должна разложить гидрат извести, и для этого эффекта требуется не менее 4 атомов серы; известно, что вода настолько сильно удерживается известью, что для ее отделения требуется прокаливание. Поэтому, когда мы смешиваем известковую воду с квадрисульфидом кальция, это следует рассматривать как простую смесь двух веществ, и известь не распределяет серу поровну. В соответствии с этим рассуждением, всякий раз, когда при образовании квадрисульфида кальция известь находится в избытке, мы должны рассматривать жидкий раствор как известковую воду, содержащую квадрисульфид кальция. Это различие будет иметь некоторое значение, когда раствор слабый, поскольку тогда содержание извести в известковой воде будет значительным по сравнению с известью, связанной с серой.
1. Протосульфид. Свойства этого соединения таковы: около 1 грана растворяется в 1000 гранах воды; эта вода, как и сам порошок, имеет вкус яичного белка; соли свинца выпадают в осадок черного цвета при добавлении раствора; слабая азотная и соляная кислоты растворяют известь и оставляют серу; 100 частей контрольной кислоты требуют 19 частей порошка и дают 7 частей серы, что указывает на состав соединения: 12 частей извести и 7 частей серы. Тот же вывод можно получить с помощью раствора свинца; если воду, содержащую 1,9 грана порошка, осадить нитратом свинца, потребуется 7 гранов соли = 2,2 кислоты и 4,8 оксида, или 4,5 свинца, при этом образуется около 5 или 5,5 гранов сульфида свинца, а жидкость будет содержать 3,4 грана нейтрального нитрата кальция.
2. Квадрисульфид. Это соединение известно давно, и некоторые его свойства были изучены; однако я не нашел у авторов определения его пропорций. Он имеет красивый желтый или оранжевый цвет, и 1 гран придает весьма заметную окраску 1000 гранам воды; он обладает неприятным горьким вкусом; при выпаривании он кристаллизуется или, возможно, скорее затвердевает в желтоватую массу; но его свойства изменяются в процессе из-за поглощения кислорода. Эта масса при высыхании горит синим пламенем и теряет 40 процентов веса; остаток представляет собой белый порошок, смесь сульфита и протосульфида кальция. Жидкий квадрисульфид на воздухе вскоре покрывается белой пленкой, которая возникает из-за серы, вытесненной кислородом; эта пленка, разрушаясь, оседает, затем образуется новая, и так далее последовательно, пока, наконец, поглощение кислорода не прекращается вместе с осаждением серы, и жидкость остается совершенно бесцветной. Она интенсивно горькая и содержит известь, серу и кислород в пропорциях, которые будут определены в дальнейшем. Этот бесцветный раствор претерпевает постепенное изменение при хранении в течение нескольких лет в бутылке с обычной пробкой; происходит выпадение некоторого количества серы и сульфата кальция, но произошло ли это из-за дальнейшего поглощения кислорода или из-за какого-то внутреннего химического взаимодействия, у меня не было возможности наблюдать.
Из вышеприведенных наблюдений очевидно, что для получения чистого квадрисульфида кальция следует исключить доступ атмосферного воздуха, так как перемешивание при кипячении способствовало бы окислению соединения. Я смешал 168 гранов сублимированной серы с 96 гранами гидрата извести, который, как я установил предварительными опытами, состоял из 70 частей извести (включая 2 или 3 грана глинозема) и 26 частей воды; смесь поместили в небольшую флорентийскую колбу, которую затем наполнили водой до горлышка и неплотно закрыли пробкой. Ее погрузили в сосуд с водой и кипятили в течение 2 или 3 часов, колбу постоянно вращали, чтобы перемешивать смесь и способствовать растворению. После того как нерастворившаяся часть осела, прозрачный раствор декантировали; его объем составил 2800 грановых мер при удельном весе 1,056; остаток после умеренного высушивания весил 34 грана; было установлено, что он содержит 8 частей извести и глинозема и 25 частей серы. Следовательно, жидкость содержала 62 части извести и 143 части серы, или 2,2 процента извести и 5,1 процента серы; то есть в соотношении 24 части извести к 56 частям серы, или 1 атом извести к 4 атомам серы, и его вес = 80, при условии, что атом серы равен 14. Таким образом, мы имеем синтетическое доказательство того, что это соединение является квадрисульфидом. Бесчисленные другие эксперименты, хотя и выполненные с меньшей строгостью, убедили меня в том, что жидкость по существу остается той же самой, независимо от пропорций ингредиентов, и что в таких случаях варьируется только остаток.