Химия и Химики № 2 2014. Свечение в ультрафиолетовом свете

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Уран и уранин
Нитрат уранила в ультрафиолетовом свете

Соли урана поглощают ультрафиолетовый свет, давая характерную зеленую фосфоресценцию. В частности, красивую фосфоресценцию дают стекла с добавкой урана. В прошлом декоративные изделия из таких стекол были обычным делом.

Кстати, флуоресценция солей урана помогла открыть явление радиоактивности. Перед этим Уильям Рентген как раз обнаружил знаменитые Х-лучи, названные позднее его именем. Французский ученый Анри Беккерель решил, что раз соли урана излучают - под действием солнечного света - видимые лучи, то можно предположить, что они излучают и рентгеновские лучи.

Сначала предположение, казалось бы, подтвердилось: помещенные на свет соли урана засвечивали фотопластинку, защищенную от света. Что еще это может быть, если не рентгеновские лучи? Но позже оказалось, что соль урана, которая лежала рядом с фотопластинками в темном ящике стола, еще сильнее засветила фотопластинку. Следовательно, уран постоянно излучает "проникающие лучи" - независимо от облучения светом. Так была открыта радиоактивность. Значительно позднее ученые установили, что излучение урана состоит из нескольких видов (обусловленных, как распадом самого урана, так и его дочерних изотопов).

Во времена радиофобии само упоминание о соединениях урана вызывает у некоторых индивидов истерику, но так было не всегда. Например, в 1960-е гг. нитрат уранила свободно продавался в фотомагазинах. Его использовали для усиления негативов и тонирования фотографий [1].

Сначала негатив обрабатывали красной кровяной солью, при этом часть серебра окислялась до железистосинеродистого серебра:

4Ag + 4K₃[Fe(CN)₆] = 3K₄[Fe(CN)₆] + Ag₄[Fe(CN)₆]

Затем негатив обрабатывали нитратом уранила:

Ag₄[Fe(CN)₆] + 2UO₂(NO₃)₂ = 4AgNO₃ + (UO₂)₂[Fe(CN)₆]

В результате на зернах серебра осаждается красно-коричневый железистосинеродистый уранил. Как видно из уравнений реакций, количество серебра на фотоматериалах в результате описанных операций не увеличивается (что нужно для усиления изображения), а уменьшается (серебро вымывается в виде нитрата). Усиление происходило за счет того, что железистосинеродистый уранил хорошо поглощает синие и фиолетовые лучи.

В прошлом мне приходилось видеть растворы солей уранила - они напоминают раствор бихромата. Теперь же появилась возможность заснять флуоресценцию твердого нитрата уранила в свете ультрафиолетовой лампы (лампа черного света).

Оказалось, что нитрат уранила дает зеленое свечение, которое по яркости не слишком уступает люминофору ZnS(Cu). Уже рассеянный свет лампы вызывал четкую зеленую флуоресценцию, которая при приближении лампы становилась яркой. Фотографии показаны ниже.

Заодно попробовал померить уровень радиоактивного фона возле кучки нитрата уранила. Дозиметр "Белла" на присутствие нескольких грамм соли урана не отреагировал: его показания практически не отличались от фона в данном помещении.

__________________________________________________
¹ Мархилевич К.И., Яштолд-Говорко В.А. Фотографическая химия (1956), С. 112-113 [ссылка]

Флуоресцеин, ультрафиолетовая лампа и едкий натр

"Водный раствор флуоресцеина ярко флуоресцирует при свете ультрафиолетовой лампы." - Подобные строки мне приходилось писать довольно часто: когда я описывал собственные опыты или редактировал статьи других авторов. Под словом "флуоресцеин" я автоматически понимал его щелочной раствор, который образовался при растворении в щелочи плава, полученного сплавлением фталевого ангидрида и резорцина (в присутствии серной кислоты).

Собственно флуоресцеин из этого раствора выделять не стал: а зачем, если для опытов потом его нужно будет снова растворять?

А как поступить, если у вас есть баночка с флуоресцеином? Проблема в том, что флуоресцеин плохо растворим в воде, а его соли со щелочными металлами - хорошо. Поэтому флуоресцеин необходимо растворять в щелочи или использовать готовую натриевую соль - уранин.

Уранин, растворяясь в воде, дает характерную "флуоресцеиновую" окраску и флуоресценцию, похожую на флуоресценцию солей уранила или уранового стекла.

Стекло с добавками соединений урана флюоресцирует под действием ультрафиолетового излучения

Мне дали немного флуоресцеина. Я помнил, что он плохо растворим, но решил, что для опытов с ультрафиолетовым светом даже небольшой растворимости хватит, т.к. для яркого свечения в ультрафиолетовых лучах достаточно следов флуоресцеина в растворе.

Включил ультрафиолетовую лампу, насыпал немного порошка флуоресцеина на поверхность воды в стакане, перемешал: никакого эффекта. Со временем, правда, появилась слабая зеленая флуоресценция на поверхности воды.

По каплям добавил раствор щелочи: сразу же вспыхнули светящиеся нити и облака, иногда - вихревые кольца. Перемешал - вода в стакане ярко засветилась зеленым, причем свечение сосредоточилось преимущественно в верхнем слое (раствор был почти однородным, просто ультрафиолетовый свет не проникал в нижние слои).

При отдалении лампы от стакана свечение сильно тускнело, но стоило приблизить лампу, как оно снова ярко разгоралось.

Смотреть Видео (92 Мб, .avi )

Добавил флуоресцеин - с минуту никакого эффекта: ни жидкость, ни твердый порошок флуоресцеина сверху не светятся в УФ

Добавил по каплям раствор щелочи: сразу же вспыхнули флуоресцирующие нити и облака, изредка - вихревые кольца

Перемешал шпателем - раствор стал почти однородным, но свечение было очень неравномерным: светился в основном верхний слой жидкости.