Урановое стекло в ультрафиолетовом свете. Uranium glass under ultraviolet light

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

Урановое стекло, нитрат уранила, флуоресцеин и ультрафиолетовая лампа. Uranium glass, uranyl nitrate, fluorescein and black light lamp (ultraviolet light)

Теперь сравним свечение уранового стекла, нитрата уранила и флуоресцеина в ультрафиолетовых лучах. Нитрат уранила (реактив) получен из обедненного урана, поэтому его собственная активность низкая (с помощью дозиметра мне не удалось уловить повышение фона, когда я приближал его к нитрату уранила - см. статью Уран и уранин. Нитрат уранила в ультрафиолетовом свете [ссылка]). Все равно уран - не только радиоактивный, но и токсичный элемент, поэтому работать с его солями нужно осторожно (как говорил мой бывший научный руководитель: "Пальцы не облизывать!").

Флуоресцеин. Обычно его используют в виде натриевой соли, которая так и называется - уранин. Дело в том, что уранин хорошо растворим в воде - в отличие от флуоресцеина. Уранина у меня не было, поэтому я растворил флуоресцеин в воде с добавкой нескольких капель аммиака. Т.е. образовалась аммониевая соль флуоресцеина (не натриевая), но для простоты будем называть ее "уранин" или "флуоресцеин".

Стаканчик с небольшим количеством нитрата уранила поместил возле шарика из уранового стекла, все это - на черном фоне. Включил лампу черного света. И шарик, и нитрат уранила засветились зеленым. Свечение уранового стекла было, как минимум, не менее ярким, чем свечение чистого нитрата уранила. Если это так - ничего удивительного. Ведь с увеличением содержания урана в стекле флуоресценция сначала усиливается, а затем ослабевает. Нитрат уранила - кристаллы, а не стекло (а структура матрицы имеет значение для интенсивности свечения), но содержание урана в нем гораздо выше, чем в урановом стекле. Это вполне объясняет более слабое свечение соли.

Кстати, аналогичный эффект наблюдается и с водными растворами флуоресцеина: по мере роста концентрации их свечение сначала усиливается, затем - ослабевает и сходит на нет (происходит гашение флуоресценции при высоких концентрациях красителя).

Теперь флуоресцеин. Рядом с шариком поместил чашку Петри с водой и пробирку с раствором (0.04 г флуоресцеина в 50 мл воды с добавкой нескольких капель аммиака). Включил ультрафиолетовую лампу. Флуоресцеин светился более ярко, чем урановое стекло, оттенок свечения флуоресцеина тоже отличался - был более желтым. Но оттенок сильно зависит от концентрации: ядовито-зеленым цветом светятся именно разбавленные растворы флуоресцеина, при увеличении концентрации красителя цвет постепенно становится желтым, затем - коричневым.

Капнул в воду (чашка Петри) несколько капель раствора флуоресцеина, в результате вода в чашке вспыхнула яркими зелеными узорами - более яркими, чем урановое стекло. Зато цвета и оттенки свечения (стекла и раствора) в этом случае были близкими. Перемешал содержимое чашки - вода засветилась равномерным зеленым светом. Выключил ультрафиолетовую лампу, включил лампу накаливания. И урановое стекло, и раствор флуоресцеина в чашке стали невзрачными. Немного презентабельнее раствор флуоресцеина выглядел в лучах белой светодиодной лампы, но все равно это не то.

Uranium glass, uranyl nitrate, fluorescein and black light lamp (ultraviolet light)

Download the Video / Скачать Видео (171 Мб, .avi )

Урановое стекло и флуоресцеин. Uranium glass and fluorescein

Почему мы видим окружающие нас тела? Потому что они отражают и рассеивают свет. Отраженный (рассеянный) свет попадает в сетчатку глаза, сетчатка преобразует фотоны в нервные импульсы, а мозг преобразует нервные импульсы в зрительные образы. Если тело черное и преимущественно поглощает падающие на него лучи, мы можем его видеть на фоне более светлых тел. Еще - различие цветов во всех возможных вариантах.

А если тело прозрачное и бесцветное? - Тут много вариантов. Во-первых, прозрачные тела тоже частично поглощают и рассеивают свет, а их поверхности раздела также отражают лучи. Например, стекло блестит, если посмотреть на него под нужным углом. И даже если отражения света поверхностью и его поглощение слабое, то наличие прозрачных тел мы можем видеть благодаря разнице показателей преломления прозрачной среды и воздуха. Переходя из одной прозрачной среды в другую, лучи света отклоняются от первоначального направления - преломляются. Это отклонение тем сильнее, чем выше разница показателей преломления двух сред. Главное, чтобы угол падения луча не был прямым (тогда преломления не происходит).

Благодаря преломлению света мы видим бесцветное стекло в воде, каплю воды на воздухе и т.д. Во время экспериментов с пропан-бутановой смесью я убедился, что можно увидеть даже ее: прозрачный и бесцветный газ, который находится в среде другого прозрачного и бесцветного газа - воздуха. Если эта смесь налита в стеклянный стакан и находится в состоянии покоя, то увидеть границу раздела не удавалось. Но если в стакан опущена газоотводная трубка, по которой подается поток пропана и бутана, то со стороны можно легко увидеть, как углеводороды вытекают из стакана на стол - в этом месте наблюдается "дрожания воздуха". Дело в том, что у кислорода и азота один показатель преломления, у пропана и бутана - другой. Переходя из газа в газ лучи света отклоняются.

Показатель преломления одной и той же среды зависит от температуры. Благодаря этому мы можем видеть потоки теплого воздуха и водяного пара, которые поднимаются от земли. - Воздух "дрожит", словно в этом месте поднимаются прозрачные и бесцветные клубы "дыма". Помните фразу: "Теплый пар восходит от земли"? А еще лучше, если теплый воздух исходит от сильно нагретого металла - бочки, в которой горит огонь, или электрической плитки (выше разница температур - сильнее эффект).

Аналогично мы можем видеть восходящие потоки теплых продуктов горения над газовым пламенем - даже если оно не дает аэрозоля (твердых частичек дыма или капелек воды). Наблюдать нужно сбоку, причем лучше смотреть не на сами восходящие потоки, а на их тень (например, на стене).

Граница раздела между теплой и холодной водой (а также между пресной и соленной) также видима - благодаря отражению и преломлению света. В океане не редкость, когда под водой встречаются слои с разной температурой и разной соленостью.

А что будет, если показатели преломления двух разных сред окажутся одинаковыми? Тогда тело, будучи помещенным в среду с таким же показателем преломления (как и его собственный материал), будет практически невидимым. В среде воздуха от такого заключения мало пользы, ведь столь низкую оптическую плотность имеют разве что другие газы. Но органическое стекло при погружении в глицерин "исчезает", поскольку показатели их преломления совпадают.

Аналогичный эффект я попытался наблюдать с урановым стеклом и раствором флуоресцеина. И то, и другое светится в ультрафиолетовых лучах. Почти одинаковым цветом. А что будет, если включить ультрафиолетовую лампу, поместить сбоку стакан с водой и опустить в нее шарик из уранового стекла? Понятно: шарик на дне воды будет светиться. Теперь будем по каплям добавлять в стакан флуоресцеин и тщательно перемешивать. Сначала свечение раствора в стакане будет более слабым, тем свечение шарика - поэтому свечение шарика будет хорошо видно. Но по мере возрастания концентрации флуоресцеина свечение жидкости будет усиливаться: в какой-то момент оно сравняется со свечением шарика, потом станет более сильным. Нет: шарик не "исчезнет", как органическое стекло в стакане с глицерином, но свечение шарика с этого момента станет незаметным, т.к. окружающая его среда светится сильнее. Шарик будет выглядеть просто, как невзрачное стекло, которое лежит на дне флуоресцирующей жидкости. Не очень зрелищно, зато показательно.

(Обратите внимание, что слой флуоресцеина поглощает возбуждающие ультрафиолетовые лучи - тем сильнее, чем больше его толщина и выше концентрация, поэтому для чистоты эксперимента слой раствора между шариком и стенками стакана, откуда поступает ультрафиолетовый свет, не должен быть большим. А освещение лампой должно быть боковым, а не сверху. Это - для чистоты эксперимента).

Uranium glass and fluorescein

Download the Video / Скачать Видео (82 Мб, .avi )