ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЯНТАРЯ

 

Ещё в VII-VI в.в. до н.э. Фалесу Милетскому была известна способность янтаря электризоваться при трении и притягивать разные мелкие и лёгкие предметы. Описывая в начале XVII века природу этого явления, английский учёный В.Джильберт назвал его электризацией, от греческого названия янтаря – электрон.

По мнению китайского учёного Тао Хунчин (452 – 536 гг. н.э.) только янтарь, который если его потереть рукой и согреть, притягивает горчичные зёрна, является настоящим.

В первой монографии, посвящённой янтарю, A.Aurifaber указал, что способностью притягивать различные предметы обладает только обработанный янтарь (без окисленной корки), предварительно потёртый о сукно, кожу и т.п. Причём, чем сильнее разогревается при трении янтарь, тем большей силой он обладает, притягивая не только древесные стружки, но также железные, серебряные и золотые опилки.

Янтарь плохо проводит электрический ток, поэтому его раньше использовали для изготовления изоляторов. Однако при трении о шерстяную ткань янтарь электризуется, и продолжительное время сохраняет отрицательные электрические заряды. Свойство притягивать к себе кусочки бумаги, соломинки, волосы присуще всем смолам, но ни одна из них не обладает такой притягательной силой, как янтарь. От янтаря пошло представление об электричестве. В Древней Греции в обиходе были янтарные прялки и веретёна: электризуясь при трении, они очищали пряжу от различных примесей.

Развитие физических методов в XVII – XVIII веках позволило сделать интересные наблюдения. Так F.Hauksbee в 1705году обнаружил, что янтарь при трении о шерсть даёт яркое свечение в вакууме, причём его интенсивность возрастает при увеличении скорости трения. На воздухе это явление почти не было замечено.

В 1816 году J.F.John одним из первых подробно изучил физико-химические свойства янтаря: степень прозрачности, цвет, морфологию, блеск, излом, твёрдость, хрупкость, способность электризоваться при трении, запах, вкус, цвет порошка, оптические свойства, удельный вес. Автор описал действие на янтарь воздуха, воды, тепла, различных реактивов, спирта, щелочей, кислот, эфира, масел.

В 1902 году появляется работа В.К.Агафонова, в которой автор рассматривает особенности поглощения ультрафиолетовой области спектра в янтаре. С.С.Савкевич установил, что окисление янтаря происходит более интенсивно при повышенных температурах, на свету и, особенно, в ультрафиолетовых лучах. Автор подробно изучил спектры испускания балтийского янтаря. Регистрировалась люминесценция как плоско-полированной поверхности, так и порошка с размером частиц около 2 мм.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что спектр люминесценции балтийского янтаря характеризуется широкой полосой испускания в области 390 – 610 нм с нечётким максимумом около 510 нм (Рис. 1). Таким образом, спектр испускания балтийского янтаря лежит в спектре электромагнитного поля видимого света (Рис. 2).

Исследования Г.К.Сергановой с соавторами показали, что при окислении янтаря присоединение кислорода происходит с образованием гидроперекисей и перекисей.

К числу наиболее характерных химических особенностей янтаря относится наличие в продуктах его сухой перегонки янтарной кислоты.

До сих пор не известно ни одного растворителя, в котором бы янтарь без разложения полностью растворялся. Янтарь не растворяется в воде. Частично растворяется в некоторых органических соединениях – спирте (20-25%), эфире (18-23%), хлороформе (до 20, 6%), бензоле (9, 8%), скипидаре (25%), льняном масле (18%). Но он полностью распадается в горячей концентрированной азотной кислоте. В кипящей воде янтарь размягчается при температуре 100^˚ С.

Важным является способность янтаря разбухать в воде. За достаточно короткий срок объём измельчённого янтаря увеличивается на 8%. Способность поглощать определенный объём воды (0, 1 – 0, 4%) была отмечена также у прозрачного янтаря, не содержащего микроскопических пустот.

Таким образом, была доказана проницаемость янтаря для жидких и газообразных агентов. Ранее считали, что вода проникает в янтарь по трещинам, однако в 1962 году Kawasaki было доказано о диффузии воды в янтарь.

 

 

 

Рис. 1. Спектр люминесценции балтийского янтаря.

I – прозрачного бесцветного; II – прозрачного жёлтого; III – бурой окисленной корки.

 

 

Длина волны, нм	380 – 450 450 – 480 480 – 510 510 – 560 560 – 585 585 – 620 620 - 760
Цвет	Фиолетовый Синий Голубой Зеленый Желтый Оранжевый Красный

1 мкм

Видимый свет

1 км

1 м

1 мм

1 нм

1 пм

Радиочастоты

Инфракрасная область

Ультрафиолетовые

1 А˚

Рентгеновские лучи

Гамма лучи

 

Диапазоны волны

Длина волны

 

Вакуумный УФ 200 нм Коротковолн. Уф 200-280 нм Средневолн. Уф 280-315 нм Длинноволн УФ 315-380 нм

 

     

                

 

Рис. 2. Спектр электромагнитного поля.

 

 

Чрезвычайно важным является способность янтаря к набуханию в различных веществах при комнатной температуре, т.е., фактически, способность к абсорбции различных органических и неорганических соединений (Табл. 1).

Исследования С.С.Савкевич показали, что янтарь обладает довольно ярко выраженной фотолюминесценцией под действием ультрафиолетового излучения. Кроме того, янтарь обладает триболюминесценцией. Она проявляется в виде слабого желтоватого свечения во время растирания янтаря в ступке в хорошо затемнённом помещении. 

Ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс, входящие в область радиоспектроскопии, открыли возможность дальнейшего изучения физических свойств янтаря.

 Взаимодействие вещества с однородным магнитным полем приводит к измененению величины напряженности этого поля в зависимости от магнитной восприимчивости (объёмной или молярной) изучаемого вещества. Магнитная восприимчивость может быть положительной (парамагнитные вещества) и отрицательной (диамагнитные). Положительная восприимчивость имеет место при наличии в молекулах вещества неспаренных электронов и составляет предмет исследования электронного парамагнитного резонанса.

 Методом ядерного магнитного резонанса исследуются почти исключительно диамагнитные вещества. Исследования физических свойств янтаря с помощью ядерного магнитного резонанса показало, что в янтаре при комнатной температуре имеются подвижные протоны. Сравнительная оценка различных видов янтаря, проведенная С.С.Савкевич в 1970 году, показала, что содержание протонов, находящихся в свободном состоянии составляет в прозрачном янтаре 0, 5%, в янтаре буровато-желтого цвета (типа бастард) 3%, в костяном янтаре 12%. Снижение содержания протонов, находящихся в свободном состоянии, в бастарде и прозрачном янтаре обусловлено уменьшением общего содержания соединений, типа сложных эфиров янтарной кислоты. С другой стороны, при нагревании янтаря от 60 до 120°С, содержание подвижных протонов резко возрастет, превышая начальные при 20°С в несколько раз.

Различия в изменении процентного содержания подвижных протонов в янтаре при нагревании отражают различия в молекулярном строении и характере межмолекулярных связей у различных типов янтаря. Это обстоятельство определяет и частотные характеристики, отличающиеся у различных видов янтаря.

По мнению академика Л.П.Зарогатского, все технологические процессы, осуществляемые человеком, сопровождаются появлением свободных электронов, которые по законам электростатики образуют электромагнитные поля, отрицательно влияющие на ход этих технологических процессов.

Считается, что в живом организме свободные электроны являются носителями энергии, необходимой для его нормальной жизнедеятельности.

Для определения наличия в молекулах янтаря свободных электронов исследования производили с помощью электронного парамагнитного резонанса. Было выявлено наличие парамагнитных центров и свободных электронов в янтаре, находящихся на грани чувствительности прибора при комнатной температуре. По данным Г.К.Сергановой, С.Р.Рафикова, С.Lagercrantz, М.Yland, при нагревании и механическом воздействии, вследствие разрыва химических связей и нарушения молекулярных структур с образованием свободных радикалов, отмечалось значительное увеличение свободных электронов.

Совместно с академиком Л.П.Зарогатским на базе АО «МЕХАНОБР – ТЕХНИКА» в г. Санкт-Петербурге нами были изучены электромагнитные свойства измельчённого янтаря в зависимости от вида янтаря, способа измельчения, размеров его частиц и их формы (круглый, многогранник и др.). Исследовались фракции от 10 до 500 мкм, полученные различными способами, включающими измельчение в водной и воздушной среде с применением различных механических устройств. Каждую фракцию измельчённого янтаря пропускали через электромагнитный сепаратор, который способен разделять любое измельчённое вещество на три части: проводники, полупроводники и диэлектрики.

При этом, при комнатной температуре основная часть измельчённого янтаря (свыше 80%) относилась к диэлектрикам, около 7-15% - к полупроводникам и только 3-5% - к проводникам, в зависимости от способа приготовления и размеров измельчённого янтаря и его разновидности. При нагревании измельчённого янтаря от 20 до 40°С основная часть измельчённого янтаря приобретала свойства проводников. Причём, чем выше поднималась температура, тем больший процент измельчённого янтаря становился проводником. Нами были выбраны оптимальные условия приготовления измельчённого янтаря и степени его измельчения, при которых даже незначительный подъём температуры до 30-32°С позволял получить измельчённый янтарь в 100% как проводник. Сравнительные клинические испытания в дальнейшем доказали высокую эффективность именно этой фракции и способа её получения. Таким образом, была доказана зависимость энергетических свойств измельчённого янтаря (способность отдавать свободные электроны) как от способов его измельчения, так и от размеров и формы его частиц.

Результатом многочисленных исследований учёных было выяснено, что янтарь представляет собой каркасный полимер с редкой сшивкой, содержит в себе молекулы или сегменты макромолекул, слабо связанных с окружением. Поэтому они легко мигрируют как при нагревании, так и при воздействии растворителей.

Термические свойства янтаря во многом объясняются его аморфным и полимерным строением. Нагретые тела, как известно, излучают кроме световых волн, также и невидимые – так называемые ультрафиолетовые и инфракрасные волны.

Плавлению янтаря предшествует размягчение. Уже при температуре около 50°С на стенках колбы, в которой находится янтарь, конденсируются пары воды, а при 125 – 130°С идёт выделение паров жёлтого цвета с запахом янтаря (ароматических соединений – терпенов и сесквитерпенов).

Фактически термическая деструкция янтаря начинается после 100°С. Она сопровождается потерей веса, обусловленной выделением летучих продуктов и газов (СО₂, СО, Н₂, Н₂S, О₂; предельных и непредельных углеводородов, янтарной кислоты и др.).

При нагревании янтаря выше определенной температуры, которая зависит от вида янтаря, наступает его расплавление, сопровождающееся химическими реакциями с образованием простых веществ. Полное плавление янтаря сопровождается потерей от 40 до 30% веса исходной навески. По данным Э.Фракей янтарь плавится при температуре 350 – 380°С. При нагревании без доступа воздуха до 140-150°С янтарь делается пластичным. Эти его свойства используют для каления и прессования янтаря. При калении замутнённый янтарь становится прозрачным, а в процессе прессования мелкие кусочки янтаря переходят в заготовки любой формы.

При сгорании янтарь выделяет пары с ароматным запахом. В связи с этим в средние века его употребляли для благовонных курений в храмах и церквах. В древней Руси янтарь, поэтому называли “морским ладаном”.

Плотность янтаря примерно равна плотности морской воды, поэтому в пресной воде янтарь тонет, а в солёной - всплывает. Твёрдость янтаря по шкале Мооса соответствует 2 - 2, 5 баллам.

Янтарь хорошо принимает полировку. Истинная красота камня открывается перед взором как раз после полировки. По сравнению с необработанным янтарём, полированный янтарь - несколько темнее. Янтарь, по данным Б.И.Сребродольского обладает и бальзамирующими свойствами.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: